技术领域
[0001] 本
发明涉及一种基于永久性故障识别的就地馈线故障隔离方法及系统。
背景技术
[0002] 馈线自动化是配网自动化的一项重要功能，其主要由两种实现方式：就地控制方式和远方控制方式。传统就地方式基于线路各级分段
开关依次试合来实现故障隔离和非故障区段的恢复供电，具有开关动作次数多、恢复供电时间长和永久性故障时有多次
故障电流冲击等缺点。远方控制方式由配电自动化系统实现，依赖于通信，有投资大、可靠性低的缺点。近年来提出的基于光纤差动保护的就地式馈线自动化方法，仍具有依赖于通信和投资大的缺点，而且考虑到工程实际，把所有配电线路均铺设光纤通道亦不现实。
[0003]
申请公布号为CN105281304A的中国
专利申请文件公开了一种快速馈线故障
定位与隔离方法，在线路发生故障时，保护开关跳闸，并将故障电流值上发至主站及相邻智能馈线控制终端，并由主站确定故障区段，然后保护开关合闸，接着再次进行重合闸以进行永久性故障判定，最后故障线路两侧的分段开关
切除并隔离故障线路，而健全线路由出线侧变电站的出线保护开关及环网开关合闸恢复供电，其中，在进行故障线路进行隔离时，分段开关要进行多次合闸和断开，直至故障电流消失。首先，该方法需要主站进行故障判别，需要将相关电气信息传输给主站，依赖于通信，有投资大、可靠性低的缺点，而且，在故障隔离过程中，分段开关需要进行多次重合闸操作，相应地，具有开关动作次数多、恢复供电时间长和永久性故障时有多次故障电流冲击等缺点。因此寻找一种简单可靠的馈线自动化方法对提高配网自动化
水平有重大意义。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种基于永久性故障识别的就地馈线故障隔离方法，用以解决现有的故障隔离方法开关动作次数多的问题。本发明同时提供一种基于永久性故障识别的就地馈线故障隔离系统。
[0005] 为实现上述目的，本发明包括以下技术方案。
[0006] 一种基于永久性故障识别的就地馈线故障隔离方法，包括以下步骤：
[0007] 1)当配电线路发生故障时，配电线路上的各分段开关跳开；
[0008] 2)各分段开关进行永久性故障判别；
[0009] 3)对于任意一个分段开关，若该分段开关判定为非永久性故障，则经延时后合闸该分段开关，若该分段开关判定为永久性故障，则不再合闸该分段开关。
[0010] 当配电线路发生故障时，配电线路上的各分段开关跳开，然后各分段开关进行永久性故障判别，对于任意一个分段开关，根据永久性故障识别结果来决定是否合闸，若该分段开关判定为非永久性故障，则经延时后合闸该分段开关，若该分段开关判定为永久性故障，则不再合闸该分段开关。因此，该方法中只经过一次“跳-合”过程，即各分段开关只经过一次跳合闸动作就能够实现线路的故障隔离和非故障区段的恢复供电，具有开关动作次数少以及故障隔离和非故障区段的恢复供电速度快的优点，且能够避免开关合闸于永久性故障，防止对配网系统带来多次
短路电流冲击，具有对配网系统冲击小的优点。而且，该方法不依赖通信系统，不需要和主站配合，过程简单可靠。另外，各分段开关之间无需逐级配合，故障隔离和非故障区段的恢复供电时间短，进一步加快故障隔离和非故障区段的恢复供电速度。还有就是，各线路区段的永久性故障识别相互独立，而且永久性故障识别和开关的跳合闸行为相互独立，不受网架结构和线路类型的影响，适用范围广，适用于各种网架结构和类型的配电线路。
[0011] 进一步地，所述非永久性故障是指无故障或瞬时性故障。
[0012] 进一步地，所述永久性故障判别包括针对故障类型为不对称相间短路故障的永久性故障判别策略和/或针对故障类型为对称的三相短路故障的永久性故障判别策略：
[0013] 所述针对故障类型为不对称相间短路故障的永久性故障判别策略包括以下步骤：
[0014] (1)先短接任一故障相与正常相的相间回路，再在发生故障的两相对应的相间回路投入电容器；
[0015] (2)检测电容器投入后
三相电流，比较三相电流中的中间值和最小值，若中间值大于设定倍数的最小值，则判断发生永久性故障；
[0016] 所述针对故障类型为对称的三相短路故障的永久性故障判别策略包括以下步骤：
[0017] (1)在故障时线
电压最小的两相对应的相间回路投入电容器；
[0018] (2)检测电容器投入后三相电流，比较三相电流中的最大电流与设定电流
阈值，若最大电流大于设定电流阈值，则判断发生永久性故障。
[0019] 对于故障类型为不对称相间短路故障，在重合闸动作前根据故障的选相结果，先短接任一故障相与正常相的相间回路，再在发生故障的两相对应的相间回路投入电容器，根据电容器投入后三相电流的暂态特征，即比较三相电流中的中间值和最小值，根据中间值与设定倍数的最小值之间的大小关系识别线路故障是否是永久性。对于故障类型为对称的三相短路故障，在重合闸动作前根据故障的选相结果，在任两相对应的相间回路投入电容器，根据电容器投入后三相电流的暂态特征，即比较三相电流中的最大电流与设定电流阈值，根据最大电流与设定电流阈值的大小关系识别线路故障是否是永久性。这种永久性故障判定方式只涉及电容器及其投退控制开关，除此之外，无需增加其他的设备，而且，该方式过程简单，只需在投入电容器后分析三相电流之间的关系来判断故障线路故障是否是永久性，无需进行很复杂的运算，也无需建立很复杂的方程。运算过程很简单，对应在实施时可靠性较高，控制系统在执行对应的
软件程序时负担较轻，控制系统无需承担较重的运算负担，对控制系统的
硬件要求较低。
[0020] 一种基于永久性故障识别的就地馈线故障隔离系统，包括配电线路，配电线路上设置有至少两个分段开关；系统实现如下故障隔离策略：
[0021] 1)当配电线路发生故障时，配电线路上的各分段开关跳开；
[0022] 2)各分段开关进行永久性故障判别；
[0023] 3)对于任意一个分段开关，若该分段开关判定为非永久性故障，则经延时后合闸该分段开关，若该分段开关判定为永久性故障，则不再合闸该分段开关。
[0024] 进一步地，各分段开关处均设置有用于判定永久性故障的配电终端，实现对应分段开关处的永久性故障判别。
[0025] 进一步地，所述非永久性故障是指无故障或瞬时性故障。
[0026] 进一步地，所述永久性故障判别包括针对故障类型为不对称相间短路故障的永久性故障判别策略和/或针对故障类型为对称的三相短路故障的永久性故障判别策略：
[0027] 所述针对故障类型为不对称相间短路故障的永久性故障判别策略包括以下步骤：
[0028] (1)先短接任一故障相与正常相的相间回路，再在发生故障的两相对应的相间回路投入电容器；
[0029] (2)检测电容器投入后三相电流，比较三相电流中的中间值和最小值，若中间值大于设定倍数的最小值，则判断发生永久性故障；
[0030] 所述针对故障类型为对称的三相短路故障的永久性故障判别策略包括以下步骤：
[0031] (1)在故障时线电压最小的两相对应的相间回路投入电容器；
[0032] (2)检测电容器投入后三相电流，比较三相电流中的最大电流与设定电流阈值，若最大电流大于设定电流阈值，则判断发生永久性故障。
附图说明
[0033] 图1是不对称相间短路故障对应的非永久性故障的等效
电路图；
[0034] 图2是不对称相间短路故障对应的永久性故障的等效电路图；
[0035] 图3是对称的三相短路故障对应的非永久性故障的等效电路图；
[0036] 图4是对称的三相短路故障对应的永久性故障的等效电路图；
[0037] 图5是双端供电配电线路图；
[0038] 图6是k点瞬时性故障时馈线自动化动作后的运行方式示意图；
[0039] 图7是k点永久性故障时馈线自动化动作后的运行方式示意图。
具体实施方式
[0041] 本实施例提供一种基于永久性故障识别的就地馈线故障隔离方法，包括以下步骤：
[0042] 1)当配电线路发生故障时，配电线路上的各分段开关跳开；
[0043] 2)在各分段开关合闸前对各跳开的分段开关进行永久性故障判别，一般情况下，在经故障检测延时后进行永久性故障判别；
[0044] 3)根据永久性故障识别结果进行合闸控制，当然，在各分段开关处均需要设置有用于进行永久性故障判定的配电终端或者设备。那么，对于任意一个分段开关，若该分段开关判定为非永久性故障(这里，非永久性故障是指无故障或瞬时性故障)，即该分段开关处的配电终端判定为非永久性故障，则经延时后合闸该分段开关，具体延时时间根据实际情况设定，当然，延时时间也可以为零；若该分段开关判定为永久性故障，则闭
锁合闸，不再合闸该分段开关。
[0045] 本实施例提供一种永久性故障判定方式，具体如下，当然，还可以采用现有的其他判定方式。
[0046] 该永久性故障判定方式包括针对故障类型为不对称相间短路故障的永久性故障判别策略和/或针对故障类型为对称的三相短路故障的永久性故障判别策略。因此，该永久性故障判定方式可以包括针对故障类型为不对称相间短路故障的永久性故障判别策略和针对故障类型为对称的三相短路故障的永久性故障判别策略中的任意一个，也可以同时包括这两个策略，本实施例以同时包括这两个策略为例。
[0047] 针对故障类型为不对称相间短路故障的永久性故障判别策略包括以下步骤：(1)先短接任一故障相与正常相的相间回路，再在发生故障的两相对应的相间回路投入电容器，也就是说，设定AB相间、BC相间和CA相间中，故障相是第一相间，顺序往后是第二相间，最后是第三相间，第一相间连接电容器的两端；第二相间和第三相间有两种处理方式：一、第二相间短连，第三相间不接线；二、第二相间不接线，第三相间短接；(2)检测电容器投入后三相电流(这里，电容器投入点和相间短接点位于开关和CT之间，通过CT检测电容器投入后三相电流)，然后，根据三相电流暂态特征识别故障特性：采用相对原理，比较三相电流中的中间值Imid和最小值Imin，若中间值大于设定倍数的最小值(即Imid>k*Imin，这里k为设定的不对称系数，一般取3～10)，则判断发生永久性故障，否则可以判断发生瞬时性故障或者无故障。另外，上述中，设定AB相间、BC相间和CA相间中，故障相是第一相间，顺序往后是第二相间，最后是第三相间，因此，第一相间、第二相间和第三相间与AB相间、BC相间和CA相间的对应关系并不唯一。
[0048] 针对故障类型为对称的三相短路故障的永久性故障判别策略包括以下步骤：1)在故障时线电压最小的两相对应的相间回路投入电容器；2)检测电容器投入后三相电流，检测方式与上段相同，然后，根据三相电流暂态特征识别故障特性：采用绝对判别，比较三相电流中的最大电流Imax与设定电流阈值Iset，若最大电流Imax大于设定电流阈值Iset(即Imax>Iset)，则判断线路发生永久性故障，否则可以判断发生瞬时性故障或者无故障。
[0049] 上述两个策略中，投入的电容器为已充好电的电容器。
[0050] 当然，实施该永久性故障判定方法之前，需要先判断故障类型，由于故障类型的判断方式属于常规技术，而且与本发明的保护点无关，这里就不再具体说明，比如：根据负序电压判断故障类型，线路故障时，若负序电压U2大于一个设定值(比如6V)，则判为不对称相间短路故障并选择线电压较小的两相为故障相，否则为对称的三相短路故障。
[0051] 以下分别给出上述两种策略的一种具体实例。
[0052] 针对故障类型为不对称相间短路故障：
[0053] 不对称相间短路故障以AB相间故障为例。那么，发生故障的两相就是A相和B相，C相就是正常相。那么，上述中，第一相间为AB相间，第二相间为BC相间，第三相间为CA相间。短接任一故障相与正常相的相间回路(即任一非故障相间回路)就是短接A相与C相的相间回路或者短接B相与C相的相间回路，再在发生故障的两相对应的相间回路(即故障相间回路)投入电容器就是在A相和B相的相间回路投入电容器，如图1或2所示。
[0054] 通过图1和图2以AB相间故障分析永久性故障时的三相电流特征，如下：
[0055] 如图1所示，当线路发生非永久性故障时，故障回路绝缘恢复，电容器通过负荷
电阻由A相向BC相放电，由于三相回路阻抗近似对称，所以有以下特征：IB＝IC＝0.5IA，即：三相电流中的中间相电流数值和最小相电流数值基本相等。
[0056] 如图2所示，当线路发生永久性故障时，设故障点过渡阻抗为Z，Z远小于负荷阻抗Zfh，电容器通过负荷阻抗Zfh和故障点过渡阻抗Z由A相向BC相放电，此时三相回路阻抗不再对称，有以下特征：IB＝IA1+0.5IA2，IC＝0.5IA2，由于过渡阻抗Z远小于负荷阻抗Zfh，故IA1远大于IA2，所以IB远大于IC。即：三相电流中的中间相电流数值远大于最小相电流数值。
[0057] 因此，可构造永久性故障识别判据：对IA、IB、IC进行排序，分别为最大值Imax、中间值Imid和最小值Imin，若满足Imid>k*Imin，表示中间值远大于最小值，则判为永久性故障，其中k为不对称
门槛值，一般取3～10。
[0058] 针对故障类型为对称的三相短路故障：
[0059] 当故障为对称的三相短路故障中，在故障时线电压最小的两相对应的相间回路投入电容器，比如：如果A相和B相的相间电压最小，那么，在A相和B相的相间回路投入电容器。也就是说，设定AB相间、BC相间和CA相间中，故障时线电压最小的故障相是第一相间，顺序往后是第二相间，最后是第三相间，那么，第一相间连接电容器的两端，第二相间和第三相间不接线。当然，第一相间、第二相间和第三相间与AB相间、BC相间和CA相间的对应关系并不唯一。
[0060] 如图3所示，当线路发生非永久性故障时，电容器放电回路阻抗为负荷阻抗和线路阻抗之和。如图4所示，当线路发生永久性故障时，电容器放电回路的阻抗仅为线路首端到故障点的线路阻抗。可见，永久性故障时电容器放电回路的阻抗远远小于瞬时性故障，即永久性故障时电容器放电电流远大于瞬时性故障时放电电流。
[0061] 故可构造永久性故障识别判据：设置一个电流定值(即电流阈值)Iset，找到三个相电流中的最大相电流Imax，当最大相电流Imax>Iset时，判为永久性故障。
[0062] 另外，各分段开关的故障检测延时需要躲开线路发生瞬时性故障时故障点的绝缘恢复时间，而且，各分段开关之间无需逐级配合，故障隔离和非故障区段恢复供电速度快。
[0063] 系统实施例
[0064] 本实施例提供一种基于永久性故障识别的就地馈线故障隔离系统，包括配电线路，配电线路上设置有至少两个分段开关，该系统依据基于永久性故障识别的就地馈线故障隔离方法实现故障隔离，因此，该系统的保护点仍旧在于基于永久性故障识别的就地馈线故障隔离方法，由于上述方法实施例已对该方法的实现过程进行了具体的描述，这里就不再具体说明。
[0065] 各分段开关处均设置有配电终端，用于实现对应分段开关处的永久性故障判别。该配电终端的一种具体实现过程在上述方法实施例中已给出了详细地描述，这里就不再具体说明。另外，该配电终端还具有故障分闸以及重合闸功能。因此，各分段开关对应的相关控制，比如：分闸控制、永久性故障判别以及重合闸操作均由对应的配电终端实现。
[0066] 以下结合一种具体的双端供电配电线路说明该基于永久性故障识别的就地馈线故障隔离方法。
[0067] 如图5所示，为一种双端供电配电线路，Q5-1处的
位置为开环点，Q5-1为开环开关，Q1和Q7为双端电源对应的
断路器，除此之外，其他的均为分段开关。
[0068] 当配电线路中某一处发生故障时，比如k点发生短路故障时，Q1处断路器跳开，Q2-1、Q2-2、Q3-1、Q3-2、Q4-1、Q4-2处的分段开关感受到无压后相继跳开。由于配电线路为双端供电，因此，正常情况下，开环开关Q5-1处于分闸状态。而且，k点发生短路故障时对断路器Q7对应的这一端线路不造成影响。
[0069] 各分段开关经故障检测延时后，各开关均进行故障性质识别，其中，对于双端电源的配电线路，开环开关Q5-1也进行永久性故障检测。若k处发生瞬时性故障，则Q1、Q2-1、Q2-2、Q3-1、Q3-2、Q4-1、Q4-2、Q5-1的识别结果均为非永久性故障；若k处发生永久性故障，则Q1、Q2-1、Q2-2、Q3-1、Q4-2、Q5-1识别结果为非永久性故障，Q3-2、Q4-1识别结果为永久性故障。
[0070] 那么，经合闸延时后，合故障性质识别结果为非永久性故障的相应开关。具体为：k处发生瞬时性故障时，Q1、Q2-1、Q2-2、Q3-1、Q3-2、Q4-1、Q4-2、Q5-1处开关合闸，如图6所示，线路恢复正常。k处发生永久性故障时，Q1、Q2-1、Q2-2、Q3-1、Q4-2、Q5-1处开关合闸，Q3-2和Q4-1处开关保持为分闸状态，如图7所示。
[0071] 以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种
变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、
修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。
