配电线路柔性重合技术

宋国兵常仲学西安交通大学继电保护团队2026.04 报告提纲 背景与思路 基于分相重合的永久性故障判别 基于相控重合的励磁涌流抑制 四样机与测试 五总结 一、背景与思路 1.配电网的三相自动重合闸 ■作用与趋势 重合冲击 重合于永久性故障，会带来短路电流冲击； 架空线路，重重合成功概率高； 电缆线路，7亦有一定的重合成功率 重合于瞬时性故障，可能带来励磁涌流冲击 推行接地故障跳闸，将显著增加重合次数 降低重合闻的冲击，势在必行！ 一、背景与思路 2.降低电流冲击的可能性 重合策略 分相重合+定相位重合 一、背景与思路 3.“分相+定相位重合的可行性 1快速开关的定相位合闸离散度 分相磁控开关机构主要由动/静铁芯、磁控体、分闻弹簧构成，是自前零部件最少的操作机构，典型分合闸离散性为±1ms。 一、背景与思路 4.配电线路的“柔性”重合 ■如果开关具有分相合闻、定相位合闻能力，将可以有效减小永久性故障的短路冲击，减小励磁涌流冲击，实现配电线路故障后的“柔性”重合 ■本次报告主要汇报两部分内容： >基于分相重合的永久性故障判别>基于相控重合的励磁涌流抑制 西安交通大学二、基于分相重合的永久性故障判别XIANJIAOTONGUNIVERSITY 7/24 1.基本思路 针对不同故障类型与中性点接地方式，提出不同的重合相序，以减小故障电流的冲击 重合思路 >单相接地故障 √小电阻接地系统重合一健全相，可减小重合冲击。 》两相短路接地 √小电流（或小电阻）接地系统重合一健全相，可减小重合冲击； >两相短路故障 √重合任意一相时，开关下游无对地故障支路，重合无冲击电流。 西安交通大学二、 基于分相重合的永久性故障判别XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 8/24 2.接地故障特征分析 建立了不同故障类型的分相重合分析模型分析了瞬时性与永久性故障的电气量特征差异，具体为：基于开关负荷侧电气量信息求解的不同故障性质下的“过渡电阻”存在显著差异。 ■分相重合分析模型 以单相接地故障为例，根据重合相电流等于开关下游系统对地电流，可得：[(UAN +UaN +UcN)(1-m)jaC +U 7= IaN + InN + IeiaN = icN = 0 其中，未知数仅有过渡电阻与(1-m)C，一个频点可解两个未知数。瞬时性故障时求解结果为绝缘电阻值，远大于过渡电阻值 通过闭合K1~K3代表不同接地型故障的重合策略。 二、 基于分相重合的永久性故障判别9/24 3.接地故障性质识别方法(参数识别) 针对接地型故障，通过算法提取电压与电流相量，利用滑窗构造超定方程，通过最小二乘算法求解“过渡电阻”值。 ■永久性故障识别判据 模型参数求解 瞬时性与永久性故障模型 因瞬时性故障求解的是绝缘电阻值远大于永久性故障的过渡电阻值，所以构造判据为： 对次滑窗对应的线性化方程进行虚实部分离： Im[U, [K]-x + Re[U,[K]- x, = Re[i[K]Re[U, [K]-x + Im[U, [K]- x, = Im[i, [K] 构建包含2N个线性约束的超定方程组，系数矩阵为： K断开，代表瞬时性故障；K闭合代表永久性故障。表达通式：U,(1-m)joC+U,=im 根据最小二乘原理，得到最优解 二、 基于分相重合的永久性故障判别10/24 4.相间故障特征分析 对于永久性相间故障，当重合非故障相时，负荷侧等效电路与瞬时性故障相同，永久与瞬时故障没有区分度。当重合一故障相时，瞬时与永久性故障的电压特征存在显著差异。 ■开关负荷侧电压特征差异 ■永久性相间故障开关负荷侧等效电路 对于瞬时性故障，开关负荷侧线电压特征： 对于永久性故障，开关负荷侧线电压特征： 以AB故障，重合A相为例，开关负荷侧两非重合相线电压为： 二、 基于分相重合的永久性故障判别11/24 5.相间故障性质识别方法(平均Hausdorff 距离） Hausdorff 距离算法在特征提取方面具有时间窗短，计算量小的优势。不同故障性质下的线电压差异明显，可利用该算法实现故障性质的快速识别。 永久性相间故障识别判据 仿真结果RAI 平均Hausdorff距离算法 不同故障性质的HAHD值满足： [HAD (uA,ug)=HAHD (uc,uA)>HAm (ug,uc),瞬时性[HAHD (uA,U)积分起始时刻to：线电压峰值点（磁通过零点）>积分终止时刻t1：满足磁通变化率几乎不变的时刻 三、 基于相控重合的励磁涌流抑制14/24 2.剩磁的估算问题 分析发现，正常运行情况，后熄弧两相间的电压，适合用于剩磁估算；故障情况下，故障回路电压突然降低，金属性故障相当于变压器被跳开，剩磁被故障相角固定。 磁通选取要求 正常运行情况：后熄弧两相间的电压，适合剩磁估算。该电压波形受分闽过程影响小，近似正弦曲线，磁链计算结果误差最小。 故障情况：故障回路电压突然降低，金属性故障相当于变压器被跳开，剩磁被故障相角固定，适合作为合闸策略的剩磁参数。 故障相之间线电压UBc受强约束，优先积分 三、基于相控重合的励磁涌流抑制15/24 3. 合闻相位、合闻相序的确定 分相合闸采用“先合两相、再合一相”的策略，关键在于获取一个铁芯柱的剩磁参数与该剩磁参数对应的两相作为首合相，剩余一相作为未末合相，例如ΦrBC一B,C先合，A后合。 三、 基于相控重合的励磁涌流抑制16/24 4.多台变压器合闽策略 为将单台变压器策略推广至多台变压器场景，采用“首先分群聚类，确定群等效剩磁，最后基于容量加权求合闻角”的方法。这里以故障工况下将线路故障点上下游分为两群为例， ■基于容量的多群加权计算等效剩磁 ■工程实用化的分群聚类方法 S,k分成故障点上下游两群时，n=2i=l+k- sin αBcΦm.lΦm2 三、 基于相控重合的励磁涌流抑制17/24 4.多台变压器合闻策略 三、 基于相控重合的励磁涌流抑制18/24 5.相控合闸总体流程 合闸流程 四、样机与测试 1.样机研制 提出了一种分相开关的改进设计方案，主要包括磁控分相操作机构、电子式电压传感器(EVT)、低功耗电流传感器（LPCT）、低功耗控制终端 四、 样机与测试 2.RTDS测试-永久性故障识别 利用RTDS实时仿真平台与罩式FTU样机进行故障性质识别算法测试，闭环测试结果表明：永久性故障识别方法准确可靠 闭环测试接线图 四、样机与测试 本次实验的测试平台由RTDS实时数字仿真仪和馈线终端设备（FTU）原型机组成 实验测试要点包括有： ■1.参考相位的获取(A相电压过零点)■2.电压最大峰值点检测■3.熄弧顺序■4.积分初始和终止时刻的确定■5.对于剩磁的积分■6.合闸时间计算■7.对设备延时进行校正 四、样机与测试 2.RTDS测试-励磁涌流抑制 仿真结果表明：正常空载合闸励磁涌流抑制率能达到99% 故障下多台变压器励磁涌流抑制率能达到80%以上，有效实现了励磁涌流的抑制 ■正常空载合闸 故障场景 励磁涌流抑制率=(1×100% 五、 总结 “柔性”重合技术能有效降低合于故障或合闻涌流带来的冲击 具有分相操作功能的开关，可实现永久性故障判别，且能够降低合于故障带来的电流冲击 具有分相合闸+定相位合闸功能的开关，可有效降低变压器合闸产生的励磁涌流冲击 样机测试证明了方案的可行性，仍需进一步通过示范应用加以验证 请各位专家批评指正： 2026.04