本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)配電線路繼電保護領域，尤其涉及一種利用主站識別動態(tài)拓撲的配電線路雙向允許式保護方法。

背景技術：

傳統(tǒng)繼電保護多是利用整定值大小以及時間上的配合來實現(xiàn)線路故障的檢測和隔離，利用定值不易配合，易越級動作。利用時間配合，故障切除時間長，有可能危害主變等設備。且繼電保護和安全自動裝置相互之間缺乏配合，相互獨立，不能進行數(shù)據(jù)共享?？傊F(xiàn)有的保護及安全自動裝置已不能滿足電力系統(tǒng)發(fā)展的要求。

近年來，配電網(wǎng)自動化技術，特別是基于對等通信的分布式智能控制技術的快速發(fā)展，為改善電力系統(tǒng)配電線路繼電保護提供了契機，涌現(xiàn)出閉鎖式保護、差動保護、允許式保護等一批新技術。但由于管理體制的原因，大多數(shù)出口斷路器不納入配電網(wǎng)自動化管理體制，不能和線路自動化或保護設備進行深度配合。同時，配電網(wǎng)閉環(huán)設計，開環(huán)運行，實際供電過程中存在停電專供、網(wǎng)絡拓撲結構變化的問題。而現(xiàn)有的利用FTU之間交換信息的繼電保護方法均為未考慮到這兩點問題，導致現(xiàn)場應用存在許多問題。

《重慶大學學報》中論文《配電線路快速保護原理及分析》中提到了兩種保護方法：雙向閉鎖式過電流保護和雙向允許式過電流保護，其中，雙向允許式過電流保護又分為判斷故障電流方向的雙向允許式過電流保護和不判斷故障電流方向的雙向允許式過電流保護。雙向允許式過電流保護方法的工作原理是：判別電流方向，F(xiàn)TU向故障電流流出方向發(fā)允許信號,對于故障電流流入方向不發(fā)信號，同樣是FTU僅向其相鄰一側的FTU發(fā)送信號。對于雙向允許式過電流保護以及雙向閉鎖式過電流保護兩種保護方法均需判別故障電流方向，不適用于現(xiàn)場應用。不判別故障電流方向的雙向允許式過電流保護方法不判別電流方向，F(xiàn)TU感受到過電流后向其相鄰兩側發(fā)允許信號，要求出口斷路器參與允許信號的發(fā)送，不能適應現(xiàn)場出口斷路器不參與信號發(fā)送或是接收的情況。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是針對現(xiàn)有技術所存在的不足，而提供了一種利用光纖通信技術實現(xiàn)FTU之間的信息交換，實現(xiàn)故障的準確快速定位、隔離，減小故障危害的一種利用主站識別動態(tài)拓撲的配電線路雙向允許式保護方法。

本發(fā)明針對閉環(huán)結構開環(huán)運行（即存在備用電源轉供）且出口斷路器不參與允許信號收發(fā)的配電線路，利用線路終端（FTU）之間的對等通信，相鄰上下級之間交換故障和動作信息，實現(xiàn)短路故障雙向允許式保護。

本發(fā)明解決技術問題采取的技術方案是：將FTU劃分為邊界FTU和中間FTU，主站通過動態(tài)拓撲識別確定邊界FTU為始端FTU還是尾端FTU，并將相應信息下發(fā)給各FTU；FTU在未感受到過電流時，向其相鄰FTU發(fā)送允許信號，允許相鄰FTU進行跳閘動作；始、尾端和中間FTU，根據(jù)其是否感受到過電流，以及在規(guī)定時間內是否接收到允許信號，控制相應斷路器是否進行動作；若在故障后()時間，仍存在過電流，出口斷路器動作，實現(xiàn)首端FTU與出線斷路器之間故障的保護。

具體實現(xiàn)方法包括以下步驟：

步驟1：將FTU劃分為邊界FTU和中間FTU；

步驟2：針對閉環(huán)設計、開環(huán)運行的雙電源配電網(wǎng)絡，定義電源出口斷路器的下一個FTU為邊界FTU，其余全部FTU為中間FTU；

步驟3：主站通過動態(tài)拓撲識別確定邊界FTU為始端FTU還是尾端FTU，具體為：

1）若監(jiān)測到邊界FTU處開關閉合，且其上游出口斷路器處于閉合狀態(tài)，則其為始端FTU；

2）若監(jiān)測到邊界FTU處開關閉合，且其上游出口斷路器處于斷開狀態(tài)，則其為尾端FTU；

步驟4：設置繼電保護動作電流整定值，具體為：

1）若采樣電流值，則表明無過電流出現(xiàn)；

2）若采樣電流值超過，則表明有過電流出現(xiàn)；

步驟5：在線路中感受到過電流的FTU向相鄰FTU發(fā)送詢問信號；

步驟6：接收到詢問信號的邊界和中間FTU：

1）若未感受到過電流時，向相鄰FTU發(fā)允許信號，并開始計時；

2）若感受到過電流，則不會向相鄰FTU發(fā)送允許信號；

步驟7：設定時間T₁, 當時,各未檢測到過流的FTU根據(jù)接受到允許信號決策是否動作，具體為：

1）對于始端FTU，感受到過電流后向相鄰FTU發(fā)送詢問信號后，

A、若鄰居感受到過電流，則不會向始端FTU回饋允許信號，相應斷路器不動作；

B、若鄰居未感受到過電流，則會對始端FTU發(fā)送允許跳閘信號，相應斷路器動作；

2）對于尾端FTU，感受到過電流，相應斷路器動作；

3）對于中間FTU，

A、若接收到鄰居對其發(fā)送的允許信號，則其相應斷路器動作跳閘；

B、若未接收到鄰居對其發(fā)送的允許信號，則不動作。

步驟8：設定時間()，故障后時，出口斷路器決策是否動作，具體為，在故障后()時間，即時刻，若仍存在過電流，出口斷路器動作，實現(xiàn)始端FTU與出線斷路器之間故障的保護。

本發(fā)明的有益效果是：

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明利用主站識別動態(tài)拓撲的雙向允許式保護新方法，利用光纖通信技術實現(xiàn)FTU之間的信息交換，實現(xiàn)故障的準確快速定位、隔離，減小故障危害，充分考慮到了現(xiàn)場大多數(shù)出口斷路器不參與允許式分段保護的現(xiàn)狀，通過主站決策識別邊界FTU為始端FTU還是尾端FTU，對始端、尾端、中間FTU設置各自相應的動作判據(jù)，配合后備保護，可有效適應于現(xiàn)場情況，并且本發(fā)明不需要判定功率方向，更加簡單本方法。利用計算機網(wǎng)絡通信技術實現(xiàn)FTU之間的信息交換，實現(xiàn)故障的準確快速定位、隔離，減小故障危害。充分考慮到了現(xiàn)場大多數(shù)出口斷路器不參與時間內根據(jù)過電流判定是否發(fā)送允許式信號的現(xiàn)狀，準確定位、隔離故障。并考慮到配電網(wǎng)閉環(huán)設計、開環(huán)運行的問題，在進行停電轉供，網(wǎng)絡拓撲變化后，仍能準確定位、隔離故障。

附圖說明

附圖1為系統(tǒng)結構圖；

附圖2為配電自動化結構圖；

附圖3為LB斷開狀態(tài)下A電源單獨供電線路結構圖；

附圖4為A電源退出運行，區(qū)域1、2、3、4由B電源轉供線路結構圖；

附圖5為A電源退出運行，區(qū)域3、4由B電源轉供線路結構圖。

具體實施方式

為能清楚說明本方案的技術特點，下面通過具體實施方式，對本方案進行闡述。

實施例1

1、 線路設備配置

一般手拉手環(huán)節(jié)的配電網(wǎng)都是閉環(huán)設計，開環(huán)運行，系統(tǒng)結構如附圖1所示。由A、B兩電源供電，各斷路器裝設相對應FTU，其中，、為出口斷路器，出口保護設備不參與允許信號的接收或發(fā)送，相對應的出線保護為CB1、CB7；、為出口斷路器的下一斷路器，定義相對應的FTU2、FTU6為邊界FTU，根據(jù)運行情況，由主站識別其為始端或是尾端FTU；、、為中間斷路， LB為聯(lián)絡開關，定義相對應的FTU3、FTU4、FTU5、FTU8為中間FTU，F(xiàn)TU8僅在在LB閉合狀態(tài)下參與允許信號的接收或發(fā)送；在正常運行時，LB處于斷開狀態(tài)，兩邊各自供電，區(qū)域1、2、3、4由A電源供電，區(qū)域5、6、7由B電源供電；供電轉供時，有關斷路器跳開，LB閉合，完成供電的轉供。

2、配電自動化的結構

配電自動化的結構如附圖2所示，主站位于控制中心，是配網(wǎng)自動化的核心和大腦，從整體上實現(xiàn)了SCADA、饋線自動化（FA）等功能。子站（通信集中器）一般位于變電站，屬于網(wǎng)絡匯接設備，起著承上啟下的作用，將分散在配電線路上的配電終端的信息匯集到一起上傳給主站，將主站下發(fā)的信息轉發(fā)給相應的配電終端。配電終端包括饋線終端 FTU，配變終端 TTU、開閉所終端 DTU 等。

3、配電自動化系統(tǒng)的通信

1）主站與配電終端之間的通信

主站和終端之間的通信采用客戶/服務器模型。數(shù)據(jù)發(fā)送采用 IEC 61850 的報告（Reporting）模型，這樣既可以保證正常數(shù)據(jù)的傳輸，又可以將異常數(shù)據(jù)快速發(fā)布。

2）配電終端與配電終端之間的通信

終端和終端層之間使用客戶/服務器模型和通用 GSE 模型。GSE包括面向通用對象的變電站事件（GOOSE）和通用變電站狀態(tài)事件（GSSE）。GSE采用廣播方式，對傳輸?shù)难訒r有嚴格的限制。饋線層和終端層之間的網(wǎng)絡是分支網(wǎng)絡，同一個分支網(wǎng)絡上的 IED 一般不會很多，為了實現(xiàn)一些饋線層的快速功能，可以采用 GSE 模型。GSE的使用應該限制在饋線層內部，避免造成主干網(wǎng)絡的堵塞。

配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡采用分層的IP網(wǎng)絡結構，分為主干網(wǎng)絡和分支網(wǎng)絡。主干網(wǎng)絡連接控制中心與變電站，分支網(wǎng)絡將分散在各配電線路上的終端設備連接到一起，并與變電站相連。主干網(wǎng)絡需要選用高速的光纖網(wǎng)絡。目前，大多數(shù)供電企業(yè)建成的 SDH 主干網(wǎng)絡，都能提供 100 Mbps 以上的帶寬，滿足配網(wǎng)自動化以及其他自動化系統(tǒng)的需求。隨著光纖價格的降低，光纖網(wǎng)絡已成為了分支網(wǎng)絡的重要形式，無線公網(wǎng)和寬帶電力線載波作為補充形式。目前，工業(yè)以太網(wǎng)和以太無源光網(wǎng)絡（EPON）已在配網(wǎng)自動化通信網(wǎng)絡中得到了廣泛的應用。

4、FTU之間相鄰關系的配置

由主站通過系統(tǒng)的拓撲結構配置FTU之間的相鄰關系， FTU2、FTU3、FTU4、FTU8、FTU5、FTU6互為相鄰上下級，通過是否可以感受到過電流后，判定是否需要發(fā)送允許信號。

5、主站識別邊界FTU為始端或是尾端FTU

若監(jiān)測到邊界FTU處開關閉合，且其上游出口斷路器處于閉合狀態(tài)，則其為始端FTU；若監(jiān)測到邊界FTU處開關閉合，且其上游出口斷路器處于斷開狀態(tài)，則其為尾端FTU。

6、故障檢測和FTU之間通信

當線路中有FTU接收到允許信號時，即檢測到了故障的存在。未感受到過電流的FTU向其鄰居發(fā)送允許信號。若所有FTU均檢測到過電流，表明線路正常，無故障存在。

7、故障后的定位和隔離,實現(xiàn)配電線路的快速保護

1）對于始端FTU，感受到過電流后向相鄰FTU發(fā)送詢問信號后，若鄰居感受到過電流則不會向始端FTU回饋允許信號相應斷路器不動作；若鄰居未感受到過電流則會對始端FTU發(fā)送允許跳閘信號，相應斷路器動作。

2）對于尾端FTU，感受到過電流，相應斷路器動作。

3）對于中間FTU，若接收到鄰居對其發(fā)送的允許信號則其相應斷路器動作跳閘，反之，則不動作。

4）在故障后()時間，即時刻，若仍存在過電流，出口斷路器動作，實現(xiàn)首=始端FTU與出線斷路器之間故障的保護。

具體工作時，如附圖3所示，當聯(lián)絡開關LB斷開時，由A電源進行供電，邊界FTU2由主站識別為始端FTU。

1）若k1處發(fā)生短路故障，

由于只有CB1感受到過電流。在延時時間后，CB1仍能感受到過電流，控制出口斷路器跳閘，成功切除線路k1處故障。

2）若k2處發(fā)生短路故障，

CB1、始端FTU2、中間FTU3感受到過電流向相鄰FTU發(fā)送允許信號。

在時刻，F(xiàn)TU4未收到過電流，向相鄰FTU發(fā)送允許信號允許跳閘，F(xiàn)TU3收到跳閘信號后進行動作，相應斷路器動作。成功切除線路k2處故障。

在時刻，線路中檢測不到過電流，CB1、首端FTU2保護復歸。

實施例2

與實施例不同在于，負荷轉供，區(qū)域1、2、3、4由B電源轉供。

此時聯(lián)絡開關LB閉合，如附圖4所示，邊界FTU2被主站識別為尾端FTU，邊界FTU6被主站識別為始端FTU。

1）若k3處發(fā)生短路故障，

只有CB7感受到過電流。其他FTU感受不到過電流，相應斷路器不可能動作。在延時時間后，CB7仍能感受到過電流，控制出口斷路器跳閘，成功切除線路k4處故障。

2）若k2處發(fā)生短路故障，

CB7、首端FTU6、中間FTU5、中間FTU8、中間FTU4感受到過電流，向相鄰FTU發(fā)送詢問信號。

在時刻，F(xiàn)TU3未感受到過電流，向相鄰FTU發(fā)送允許跳閘信號，F(xiàn)TU4接收到跳閘信號后相應斷路器動作，成功切除線路k2處故障。

在時刻，線路中檢測不到過電流，CB7、首端FTU6、中間FTU5、中間FTU8保護復歸。

3）若k1處發(fā)生短路故障，

CB7、首端FTU6、中間FTU5、中間FTU8、中間FTU4、中間FTU3、末端FTU2均感受到過電流，向相鄰FTU發(fā)送詢問信號。尾端FTU2感受到過電流，控制相應斷路器動作，成功切除線路k3處故障。

其他FTU均感受到過電流沒有發(fā)出允許跳閘的信號，在時刻，線路中檢測不到過電流，CB7、首端FTU6、中間FTU5、中間FTU8、中間FTU4、中間FTU3保護復歸。

實施例3

與實施例1不同在于，負荷轉供，區(qū)域3、4由B電源轉供，區(qū)域1、2仍由A電源供電

此時聯(lián)絡開關LB閉合，QF3為常開狀態(tài)，如附圖5所示，邊界FTU2被主站識別為始端FTU，邊界FTU6也被主站識別為始端FTU。以下僅以B電源供電區(qū)域為例分析。

1）若k3處發(fā)生短路故障，

只有CB7感受到過電流。在延時時間后，CB7仍能感受到過電流，控制出口斷路器跳閘，成功切除線路k4處故障。

2）若k2處發(fā)生短路故障，

CB7、首端FTU6、中間FTU5、中間FTU8、中間FTU4感受到過電流，向相鄰FTU發(fā)送詢問信號。

在時刻，F(xiàn)TU3未感受到過電流向相鄰FTU發(fā)送允許跳閘的信號，F(xiàn)TU4接收到允許信號后，相應斷路器動作。成功切除線路k2處故障。

在時刻，線路中檢測不到過電流，CB7、首端FTU6、中間FTU5、中間FTU8保護復歸。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非是對本發(fā)明作其它形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術人員可能利用上述揭示的技術內容加以變更或改型為等同變化的等效實施例。但是凡是未脫離本發(fā)明技術方案內容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍。