高压开关智能化控制系统及其控制方法.pdf

高压开关智能化控制系统及其方法，涉及一种电力设备的控制系统。现高压线路的接地故障及短路故障需人工排查，费时费力，且控制系统无自动从另一电源向故障停电的其它正常区域转移供电功能。本发明特征在于：所述的执行终端包括电流检测模块、第二通讯模块、计算处理模块；电流检测模块用于获取线路电流值；第二通讯模块用于发生故障时相邻执行终端间的通信；计算处理模块用于实时比较相邻执行终端获取的电流值，当对应两者存在差异时，向控制终端报警或下达高压开关跳闸命令并向控制终端报警。本发明实现接地故障自动报警、短路故障点自动隔离、报警及从另一电源向故障停电的其它正常区域转移供电的功能。

1.  高压开关智能化控制系统，它包括控制终端及复数个由执行终端操纵的高压开关，所述的执行终端通过通信网络与控制终端连接，其特征在于：所述的执行终端包括电流检测模块、模数转换模块、第二通讯模块、计算处理模块、第一通讯模块及对开关实时控制的开关控制模块；电流检测模块用于获取线路电流值；模数转换模块位于电流检测模块及计算处理模块之间，用于模数的转换；第二通讯模块用于发生故障时相邻执行终端间的通信；计算处理模块用于实时比较相邻执行终端获取的电流值，当对应两者存在差异时，向控制终端报警或下达高压开关跳闸命令并向控制终端报警；第一通讯模块用于执行终端与控制终端间的通讯。

2.  根据权利要求1所述的高压开关智能化控制系统，其特征在于：所述的第二通讯模块设高频无线电自动收发器，用于相邻执行终端之间的无线通讯连接。

3.  根据权利要求1或2所述的高压开关智能化控制系统，其特征在于：所述的电流检测模块包括相电流检测单元及零序电流检测单元。

4.  根据权利要求3所述的高压开关智能化控制系统，其特征在于：所述的相电流检测单元设有三个电流互感器，所述的电流互感器通过模数转换模块与计算处理模块相连。

5.  根据权利要求4所述的高压开关智能化控制系统，其特征在于：并联的三电流互感器与一零序电流互感器相串接形成零序电流检测单元，所述的零序电流互感器通过模数转换模块与计算处理模块相连。

6.  根据权利要求1所述的高压开关智能化控制方法，其特征在于该方法包括：
1)检测步骤，电流检测模块检测实时电流值；
2)模数转换步骤，检测的电流值通过一模数转换模块与计算处理模块相连接；
3)判断步骤，计算处理模块对电流数据进行判断，若电流数据大于一预设值，则激活休眠等待的第二通讯模块；
4)数据发送步骤，电流数据信号通过被激活的第二通讯模块发送给相邻的执行终端，并激活相邻执行终端中休眠等待的第二通讯模块；
5)计算处理步骤，计算处理模块比较本执行终端的电流数据与相邻执行终端发送的电流数据：
若电流数据均大于或均小于预设值时认为相互间的电流数据无差异，否则认为有差异；当电流数据有差异时，相邻的执行终端立即同时向控制终端报警或同时命令高压开关跳闸并报警。

7.  根据权利要求6所述的高压开关智能化控制方法，其特征在于：电流检测包括零序电流检测和相电流检测，当零序电流相比较有差异时，对应执行终端立即同时向控制终端接地报警；当相邻执行终端检测的两相电流数据相比较存在差异时，对应执行终端迅速同时命令高压开关跳闸，并立即向控制终端短路跳闸报警。

8.  根据权利要求7所述的高压开关智能化控制方法，其特征在于：当故障点的高压开关跳闸后，立即自动实行机械闭锁、自动悬挂“严禁合闸”警告牌。

9.  根据权利要求8所述的高压开关智能化控制方法，其特征在于：控制终端在接到相邻执行终端同时短路跳闸闭锁、挂“严禁合闸”警告牌及环网线路联络开关一侧突然失电信息后，立即命令该联络开关合闸，从另一电源向因故障而停电的其它正常区域转移供电。

10.  根据权利要求9所述的高压开关智能化控制方法，其特征在于：控制终端定时自动向每个执行终端发送一巡检信号，以检查各执行终端的运行情况，对因故中断运行的，控制终端能强迫激活使之自愈。

高压开关智能化控制系统及其控制方法
【技术领域】
本发明涉及一种电力设备的控制系统及其方法，特别是一种对高压开关智能化控制系统及其方法。
【背景技术】
现有的远程遥控高压开关的技术方案存在需单独设立信号传输线路和或投资大、日常维护量大、浪费资源、遥控距离短等缺陷，本人已针对该问题申请有“一种远程遥控高压开关的控制系统及其方法”的发明专利，专利号为200410017656.0，但其尚有待改进的地方：目前10kV配电线路分布面广、分散性大，野外环境恶劣，发生故障时去查找事故，恢复供电是一项复杂而艰巨的工作，即使在一些环网配电系统的智能化开关群体中，当某一处高压线路发生短路故障时，往往串联的多台高压开关频频接连跳闸，要多次重合闸后才能正确隔离故障点，至于从另一电源尽快向因故障停电的其他正常区域及时转移供电，更是费时、费力，特别是单相接地故障时，往往接连几天都很难查找到。因故障引起的大面积、长时间的停电给广大用户的正常生产造成了很大影响。
【发明内容】
本发明要克服上述现有技术中存在的缺点，提供一种高压开关智能化控制系统及其方法，以达到接地故障自动报警、短路故障点自动隔离、报警及从另一电源向故障停电的其它正常区域转移供电的目的。为此，本发明采取以下技术方案：
高压开关智能化控制系统，它包括控制终端及复数个由执行终端操纵的高压开关，所述的执行终端通过通信网络与控制终端连接，其特征在于：所述的执行终端包括电流检测模块、模数转换模块、第二通讯模块、计算处理模块、第一通讯模块及对开关实时控制的开关控制模块；电流检测模块用于获取线路电流值；模数转换模块位于电流检测模块及计算处理模块之间，用于模数的转换；第二通讯模块用于发生故障时相邻执行终端间的通信；计算处理模块用于实时比较相邻执行终端获取的电流值，当对应两者存在差异时，向控制终端报警或下达高压开关跳闸命令并向控制终端报警；第一通讯模块用于执行终端与控制终端间的通讯。相邻执行终端的第二通讯模块之间可采用无线或有线连接。通过每相邻两个或多个执行终端相互间的电流数据的比较，实现接地故障自动报警、短路故障点自动隔离、报警及向其它正常区域的转移供电的功能。开关控制模块位于高压开关和计算处理模块之间，用于传递信息，包括将计算处理模块的开合命令下达给高压开关，及将高压开关的开、合(状态)信息反馈给计算处理模块。
作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征：
所述的第二通讯模块设高频无线电自动收发器，用于相邻执行终端之间的无线通讯连接。
所述的电流检测模块包括相电流检测单元及零序电流检测单元。相电流检测单元用于相电流的检测，零序电流检测单元用于零序电流的检测。
所述的相电流检测单元设有三个电流互感器，所述的电流互感器通过模数转换模块与计算处理模块相连。三个电流互感器分设于三相线，当电流互感器检测到电流大于一预设值时认为发生短路故障。
并联的三电流互感器与一零序电流互感器相串接而形成零序电流检测单元，所述的零序电流互感器通过模数转换模块与计算处理模块相连。由三电流互感器并联后与零序电流互感器串联，三相电流的矢量和为零，若零序电流互感器检测到的电流值大于一预设值时，认为发生接地故障。
高压开关智能化控制方法，其特征在于该方法包括：
1)检测步骤，电流检测模块检测三相电路的实时电流值；
2)模数转换步骤，检测的电流值通过一模数转换模块与计算处理模块相连接；
3)判断步骤，计算处理模块对电流数据进行判断，若电流数据大于一预设值，则激活休眠的第二通讯模块；
4)数据发送步骤，电流数据信号通过被激活的第二通讯模块发送给相邻的执行终端，并激活相邻执行终端中休眠等待的第二通讯模块；
5)计算处理步骤，计算处理模块比较本执行终端的电流数据与相邻执行终端发送的电流数据：
若电流数据均大于或均小于预设值时认为相互间的电流数据无差异，否则认为有差异；当电流数据有差异时，相邻的执行终端立即同时向控制终端报警或同时命令高压开关跳闸并报警。
用于相邻执行终端之间第二通讯模块平时处于休眠等待状态，只有在执行终端的实时电流大于一预设值或收到相邻执行终端大于预设值的电流信息时，才迅速激活进入工作状态。执行终端对每相邻两个或多个执行终端的实时电流进行比较，当相邻电流存在差异，即为故障所在的路段，采用报警或跳阐并报警的方式通知控制终端，实现自动查找、自动隔离、自动报警的智能化控制。
电流检测包括零序电流检测和相电流检测，当零序电流相比较有差异时，对应执行终端立即同时向控制终端接地报警；当相邻执行终端检测的两相电流数据相比较存在差异时，对应执行终端迅速同时命令高压开关跳闸，并立即向控制终端短路跳闸报警。在10kV、20kV配电系统，控制终端与若干个串联的执行终端经通信网络相连接的环供线路网络中，激活的第二通信模块对每相邻两个或多个执行终端的实时相电流、实时零序电流进行比较。根据接地故障时，只有故障点前、后相邻两个或多个执行终端的实时零序电流值相互间有差异的特点，有差异时该相邻的两个或多个执行终端立即向控制终端接地报警。根据短路故障时，只有故障点前、后相邻两个或多个执行终端的其中两相实时相电流值相互间有差异的特点，有差异时该相邻两个或多个执行终端在150毫秒内同时跳闸对短路故障点自动隔离，并立即向控制终端短路跳闸报警。动作迅速、反应敏捷，提高线路的安全性。
当故障点的高压开关跳闸后，立即自动实行机械闭锁、自动悬挂“严禁合闸”警告牌。提高安全性，防止事故发生。
控制终端在接到相邻执行终端同时短路跳闸闭锁、挂“严禁合闸”警告牌及环网线路联络开关一侧突然失电信息后，立即命令该联络开关合闸，以从另一电源向因故障而停电的其它正常区域转移供电。实现智能化、自动化配电电网的高度自愈功能。
控制终端定时自动向每个执行终端发送一巡检信号，以检查各执行终端的运行情况，对因故中断运行的，控制终端强迫激活使之自愈。当执行终端对巡检信号作出反馈，并发送至控制终端，则认为该执行终端工作正常。
有益效果：每相邻执行终端的实时电流比较，当相互间存在差异时，可准确锁定或隔离故障点，并立即向控制终端接地报警、短路跳闸并报警，避免了供电管理人员在恶劣的环境中寻找故障点的奔波之苦，消除了环网线路中多台串联的高压开关在短路故障时频频跳闸的混乱局面。环网线路中的联络开关在短时间内完成从另一电源向其他正常区域的转移供电，大大缩短了故障的停电面积和停电时间，实现高度的智能化控制。
【附图说明】
图1是本发明结构原理图；
图2是本发明工作流程图；
图3是电流检测模块结构原理图；
图4A是故障点在中间的报警、跳闸示意图；
图4B是故障点在多回路间的报警、跳闸示意图；
图4C是故障点在末尾的报警、跳闸示意图；
图5：故障隔离、转移供电示意图。
【具体实施方式】
以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
如图1所示，本发明包括所述的执行终端包括电流检测模块、模数转换模块、第二通讯模块、计算处理模块、第一通讯模块及对开关实时控制的开关控制模块；电流检测模块用于获取线路电流值；模数转模块位于电流检测模块与计算模块之间，用于模数的转换；第二通讯模块用于相邻执行终端间的通信；计算处理模块用于实时比较相邻执行终端获取的电流值，当对应两者存在差异时，向控制终端报警和/或下达高压开关跳闸命令；第一通讯模块用于执利终端与控制终端间的通讯。其中第二通讯模块设高频无线电自动收发器用于相邻执行终端之间的无线连接。
电流检测模块的结构原理如图2所示，电流检测模块包括相电流检测单元及零序电流检测单元，图中K1、K2为电流互感器二次引出线，Aa、Ba、Ca为三相电流检测端，而Oa为零序电流检测端，电流检测模块包括相电流检测单元及零序电流检测单元。相电流检测单元设有三个电流互感器，电流互感器的Aa、Ba、Ca三相电流检测端通过模数转换模块与计算处理模块相连。并联的三电流互感器与一零序电流互感器相串接而形成零序电流检测单元，零序电流检测端Oa的信息通过模数转换模块与计算处理模块相连。
智能化控制系统的工作过程如图3所示：
1)预设值的设置步骤，
①把执行终端无零序电流设置为“0”数据，表示此时无零序电流，有零序电流时设置为“1”数据，表示此时已产生了零序电流；
②拟定执行终端最大负荷电流的限额值(一般以额定电流的1.3倍左右)，把这个限额值及以下的电流设置为“0”数据，表示仅为负荷电流值。把超过这个限额值的故障大电流设置为“1”数据，表示已产生了短路电流；
2)检测步骤，
每个执行终端的检测模块设有三个电流互感器和零序电流互感器，检测线路的实时电流信息；
3)模数转换步骤，检测的电流信息通过一模数转换模块与计算处理模块相连接；
4)判断步骤，计算处理模块对电流数据进行判断，若电流数据由0变为1，则激活休眠等待的第二通讯模块；
5)数据发送步骤，电流数据信号通过被激活的第二通讯模块发送给相邻的执行终端，并激活相邻执行终端中休眠等待的第二通讯模块；
6)计算处理步骤，执行终端的计算处理模块对相邻执行终端发送的电流值进行比较：若零序电流有差异，则立即同时向控制终端接地报警；若对应两相电流有差异，则迅速命令高压开关同时跳闸，并立即向控制终端短路跳闸报警；
处理原理为：
A接地故障，
发生接地故障时，故障点以前的每个执行终端都产生了实时零序电流，故障点以后的每个执行终端都没有零序电流，只有故障点前一个执行终端有零序电流，而故障点后一个执行终端无零序电流，相互间比较有差异：
①当每相邻两个执行终端的前一个和后一个的实时零序电流数据比为“1∶0”有差异，根据设置，该相邻两个执行终端立即同时向控制终端接地报警。表示接地故障就发生在这两个执行终端之间。
②当该前一个执行终端后面有多个串联回路，即后面相邻多个执行终端时，其实时零序电流与后面相邻多个执行终端实时零序电流之和进行比较，如比值为“1∶0”有差异时，该前一个和后面相邻的多个执行终端立即同时向控制终端接地报警。表示接地故障就发生在这几个执行终端之间。
③当该执行终端位置在线路末尾或后面只有断开的联络开关时，其实时零序电流数据与“0”数据比较，当比值为“1∶0”有差异时，该执行终端立即向控制终端接地报警。表示接地故障就发生在这个执行终端之后。
B短路故障，
在故障点以前的每个执行终端都产生了短路大电流，都为“1”数据。在故障点以后的每个执行终端仅为负荷电流，都为“0”数据，只有故障点前一个执行终端的实时相电流为“1”数据，有故障电流，而故障点后一个执行终端的实时相电流为“0”数据，无故障电流，相互间比较有差异。
①当每相邻两个执行终端的前一个和后一个的其中同相别的两相实时相电流数据比均为“1∶0”有差异时，根据设置，该相邻两个执行终端在150毫秒内同时跳闸，并立即向控制终端短路跳闸报警。表示短路故障就发生在这两个执行终端之间。
②当该前一个执行终端后面有多个串联回路，即后面相邻多个执行终端时，其中两相实时相电流分别与后面相邻多个执行终端的同相别的实时相电流之和进行比较，如比值均为“1∶0”有差异时，该前一个和后面相邻的多个执行终端在150毫秒内同时跳闸，并立即向控制终端短路跳闸报警。表示短路故障就发生在这几个执行终端之间。
③当该执行终端位置在线路末尾或后面只有断开的联络开关时，其两相实时相电流与“0”数据比较，当比值均为“1∶0”有差异时，该执行终端在150毫秒内跳闸，并立即向控制终端短路跳闸报警。表示短路故障就发生在这个执行终端之后。
7)提醒步骤，在短路故障点的执行终端跳闸后，控制终端自动进入“闭锁、挂牌”程序，使跳闸后的执行终端立即自动进行机械闭锁、自动挂上“严禁合闸”警告牌，可靠保证故障抢修人员的安全。
8)转移供电步骤，在短路故障点自动隔离后，通过通信网络的信号传输，控制终端根据“瞬间内有相邻两个或多个执行终端同时短路跳闸、闭锁挂上’严禁合闸’警告牌及环网线路的联络开关一侧突然失电。”的判据，立即命令该联络开关合闸，从另一电源向因故障而停电的其他正常区域实现转移供电，达到智能电网的高度自愈能力。
第二通信模块设高频无线电自动收发器时，其工作电源为-48V，信号传输距离不小于8公里，该收发器平时处于休眠等待状态，其休眠等待时的消耗功率不大于0.5W。只有当实时电流数据发生变化(由0变为1)时，或接收相邻执行终端电流数据为“1”时才瞬间激活，进入工作状态，工作状态时消耗功率不大于3W。
以下结合具体故障点详细说明本发明实施方法：
(一)如图4A所示：×处发生接地故障时，A1、A2开关均产生接地电流，其两次回路均有零序电流，其数据均为“1”，相比较均无差异。A3、A4开关均没有产生接地电流，其两次回路均无零序电流，其数据均为“0”，均无差异。只有A2开关在故障点前有零序电流，而A3开关在故障点后，无零序电流。A2和A3两台开关的零序电流数据比为“1∶0”有差异，根据设置，A2、A3开关立即同时向控制终端接地报警，表示故障就在这两台开关之间。
如图4A的所示：×处发生短路故障时，A1、A2开关其中两相均产生短路大电流，其数据均为“1”，相互间比较无差异。A3、A4开关均没有产生短路大电流，其相互间数据比均为“0”，均无差异。只有A2开关在故障点前有短路大电流，而A3开关在故障点后，无短路大电流。A2和A3两台开关的其中两相实时相电流数据比各为“1∶0”有差异，根据设置，A2、A3开关在150毫秒内同时跳闸，立即向控制终端短路故障报警，表示故障就在这两台开关之间，同时实行闭锁、挂“严禁合闸”警告牌。
(二)如图4B所示：A2开关后面有A、B、C三个串联支线，即A2开关后面有B1、A3、C1相邻的三个开关，×处发生接地故障时，A2开关通过接地电流，有零序电流产生，其数据为“1”，A3开关在故障点后面，B1、C1开关在另一个支线上，这相邻的三个开关都没有接地电流，也无零序电流产生，其数据均为“0”，A2开关的实时零序电流与B1、A3、C1相邻的三个开关的实时零序电流之和进行比较，其相互间数据比为“1∶0”有差异。根据设置，A2、B1、A3、C1开关立即同时向控制终端接地报警，表示故障就在这几台开关之间。
如图4B的所示：A2开关后面有A、B、C三个串联支线，即A2开关后面有B1、A3、C1相邻的三个开关，×处发生短路故障时，A2开关产生短路大电流，其中两相实时相电流均为“1”数据，A3开关在故障点后面，B1、C1开关在另一个支线上，这相邻的三个开关都没有短路大电流，其实时相电流均为“0”数据，A2开关其中两相的实时相电流与B1、A3、C1相邻的三个开关同相别两相的实时相电流之和进行比较，比值均为“1∶0”有差异，A2、B1、A3、C1四个开关在150毫秒内同时跳闸，并立即向控制终端短路跳闸报警，表示故障就在这几台开关之间，同时实行闭锁、挂“严禁合闸”警告牌。
(三)如图4C所示：×处的接地故障发生在末尾时，A1、A2、A3、A4四台开关均产生了接地电流，都有零序电流，其数据均为“1”，相互间比较无差异，因为A4开关后面已没有开关，故A4开关的零序电流数据与“0”数据相比较，为“1∶0”有差异，根据设置，A4开关立即向控制终端接地报警，表示故障就发生在A4开关后面，同时实行闭锁、挂“严禁合闸”警告牌。
如图4C所示：×处的短路故障发生在末尾时，A1、A2、A3、A4四台开关均产生了短路大电流，其短路两相的实时相电流数据均为“1”，相互间无差异，因为A4开关后面已没有开关，故A4开关的实时相电流数据与“0”数据相比较，为“1∶0”有差异，根据设置，A4开关在150毫秒内跳闸，并立即向控制终端短路跳闸报警，表示故障就发生在A4开关后面。
(四)如图5所示，×短路故障点发生在B2、B3开关之间，B2开关的其中两相产生短路大电流，其实时相电流均为数据“1”，而B3开关没有产生短路大电流，其实时相电流均为数据“0”，B2和B3开关的其中两相实时相电流数据同相别比较均为“1∶0”有差异。根据设置，B2、B3开关在150毫秒内同时跳闸，并立即向控制终端短路跳闸报警，同时实行闭锁、挂“严禁合闸”警告牌。B2、B3开关跳闸后，故障点×两端已隔离，B3、B4、联1这三台开关之间无电。控制终端获悉B2、B3开关瞬间同时短路跳闸报警，又查获联1开关的一侧突然失电的信息，根据设置控制终端立即命令断开的联1开关合闸，从A电源向联1、B4、B3开关之间无电的正常区域转移供电，实现了智能电网的高度自愈能力。