CN100440671C - 一种基于多种保护技术的集成保护系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于多种保护技术的集成保护系统。集成保护继电器IR安装于变电站的各母线，与该母线所有出线上的电流互感器CT和电压互感器PT相连，集成保护继电器包括故障线路选择单元、瞬时跳闸单元、联锁跳闸单元、无通道加速跳闸单元NCA、集成网络保护INP直接跳闸单元以及第一通信接口I和第二通信接口II，互相配合构成了三阶段保护：第一阶段是瞬时跳闸阶段；第二阶段是利用通信通道的方向比较技术或无通道技术实现的加速跳闸单元；第三阶段，集成网络保护单元根据所收集网络中由集成保护继电器发出的故障和方向信息，判断出故障线路，直接发送跳闸命令。该系统可为单段线路提供快速保护，并可实现整个配电网络的集成保护功能。

Description

一种基于多种保护技术的集成保护系统
技术领域
本发明涉及电力系统，更具体地说是涉及一种基于多种保护技术的集成保护系统，属于继电保护技术领域。
背景技术
随着数字技术、检测技术和网络通信技术的不断发展，在电力系统继电保护技术领域中，集中的保护系统已经越来越引起人们的关注。对于电力输电线路、变压器和发电机等来说，为了达到一定程度的集中，已经有多种保护功能被集于一个保护设备中。例如，微机线路保护可以将距离或电流等具有不同功能的保护集成作为主保护，也可将方向保护以及过电流保护等集成作为后备保护。然而目前这些保护都是基于独立电设备而安装，虽然集成了不同的保护功能，但仍然只保护单段线路或单个设备。本发明提出的集成保护不仅为单段线路提供快速保护，而且可保护到与变电站相连的所有线路段和设备，乃至整个配电网络系统，在满足保护性能的各种要求外，相对于现有传统的、基于独立设备的保护技术，具有明显的优势，特别结合采用先进国际标准通信协议的现代通信网络，该新型保护方案将会有美好的应用前景。
发明内容
本发明的目的是为了补充现有技术，丰富继电保护领域的发展，满足电力网络的不断扩张对快速清除故障以增强系统稳定性的需求。
本发明提出一种基于多种保护技术的集成保护系统，多种保护技术主要包括过电流保护、电流差动保护和距离保护，其特征在于：集成保护继电器IR安装于变电站的各母线，与该母线的所有出线上的电流互感器CT和电压互感器PT相连，集成保护继电器包括故障线路选择单元、瞬时跳闸单元、联锁跳闸单元、无通道加速跳闸单元NCA、集成网络保护INP直接跳闸单元以及第一通信接口I和第二通信接口II，互相配合构成了以下三阶段保护：
第一阶段是瞬时跳闸阶段，为实现多种保护功能的集成，每个集成保护继电器设置有多个保护整定值，以保护到与变电站相连的配电网络；故障线路选择单元确定与集成保护继电器安装处的母线相连的故障线路，一旦故障线路或方向被检测到，瞬时跳闸单元会根据所述的多个保护整定值，比较故障线路的对应参数，确定是否瞬时跳闸；同时，集成保护继电器通过第一通信接口I和第二通信接口II发送方向信息给远方集成保护继电器和集成网络保护单元；
如果集成保护继电器未瞬时动作，即故障发生位置超出瞬时保护范围，那么投入保护的第二阶段：当通信通道满足要求时，联锁跳闸单元利用配电系统的方向保护技术实现联锁跳闸；否则，利用配电系统的无通道技术，无通道加速跳闸单元在无通信通道情况下实现加速跳闸；
第三阶段，集成网络保护直接跳闸单元通过第二通信接口II连接集成网络保护单元，集成网络保护单元作为集成保护系统的后备保护，收集配电网络内的所有集成保护继电器发出的故障信息和方向信息，通过比较，判断出故障线路，直接发送跳闸命令给故障线路的集成保护继电器。
本发明基于多种保护技术，通过分析来自每条保护线路的信息，构成集成保护，可以用于推导新的保护原理和实现新的保护功能，该保护不仅为单段线路提供快速保护，而且可保护到与之相连的所有线路段和设备，乃至整个配电网络，以实现集成网络保护功能。随着数字处理技术、测量、通信等技术的飞速发展，该方案相对于现有的基于单独电设备的独立保护技术，具有明显的优势，不仅能够全面提高保护性能，也易于管理和使用，以及具有经济性和可实用性，在电力系统领域将具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明基于多种传统保护技术的集成保护方案示意图。
图2为本发明实现数据传输的通信网络示意图。
图3为本发明的继电器单元功能框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。
如图1所示，当线路2上F1处发生故障时，集成保护继电器IR，比如系统中的IR1、IR2和IR3均会检测出故障。在这种情况下，IR1将不会立即对故障做出回应，因为它超出了IR1瞬时动作的运行范围；对于IR2，如果故障电流的幅值超过其瞬时段电流的整定值，IR2会瞬时跳闸，否则进入第二阶段；在IR2跳开故障线路后，故障即被切除，IR1将返回继续正常运行。
与此同时，在通信通道可用的情况下，IR2会发送故障方向信息给与之相连的各集成保护继电器和集成网络保护(INP)单元，当IR2和IR3间的通信通道满足要求，IR3会通过分析比较当地故障信息和收到的来自IR2的故障方向信息，从而确定跳开相应的故障线路。
当IR2和IR3间的通信通道不满足要求时，采用无通道加速保护技术中的低电压方向元件，IR3会检测到一个低电压方向故障信息，在IR2跳开故障线路后也可提供一个加速跳闸功能。在这两种情况下，故障均从故障线路的两端切除，而对于传统的保护方案而言，故障只能从线路有源端切除。
上述所有检测到故障的集成保护继电器都会将故障方向信息送至集成网络保护单元，该单元作为后备，比较来自IR1、IR2、IR3、IR4和IR5的方向信息，将清楚的判断出故障段为线路2，并由集成网络保护单元(INP)直接发送跳闸命令给IR2和IR3，使得故障从线路两端切除。
如图2所示，交换式光纤环形以太网，采用标准通信协议(如IEC 61850)通过通信网关与集成网络保护单元及控制中心通信，通过交换开关与集成保护继电器、网关以及人机界面等设备接口。所有接口设备均具有一定裕度和自适应能力，从而提高系统的实时性和数据传输的可靠性；网络包含一条具有综合监测功能的光纤通道，元件故障可以在几毫秒内被检测到，并在不到一秒的时间内显示给操作员，如果一台装置出现故障，其它装置间正常的通信能在网络重组后的几毫秒内恢复；实施专门的监测协议，继电器装置能够有规律的检查网络状况，并提供1ms的时间同步信号；由于全面的光纤设计，该单元消除了电磁干扰。网络标准通信协议的使用将使不同厂商生产的设备易于面向系统。
如图3所示，集成保护继电器包括故障线路选择单元、瞬时跳闸单元、联锁跳闸单元、无通道加速跳闸单元和集成网络保护直接跳闸单元。同时，还包含两个通信接口。
故障线路选择单元确定与IR安装处母线相连的故障线路，该单元利用了传统的方向元件或新的保护原理技术。一旦故障线路或方向被检测到，瞬时跳闸单元会根据多电流整定值选择与故障线路相对应的定值进行比较，确定是否瞬时跳闸。
基于通信通道的联锁跳闸单元，利用专门用于配电系统的方向比较技术，一旦检测到故障信息不在瞬时跳闸单元范围内，继电器会通过第一通信接口I发送方向信息给与故障线路相连的各集成保护继电器，同时等待来自远端集成保护继电器所发来的方向信息；相应的集成保护继电器通过比较，判断出故障方向和位置，则驱动对应断路器跳闸。
第一通信接口I是一个多信道通信单元，当通信通道满足要求的情况下，负责发送和接收相关线路集成保护继电器的信息。
无通道加速跳闸(NCA)单元，是在无通信通道情况下而加速跳闸。它会在瞬时跳闸命令失效时启动，换句话说，是指故障不在瞬时跳闸单元控制范围内时启动。无通道加速跳闸技术的基本原理是通过对远端断路器动作的情况检测而决定是否加速跳闸。NCA单元有两个特性：首先，它能取代等候固定时间的延迟跳闸，NCA单元会加速跳开故障线路；再者，对于单电源的供电系统而言，NCA能够从故障线路的负荷侧跳闸，从而使故障从线路两侧切除。
集成网络保护直接跳闸单元通过第二通信接口II，接收各集成保护继电器的故障方向信息并发送直接跳闸命令。集成网络保护单元通过比较来自于配电网络范围内的各集成保护继电器IR发送的方向信息，很容易确定出故障线路。显然，集成网络保护单元可以协调整个配电网络的广域控制和集成保护系统，以维持系统的稳定性。
本发明是一种基于多种保护技术的集成保护系统，可以用于复杂配电系统构成新型的继电保护系统。
本发明的其它变化和修改对本领域技术人员是显而易见的，本发明并不局限于所描述的具体实施方式。因此，在本发明所公开内容的真正实质和基本原则范围内的任何/所有修改、变化或等效变换，都属于本发明的权利要求保护范围。

Claims (1)

1、一种基于多种保护技术的集成保护系统，多种保护技术主要包括过电流保护、电流差动保护和距离保护，其特征在于：集成保护继电器(IR)安装于变电站的各母线，与该母线的所有出线上的电流互感器(CT)和电压互感器(PT)相连，集成保护继电器包括故障线路选择单元、瞬时跳闸单元、联锁跳闸单元、无通道加速跳闸单元(NCA)、集成网络保护(INP)直接跳闸单元以及第一通信接口(I)和第二通信接口(II)，互相配合构成了以下三阶段保护：
第一阶段是瞬时跳闸阶段，为实现多种保护功能的集成，每个集成保护继电器设置有多个保护整定值，以保护到与变电站相连的配电网络；故障线路选择单元确定与集成保护继电器安装处的母线相连的故障线路，一旦故障线路或方向被检测到，瞬时跳闸单元会根据所述的多个保护整定值，比较故障线路的对应参数，确定是否瞬时跳闸；同时，集成保护继电器通过第一通信接口(I)和第二通信接口(II)发送方向信息给远方集成保护继电器和集成网络保护单元；
如果集成保护继电器未瞬时动作，即故障发生位置超出瞬时保护范围，那么投入保护的第二阶段：当通信通道满足要求时，联锁跳闸单元利用配电系统的方向保护技术实现联锁跳闸；否则，利用配电系统的无通道技术，无通道加速跳闸单元在无通信通道情况下实现加速跳闸；
第三阶段，集成网络保护直接跳闸单元通过第二通信接口(II)连接集成网络保护单元，集成网络保护单元作为集成保护系统的后备保护，收集配电网络内的所有集成保护继电器发出的故障信息和方向信息，通过比较，判断出故障线路，直接发送跳闸命令给故障线路的集成保护继电器。
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