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中压配电网接地故障引发的人身触电、森林火灾、故障停电等信息频见新闻媒体，引发公众对配网安全运行持续关注，近年来，中压配网建设虽已取得长足发展，但在故障处理领域仍存在以下问题：弧光故障的准确检测及定位、馈线自动化动作错误与保护配合失效、极端事件下配电网与通信网的应急恢复能力不足等，已严重制约中压配电网的健康发展。 该项目在国家自然科学基金、省电力公司重点科技专项等课题持续支持下，项目组围绕提升中压配电网故障精准处置与故障快速恢复关键技术及装备开展重点研究，历时10年科研攻关，取得了集理论、技术及装备于一体的系列研究成果，形成了以下几个方面的创新：提出了基于微观量瞬时极值测度、随机共振-模态分解、瞬时能量余弦相似性测度的中压配电网弧光高阻故障高精度检测新技术，开发了弧光高阻故障检测装置及接地故障智慧分析决策平台，研发了非接触式磁场型配电网百米级故障定位装置，提出了多种基于磁场特征量的定位原理，开发了基于5G通信的智能分布式自动化融合终端，提出了5G微基站、5G基站储能参与应急通信与应急供电恢复新技术。 应用情况：该项目成果在陕西、江西、河南、四川等省进行推广，产生了显著的经济与社会效益，极大提升了配电网故障的精准处置与故障快速恢复水平。典型应用：国网陕西电力在应用该成果后，配电线路故障停运次数大幅减少，故障停运时间与故障排查时间显著降低；西安兴汇电力在应用该成果后，近三年累计销售数千套接地故障高精度检测装置，大大提升了本土企业的核心竞争力；国网江西电力在全省推广后，配电线路故障停运累计减少4.25万次，故障停电时间减少9.48万小时。

该发明涉及一种馈线自动化领域,特别是一种多联络开关配合的基于根树分割的配电网供电恢复方法,用于需要多联络开关配合的配电网故障供电恢复方案生成。供电恢复方案生成过程是根树的分割过程,最终形成多个以某联络开关为根节点的根树组,并且每个根树是一个独立的供电恢复区。最后以负荷均衡为指标衡量所有的供电恢复方案,寻找出负荷均衡最优的方案作为配电网供电恢复的最终方案。通过上述方式,该发明提供的方法在满足供电恢复实时性的基础上能够找出符合均衡最优的供电恢复方案,从而提高了配电网应对相继故障的备用容量,提高了系统的稳定性。

该发明涉及一种馈线自动化领域,特别是一种基于负荷均衡期望值搜索的配电网故障恢复方法,其涉及需要多个联络开关协调配合的配电网故障后供电恢复问题。故障恢复方法的总体思路为:在供电恢复过程中,每个供电电源点都以负荷均衡期望值为目标进行搜索,逐步增加非故障失电区段,形成最终的故障恢复方案。该发明能够并列进行、单目标比较的故障恢复方案生成方法,方向性明确,计算量小,能够实现以负荷均衡为目标配电网供电恢复方案快速生成。

在国家“双碳”目标和建设以新能源为主体的新型电力系统背景下，越来越多的分布式电源接入到10kV配电网中，分布式电源就地接入馈线增加了可再生能源的消纳，也改变了传统配电网的网络结构，使其由单端电源辐射状供电的无源网络变为多电源多端供电的有源网络，有源配电网的运行方式、潮流分布以及短路电流特征等均发生了重大改变。存在以下三方面问题：一是传统的配网保护定值主要依靠手动整定计算，配电网模型设备参数的精确性和完整程度无法保证，整定工作量大，安全风险压力增大；配网多级保护定值配合困难，保护可靠性和选择性不足，传统配电网中依靠过流或者距离元件的故障定位、隔离方法受到了极大的挑战；故障电流双向流动，主站馈线自动化系统定位和隔离故障的准确率不高，恢复供电时间长。 在国网浙江省电力有限公司科技项目等计划支持下，经国网金华供电公司等7家单位历时6年产学研用协同攻关，形成了从理论方法、技术规范、整定计算平台到保护装置的完整防御技术体系，取得以下三方面创新成果： 一、提出了基于拓扑识别的非序贯蒙特卡洛智能调优方法，实现了多源故障量反演与故障点定位，整体优化了配网继电保护定值，解决了配电网运行方式多变、电网结构复杂，分布式电源建模等难题；首次研发了基于递归算法和故障电压特性辨识的有源配电网整定计算平台，平均整定时间由60分钟减少到10分钟，配网继电保护整定效率提高80%。 二、提出了融合卫星同步和改进乒乓同步的差动保护延时修正方法，解决了5G通信延时抖动对电流差动保护的影响；发明了基于自动方向判别的环形配电网继电保护装置，研发了5G智能分布式配网保护系统，故障隔离时间由秒级缩短至百毫秒级。 三、提出了基于站间通信和电流序分量的相间故障保护方法，发明了基于分布式终端装置的故障区段判定技术，构建了继电保护主动防御体系，实现了配电网馈线故障的快速隔离及自愈，停电范围减少75%，极大地提高了供电可靠性。 项目已获授权发明专利10项，授权实用新型专利1项，软件著作权1项，发表论文9篇(其中SCI/EI收录1篇)，编制国家标准1项。经鉴定，项目整体达到国内领先水平，其中提出的基于拓扑识别的非序贯蒙特卡洛智能调优方法、基于站间通信和电流序分量的相间故障保护方法达到国际先进水平。项目成果已成功入选2022年度中电联电力5G应用创新案例和2021浙江省电力行业典型经验。研究成果已在金华、温州等地全面应用，近三年累计多供电量约2445万千瓦时，新增企业销售额1638.15万元，新增利润398.535万元，新增税收212.9595万元，节省人力成本约2244万元。 项目的成功实施，标志着在有源配电网保护定值精准计算、高性能保护控制、故障诊断与快速隔离等技术取得了重大突破，构建了精准隔离故障、阻断故障连锁演变的主动防御技术体系，对实现有源配电网运行安全具有特别重要意义。

一、产品简要技术说明：户外一二次融合柱上真空断路器常用于农网以及城网系统，作为分、合负荷电流、过载电流及短路电流，测量线损，短路接地故障保护之用。随着配电物联网化程度的不断加深，断路器作为配电系统的一部分，对其智能化、高融合的方向需求越来越高，但考虑到实际改造应用场景，对断路器的尺寸要求不能有太大变化。结合各种原因，国家电网开始推广一二次融合柱上真空断路器标准化，通过标准化的设计，满足不同厂家设备在一定范围和一定时期的通用互换使用，提升柱上真空断路器的运维便利性。因此，该公司提出开发智能型标准化一二次融合柱上真空断路器，市场前景巨大。产品具有创新点： 1）采用标准化结构设计，统一了关键参数和接口，实现了不同设备的通用互换，提升了运维效率。 2）通过高性能芯片和控制软件设计自动化终端，实现智能化控制和一二次融合，提高了设备智能化水平。 3）引入多回路数据同步采集等技术，显著提高了数据采集精度和处理速度，确保了故障识别的准确性和及时性。 4）创新真空断路器高度微调技术，方便调节且安全性高；侧推式快速切断技术则能快速分断电路，延长使用寿命。 5）开发实时数据管理方法，利用ARIMA模型精准预测和监测电流异常，有效应对多种异常情况，提升了断路器监测的准确性。 二、产品主要性能指标： 1）相电流互感器变比：600A/1A； 2）相/线电压互感器变比：10kV/0.1kV； 3）零序电流互感器变比：100A/1A； 4）零序电压互感器变比：（10kV/√3）/（6.5V/3）； 5）馈线终端功能：同时具备二遥动作及三遥型功能、分段/联络及分界功能。

牵引供电系统是高速铁路的动力心脏。随着中国高铁建设的快速发展，牵引供电故障次数明显增多，年故障近千次。因牵引供电系统继电保护不正确动作、故障处理自动化程度不高，牵引网停电、供电恢复时间长时有发生，严重干扰运行秩序，同时牵引网雷击不跳闸缺乏诊断手段，存在安全隐患，面临的主要难题有以下3点。一是，牵引供电继电保护面临的难题是高速铁路行车间隔短，负荷重而谐波含量小，基于谐波调整阻抗动作边界的传统距离保护易误动；现有电流增量保护易受负荷分量影响，不能灵敏辨识牵引网断线非电源侧接地、对桥隧及树木放电等高阻抗故障，难以满足高铁高可靠供电要求。二是，牵引网故障处理效率低，传统测距方法在自耦变压器(AT)所附近故障存在识别模糊区，无法适用越区区段故障定位，桥隧站场等牵引网非均匀区段的测距参数难以整定，严重影响故障测距精度；现有牵引网故障保护范围重叠，停电范围大；故障恢复依靠人工按规程逐步操作，效率低，恢复供电时间长。击时可能不会引起牵引变电所馈线跳闸，但雷电流可能造成绝缘器件损伤，是潜在的故障隐患，非故障雷击定位功能尚属空白。高速铁路牵引网行波折反射复杂，行波噪声大且波头易畸变，雷击识别与定位困难。为了应对上述挑战，牵引供电二次设备亟待技术创新。 项目组历时8年，首创以供电臂为单元，构建就地级、站域级、广域级多维度的牵引网层次化保护与控制体系，研制了20个型号的成套保护控制设备，实现高可靠牵引智能化牵引供电二次设备关键技术和设备的重大突破：首创网新型自适应距离保护及高阻抗故障保护方法；显著提高了故障测距精度、降低了供电恢复时间；基于行波信号增强去噪、行波样本相似度分析等技术的故障诊断方法降低了牵引网故障风险。项目获授权发明专利20件(ZL201710457777.4、ZL201710446806.7、ZL201910940097.7等)，登记软件著作权2项，发表论文19篇。(1)首创了多参量自适应的Γ形特性距离保护方法，利用电流电压变化量动态调整负荷边动作边界，并结合涌流识别综合判据，解决了高速铁路牵引供电馈线距离保护在重负荷和故障工况下，保护可靠性与灵敏性难以兼顾的问题；提出广域电流比值增量方法，将高速铁路高阻抗故障检测灵敏度由100Ω提高到300Ω。(2)提出了同相横联电流比、测距参数自动整定、测距区段动态识别等故障定位方法，解决了故障区段识别困难、非均匀路段测距参数难以整定及越区供电难以准确故障测距的问题，测距误差由500m缩小到200m以下；提出计及车网工况约束的主站集中决策、子站区域自治的牵引网故障准确隔离及快速自愈方法，将供电恢复时间由约20min降低至2s内。项目提出的馈线自适应重合闸及AT变智能合闸技术减少了对牵引供电系统及动车组的冲击。(3)提出了变长数据窗触发行波诊断启动方法、基于地模分量及数学形态法的行波信号增强去噪技术、波速度在线修正技术、基于行波样本相似度的雷击诊断技术，解决了牵引网雷击与非雷击故障无法识别、绕击雷与反击雷难以区分、雷击未跳闸不能定位等技术难题，大幅降低了人工巡线强度，及时消除牵引网故障隐患。

极端灾害下保障电力安全供应是贯彻落实总体国家安全观和能源安全新战略的基本要求。配电网作为电力供应最后一环，更易遭受台风、洪涝、山火、等极端灾害的破坏，提升配电网极端灾害防御与恢复能力对电力保供尤为关键。浙江面积大于500平方米的海岛有3061个，山地占74.6%，具有“海城-山-岛”多类复杂地域特色。然而，海城山岛配电网网架多样、运行环境复杂恶劣，极端灾害影响下故障隔离及恢复难度大。海城山岛配电网蕴含海量分布式弹性资源，但支撑极端灾害下快速自愈恢复的优势尚未得到充分发挥。因此，在极端灾害情况下，综合各类分布式资源、促进协同快速复电，能够增强故障工况下协同恢复能力，对建设高弹性海城山岛配电网具有重要意义。 当前，相关研究与实践仍面临诸多挑战：①极端灾害下海城山岛配电网故障演进规律不明，反映配电网预防、抵御、响应、恢复能力的弹性评估体系缺失；②海城山岛配电网网架多样、运行方式复杂、交直流元件规模庞大，极端灾害下故障精确定位和快速隔离遭遇新盲点；③现有配电网主要依赖上级电源进行故障恢复供电，实现上下级配电网经济可靠、分布式资源协同化复电困难。 项目组聚焦海城山岛配电网极端灾害弹性防御与协同恢复关键技术及应用，从风险预警、研判隔离、协同恢复三个层面进行了技术攻关，研制了系列关键装备及系统，取得以下科技创新： (1)提出了适用于多种自然灾害的通用建模框架，建立了极端灾害下配电网元件故障概率模型；提出了多层级、统计分析+模拟计算相结合的弹性评价指标体系和评估算法；构建了基于GPU并行计算的极端灾害故障推演及配电网元件故障预测预警方法。实现了系统风险的准确评估与不同规模灾变侵害的精细化预警，高风险元件停运总数预测准确率97.46%。 (2)发明了注入特征信号的主动探测型保护和暂态波形同步量测的故障检测与溯源技术，开发了基于“先进通信+无通信”的精准快速故障隔离装备系统。单相接地故障检测正确率95%以上，显著提升了系统供电安全性能。 (3)发明了多故障场景开关重要度辨识的馈线终端经济优化配置方法，攻克了极端灾害场景稀疏量测压缩感知的故障区段可靠定位技术，提出了适应海城山岛有源配电网的分布式自愈恢复策略，实现了海城山岛配电网“集中式+分布式”电源分级协同恢复。 项目授权发明专利33项，软著6项，发表高水平论文36篇，其中，SCI/EI论文24篇，主编国标/行标3项，出版专著2部。该成果经王耀南院士、国网公司原总经理助理张丽英领衔的鉴定委员会认为项目技术达到国际领先水平。 项目整体技术已在温州市平阳、洞头、永嘉等多个县域配电网中成功应用，并推广至福建、河南，韩国、泰国等国内外20余项配电网极端灾害防御提升工程，近三年直接经济效益达到26.76亿元。项目成果为提升海城山岛配电网极端灾害防御与恢复能力提供了整套解决方案，对推动浙江新型电力系统省级示范区建设具有重要意义。

1、工作原理、用途：产品广泛用于12kV的三相电力系统中，作为分、合负荷电流、过载电流及短路电流之用。应用在电压12kV，三相交流50Hz的户外配电设备，主要用于开断过载电流、短路电流以及实现线路故障检测、判断、处理的自动化装置；集成开关本体、取电单元、测量单元、控制单元一体化设计；具有安装简单、维护方便等特点，是实现配电线路馈线自动化系统的理想设备。 2、产品市场需求：智能电网建设的加速推进，为智能配网自动化系统、智能变电自动化系统、用电信息采集系统及终端、高低压费控系统、智能电能表、高低压开关及成套设备等产品提供了广阔的市场空间，成为行业发展的主要动力。在稳增长背景下，电网投资力度加大，年内仍有近4000亿元投资待释放。国网、南网已相继发布稳住经济有关措施，电网投资态势良好，同比增速达到15.1%，预计今年全年电网基建投资在5000亿元以上（1-5M已完成1263亿元），两网全口径投资或达6200亿元以上。预计“十四五”期间电网投资较“十三五”增速10%以上，两网全口径投资或达3.3~3.4万亿元。从国网配网协议库存招标情况来看，近年来一二次融合设备招标占比持续提升，一二次融合成套柱上断路器招标占比已从2018年的35.7%上升至2021年的79.3%。因此，项目产品市场前景良好。 3、旧有产品的原理及缺点：随着经济的发展和社会的进步，依靠现代信息、通信和控制技术，提高电网的智能化水平是电网未来发展的趋势。高压真空断路器是一种基于真空技术的电力传输和分配系统中常用的关键设备，广泛用于12kV的三相电力系统中，作为分、合负荷电流、过载电流及短路电流之用，能够在高压电路中实现可靠的断开和闭合操作，保护电力设备及电力系统的安全运行。现有的一二次融合真空断路器一般不具备对接线端子处温度的实时监测，同时，取电单元一般采用加装传统磁感应式PT，若现场二次接线错误容易引起二次故障，并存在铁磁谐振等安全隐患。为此，公司决定研发基于电容取电技术的物联网高压智能真空断路器。

一、项目的背景： 1、智能电网作为新型现代化电网，是电力系统未来面貌的发展模式近年来，智能电网已成为热门话题，被认为是改变电力系统未来面貌的发展模式。智能电网是将先进的传感量测技术、信息通信技术、分析决策技术和自动控制技术与能源电力技术以及电网基础设施高度集成而形成的新型现代化电网。中国在过去的电网建设中，由于技术和条件的限制，主要将工作重心放在输、变电主网的建设，导致配电网的建设远远落后。而配电网作为供电末梢，直接面向用户，是保证安全生产、提高服务水平的关键环节。近年来，中国加大了配电网的建设投入，但配电网分布范围广、接入规模大，再加上配网自动化技术应用水平不高、配网建设质量和运维管理水平参差不齐等原因，导致了现阶段配电网的实时运行与管理矛盾还较为突出。调查表明，中国10kV以下电网对用户停电时间的影响占到70%～80%以上。同时，随着分布式电源的规模化接入与应用以及电动汽车的推广普及，配电网也面临着功能和形态的转变，需要对电源数据采集装置及充电桩等智能设备进行实时监测和主动管理。 2、多数SCADA系统都存在系统耦合度较高、资源利用不充分、信息孤岛等问题智能配电终端(Smart Distribution Terminal Unit，SDTU)是安装在配电网中的各种远方监测、控制单元的总称，根据配电终端的应用场所，可以分为配变终端、馈线终端及站所终端等，具有数据采集、故障检测、自愈控制、相互通信及与配电自动化系统进行信息交互等功能。得益于无线通信技术的发展，在SDTU与SCADA系统主站层的通信方面，不再拘束于传统的电力线载波和光纤专网等有线通信方式。近年来，已有众多的SDTU与物联网无线通信技术、移动通信技术相结合的研究及应用案例。 在智能电网环境下的SCADA系统，其根本目标是在适应智能电网的发展的前提下，保障电网安全运行，满足电网“高效、优质、环保”运行的要求。随着配电网自动化设备日益增多，数据采集需求不断增加，SCADA系统需要兼容性强且易扩展的通信通道及数据接口，并在此基础上，需要满足各功能模块松散耦合、扩展便利等要求，以便适应不断增加的系统功能需求以及不断更新迭代的系统应用。然而多数SCADA系统都存在系统耦合度较高、资源利用不充分、信息孤岛等问题。 二、主要研究内容：该公司研发的配网动环智能辅助数据采集终端搭配配网数字化站房，基于区块链和人工智能，集环境状态监测、设备状态监测、气象监测、安防监控、消防监测、智能联动、AI视频等功能于一体，通过在配电站房、输电线路上部署具有感知、计算、执行和通信等功能的装置，利用物联通信网络，建立设备感知泛在化，传感单元微型化，物联网络去中心化、应用分析智能化的互联体系。 三、主要创新点： 1、自主开发了新型模拟量采集的电路设计，采用了集成化高精度计量芯片来实现模拟量信号的采集，并通过光耦与主控电路进行电气隔离，使用安全可靠的UART接口进行通讯，可通过硬件管脚配置波特率，计量芯片提供全差分输入方式使得采集信号具有精度等级高，抗干扰能力强，采样范围大等特点。 2、国内首家网关接入采用国网互联网部统一授权的软加密证书，运用TLS协议对网络通道进行加密，网关绑定由国网互联网发放的唯一IMEI号，专号专用，保证网关接入的安全性；数据传输采用国网互联网部统一授权的硬加密证书，实现对数据传输的机密性、完整性、可用性保护，满足国网互联网部对安防的所有要求。 3、采用AI智能监控模块设计，实现人员穿戴、动物入侵、人员倒地等监测，一旦状态变位、遥测越限，实时通过智能可视化网关，上报到配网智慧动环智能辅助决策系统，平台提醒与派单相关人员及时处理，同时智能可视化网关根据联动策略，通过边缘计算自动实现温湿度监测和空调/除湿机、风机联动，水浸/水位监测和水泵联动，风机(自启动)与有害气体浓度联动，烟雾与动力电源、视频联动，视频与安防、环境监测联动，实现对配电单元的智能化全景感知。 4、项目采用AI边缘网关，集成了云平台与现场设备的通讯功能，支持环境、设备状态监测及通讯自组网、就地化数据分析决策、边缘计算等，实现站房内各项监测数据的汇集与分析，接受云平台的控制指令，根据内置策略下发就地控制指令，快速实现各平台、各设备之间的联动。 产品在市场前景非常巨大，据不完全统计全国共有配电场景500万个以上(浙江全省内约有35万个公变配电场景)，2021年根据数据统计10KV输电线路总长度累计已达537.39万千米，直接产生的经济效益预计每年可达5000万左右。同时该产品不单针对电力公司，大中小型企业的配电室、数据中心也是重点合作用户，尤其像超市、银行、医院、市民中心等这类影响到民生的场所，该公司研发的该数据采集终端产品预计市场后期需求≥500万套，具有良好的经济效益。

我国配电网大多采用中性点非有效接地方式，对于瞬时性故障，理论上只要能及时熄灭接地点电弧，配电系统就可以恢复正常运行，相对于小电阻接地方式具有跳闸率低的优点，符合我国配电网的发展现状，但是在长期的运行实践中，中性点非有效接地配电系统也暴露出两个方面的问题： 1)消弧线圈仅仅补偿工频电容电流，而实际弧光接地时通过接地点的包含大量高频电流及一部分阻性电流，即使把工频电流补偿到满足国标要求的10A以下，剩余的高频和阻性电流仍可能维持接地电弧的持续燃烧，不能确保瞬时性接地故障可靠熄弧。 2)单相接地故障电流信号小，单相接地选线和定位都比较困难，对于永久性接地故障如果不能及时切除，配电系统将长时间带单相接地故障运行，容易造成事故扩大化、引发火灾和人身伤害等灾难性后果。 针对上述问题，国网陕西电科院依托国家电网公司“先进配电自动化与配电网运行优化控制实验室联合实验室”，组织技术团队开展项目技术攻关，提出利用分相接地开关接地转移熄弧与瞬时投入中性点中电阻实现零序保护配合隔离永久性故障区段结合的单相接地故障智能处置方案，并有效解决了所涉及的选相容错纠错、暂态过程抑制、高阻接地选线等关键技术难题，取得了四个方面的技术创新： 1)带容错纠错保护机制的单相接地故障转移技术，能够有效避免误选相引起的相间短路后果，并可通过更换相别实现正确选相； 2)基于容错纠错保护电阻与中性点中电阻协调配合抑制故障相接地开关开合电磁瞬态过程的方法，可有效保护电压互感器并改善了装置的电磁骚扰问题； 3)单相接地瞬时投入中性点中电阻与变电站和馈线所配置的零序保护配合实现选线和选段跳闸的方法，可实现低阻接地故障的快速就近跳闸隔离； 4)采用多量程放大器提高零序电流检测精度，并基于智能接地故障处置装置工作过程工频零序电压和零序电流幅值变化特征一致性的单相接地选线和选段跳闸方法，可有效提升高阻接地故障的处理能力。 项目研发的智能接地故障处置装置产品已应用到国网陕西省电力公司下属多个供电公司，国网嘉兴、资阳、合肥等地市供电公司，以及安徽昊源化工、马鞍山钢铁、唐山德龙钢铁等十余家大型工矿企业，正确完成消弧动作数千次，并成功处理数百次永久性单相接地故障。国家大幅加大配电网建设投资规模，该项目的应用前景十分广阔。 该项目获授权中国发明专利1项，美国发明专利1项，发表学术论文4篇，出版了《配电网单相接地故障处理》专著1部。项目直接经济效益实现新增销售额13392.06万元，新增利润1882.19万元，经济效益显著。 该项目通过中国电力企业联合会组织的科技成果鉴定，以陈维江院士为主任的鉴定委员会评价认为项目研究成果在配电网单相接地故障处置领域达到国际领先。