專利名稱：利用故障信號自同步實現閉環網故障定位的方法
利用故障信號自同步實現閉環網故障定位的方法技術領域
一種利用故障信號自同步實現閉環網故障定位的方法。涉及配電閉環網供電系統中故障自愈控制方法，屬于電力系統自動化領域。
背景技術：
目前，城市中心城區普遍采用兩端電源的環網供電模式，線路發生故障時可以在幾秒內實現轉供，但對于一些特別敏感的負荷，如半導體集成電路制造廠、有重要賽事的體育場館，即便是幾秒鐘的短時停電也會造成嚴重的經濟損失和社會秩序的混亂，這就需要采用閉環運行方式供電。閉環運行的電纜環網(聯絡開關正常運行時處于合位)，兩側的電源取自同一母線，以避免因兩側電源電壓不一致帶來的潮流難以控制的問題。環網柜進線開關采用能夠遮斷故障電流的斷路器，應用基于分布式智能控制的網絡保護，在線路故障時直接跳開故障區段兩側斷路器切除故障，使非故障區段用戶的供電不受影響，實現無縫自愈。
閉環供電系統發生故障時，由于故障點兩側都存在電源，因而故障點兩側的饋線自動化終端FTU都會檢測到故障電流，環網柜內一般沒有電壓互感器PT，無法采用傳統的方向保護，只能利用非故障區段電流是穿越性的，電流方向一致，而故障區段電流由兩側注入，方向相反的原理，實現故障定位。而檢測不同地點的饋線自動化終端FTU電流方向是否一致，需要一個統 一的時間基準，目前普遍采用的網絡對時無法滿足要求。發明內容
本發明要解決的技術問題是克服現有技術存在的問題，提供一種不需要測量電壓信號，也無需使用專用的時間同步設備，通信通道不再承載平時的高精度對時的同步任務的利用故障信號自同步實現閉環網故障定位的方法。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是該利用故障信號自同步實現閉環網故障定位的方法，利用相電流突變量啟動算法確定故障電流信號的起始時刻，利用故障電流的初始相位確定故障區段，其特征在于所述的故障電流信號的起始時刻為處于閉合環網不同地點的饋線自動化終端FTU提供統一的時間基準，饋線自動化終端FTU采用高速數據采集；所述的利用故障電流的初始相位確定故障區段，是通過比較兩相鄰的饋線自動化終端FTU測量到的故障電流的初始相位的相位差△ 91判斷故障區段。
所述因通過測量獲取到的電流相位差Λ Θ i有一定的誤差，設定電流相位差Λ Θ工允許最大誤差為％，則故障區段的相位差為180° +φω> φ > 180° -Φπ;非故障區段的相位差為1 >識>-％,，其中識為線路上相鄰FTU檢測到的故障電流相位差，％ 為相位差最大允許誤差70°。
所述的饋線自動化終端FTU高速數據采集的采樣速度為每周波大于64點。
該利用故障信號自同步實現閉環網故障定位的方法，具體步驟如下
步驟1:邏輯流程開始；
步驟2 :檢測電流突變量，實時監測相電流的突變量是否超過設定值；
步驟3:接收故障數據；
步驟4 :延時判斷故障，若相電流突變量超過設定值，設定值取1A，即電流標稱值 5A的20% ;為保證采集到完整的數據，需經20ms的延時時間后，接收故障數據；
步驟5 :確認故障，從突變量超過設定值開始確定為故障時刻，采集一個周波的數據；
步驟6 :計算其中一個饋線自動化終端FTU故障相位，對采集到的數據進行傅里葉運算，得到故障起始時刻的初相位，記作％ ;
步驟7 :讀取左右相鄰饋線自動化終端FTU的故障起始時刻初相位，分別記作％—j 和％+1，與本饋線自動化終端FTU的％作差，求取電流相位差ft = -死和於=(P,, -φ 4，其中η 為本饋線自動化終端FTU ；
步驟8 :根據相位差免值判斷故障位置，當180° +φ^ φ > 180° -(^為故障區段；當A >Ρ>_Α為非故障區段，其中％為相位差最大允許誤差，A <70° ;
步驟9 :根據故障點位置隔離故障，恢復供電。
工作原理
配網線路發生故障時，故障信號經一定的線路傳輸時間到達兩端饋線自動化終端 FTU，饋線自動化終端FTU經過一定的延時檢測到線路發生了故障，設故障信號到達兩端的時間差導致的相位誤差為Λ θ1;而從故障信號到達饋線自動化終端FTU及饋線自動化終端FTU檢測到線路發生故障，兩端所用時間可能不同，設兩端檢測故障的時間差導致的相位誤差為Λ θ2，只要兩端相位最大誤差Λ Θ1ω3χ+Δ θ2_在允許范圍內，則在線路發生故障后，其兩端饋線自動化終端FTU可以根據故障檢測時刻為參考而近似同步。
與現有技術相比，本發明的利用故障信號自同步實現閉環網故障定位的方法所具有的有益效果是解決了閉環運行配電網中，故障電流方向檢測的難題，該方法不需要測量電壓信號，也無需使用專用的時間同步設備，通信通道不再承載平時的的高精度對時的同步任務，而只需在故障后傳送帶參考時間標簽的故障電流數據，即正常時不需同步，故障后近似同步。具有簡單、成本低、易于實施等優點。
圖1本發明的閉環網系統結構示意圖。
圖2本發明故障與非故障區段示意圖。
圖3本發明的流程框圖。
其中F1故障點FTU饋線自動化終端CB1、CB2電源開關P為線路兩端電流的相位差^ 為相位差最大允許誤差。
具體實施方式
附圖1-3是本發明的利用故障信號自同步實現閉環網故障定位的方法的最佳實施例。
如附圖1所示
閉環網系統由電源、電源開關CB1、CB2，6個饋線自動化終端FTU、l-4號環網柜及柜內開關〇811、〇812、〇821、〇822、〇831、〇832、〇841、〇8412、組成。
一、本發明的利用故障信號自同步實現閉環網故障定位的方法的前提條件是
I)配網線路比較短，故障信號傳輸到線路兩端的誤差很小。
2)短線路可以不考慮分布電容改變線路兩端電流相位的問題。
3)智能饋線自動化終端FTU采樣速度足夠高(大于每周波64點)。
二、利用相電流突變量啟動算法，找到故障信號的起始時刻。
如圖1所示，當Fl點發生故障時，各個饋線自動化終端FTU通過電流突變量^φ=\%κ -w|-|w -&n||判據檢測故障，當檢測到故障信號時，記下接收到故障信號的時刻，以此時刻作為故障電流相位計算的時間基準，比較相鄰環網柜處的饋線自動化終端FTU測量的故障電流相位，根據相位比較結果判斷故障點位置。當故障點Fl區段兩側饋線自動化終端FTU測量的電流A2和/21相位差Λ Q1Siscr，其余區段兩側饋線自動化終端 FTU測量到的電流相位差Ae1Sf時，判斷出故障點位于Fl附近區段上。
基于故障信號同步需要，饋線自動化終端FTU可以在線路發生故障時第一時間檢測到故障信號，所以對啟動元件的一個基本要求是能反映各種故障，并且靈敏度要高。
相電流突變量啟動原理反映單相電流差的突變量，相電流突變量獲取方法如下
權利要求
1.一種利用故障信號自同步實現閉環網故障定位的方法，利用相電流突變量啟動算法確定故障電流信號的起始時刻，利用故障電流的初始相位確定故障區段，其特征在于所述的故障電流信號的起始時刻為處于閉合環網不同地點的饋線自動化終端FTU提供統一的時間基準，饋線自動化終端FTU采用高速數據采集；所述的利用故障電流的初始相位確定故障區段，是通過比較兩相鄰的饋線自動化終端FTU測量到的故障電流的初始相位的相位差A 0:判斷故障區段。
2.根據權利要求I所述的利用故障信號自同步實現閉環網故障定位的方法，其特征在于因通過測量獲取到的電流相位差A 0 i有一定的誤差，設定電流相位差A 0 i允許最大誤差為A,，則故障區段的相位差為180° +Cj5ffl > Cj5 > 180° -I;非故障區段的相位差為9m>(p> ~(Pm，其中貨為線路上相鄰FTU檢測到的故障電流相位差，A為相位差最大允許誤差，70°。
3.根據權利要求I所述的利用故障信號自同步實現閉環網故障定位的方法，其特征在于所述的饋線自動化終端FTU高速數據采集的采樣速度為每周波大于64點。
4.根據權利要求1-3任一所述的利用故障信號自同步實現閉環網故障定位的方法，其特征在于具體步驟如下 步驟I :邏輯流程開始； 步驟2 :檢測電流突變量，實時監測相電流的突變量是否超過設定值； 步驟3 :接收故障數據； 步驟4 :延時判斷故障，若相電流突變量超過設定值，設定值取1A，即電流標稱值5A的20% ;為保證采集到完整的數據，需經20ms的延時時間后，接收故障數據； 步驟5 :確認故障，從突變量超過設定值開始確定為故障時刻，采集一個周波的數據； 步驟6 :計算其中一個饋線自動化終端FTU故障相位，對采集到的數據進行傅里葉運算，得到故障起始時刻的初相位，記作爐 ; 步驟7 :讀取左右相鄰饋線自動化終端FTU的故障起始時刻初相位，分別記作W和9 +i，與本饋線自動化終端FTU的％作差，求取電流相位差納=(pn—i-%和供2<PB+i，其中n為本饋線自動化終端FTU ； 步驟8:根據相位差識值判斷故障位置，當180° +Cj5ffl > Cj5 > 180° -I為故障區段；色9m>,> - 為非故障區段，其中I為相位差最大允許誤差，％, 5S 70° ; 步驟9 :根據故障點位置隔離故障，恢復供電。
全文摘要
一種利用故障信號自同步實現閉環網故障定位的方法，利用相電流突變量啟動算法確定故障電流信號的起始時刻，利用故障電流的初始相位確定故障區段，其特征在于所述的故障電流信號的起始時刻為處于閉合環網不同地點的饋線自動化終端FTU提供統一的時間基準，饋線自動化終端FTU采用高速數據采集；所述的利用故障電流的初始相位確定故障區段，是通過比較兩相鄰的饋線自動化終端FTU測量到的故障電流的初始相位的相位差Δθ1判斷故障區段。具有不需要測量電壓信號，也無需使用專用的時間同步設備，通信通道不再承載平時的高精度對時的同步任務等優點。
文檔編號G01R31/08GK102981103SQ20121046979
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月19日 優先權日2012年11月19日
發明者徐丙垠, 王敬華, 王亮, 由偉翰, 常勇, 耿海濤 申請人:山東理工大學, 山東科匯電力自動化有限公司