一种配电网线路的智能开关及故障隔离系统

1.一种配电网线路的智能开关，包括负荷开关和控制器，所述负荷开关与所述控制器电连接，所述控制器包括故障检测模块和执行模块，故障检测模块，用于实时检测线路是否发生故障，当线路发生故障时，确定第一故障信息；执行模块，用于断开或闭合所述负荷开关；
其特征在于，所述控制器还包括电压监视模块、通信模块和核心处理模块，电压监测模块，用于实时监测线路的电压，当所述电压低于预先设定值时，启动通信模块；
通信模块，采用PLC通信方式将故障检测模块得到的第一故障信息发送至配电网线路，以及从配电网线路接收第二故障信息；
核心处理模块，根据所述第一故障信息和所述第二故障信息，判断出故障区间；若所述智能开关位于故障区间的两端，通知执行模块断开所述负荷开关。
2.根据权利要求1所述的智能开关，其特征在于，所述的智能开关还包括一无线发送模块，所述无线发送模块用于发送智能开关的分合状态和工作情况。
3.根据权利要求2所述的智能开关，其特征在于，所述无线发送模块为GPRS无线通信终端。
4.一种配电网线路的故障隔离系统，该故障隔离系统包括设置于配电网线路的多个如权利要求1-3任一所述的智能开关，所述多个智能开关将配电网线路分成多个区间；
单个智能开关根据其自身检测的故障信息和同一馈线上的其他智能开关的故障信息，判断出故障区间；位于故障区间两端的智能开关执行断开操作，实现故障区间的隔离。

一种配电网线路的智能开关及故障隔离系统
技术领域
[0001] 本实用新型属于电力系统自动化领域，具体涉及一种采用PLC（电力线通信）技术的适用于配电网线路的智能开关及故障隔离系统。
背景技术
[0002] 由于电力技术的飞速发展，对于配电网络故障处理时间上要求越来越高。在最短时间内，确定故障区间并且迅速隔离故障区间时一个重要的课题。目前国外发达国家，特别在日本已普遍使用柱上SOG智能负荷开关实现快速故障区域定位及隔离故障区域。SOG智能负荷开关是一种具有过电流记忆和闭锁功能，以及接地故障保护功能的智能型的负荷开关。中国专利200620122673.5公开的《智能分界负荷开关》就是一种SOG智能负荷开关，该开关采用零序电流互感器、电流传感器和电压传感器来进行故障的实时检测，采用执行机构来合断负荷开关本体，采用智能控制终端作为控制器来控制执行机构的动作。在发生接地故障时，SOG智能负荷开关能够通过分析零序电压与电流的相位角，自动区别故障发生在电源侧还是负荷侧。如果是在负荷侧，则开关将在设定时间内自动分闸。当SOG智能负荷开关负荷侧发生短路故障时，能够记忆故障电流，先由变电站断路器跳闸线路失电后，开关自动分闸，断路器再重合闸成功。但由于SOG智能负荷开关的特点，在使用中故障上游开关都会检出故障现象而引起同时跳闸，因此无法串接使用，基本上都是采用单点运行，仅适用于用户侧故障的隔离，不能实现配电网线路不同区段的故障隔离。
发明内容
[0003] 本实用新型针对上述现有技术的不足，提供了一种适用于整个配电网线路的智能开关及故障隔离系统。本实用新型将智能开关用于故障隔离系统，通过智能开关之间的PLC通信，来实现配电网故障的迅速隔离，从而大大提高了供电可靠性。
[0004] 本实用新型是采用如下技术方案实现的：
[0005] 本实用新型提供了一种配电网线路的智能开关，包括负荷开关和控制器，所述负荷开关与所述控制器电连接，所述控制器包括故障检测模块和执行模块，故障检测模块，用于实时检测线路是否发生故障，当线路发生故障时，确定第一故障信息；执行模块，用于断开或闭合所述负荷开关；其特征在于，所述控制器还包括电压监视模块、通信模块和核心处理模块，
[0006] 电压监测模块，用于实时监测线路的电压，当所述电压低于预先设定值时，启动通信模块；
[0007] 通信模块，采用PLC通信方式将故障检测模块得到的第一故障信息发送至配电网线路，以及从配电网线路接收第二故障信息；
[0008] 核心处理模块，根据所述第一故障信息和所述第二故障信息，判断出故障区间；若所述智能开关位于故障区间的两端，通知执行模块断开所述负荷开关。
[0009] 进一步的，所述的智能开关还包括一无线发送模块，所述无线发送模块用于发送智能开关的分合状态和工作情况。
[0010] 进一步的，所述无线发送模块为GPRS无线通信终端。
[0011] 本实用新型还提供了一种配电网线路的故障隔离系统，该故障隔离系统包括设置于配电网线路的多个智能开关，所述多个智能开关将配电网线路分成多个区间；
[0012] 单个智能开关根据其自身检测的故障信息和同一馈线上的其他智能开关的故障信息，判断出故障区间；位于故障区间两端的智能开关执行断开操作，实现故障区间的隔离。
[0013] 本实用新型具有如下有益效果：
[0014] 1、本实用新型通过采用智能开关来检测线路故障，判断故障区间，若故障发生在自身的电源侧或负荷侧，则断开智能开关，以隔离故障区间。这一连续动作能够在故障发生后短暂的停电期间之内全部完成，缩短了停电时间，减少了停电范围，提高了供电可靠性。
[0015] 2、本实用新型通过在智能开关内设置无线通讯模块，可将智能开关的分合状态等情况发送至配电网主站，同时可以第一时间通知检修人员，便于故障快速定位以及安排检修人员快速排除故障，减少故障的影响范围。
[0016] 3、本实用新型所述的故障隔离系统结构简单且可靠性高，不需要强大后台软件支持，不依赖后台集中监控装置和专用通信线路设备，设备投资成本低，安装简单方便，适用范围广。
附图说明
[0017] 图1为本实用新型所述的智能开关的内部结构图；
[0018] 图2为本实用新型所述的含有无线发送模块的智能开关的内部结构图；
[0019] 图3为本实用新型所述的GPRS无线通信网络拓扑图；
[0020] 图4为本实用新型所述的故障隔离系统的原理图；
[0021] 图5为本实用新型所述的故障隔离系统的工作流程图。
具体实施方式
[0022] 下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。
[0023] 如图1所示，本实用新型所述的智能开关，包括负荷开关1和控制器2，所述负荷开关1与所述控制器2电连接，所述负荷开关1可以手动断开或闭合，也可以由控制器2控制来执行断开或闭合。所述负荷开关1是一种具有灭弧室的高压开关，能切断额定负荷电流和一定的过载电流，但不能切断短路电流。所述控制器2包括故障检测模块3、电压监视模块4、通信模块5、核心处理模块6和执行模块7，故障检测模块2，用于实时检测线路是否发生故障。当线路发生故障时，确定第一故障信息。所述故障包括智能开关所在馈线的接地和短路故障，所述第一故障信息包括故障发生在智能开关的电源测还是负荷侧。所述故障检测模块2可以采用现有技术中的零序电流互感器、电流传感器或电压传感器等来实现，同时通过分析零序电压与电流的相位角，得出故障发生在电源侧还是负荷侧。电压监测模块4，用于实时监测线路的电压，当所述电压低于预先设定值时，则认为线路停电，此时启动通信模块5。预先设定值可以由管理人员设定，只要接近0即可。所述电压监测模块4可以采用现有技术中的电压传感器来实现。通信模块5，采用PLC通信方式将故障检测模块2得到的第一故障信息发送至配电网线路，以及从配电网线路接收第二故障信息。当某个通信模块5发送线路故障信息时，同一馈线上的其他通信模块5都处于接收信息状态，当所有通信模块5按照顺序发送信息结束后，则实现了同一馈线上的所有智能开关的故障信息的交换。所述的PLC通信方式是指使用电力线作为通信介质，来执行与其他设备的多载波通信。
PLC通信技术已经广泛地应用在继电保护通讯上，技术已非常成熟，本专利不再赘述。核心处理模块6，根据所述第一故障信息和所述第二故障信息，判断出故障区间。确定故障区间的基本原则为：若任意相邻的两个智能开关的检测故障信息结果不同，则说明这两个相邻的智能开关之间为故障区间。在核心处理模块6判断出故障区间后，若所述智能开关位于故障区间的两端，通知执行模块7断开所述负荷开关1。
[0024] 优选的，本实用新型所述的智能开关还可以包括一无线发送模块，如图2所示，该无线发送模块能够将智能开关的分合状态、工作情况等信息发送至无线接收端，无线接收端可以是配电网主站或各种管理终端。所述的无线发送与无线接收可以利用中国移动公司成熟、可靠、广覆盖的GPRS网络，利用GPRS 网络平台实现数据信息的透明传输。如图3所示，在智能开关内部增加GPRS无线通讯终端作为无线发送模块，就可将该智能开关的分合状态和工作情况以GPRS模式发送至配电网主站，或者以手机短信等模式通知有关运行管理人员。当线路故障发生时，可以第一时间将信息发送到主站，或者以短信形式发送给管理人员，主站或管理人员根据接收的信息，能够及时得出配电线路的运行情况或故障范围，同时可及时安排检修人员排除故障，从而缩短故障反映时间，减少排查范围和时间，总体上缩短故障恢复时间与成本。
[0025] 本实用新型还提供了一种配电网线路的故障隔离系统，如图4所示，该故障隔离系统包括设置于配电网线路的多个智能开关，所述多个智能开关将配电网线路分成多个区间，这些智能开关采用载波通信方式构成一个信息网。单个智能开关根据其自身检测的故障信息和同一馈线上的其他智能开关的故障信息，即通过同一馈线上的各个智能开关的互换信息来判断出故障区间；位于故障区间两端的智能开关执行断开操作，实现故障区间的隔离。
[0026] 采用本实用新型所述的故障隔离系统，在配电网线路发生故障时，该故障隔离系统的工作过程如图5所示，具体如下：
[0027] 步骤1：设置于故障线路上的各个智能开关检测出故障发生，并且将故障信息保存。
[0028] 步骤2：变电站的保护继电器发出分闸指令，断路器分闸，该线路停止供电。
[0029] 步骤3：各个智能开关将停电信号作为启动条件，开始进行PLC通信。各个智能开关按照顺序依次将自身检测出的故障信息发送。同一时刻，只有一个智能开关处于发送状态，其他智能开关处于接收状态。
[0030] 步骤4：当所有的智能开关都将故障信息发送结束之后，每个智能开关都获知了该故障线路上的其他智能开关检测出的故障信息，从而判断出故障区间。
[0031] 步骤5：位于故障区间两端的智能开关断开，以隔离故障区间。
[0032] 步骤6：故障区间隔离后，当变电站的再合闸继电器（或重合器）发出合闸指令时，断路器合闸，恢复无故障的区间正常供电。
[0033] 下面以依次串联了四个智能开关SW-A、SW-B、SW-C和SW-D的线路上，SW-B与SW-C之间发生接地故障为例，进一步的说明该故障隔离系统的工作过程：
[0034] 步骤1： SW-A检测出“负荷侧接地”，SW-B检测出“负荷侧接地”，SW-C检测出“电源侧接地”，SW-D检测出“电源侧接地”。
[0035] 步骤2：变电站的保护继电器发出分闸指令，断路器分闸，该线路停止供电。
[0036] 步骤3：四个智能开关SW-A、SW-B、SW-C和SW-D按照顺序依次发送自身的故障信息，SW-A向SW-B、SW-C和SW-D发送，SW-B向SW-A、SW-C和SW-D发送，SW-C向SW-A、SW-B和SW-D发送，SW-D向SW-A、SW-B和SW-C发送。
[0037] 步骤4：发送结束之后，每个智能开关均得知 SW-A检测出“负荷侧接地”，SW-B检测出“负荷侧接地”，SW-C检测出“电源侧接地”，SW-D检测出“电源侧接地”，每个智能开关判断该线路上任意相邻的两个智能开关检测结果是否相同，若不同，则说明这两个相邻的智能开关之间为故障区间，从而判断出故障区间为SW-B与SW-C之间。
[0038] 步骤5：故障区间在SW-B的负荷侧， SW-C的电源侧，则SW-B和SW-C均向负荷开关发出分闸的指令，以隔离故障区间。
[0039] 步骤6：故障区间隔离后，当变电站的再合闸继电器（或重合器）发出合闸指令时，断路器合闸，恢复无故障的区间正常供电，还可以合上联络开关实现反向送电。
[0040] 本实用新型不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本实用新型公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本实用新型的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本实用新型保护的范围。