（农业电气化与自动化专业论文）基于gprs通信的故障状态量差动保护的研究.pdf

独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得沈阳农业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 导师签名： 钏虺船 彳方谚 时间：p 哥衫年厂月、且 时间：z 弦歹年多月2 同 关于论文使用授权的说明 本人完全了解沈阳农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意沈阳农业大学可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名： 却锂r 渺 翮虢 彳古锯 慨加多年月z 日 沈m 农业人学硕十学何论文 基于g p r s 通信的故障状态量差动保护的研究摘要 研究生：刘旭鹏导师：付立思教授 配电作为电能发变送配中的最后一个环节，在电力生产中具有非常重要的作用。随 着经济建设的发展和人们生活水平的提高，对供电质量和供电可靠性提出了更高的要 求。大规模的两网改造结束后，配电网的布局得到优化，但要进一步提高配电网的可靠 性，还必须全面实现高水平的配电网自动化。实际上，近年来我国许多地区已经在不同 层次、不同规模上进行了配电网自动化的试点工作，也取得了相当的成绩。但由于几乎 所有的配电网自动化试点都是丌环运行模式，故障恢复时间都在1 0 秒以上甚至到分钟 级，所以不能满足对供电可靠性要求更高的用户，只能采取双回甚至多回供电、自备发 电等高成本方式来弥补。 馈线自动化方案由最初的“重合模式”的保护配合，发展为依赖于f t u 通信的集中 仲裁式的保护配合，继续发展为重合其就地保护配合方式，最终发展为集中仲裁式的保 护与就地保护相结合的自动化方案。 在配电网自动化系统中，故障的快速定位和隔离是最重要的组成部分之一。然而， 由于配电网中通常线路距离较短，。般不超过3 5 k m ，当联级开关较多时，保护的配合 问题成了一个难题。显然，用传统的过流、距离等保护方式来做保护配合是非常困难的。 而如果线路上的任何一点故障，都让变电站出口断路器去跳闸，势必会造成不必要的大 范围停电。 增加了通信能力之后，配电网自动化出现了数字式逻辑保护方式。其主要处理模式 是集中仲裁式的，即在一个局部的环网中设立一个保护子站收集各个f t u 的丌关故障信 息，集中分析判断，之后下发命令至相应的f t u ，允许离故障点最近的丌关速断跳闸， 快速隔离故障。集中仲裁式的数字式逻辑保护速度快，准确性高，但集中式的故障处理 模式始终存在对保护子站的依赖性，给系统的安全留下定的风险。 本文提出了一个新的适合配电网的保护配合方案，称为故障状态量差动保护。该保 护利用点对点通信网络，通过分布式的通信仲裁，使每个馈线开关能够收集并综合利用 本身的故障状态及线路中相邻开关的信息，进行分析判断，实现开关高速，有选择的动 作。既克服对保护子站的依赖性，又确保线路的任何地方发生故障时，开关都能j 下确动 作，其目的是达到快速、准确隔离。故障状态量差动保护将是一个全新的保护理念，使 配网自动化系统的保护配合经过由分布到集中，由集中再到分布的历程，利用现代的通 摘要 信方式和简单可靠的判据，使整个网络在互动中更高效地完成配合。 故障状态量差动保护的关键之一是选择恰当的点对点通信方式。本文通过对g p r s 通信网络的研究了提出了基于g p r s 通信网络点对点通信方案的组网方式，并对它的可 行性行了测试和分析。结合配电网的实际情况，建立了基于g p r s 通信方式的故障状态 差动保护的馈电线路保护方案。 作者提出了故障状态量差动保护的原理和逻辑算法，论证了算法的j 下确性，分别探 讨了当配电网处于辐射状运行方式下和处于双电源并行供电方式下差动保护的实现方 案，并且在原有的硬件平台上进行了故障状态差动保护控制装簧的软件设计。 关键词：配电网自动化g p r s点对点通信故障状态量差动保护保护动作集 p n 沈刚农业人学硕士学位论文 a b s t r a c t c a n d i d a t e ：l i ux u p e n g s u p e r v i s o r ：p r o f f ul i s i d i s t r i bu t l o ni nt h ep m c e s so ft h ee i e c t r i c i t y ，sg e n e r a i i o n ，t r a n s f o r m a t i o n ，i r a n s m i s s i o na n d d i s t r i b u t i o na c t sa st h el a s tl a c h e ，p i a y sv e r y m p o r t a n te f r e c ti ne l e c l r i c i t yp r o d u c t i o n a st h ee c o n o m y d e v e l o p m e n ta n dp e o p i e l i v i n gl e v e ie l e v a t i o n ，m u c hh i 曲e rr e q u i r eb eb r o u g h tr o r w a r dt o 1 ep o w e rs u p p i y q u a l i l ya n dr e i i a b i i i t y a n e r t h ec o s m i c a l l yd o u b l eg da i t e r a t j o nn n i s h ，d i s tr j b u t i o na r r a n g e m e n tb e o p “m i z e d ，i fi m p r o v et h ed i s t r b u t i o nr e l i a b i l i t yd e e p i y ，m u s ti m p r o v et h ed i s t b u t i o na u t o m a t i o ni na t h e a s p e c t i nf 缸t ，o u rc o u n t r ym a n yr e g i o n sh a v ec a u g h tt h r o u g ht h ed j s t r j b u t i o na u t o m a i i o ne x p e r i m e n t a t i o ni n d i f f e r e n tl e v e i so rs c o p e s ，a n do b 协i nm u c ha c h i e v e m e n t d u et oa l lt h ed i s t “b u t i o na u t o m a t i o ne x p e r i m e n t a l u n i t sa r eo p e n1 0 0 ps t y l e s ，t h ef a u l t r e s u m et i m ea l ia b o v e1 0s e c o n d se v e nm i n u t e ，s oc a n ts a t j s f yt h eu s e r t h a tr e q u i r em u c hh i g l l e rr e l i a b l et oh ep o 、v e rs u p p l y ，c a nb u ta d o p td o u b l eo rm a n yi o o p st os u p p l yp o w e r ， s e l f s t a n d b ye l e c t r i c j t yg e n e r a t o na n de t c f e e d e ra u t 。m a i i o np r o g r a md e v e i o p sf r o mt h eo r i g i n a l r e c l o s e d s t y l e ”p r o t e c t i o nc o o p e r a t i o n ，t o 1 h ep r o t e c “o nb e do nc e n t r a l i z e da r b i t r a t i o n ，t h e nt ot h ep r o l e c 9 0 nt h r o u 曲t h ec o o p e r a “o nb yf e c l u s e a n dp r o e c t i o no nt h es p o t ，疥n a i l yt ot h ec o o 如r a t i o nb yc e n t r a l z e da r b i t r a t i o na n dp r o t e c t j o n 。nt h es p o t f a u l t - l o c a t i o na n dp r o t e c t l o ni so n eo ft h em o s tj m p o n a n tp a so fd i s t b u t j o na u t o m a t j o ns y s t e m ， p r o t e c t i o ni nd i s t r i b u t i o nh a sb e e nad i 币c u l tp r o b l e mf o ral o n gt i m e ，b e c a u s el i n e sa r er e l a t i v e l ys h o r t e ri n d i s t b u t i o nn e t w o r k a n dt 圭l e r ea r em o r ec 髂c a d es 、v i t c h e st h a nt h ee l e c t r i c a lt r a n s m i s s i o ns ”t e m s o t r a d j t i o n a lp r o t e c t i o nm e t h o d s ，s u c h 酷o v e r - c u r r e n tp r o t e c t i o na n dd i s t a n c ep r o t e c t l o n ，a r en o la l la p p l i c a b l e i nt h sc a s ei nt h ed i s t b u t i o ns y s t e m w i t ht h ea p p l i c a t j o no fc o m m u n i c a t i o ni nt h ed i s t b u i j o na u t o m a t i o n ，d i b i t a ll o g i c a lp m t e c t i o nh 拈 c o m ei n t 0u s e ，d i g i l a i l o g i c a lp r o t e c l i o ni sak i n do fp r o t e c t i o nb 鹊e do n1 1 1 ec e n t r a l i z e dc o m m u n i c a t i o n a s u b m a s t e rs t a t i o nf o rp r o t e c t i o ni ss e tu pt oc o l l e c tf a u i ti n f o r m a t i o nf r o mf t u so nt h el i n e s ，a n a l y s ea n d l o c a t ef a u i t ，t h e ng i v eo r d e rt ot h ef 丁un e a rt h ef a u l ts p o tt ot r i pt h es w l t c hi n s t a n t l yt h e e n t r a l l z e d i o g i c a lp m t e c t i o ni sf h ta n da c c u r a t e ，h o w e v e ri t ss od e p e n d e mo nt h es u b m a s t e rs t a t i o nt h a h ew h o l e p r o t e c t i o ns y s t e mf a i l si f t h es u b s t a f i o nh 嬲a n yf a i u r e t h i sp a p e rp f o p o s e dan e ws u i t a b l ed i s t r i b u t i o nn 咖o r kp r o t e c t i o nc o o r d i n a t i o np l a n ，i sc a i l e dt h e f a u l ts t a t ed i h b r e n t i a lp r o t e c t i o n v i a p e e 卜t o - p e e rc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k ，e a c hf e e d e rs w i t c hc o i i e c t s 3 a b s t r a c t a n dc o m p r e h e n s i v e i yu t i l l 掷sl t s e l ff a u l ij n f o r m a t i o na n dn e i g h b o r n gs w i t c hi n f o r n l a t o n ，c a r r n go nt h e a n a l y s i sj u d g m e n it or e a i j z et h ef a u l l i o c a t ea n dp r o t e c t i o n n o t0 1 1 l yo v e r c o m e si h ed e r e c io ft h e p r o i e c t i o nb a s e do nt 1 1 ec e 爪r a l i z e dc o m 1 u n i c a i i o n ，b u taj s og u a r a n t e e su 1 el i n ea n yp l a c eb r e a k sd o w n ，i h e s w i t c l la i lc a nc o r r e c t l ya c t j t sg o a li st oa c h i e v eaq u i c k e rs p e e da n da h i g | 1 e rr e i i a b i i i t y f a u i ts t a t e d i 腩r e n t i a lp r o t e c t j o ni san e wc o n c ep l j o n ，w h i c hc a u s e st h ed i s t r b u t i o nn e t w o r k p r o l e c t i o nl op a s s t h r o u g hd i s t r i b u t i o nt ot h ec e n t r a l i s m ，f b mc e n t r a l i s ma g a i nt od i s t b u t i o nc o u r s e u s j n gi h em o d e r n c o m m u n i c a t i o nw a ya n dt h es i m p l er e l i a b l ec “l e r l o n ，f a u i ts t a t ed i 疗b r e n t i a lp r o t e c t i o nm a k et h ee n t i r e n e t w o r kh j g 川ye f f e c l i v et oc o m p l e l et | 1 ec o o r d i n a i i o ni nt h ei n t e r a c l i o n o n eo ff a u i ts t a 把d i 胜r e n t j a lp r o t e c t i o nk e y si st h ec h o i c ea p p f o p r i a t ep o i n t t o - p o i n tc o m m u n i c a t l o n w a yt h i sp a p e rp r o p o s e dt h ep e e 卜t o - p e e rc o m m u n j c a t i o nw a yt h f o u g ht h eg p r sc o r r e s p o n d e n c en e t w o r k r e s e 8 r c h ，t e s “n ga n da n a i y z i n gi i sf e a s - b i l i t y a c c o r d i n gt ot h ed i s t “b u l i o nn e l w o r kt h ea c t u a ls i l u a t i o n ，t h e p a p e re s t a b l i s h e d b a s e do nt h eg p r sc o m m u n i c a t i o nw a yf a u l ts t a t ed m 毫r e n t l a l p r o t e c i i o nf e e d e r p r o l e c l i o np i a nd i s c l i s s j o n t 1 1 ea u i h o r 谢s e s 岫f a l “ts t a t ed i 腩r e n i l a lp r o t e c t i o n 川n c p | ea n dt h el o g i c a la i g o m m ，p r o v n gt h e a i g o r i t h ma c c u r a c yf a u l ts t a t ed i f 先r e n t i a lp r o t e c t i o nr e a l i z a t i o np i a ni sd i s c u s s e ds e p a m t e l yw h e nt h e d i s t “b u t l o nn e l w o r ki su n d e rs i n g l ep o w e rs o u r c ep o w e rs u p p i yw a ya n du n d e rt h ed o u b l ep o w e rs o u r c e p a r a l l e ip o w e rs u p p i yw a yp r o t e c t i o nd p v i c es o r w a r ei sd e s 谵n e di nt h ee x i s t i n gh a r d w a r ep i a t f o r m r k e y w o r d ： d i s t r i b u t i o na u t o m a t i o n ，g p r s ，p e e r - t o - p e e rc o m m u n i c a t i o n ，f a u i ts t 8 t e d i f f e r e n t i a ip r o t e c t 沁n ， p r o t e c t i o na c t i o nc o u e c t i o n ， a c c e s sp o i n tn a m e 沈阳农业人学硕十学位论文 第一章绪论- f 1 1 引言 随着科学技术的发展。实现中低压配电网的自动化已成为电力系统发展的趋势。馈 线作为配电网络的一个重要组成部分，其实现自动化的程度与供用电的质量和可靠性密 切相关。所谓供用电的质量问题，一方面是保证供电电压水平及安全、连续、可靠的供 电，即要保证一定电压水平供电的连续性，最具有代表性的指标就是供电可靠率；另一 方面是电网的安全性，系统中任何地方发生故障，保护系统应能尽快地将故障隔离，尽 量缩小停电范围，减小用户的停电时涮，不拒动，不误动，也就是通常所说的继电保护 的选择性、快速性、可靠性和安全性( 陈浩，2 0 0 0 ) 。 实现配电自动化提高故障定位、隔离的快速性和准确性是提高供电质量和供电 可靠性亟待解决的问题( 王明俊，1 9 9 9 ) 。 由于历史原因，我国配电系统的管理水平不高，供电损耗大，配电网自动化水平低， 故障的定位、隔离与恢复供电还难以满足国民经济飞速发展和人民生活水平提高的要 求，已严重制约了供电企业的降耗、增效，尤其不适应电力体制市场化改革的要求。完 善的配电管理系统将有助1 4 解决此问题。但是，建立配l n 管理系统足一个复杂庞大的工 程，我国用电负荷的快速增长导致配电网建设在全局性规划上存在缺陷；区域电网中不 同自动化程度的设备同时运行，给设备改造和控制升级带- 柬难题。与发达国家的配电系 统相比，我国的配电网自动化系统结构较薄弱，水平不高，全盘照搬国外模式、仓促上 马全套系统，是极不可取的。我们必须在符合中国国情的条件下，参照发达囡家所走过 的配电网自动化的经验，走出一条适合中国国情，技术先进而又经济合理的中国配电网 及其自动化的道路( 郭上华，2 0 0 5 ) 。 根据运行需求，首先发展配电管理系统( 叫s ) 中的配电自动化系统，提高供电可 靠性，再逐步完善配电管理系统提高管理水平，应该是较好的发展方式。近年来，我国 已经开始建立配电自动化的试点，由于还处在探索阶段，其成效还有待检验。 配电自动化d a ( d 1s t r i b u t i o na u t o m a t i o n ) 主要包括变电站自动化和馈线自动化 ( 又称配电网自动化) 。其中，馈线自动化( 弛f e e d e ra u t o m a t i o n ) ( k a n t r o w i t za n d k o u s o u r o u ，1 9 7 9 ) 是提高供电可靠性的一项关键技术，而实现故障定位、隔离和自动 恢复非故障区供电是馈线自动化重要功能之一( 贺家李与宋从矩，2 0 0 2 ) 。 恢复非故障区供屯是馈线自动化重要功能之一( 贺家李与宋从矩，2 0 0 2 ) 。 第一章绪论 通信技术在配电网中的应用，为配电网自动化开辟了一条新的道路。通信技术为信 息采集和数掘传输提供了方便快捷的通道在配电网的综合分析、监控、调配和管理等 方面发挥了不可或缺的作用( 徐丙垠，1 9 9 8 ) 。通信技术和配电网保护技术结合是一个 新的应用领域，利用先进的通信技术，如：多点对多点网络的通信方式来进行配电网保 护的组网，可以克服其他的通信方式在配电网保护中故障定位能力差的不足。本文通过 多点对多点通信网络的研究和对新型分布式保护算法的探索，将多点剥多点网络通信技 术和配网保护相结合，提出了一种基于多点对多点网络的配电网保护方案，设计开发了 一种新型的基于g p r s 网络通信的故障状态差动保护系统。 下面将从本课题研究的意义及我国配电网结构的现状，配电网自动化的现状，故障 处理的发展，配网通信系统等几个方面对配电网自动化系统加以综述，从而引起本文的 论题基于g p r s 通信的故障状态量差动保护。 1 2 开展本课题研究的意义 我国经历了大规模城乡电网改造之后，电网网架结构基本具备了实现配网自动化的 基础条件。很多地区希望能有_ 套实用的，简单可靠的配电自动化管理系统； ， 总结前些年配网自动化试点的经验和教训，根据农电电网面广、点稀的配网状况， 按照技术经济比较的结果，显然不适合采用依赖于通道的集中智能式系统：即由主站系 统子站系统、通信系统、监控终端互相配合，利用终端设备监测故障信号和丁r 关动作情 况，按照配网调度系统中预先设置的电网拓扑分析判断出故障区段，并经过远方操作将 故障区段隔离和恢复非故障区段的供电。而传统的重合器、分断器实现的配网自动化的 故障定位基于多次跳闸和重合，当配网永久故障的时候网络经受多次冲击，线路多次流 经短路电流。掘一些农电生产部门反映，2 0 0 0 年农网改造更换过的线路，配置传统重合 器和分段器以后经1 2 年的运行，已出现线路老化的现象。针对系统的实际需求，有必 要研究一种新的故障定位方法。 1 3 配电网自动化 1 3 1 我国配电网结构的现状 配电网是电力系统向用户供电的最后一个环节，它出配电网( 其中包括馈线、降压 变压器、断路器、各种开关等配电设备) 、继电保护、自动装置、测量和计量仪表以及 通信和控制设备构成一个配电系统。通常把1 1 0 k v 及以上电压等级称为高压，3 5 k v 一一 6 沈阳农业大学硕十学位论文 一6 k v 级称为中压，0 4 k v 称为低压。因此，完楚地说配电网包括电力用户在内的整个 配电网( 陈浩，2 0 0 0 ) 。 我国的配电网结构由于长期历史的原因是很薄弱的，绝大多数为树状辐射型结构， 且多为架空线，可靠性差。配电设备比较陈旧，多数是不可遥控的。配电网运行状态检 测设备少，信息传输通道缺乏。因而信息采集量少，导致事故处理自动化程度低，处理 时间长，事故后恢复慢。 为此，从1 9 97 年起我国投入大量资金，有计划、梭步骤对配电网结构进行了改造， 其基本思路是将辐射型的供电网络改造成“手拉手”环网结构、开环运行的网络。从而 为配电网进一步实现自动化打下坚实的基础。城市中心考虑到市容的需要，往往采用电 缆网，即电缆与环网- 丌关结合不同变电站或统一变电站的不同母线段的环网结构，开环 运行。在我国，许多城市中心区域已改造为电缆入地的环网供电，可以预见到，如发达 国家那样，城市中心的电缆线路的比重将与日俱增，最终将占据主导地位。在城市的外 围或城乡结合部，考虑到经济性，往往采用架空线。在广阔农村则只能采用架空线路了， 大多数采用辐射型结构，少量乡镇发达地区可采用“手拉手”的结构。 随若国民经济的发展和人民生活水平的提高，用户对供电质量的要求愈来愈高，特 别是社会的高度信息化和电气化的发展对供电可靠性的提出更高的要求，甚至连供电的 瞬时中断也不能容忍。于是在重要供电用户，双电源甚至多电源供电成为必然趋势。 在将来，配电网系统将向网格式格局发展，即供电用户有多条馈线、多个变压器并 行供电。这种供电格局能够提供极高的供电可靠性，供电质量高。由系统馈线引起的瞬 时和长期停电几乎不存在，适用于负荷高密的城区。当然，线路的造价和控制保护要昂 贵很多。 根据以上对我国现阶段配电网结构的分析可知，目前我国配电网结构为树状辐射型 结构和“手拉手”环网供电、开环运行的网络结构并存。 1 3 2 配电网自动化系统 配电捌自动化是一项集计算技术、自动控制技术、数据通信、信息管理技术于一身 的综合信息管理系统。其目的是提高供电可靠性、提高供电质量、提高服务质量、提高 企业的经济效益和提高企业的管理水平，使供电企业和用户双方受益。 配电网自动化技术在国际上是从二十世纪七十年代才开始应用，目前还在发展和完 第一章绪论 善之中。中国从二十世纪九十年代后期开始局部试点，取得了定的经验，目前一些供 电局已丌始扩大试点范围，中国国家电力行业主管部门最近几年制定了一系列相关标准 和技术条件。也有一些供电局结台城网改造，已在较大范围内开始实施。配电网自动化 及管理系统涉及到的专业领域较多，在某种程度上，它比我们供电部门过去实时的各种 自动化系统都要更加复杂，它是一个多层次、多系统的集成。 配电系统馈线自动化( f a ) 是配电网自动化系统的重要组成部分( 黄淑霞，2 0 0 0 ) 。 馈线自动化的最基本、最重要的内容之一，就是在故障发生时，迅速清除故障，隔离故 障区段，尽可能快的恢复非故障区域的供电，最大眼度的提高供电可靠性。 然丽，在疆己电系统迅速清除隔离故障一直是个难于解决的技术问题，长久以来，人 们直试图找到一种可靠有效的解决方案，实现全面的配电网保护。 1 3 3 配电网故障处理的发展 馈线自动化在功能设计上旨在迅速准确的处理故障，尽量减少停电次数和停电时 侧，缩小停电范围，从而达到提高供电可靠性的目的。 变电站供电距离一般只有3 5 k m ，有分段丌关又分成3 5 段，在这样短的线路上采 用传统的过流、距离等继电保护来准确故障定位、故障隔离是非常困难的。人们在这一 领域做了大量研究和尝试，主要采用的办法由以下几种： 1 “重合模式”、的保护配合 八十年代出现了“重合模式”的第一代中压配电网自动故障处理系统。故障识别和 恢复供电系统，幽沿馈电线路安装的柱上开关、分段器和重台器所组成。当馈电线路上 某段发生故障时，变电站侧继电保护动作，馈线断路器跳闸。此时，该馈电线路上的各 段柱上开关因失压而全部跳闸。经过一定时间后，变电站侧重合闸动作，馈线断路器合 上，第1 段重合器受电。经一定时限后，第1 段柱上开关重合，第1 i 段重合器受电。 依次类推，直至全部重合完毕，恢复供电。为永久性故障，则当重合至故障段时，变电 站侧继电保护将再次动作，馈线断路器将再次跳闸。此时，重复上述过程，但仅重台至 馈电线路末梢的上一段。这种保护配合在缩小故障停电范围上有一定的进步，但缺陷是 丌关动作次数多，隔离故障时间长，特别离电源侧近的馈线段发生故障时，要经过多次 断开和多次重合才能实现故障定位和隔离，容易对系统造成多次冲击，恢复供电不彻底 ( 黄淑霞，2 0 0 0 ) 。 沈阳农业火学硕士学位论文 2 集中仲裁式的保护配合 进入九十年代，由于增加了通信能力，配电网自动化出现了数字式逻辑保护方式。 其主要处理模式是集中仲裁式的，我们称之为纵向逻辑保护。在一个局部环网中。设立 一个专门的保护子站，将所有开关故障信息出f t u 上传到保护子站，出保护子站依据各 丌关的信息进行逻辑分析，判定故障区段，之后下达速断允许命令至离故障点最近的电 源侧开关，其速断跳闸，其它上游丌关自动转为后备。以同样方式，也可以实现故障的 隔离和非故障区段的恢复供电。 这种方案和断路器配合，可以迅速清除故障，且达到很高的准确性；与负荷丌关配 合，可以保证变电站出口断路器一次重合成功。不足之处是，保护的判断依赖于保护子 站，要求通信网和保护子站有非常高的可靠性。一旦出错则可能失去保护的选择性，只 能靠变电站出口去跳闸( 黄淑霞，2 0 0 0 ) 。 3 就地保护配合方式 最早使用的是类似于输电网中的传统保护方式，如：过流保护，方向保护，距离保 护等。这些传统的保护方式，共同特点是依靠每台_ 丌关的整定值来进行配合，在输电网 中被广泛地采用。但配电网络与输电网络存在着巨大的差异，比如线路短，级联_ 丌关多， 电流电压状况复杂，使传统的保护方式在配网中的应用受到很大的限制。比如，电流保 护要利用保护时限和电流级差实现上下级配合，对线路短、级联多的配r 乜线路来说，要 给每台断路器整定适当的保护时限和过流阚值是非常困难的；另外，由于开关的保守时 限是事先整定的，当开关状态位置发生变化时，就会影响保护的选择性( 居荣，2 0 0 4 ) 。 4 集中仲裁式的保护与就地保护相结合 为弥补集中仲裁式的保护的不足，通常的做法是，将集中控制和传统的保护方式相 结合，从而来保证更高的可靠性。如：可以以数字式逻辑保护为主，以传统的保护方式， 如三段式过流保护为辅。保护子站正常，通信通道畅通时，以纵向逻辑保护实现高速配 合；一旦保护予站或信道发生故障，则通过三段式保护切除故障( 李慧宇等，2 0 0 3 ) 。 1 3 4 配电网通信系统简述 实现配电网自动化的关键之一在于配电网自动化通信方案的选择。总体来说，配电 网自动化对通信系统主要有以下几点要求： 1 通信的可靠性和抗干扰性； 第一章绪论 2 ，通信的速率要求： 3 通信系统的投资和运行费用： 4 通信系统的适应性和故障恢复能力； 5 使用和维护的方便性。 目前配电网自动化主要的通信方式有光纤通信，电力载波，无线通信，电话线， 双绞线等。其中，光纤通信以其传输频带宽，速度快，距离远，抗干扰能力强，可靠 性高，体积小，重量轻。抗腐蚀，耐酸碱，便于设备间的隔离等多方面的优越性能， 被广泛认为是配电网自动化通信的最佳选择。光纤通信的缺点是施工复杂，价格较高。 在一定经济条件下，光纤这一特点确定它不能在“点多面广”配电网中普遍推广，特 别在经济能力有限的农村电网中( 陈浩， 2 0 0 0 ) 。 考虑到配电网的特点，结合移动公司建成的基于2 5 代移动通信g p r s 网络能够提 供点对点、点对多点、多点对多点的无线分组交换数据业务，本课题选用g p r s 通信网 络作为通信通道来实现故障状态差动保护。这种通信方式具有方便、价廉等特点，而 且g p r s 网络是山移动运营商投资的系统，免除了通信网络的r 常维护，对电力部门来 说，最大限度递节省了投资。 1 4 基于g p r s 通信的故障状态量差动保护的方案 数字式逻辑保护，将通信技术和集中仲裁式的特点引入了配电网保护，是配电网自 动化保护的一次革命性发展。但集中仲裁式的故障处理模式始终存在对上级子站的依赖 性，给系统的安全留下一定的风险。为提高安全性和可靠性，只能靠提高保护子站的性 能和可靠性，通过专用的通信通道来完成保护任务。但是这些办法并不是治本之策，因 为它的缺陷是由其集中式的本质决定的。在这方面，分布式比较于集中仲裁式有着明显 的优势。所以，解决问题的根本途径，在于由集中是转向分布式。 一 中低压配电网通常是辐射状或是“手拉手? 环网供电，配电网的保护并不严格要求 快速切除故障，非有效接地网络在部分状态下甚至可以短时带故障运行( 刘复华， 2 0 0 1 ) 。但是随着国民经济的发展，配电网运行必须延长可靠供电时间、减少配电网故 障及其影响、降低谐波对供电质量的影响、快速切除故障和恢复供电，这些已成为配电 自动化系统的主要任务。 随着配电网络逐渐复杂化，配电网自动化的发展赋予继电保护新的功能，或者趋于 沈阳农业大学硕士学位论文 将继电保护嵌入配电自动化终端。为实现这些目标，需要增强配电自动化终端功能，实 、 j 现测量、保护、控制功能体化和就地分布，除了保证继电保护的相对独立性，还要保 证配电网保护控制的选择性( 刘建等，1 9 9 8 ) 。因此，今后配电刚的自动化终端，在功 能上不再是单纯的跳闸式保护或者单纯接收远方命令的控制装置，而要更多地考虑与配 电网故障隔离和恢复供电的配合，更多意义上属于一种有反馈( 包括检测故障、切除故 障以及故障后恢复供电等几个阶段的反馈) 的综合控制模式( 吕捷，2 0 0 1 ) 。 本文提出的故障状态羞动保护就是基于上属思想。故障状态量差动保护的特点是， 在充分利用通信网络带来的高速和便利的同时，使每个馈线丌关能够综合利用本身的故 障状态信息及网络中其他开关的故障状态信息，智能化的判断故障区段是否与自己相 关，以决定是否参与保护动作。 实现故障状态量差动保护的基本要求有两个，一个是可靠有效的算法，使每一台 馈线开关能够利用相关故障信息准确的定位故障；另一个是适当的通信方式，既要满 足分布式的特点，又要满足保护一定程度上实时性要求。 故障状态量差动保护是基于支持对等式通信的g p r s 网络的新型馈线保护，以解决 传统保护和集中仲裁式保护存在的问题。主要思路是：采用对等式的g p r s 通信网络， 馈电线路上相邻l 丌关控制器之间互相通信，收集相邻开关的故障信息，应用一种简单 的逻辑算法每台开关开关控制器根掘收到的相邻开关的故障信息，结合自己的保护 启动状态，判定自己是否处于故障术端，若是，开关无延时分闸。 g p r s 网络通信：支持对等通信方式，能够实现馈线控制器之间平等传输数据。馈 线段上所有馈线终端为平等关系而非主从关系，每个终端之间可以随时接收发送信息。 所谓基于g p r s 网络通信的故障状态差动保护，就是利用g p r s 网络作为通信通道 将馈线两端的保护装置纵向联结起来，将各端故障信息传送到对方，通过对两端故障 信息的比较，来判断故障在本线路范围内还是在线路范围之外，从而决定是否切除被 保护线路。理论上，这种保护具有绝对的选择性。 1 5 本论文的主要工作 经过几年的实践，我国的配电网建设已经获得了很大的发展，配电网自动化技术 也取得了不少成果。然而，馈线保护配合问题一直以来是一个热点也是一个难点。本 论文提出的基于g p r s 网络通信的故障状态量差动保护利用相邻开关之间的故障信息 第一章绪论 交换进行逻辑判断，实现故障的自动定位和隔离- ，实现了一种更加准确、可靠、安全 的馈线保护方案。 本论文所做的主要工作是： 1 。深入了解我国配电网自动化发展历史和现状，研究现有的各种馈线故障处理方案，并 比较他们的优缺点； 2 提出基于g p r s 网络通信的故障状态差动保护方案，设计利用故障状态量、故障状态 量向量、动作集来实现算法的方案； 3 由基于g p r s 网络通信的故障状态量差动保护在开闭环方式下的实用判掘，设计算法 的实现方案； 4 提出g p r s 网络通信的组网方式和实现方法； 5 设计基于g p r s 网络通信的故障状态差动保护在架空线路系统中的应用和实现方案： 6 进行了软件歼发设计。 本论文的创新之处在于： 1 提出了通过馈电线路上相邻丌关交换故障信息来实现馈线保护的新思路，并应用于辐 射运行系统和环网结构闭环运行系统中； 2 故障状态信息的捕捉办法； 3 实现了g p r s 网络通信在馈线终端保护中的实现； 4 解决了g p r s 网络通信延时带来的问题： 5 设计了常规电流保护和基于g p r s 网络通信的故障状态差动保护的配合，以及在馈线 保护中的实现。 沈阳农业火学硕士学位论文 第二章故障状态量差动保护方案的原理 中低压配电网通常是辐射状或是环网玎环运行：配电网的保护并不严格要求快速切 除故障，非有效接地网络在部分状态下甚至可以短时带故障运行。但是随着国民经济的 发展，配电网运行必须延长可靠性供电时间，减少配电网故障及其影响、降低谐波对供 电质量的影响、快速切除故障和恢复供电，这些已成为配电自动化系统的主要任务。 随着配电网络逐渐复杂化，配电终端自动化的发展赋予继电保护新的功能，或者趋 于将继电保护嵌入配电自动化终端。同时，对配电网的不平衡负荷和谐波的监视也已经 引入配电自动化系统框架之中。为了实现这些目标需要增强配电自动化终端的功能， 实现测量、保护、控制功能一体化和就地分布，除了保证继电保护的相对独立性，还要 保证配电网保护控制的灵敏性。因此今后配电网的自动化终端，在功能上不再是单纯的 跳闸式保护或者接收远方命令的控制装置，而是要更多地考虑配电网故障的定位、隔离 以及非故障区的恢复供电( h 7 “8 g p r s ，2 0 0 5 ) 。 故障状态量差动保护芷是适应当前配电网自动化终端要求而提出的。 故障状念量差动保护除利用保护装罱自身的信息外，还利用系统中其他装置的相关 信息，作出故障判断和动作出口。要实现故障状态差动保护必须满足以下条件： ( 1 ) 终端与终端之间通信，利用网络通信实现设备之间的故障信息交换是实现故障状 态差动保护的必要条件； ( 2 ) 保护装景具有处理信息的能力，故障状态差动保护是基于微处理器的，它能够采 集和处理数据信息，与相关装置通信，并能控制- 丌关动作； ( 3 ) 保护装置能够根据自身和相邻丌关的故障状态量，快速判断故障。 2 1 故障状态量差动保护的原理 这里以一个5 个开关组成的辐射型结构为例，本节下面的对故障状态量蓑动保护的 分析都将在这个结构的基础上进行。通常，以辐射型结构的电网系统，故障电流路径单 二_ ，分析起来简单，无需考虑故障电流方向( 环网结构丌环运行的配电网系统分析方法 类同) 。 籀二章簸臻凝惫警萋动像护方案熬纛理 疆2 一 一个疆隽垂螯配毫霹缝梅枣赫一馈瓤壤嬉 f 1 9 2 - lt h er a d l a t i o nd i 嚣l r i b u u o n n s 廿u n i o n 如c d e r 2 ，1 1 辐射型模式韵故障状态量熬动保护 在匿2 一l 中，每拿绩线段( 狳续线末端、努支) 凌与掰令劳关节煮鞠邻揍，溺孵， 歼关节点又分为电源开关、普通升关、米梢开关。如图1 ，k 1 为电源丌关，k 2 、k 3 、k 4 为酱运歼荚，黼蔫束稻秃：笑。每个馈线敬与各个牙关酶凝系弱表2 一l 可寝示。 袭2 一l 馈线段与各个羿装的关系 嘲e 2 - l 。黜耐鞋l o n 盎琅b 芒 埘c n 鼢曲f 矾ds 坩i 嫡e s 馈线段l nj ：游开关下游歼关 馈线段l 5 处予馈电线路米端，只有上游开关。 我稻在每个开关设定一个交豢，由来爱获魏器关豹邈流信息变量，称之为敌辩状态 羹s 。 驴 ：曩笔凳鼗 沈目j 农业大学硕士学位论文 故障分析： 设在图2 一l 中馈线段l 3 发生故障，则馈线终端k l 、k 2 、k 3 发生过电流，其故障状 态量为l ，而其他馈线终端侧的故障状态量为0 ，如表2 2 所示。 裹2 2 故障分析 t a b l c 2 2 t h c 舭a j ”i s o f f a u l t 从表中可以看出，发生短路故障馈线段l 3 的两侧馈线终端，k 3 有过流发生& = l ， k 4 无过流发生& = 0 ：而其它馈线段两侧馈线终端的故障状态量同为l 或同为0 ( 术 段馈线段l 5 例外) 。 保护判掘： 对于辐射型网络或者环网结构开环运行的系统，故障电流流经的线路为从电源到故 障点的一条路经。当系统发生单一短路故障时，