本發(fā)明涉及閉環(huán)運行的配電線路繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及基于電纜線路的配電環(huán)網(wǎng)故障定位方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)配電網(wǎng)普遍采用“閉環(huán)設(shè)計、開環(huán)運行”模式，保護(hù)控制方法簡單，運行操作方便，但負(fù)荷轉(zhuǎn)供過程中會引起短時停電，且也無法滿足分布式電源(distributedenergyresources，ders)大量接入的要求。國內(nèi)外發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，開始采用閉環(huán)運行模式的配電網(wǎng)，以提高供電可靠性與ders接納能力。但由于閉環(huán)運行線路上的潮流與短路電流雙向流動，既有的三段式電流保護(hù)將不能滿足閉環(huán)運行的要求。目前，在閉環(huán)運行的配電環(huán)網(wǎng)中多采用基于導(dǎo)引線構(gòu)成的電流差動保護(hù)方法，依然沿用了傳統(tǒng)輸電網(wǎng)縱聯(lián)保護(hù)的基本思想，而與現(xiàn)有基于stu的配網(wǎng)自動化系統(tǒng)沒有形成有效對接。現(xiàn)有的配網(wǎng)自動化系統(tǒng)多針對“手拉手”的開環(huán)運行配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，尚未形成有效的針對閉環(huán)運行配電網(wǎng)絡(luò)的故障處理機制，且保護(hù)算法缺乏通用性。目前，城市配電網(wǎng)多采用電纜網(wǎng)絡(luò)并在環(huán)網(wǎng)柜中安裝stu，現(xiàn)場監(jiān)測的故障數(shù)據(jù)上傳至主站，集中決策后實現(xiàn)故障定位、隔離與供電恢復(fù)功能，該方式下受通信延時、主站集中處理信息的影響，動作速度較慢。

本發(fā)明針對閉環(huán)運行的電纜環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提出一種基于正序電流故障分量相位比較的電纜配電環(huán)網(wǎng)故障定位方法。發(fā)生故障時，所有stu將故障時刻作為對時的基準(zhǔn)；根據(jù)故障不同位置時各環(huán)網(wǎng)柜計算所得正序電流故障分量相位差為特征，實現(xiàn)故障準(zhǔn)確定位，為故障隔離與供電恢復(fù)奠定基礎(chǔ)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：基于正序電流故障分量的相位差，構(gòu)建適于閉環(huán)運行電纜配電網(wǎng)故障定位的方法。發(fā)生故障時，所有stu將故障時刻作為對時的基準(zhǔn)；根據(jù)故障發(fā)生在不同位置時，各環(huán)網(wǎng)柜計算所得正序故障電流相位差為特征，實現(xiàn)快速準(zhǔn)確識別故障位置并進(jìn)行隔離。

本發(fā)明解決技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是：根據(jù)環(huán)路上不同位置發(fā)生故障時，環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)線的正序電流故障分量的相位差，將環(huán)網(wǎng)柜劃分為四種狀態(tài)分別設(shè)為x1、x2、x3和x4，并設(shè)定在每種狀態(tài)下stu判斷故障的位置。發(fā)生故障時，各stu以故障發(fā)生時刻作為基準(zhǔn)自動對時后，提取正序電流故障分量的信息，向上游相鄰的環(huán)網(wǎng)柜發(fā)送自身上游進(jìn)線的正序電流故障分量的相位信息，向下游相鄰的環(huán)網(wǎng)柜發(fā)送自身下游進(jìn)線正序電流故障分量的相位信息。然后，stu對接收到信息和自身測得的信息進(jìn)行分析計算，得到三組正序故障電流的相位差和stu判斷自身所處的狀態(tài)后，根據(jù)既定的準(zhǔn)則判斷是否動作。該方法利用相鄰環(huán)網(wǎng)柜之間正序電流故障分量信息的交換并分析處理，實現(xiàn)環(huán)網(wǎng)故障區(qū)段的快速準(zhǔn)確定位，消除了終端與主站之間通信環(huán)節(jié)及主站系統(tǒng)處理大量信息引起的延時，提高了故障處理速度。具體過程為：

1.閉環(huán)運行的電纜配電環(huán)網(wǎng)中，規(guī)定環(huán)網(wǎng)的正方向為從變電站m側(cè)母線到變電站n側(cè)母線的方向，即m側(cè)為上游，n側(cè)下游。變電站m、n的出口分為設(shè)有斷路器qf0n和qf(k+1)m，并配有stu。變電站m側(cè)母線上的stu標(biāo)為0，按環(huán)網(wǎng)的正方向順序給各個stu標(biāo)號，變電站n側(cè)母線上的stu標(biāo)記為k+1，則線路上有k個stu。定義第i(1≤i≤k)個stu自身上、下游側(cè)斷路器分別為qfim和qfin。

2.規(guī)定環(huán)網(wǎng)柜i上游進(jìn)線與相鄰環(huán)網(wǎng)柜i-1下游進(jìn)線的正序故障電流相位差為環(huán)網(wǎng)柜i自身上、下游進(jìn)線的正序電流故障分量相位差為環(huán)網(wǎng)柜i下游進(jìn)線與相鄰環(huán)網(wǎng)柜i+1上游進(jìn)線的正序電流故障分量相位差為

3.環(huán)路上不同位置上發(fā)生短路故障時，利用各stu的正序電流故障分量相位差為特征，可將stu劃分為四種狀態(tài)。當(dāng)環(huán)網(wǎng)柜i相連的上下游線路及其內(nèi)部母線上都沒有發(fā)生短路故障時，計算所得的三個電流相位差均為180°，定義此時該環(huán)網(wǎng)柜處于狀態(tài)x0；當(dāng)環(huán)網(wǎng)柜i相連的上游線路發(fā)生短路故障時，計算所得為0°，而其余兩者仍為180°，定義此時該環(huán)網(wǎng)柜處于狀態(tài)x1；當(dāng)環(huán)網(wǎng)柜i相連的下游線路發(fā)生短路故障時，計算所得為0°，而其余兩者仍為180°，定義此時該環(huán)網(wǎng)柜處于狀態(tài)x2；當(dāng)環(huán)網(wǎng)柜i內(nèi)部母線發(fā)生短路故障時，計算所得為0°，而其余兩者仍為180°，定義此時該環(huán)網(wǎng)柜處于狀態(tài)x3。

4.變電站m側(cè)配有的stu0只有下游進(jìn)線的正序電流故障分量相位信息，接收stu1上游進(jìn)線的信息，計算得到該環(huán)網(wǎng)柜只能處于x0和x2兩種狀態(tài)：該值為180°時，處于狀態(tài)x0；該值為0°時，處于狀態(tài)x2。同理，變電站n側(cè)配有的stu(i+1)，只有上游進(jìn)線的正序電流故障分量的相位信息，接收stu(i)下游進(jìn)線的信息，計算得到該環(huán)網(wǎng)柜只能處于x0和x1兩種狀態(tài)：該值為180°時，處于狀態(tài)x0；該值為0°時，處于狀態(tài)x1。因此，變電站m、n側(cè)的stu中可人為設(shè)定缺失的兩個相位差的值為180°，便于統(tǒng)一判斷環(huán)網(wǎng)柜狀態(tài)的準(zhǔn)則。

5.環(huán)路中發(fā)生故障時，stu自動對時，提取正序電流故障分量測得其相位，向相鄰上、下游環(huán)網(wǎng)柜發(fā)送對應(yīng)的正序電流故障分量相位信息，stu將接收到的信息和原有的信息進(jìn)行計算分析，判斷所處的狀態(tài)。若環(huán)網(wǎng)柜i處于x0狀態(tài)，則不動作；若環(huán)網(wǎng)柜i處于x1狀態(tài)，則斷開自身m側(cè)的斷路器qfim；若環(huán)網(wǎng)柜i處于x2狀態(tài)，，則斷開自身n側(cè)斷路器qfin；若環(huán)網(wǎng)柜i處于x3狀態(tài)，，則斷開自身兩側(cè)斷路器qfim和qfin。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明專利所公開的方法，與傳統(tǒng)閉環(huán)運行的電纜配電環(huán)網(wǎng)保護(hù)方法相比，具有顯著區(qū)別：本發(fā)明基于配網(wǎng)自動化系統(tǒng)并針對閉環(huán)運行的電纜網(wǎng)絡(luò)，提出了一種通用的短路故障區(qū)間定位與故障隔離方法?，F(xiàn)有的環(huán)網(wǎng)柜中無母線pt，無法獲取電壓信息時，只能依靠ct測取的電流信息進(jìn)行故障定位。本發(fā)明專利所公開的方法僅根據(jù)正序電流故障分量相位信息進(jìn)行故障定位。環(huán)路中發(fā)生故障時，將環(huán)網(wǎng)柜劃分為x0、x1、x2和x3四種狀態(tài)，設(shè)定每種狀態(tài)對應(yīng)特定的斷路器跳閘規(guī)則。當(dāng)不同位置發(fā)生故障時，環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)的stu將根據(jù)所處狀態(tài)，斷開自身的斷路器或不動作。本方法通過光纖以太網(wǎng)連接每個環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)安裝的stu，以實現(xiàn)相鄰環(huán)網(wǎng)柜stu之間信息的交換，完成故障的快速準(zhǔn)確定位與隔離。整個保護(hù)過程無需主站參與，消除了與主站通信環(huán)節(jié)及主站處理大量信息引起的延時，提高了供電可靠性。

附圖說明

附圖1為含有4個環(huán)網(wǎng)柜的閉環(huán)運行電纜配電環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖。

附圖2為f1處發(fā)生故障，對應(yīng)的正序故障電流分量特征圖。

附圖3為f2處發(fā)生故障，對應(yīng)的正序故障電流分量特征圖。

附圖4為f3處發(fā)生故障，對應(yīng)的正序故障電流分量特征圖。

附圖5為f4處發(fā)生故障，對應(yīng)的正序故障電流分量特征圖。

附圖6為基于正序電流故障分量相位比較的電纜配電環(huán)網(wǎng)故障定位方法的動作特征圖。

具體實施方式

本發(fā)明提出一種基于正序電流故障分量相位比較的電纜配電環(huán)網(wǎng)故障定位方法，下面結(jié)合實例與附圖對本發(fā)明予以詳細(xì)說明。

1、故障定位過程分析

以附圖1所示的電纜配電環(huán)網(wǎng)為例進(jìn)行故障特征分析。其中環(huán)網(wǎng)首末端的等效電動勢可以來自同一母線，則也可來自不同的母線。但如若是后者，需滿足不會使環(huán)路中出現(xiàn)過大的循環(huán)功率，影響系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行。系統(tǒng)中各個環(huán)網(wǎng)柜的兩條進(jìn)線都設(shè)置了斷路器，標(biāo)記為qfim與qfin(i＝1,2,3,4)變電站m、n出口處的斷路器分別為qf0n與qf5m。正常運行時系統(tǒng)處于閉環(huán)運行狀態(tài)，所有斷路器都處于閉合狀態(tài)。變電站斷路器處及每個環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)安裝有智能配電終端，并通過光纖以太網(wǎng)連接，以實現(xiàn)相鄰環(huán)網(wǎng)柜中stu之間的通信。出口斷路器對應(yīng)的stu0與stu5，可與相鄰的stu交換相位信息，控制斷路器跳閘。

當(dāng)環(huán)路中發(fā)生短路故障時，所有stu將故障發(fā)生時刻作為對時基準(zhǔn)，提取正序電流故障分量信息，交換相位信息，分析計算后判斷動作。設(shè)定母線指向線路的方向為電流的正方向，所有保護(hù)正方向的參考電流分別為與設(shè)故障電流方向為故障點流向線路，與為流過各斷路器的正序電流故障分量。

1)當(dāng)f1處發(fā)生短路故障時，該環(huán)網(wǎng)的正序故障分量特征如附圖2所示。由圖可得：與故障點不相鄰的環(huán)網(wǎng)柜stu0、stu1、stu4和stu5中計算所得正序故障電流相位差均為180°，處于狀態(tài)x0中，不動作。故障點上游的環(huán)網(wǎng)柜stu2中計算得處于狀態(tài)x2中,斷開其n側(cè)斷路器qf2n；故障點上游的環(huán)網(wǎng)柜stu3中計算得處于狀態(tài)x2中,斷開其m側(cè)斷路器qf3m。

整個環(huán)路中，只有故障點f1相鄰的兩個斷路器qf2n、qf3m斷開，線路上發(fā)生故障時，準(zhǔn)確地定位了故障點的位置并進(jìn)行隔離。

2)當(dāng)f2處發(fā)生短路故障時，對應(yīng)的正序故障分量特征如附圖3所示。由圖可得：與故障點不相鄰的環(huán)網(wǎng)柜stu0、stu1、stu3、stu4和stu5中計算所得正序故障電流相位差均為180°，處于狀態(tài)x0中，不動作。故障點所處的環(huán)網(wǎng)柜stu2計算得處于狀態(tài)x3中，斷開其m、n兩側(cè)的斷路器qf2m和qf2n。

整個環(huán)路中，只有包含故障點f2母線所處的stu兩側(cè)的斷路器qf2m、qf2n斷開，母線上發(fā)生故障時，準(zhǔn)確地定位了故障點的位置并進(jìn)行隔離。

3)當(dāng)f3處發(fā)生短路故障時，對應(yīng)的正序故障分量特征如附圖4所示。由圖可得：與故障點不相鄰的環(huán)網(wǎng)柜stu2、stu3、stu4和stu5中計算所得正序故障電流相位差均為180°，處于狀態(tài)x0中，不動作。首段環(huán)網(wǎng)柜stu0計算得處于狀態(tài)x2中，將其出口斷路器qf0n斷開。故障點下游環(huán)網(wǎng)柜stu1計算得處于狀態(tài)x1中，斷開其m側(cè)斷路器qf1m。

整個環(huán)路中，只有首端斷路器qf0n和stu1m側(cè)的斷路器qf1m，首段發(fā)生故障時，準(zhǔn)確地定位了故障點的位置并進(jìn)行隔離。

2、保護(hù)范圍的確定方法

在實際運行過程中，正序電流故障分量的相位差不會嚴(yán)格遵守0°或180°的原則。stu經(jīng)過電流互感器側(cè)取電流時，按照靜態(tài)10％誤差要求選擇負(fù)載后，兩側(cè)二次電流最大誤差不超過7°；保護(hù)裝置中的濾序器及收發(fā)信操作回路的角度誤差不超過15°；信號傳播速度近似按3×10⁸m/s，傳輸?shù)木€路長度與等值的工頻角延時為此外，stu的測量誤差和對時誤差等因素也會使正序電流故障分量的相位差產(chǎn)生偏差，因此，需設(shè)定一定的裕度,為不動作區(qū)，如附圖6所示。