基于分布式差动保护的故障定位、隔离及快速恢复方法

摘要

本发明提供基于分布式差动保护的故障定位、故障隔离及快速恢复方法，由就地安装的DTU(配电自动化终端)装置实现，以上功能集成到DTU装置的广域保护插件中的保护单元，保护单元通过差动保护实现故障定位，然后隔离故障和启动馈线装置重合；而备用电源转供电功能则交由具备拓扑识别及快速智能复电功能的DMS(数据管理系统)完成。

说明书

技术领域

本发明涉及广域配网方法，具体涉及一种基于分布式差动保护的故障定位、故障隔离及快速恢复方法。

背景技术

现有的广域配网方式，采用集中式方式，即广域主站实现故障定位、隔离和恢复，测控终端装置DTU子站仅仅是执行主站的分合闸指令。这种广域配网方式，各设备之间各自工作，设备功能不能够很好的相互融合使用。极大的浪费了测控终端装置DTU子站的功能。

现有的中低压配电网电力通信研究现状：

(1)PTN(分组传送网)技术应用于主网现状

目前南方电网的110kV/35kV中低压电力通信网属于地区通信网的范畴，地区通信网中的传输网主要采用基于同步数字通信、电路时分复用的SDH/MSTP(同步数字体系/多业务传送平台)技术，在不同大区业务之间安全隔离、通道的时延和误码等质量等方面非常理想。但随着技术和业务的发展，该技术的不足之处也逐渐明显：

a)以广域控制保护为代表的电力系统新业务对通信通道提出了组播/多播、业务流向、大带宽等要求。SDH/MSTP技术主要靠EOS单板提供以太网业务，不太适应组播/多播业务模型，而且EOS技术的单位byte成本不太理想；同时电力通信业务也有向IP化发展的趋势，在这种新趋势下，SDH/MSTP技术是否仍然是中低压电力通信网的最优技术，需要仔细研究论证。

b)随着国内外运营商的本地网向PTN、IPRAN(无线接入网IP化)等技术的演进，SDH/MSTP产业链逐渐开始萎缩。未来，SDH/MSTP存在停产、没有备件、版本停止维护等一系列可能的问题。

c)电网的进一步发展，对变电站精确时间同步提出了较高要求。SDH/MSTP技术暂不支持PTP时间同步协议，由于两者的技术基础大不相同，在SDH/MSTP上难以实现PTP并加以标准化。

PTN技术是一种新型的光传送网络架构，在IP业务和底层光传输媒质之间设置了一个层面，针对分组业务流量的突发性和统计复用传送的要求而设计，以分组业务为核心并支持多业务提供，具有更低的总体使用成本(TCO)，同时秉承光传输的传统优势，包括高可用性和可靠性、高效的带宽管理机制和流量工程、便捷的OAM和网管、可扩展、较高的安全性等。

PTN技术是中国移动的本地网主流传输技术，主要用于替代MSTP实现3G/4G基站数据回传，目前中国移动持有世界上最大的PTN网络，设备总数超过60万台。

国内电力企业一直在关注PTN的发展动态：2010年国家电网山东电网信息化建设采用了PTN技术，完成了地市PTN本地综合数据网的建设；随后河北电网农网改造、新疆昌吉电网PTN&EPON配电网、甘肃定西电力、辽宁电力、江苏电力、内蒙电力、湖南电力等都采用了PTN技术；南方电网电力调度控制中心首次开展了PTN技术承载广域控制保护业务的相关研究并搭建了示范平台，验证了控制保护业务分组数据传输的可用性，同时在基于IEEE 1588V2的主备用时间源故障切换技术、高可靠一发多收组播技术等方面取得了突破。目前PTN在电力通信领域的应用，从组网规模上看，几点到几十点不等；从承载的业务来看，主要是管理信息大区业务，少量是调度数据网业务(作为备用通道)。

(2)PTN技术应用于配网现状

国家电网已经明确EPON技术作为配网通信的主流技术，近几年大力推进配网通信网的建设，进展迅速。EPON技术具有成本低、带宽大等优点，但同时也有设计复杂、网络结构难以调整、不支持精确时间同步等缺点。

目前南方电网主流的配网通信技术是工业以太网交换机，有少量EPON、电力线载波、公网无线、专网无线并存。工业以太网交换机有成本较低、带宽大、组网方便、支持精确时间同步等优点，但同时也有网络结构受限、OAM不佳、业务实时保护倒换性能不佳等缺陷。

南方电网正在深圳福田区配电网区域开展基于PTN通信技术的配电网控制保护工程示范。相比于EPON和工业以太网交换机，PTN的各项技术指标均占优势：PTN技术具有丰富的业务承载能力：能承载以太网、TDM等各种业务；强大的OAM功能，满足电信级OAM功能要求；较高的安全性；面向连接的控制平面，具备电信级保护倒换；支持精确时间同步。但PTN要在配网通信推广，还有以下两个问题需要解决：

a)现有的PTN设备体积太大、功能太强，成本不具备优势。业界现有的小型化PTN产品不多，包括华为公司室外型PTN906，烽火公司体积最小的10GE设备CiTRANS 630，以及正在规划的中兴ZXCTN 608，其成本是否足够低，功能是否能满足需求，都存在不确定性。

b)现有的PTN设备普遍没有工业级设计，是否能经受配网点恶劣环境的考验存在不确定性。

(3)无线专网技术应用于配网现状

TD-LTE无线专网包括LTE 230和LTE 1800。LTE 230是基于230MHz频段的无线频谱，利用TD-LTE先进无线通信技术，为电力行业用户开发的电力无线通信系统，该系统具有覆盖广、海量用户、高可靠性、高速率传输、实时性强、安全性强、频谱适应性强等特点。LTE 1800是一个以TD-LTE为核心技术，将TD-LTE技术的高速率、大带宽应用于无线专网建设的无线通信系统。相比LTE 230该系统具有大容量、大带宽、高速率传输、高频谱利用率等特点。对于无法覆盖的地下配电柜，可以采用增益天线提高信号强度。目前国内多个地区通过电力无线专网应用于配用电网，广东珠海主城区、广州示范区、深圳示范区，贵州遵义示范区都采用了TD-LTE(230或1800)技术，实现了配网自动化、视频监控、电能计量、电表集抄等功能。

另外，要实现配用电控制保护功能，差动保护是最可靠、最精确的保护及故障定位方式。但是由于实现点对点差动保护的设备成本高、对通信通道时延、收发路径一致性等性能要求较高，还无法在配用电网推广应用。目前无线专网实现高精度时间同步，基站与终端之间没有微妙级的时间同步机制，终端也不具备时间输出的功能。

(4)配网通信异构组网现状

目前配用电通信存在各种有线、无线通信方式，包括PON、工业以太网、4G无线等。有线通信方式要求光纤覆盖，但由于在城区内敷设光纤成本较高，难以解决存量配网点没有光纤覆盖的问题，预计未来相当一段时间内覆盖率都不会太理想；无线通信方式不要求光纤覆盖，适合快速部署。未来，在有光纤覆盖的增量站点使用有线通信，在没有覆盖光纤的存量站点使用无线通信，将形成有线、无线通信并存的局面。研究如何处理有线、无线通信的相互关系，在技术上利用两者的优劣势形成互补以提高业务可靠性，在管理上做到将两者统筹管控，是很有必要的。

目前贵州遵义电网无线二期项目，拟采用双网备份方案，将工业交换机与电力无线专网作为双网备份使用，通过在业务服务器之前增加路由网管设备，根据路由规则选收配电终端通过上送的数据。该方案能够保障离散业务的连通性，但无线传输环节中间节点过多，会增加业务传输时延，且路由配置无法自动适应网络变化。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于分布式差动保护的故障定位、故障隔离及快速恢复方法，由就地安装的测控终端装置DTU实现，简单快捷，能够很好的利用设备功能。且在不改变现有的配网负荷开关、断路器等一次设备配置的前提下，实现最小范围的配网故障定位和隔离。

本发明具体采用以下技术方案。

一种基于分布式差动保护的配电网故障定位、隔离及快速恢复方法，适用于配电网辐射状、手拉手、单环网、双环网网络架构；其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤(1)：在配电网线路中的各开关站安装多个配电测控终端装置DTU，通过配电测控终端装置DTU的采集单元采集该配电测控终端装置DTU所属的各开关站馈线线路电压、电流模拟量数据，通过内部以太网发送给本配电测控终端装置的保护单元，配电测控终端装置DTU还通过通讯模块接收相邻配电测控终端装置送过来的对应所属开关站馈线线路电压、电流模拟量数据，然后发送给本配电测控终端装置DTU的保护单元；

步骤(2)：每一个配电测控终端装置的保护单元根据本配电测控终端装置自身采集的电流、电压和与本配电测控终端装置相邻的其它配电测控终端装置送过来的电压电流实时数据，利用电流差动保护原理定位故障位置，执行分布式差动保护故障隔离逻辑跳开相应断路器，隔离故障；

步骤(3)：对于步骤(2)所跳开的断路器，经延时整定自动重合；若本次故障为瞬时故障，则重合成功；若为永久故障，重合失败，此时跳开本次重合的断路器，确认该断路器无流后，再跳开故障点两端配电测控终端装置所对应的未跳开的负荷开关或断路器；

步骤(4)：根据电网运行方式，由具备快速复电功能的数据管理系统DMS主站恢复失电区域供电，实现非故障区域电网的自愈。

本发明进一步包括以下优选方案：

在步骤(2)中，所述分布式差动保护故障隔离逻辑包括精准故障隔离和扩大化故障隔离两种形式。

所述故障精准隔离是指根据电流差动保护原理，利用差动电流定位故障处于哪两个配电测控终端装置对应的开关之间，优先跳开这两个开关，若这两个开关为断路器其跳开成功，则步骤(2)结束；若这两个开关为负荷开关或者开关拒动，则需要进入扩大化故障隔离逻辑。

所述扩大化故障隔离是指从有故障电流的开关开始，沿故障电流方向，向上游搜索，依次向相邻配电测控终端装置DTU传递跳闸信号，若接收跳闸命令的配电测控终端装置所对应开关为负荷开关则不跳闸，继续向故障电流上游侧的配电测控终端装置传递跳闸信号，直至接收到跳闸命令的配电测控终端装置所对应开关为断路器时，则该断路器跳闸；若断路器跳闸失败，则启动失灵保护断开故障电流上游相邻的下一个断路器。

本发明具有以下有益的技术效果：

一种基于分布式差动保护的故障定位、故障隔离及快速恢复方法，由就地安装的DTU装置实现，简单快捷，能够很好的利用设备功能。在不改变现有的配网负荷开关、断路器等一次设备配置的前提下，实现最小范围的配网故障定位和隔离。

是适应配网现有的、普遍的一次设备条件和通信环境下的配电网故障定位技术，考虑基于配网现有故障指示器技术、互感器配置和无线公网的情况下的故障定位实现可行性及所需条件，为网内更大范围内应用配网故障定位技术做出方向性指导。

附图说明

图1为本发明基于分布式差动保护的配电网故障定位、隔离及快速恢复方法的流程示意图；

图2为手拉手接线网架的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。基于分布式差动保护的配电网故障定位、隔离及快速恢复方法，通过DTU装置的保护DS单元配置差动保护实现故障定位、隔离故障和启动馈线装置重合；而备用电源转供电功能则交由DMS(具备拓扑识别及快速智能复电功能)完成。

故障定位、隔离逻辑兼容断路器及负荷开关，其中电源线路首端DTU操作该出口断路器。

结合附图1，基于分布式差动保护的故障定位、隔离和快速恢复方法的步骤如下：

步骤(1)：配电网数据采集

故障定位处理流程如下：在配电网线路中的各开关站安装多个配电测控终端装置DTU，通过配电测控终端装置DTU的采集单元采集该配电测控终端装置DTU所属的各开关站馈线线路电压、电流模拟量数据，通过内部以太网发送给本配电测控终端装置的保护单元，配电测控终端装置DTU装置还通过通讯模块接收相邻配电测控终端装置送过来的对应所属开关站馈线线路电压、电流模拟量数据，然后发送给本配电测控终端装置DTU的保护单元.

步骤(2)：配电网故障处理

每一个配电测控终端装置的保护单元根据本配电测控终端装置自身采集的电流、电压和与本配电测控终端装置相邻的其它配电测控终端装置送过来的电压电流实时数据，利用电流差动保护原理定位故障位置，执行分布式差动保护故障隔离逻辑跳开相应断路器，隔离故障。

2.1故障精准隔离：根据电流差动保护原理，利用差动电流定位故障处于哪两个配电测控终端装置对应的开关之间，优先跳开这两个开关，若这两个开关为断路器其跳开成功，则步骤(2)结束。若这两个开关为负荷开关或者开关拒动，则进入步骤2.2。

2.2扩大化故障隔离：从有故障电流的开关开始，沿故障电流方向，向上游搜索，依次向相邻配电测控终端装置DTU传递跳闸信号，若接收跳闸命令的配电测控终端装置所对应开关为负荷开关则不跳闸，继续向故障电流上游侧的配电测控终端装置传递跳闸信号，直至接收到跳闸命令的配电测控终端装置所对应开关为断路器时，则该断路器跳闸；若断路器跳闸失败，则启动失灵保护断开故障电流上游相邻的下一个断路器。

步骤(3)：瞬时性故障恢复供电

对于步骤(2)所跳开的断路器，经延时整定自动重合；若本次故障为瞬时故障，则重合成功；若为永久故障，重合失败，此时跳开本次重合的断路器，确认该断路器无流后，再跳开故障点两端配电测控终端装置所对应的未跳开的负荷开关或断路器；

步骤(4)：非故障区域恢复供电

根据电网运行方式，由具备快速复电功能的数据管理系统DMS主站恢复失电区域供电，实现非故障区域电网的自愈。

因通信故障或其他原因导致数据同步功能失效或无法数据同步，则闭锁分布式差动保护技术，采用基于主站的集中式馈线自动化作为后备保护。

如图2所示，选取手拉手闭环设计开环运行模式下的网架对故障处理策略进行说明。

1)电缆线路故障f1：

f1故障时，线路差动保护1检测到差流，其他差动保护模块没有检测到差流，由此判断故障区间为甲配电站的102与乙配电站的201开关之间。采用搜索断路器方式，跳开距离故障点最近的电源断路器，按延时第一次重合，若重合成功则动作结束。若重合失败，则加速跳开重合的断路器。确认无流后，直接拉开故障点两端开关102和201完成故障隔离处理。确认隔离后，若为102断路器切除故障则动作结束，否则第二次合闸恢复电源侧供电。

开环运行模式，DMS恢复逻辑选择执行合301完成非故障区域恢复供电。

2)母线故障f2：

f2故障时，线路电流差动保护不动作，流过甲环网柜母线1上所有间隔的电流之和不为0，并且未检测到分支线103和103开关故障，由此判断甲环网柜母线故障。故障定位后，采用搜索断路器方式，跳开距离故障点最近的电源断路器，由甲环网柜母线差动保护跳开甲环网柜的101和102开关，完成隔离故障处理。确认隔离后，若为101断路器切除故障则动作结束，否则合上跳开的断路器恢复电源侧供电。

开环运行模式，DMS恢复逻辑选择执行合301完成非故障区域恢复供电。

3)分支线路故障f 3：

乙环网柜的DTU判断分支开关204有过流信号，等待变电站甲出口断路器跳闸后，分支开关204检测失压，执行跳闸处理，完成故障隔离。204开关为分支开关，可以通过装置的定值参数配置。

4)电缆线路故障f1，开关201拒动

故障处理流程如同1)，当DTU2检测到开关201的在负荷开关动作时间如20s内还没有处于分位，则认为没有隔离成功。则通过GOOSE应用报文将“相邻线路隔离失败启动失灵”信号发送给相邻的开关202，将有开关202执行隔离扩大化处理。

以上描述仅仅借助于实施细节提供本发明的实现方法。对于本领域的技术人员是显而易见的，本发明不限于上面提供的实施细节，可以在不脱离本发明特征的情况下以另外的实施细节实现。因此，提供的实施细节应当被认为是说明性的，而不是限制性的。因此，实现和使用本发明的可能性是由所附的权利要求限定。因而，由权利要求确定的实现本发明的各种选择包括等效实施细节也属于本发明的范围。