CN100521431C - 一种基于电流差动原理的集成保护系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电流差动原理的集成保护系统。集成电流差动继电保护装置(ICD)安装在电网中各个变电站的母线上，执行纵差保护算法，通过多个整定值的设置覆盖整个保护线路段，从而保护连接于变电站母线上的每条线路，整个方案有先进的通信网络和协议的支持。针对双回路或平行线路的保护，可以采用每条线路段的电流纵差动(LCD)保护和双回线路的电流横差(TCD)保护算法，继电器装置中配以快速纵联电流差动保护算法作为每条双回线路的主保护，当与远端联系的通信信道不可用时，则可采用横向差动算法作为线路的主保护用以保护两条线路。本发明具有集成保护特性，能以较小的设施提供更多的保护功能，并且具有使用方便和明显的经济优势。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力系统保护领域，更具体地说是涉及一种输电线路继电保护系统，属于电力系统输电线路保护技术领域。
背景技术
电流差动保护在输电线路保护中起主要作用，特别是随着光纤通信技术的发展，电流差动保护已成为高压输电线路的主保护。输电线路主要有两大电流差动保护技术，分别是：电流纵差保护(LCD)和电流横差保护(TCD)。LCD能够清除故障以保护整个输电线路段，但需要昂贵的通信链接，TCD虽不需要通信链接，然而它却不能为整个保护线路提供快速跳闸设施。
随着微处理技术和传感器的发展，继电保护装置的数字信号处理能力显著提高，先进的光纤通信技术，又为新的保护技术的发展提供了新的机遇。人们又将过去无法实现的集中式保护技术重新考虑研究。研究结果表明，从多个电厂和设备采集到的信息用于新保护原理和方案，与现有的基于单个设备的保护技术相比，具有明显的优势。
发明内容
本发明的目的就是为了克服以上保护方案中的缺陷，提出了一种基于电流差动原理的集成保护系统。该系统集成了电流纵差保护LCD技术，基于先进通信技术的支持，不仅为单独输电线路和设备提供了新的保护，而且还具有集成保护特性；配合电流横差保护TCD技术还能为双回路或平行输电线路提供更多的保护功能。
本发明的目的是通过如下的技术方案实现的，一种基于电流差动原理的集成保护系统，在变电站内将多个有源保护设备集成在一个集成电流差动继电器装置中；装置由两大模块组成，分别是算法单元和通信单元，算法单元又包括接口单元、电流纵差单元和横差单元以及跳闸决策单元，通信单元通过多个通信通道与所有相关线路另一端的集成继电器通信；接口单元采集线路电流电压信息，将信息传送给电流纵差单元和横差单元，再传送跳闸决策单元，从而保护与集成电流差动继电器相连的所有输电线路，本集成保护系统以电流差动保护原理为基础，集成了电流纵差保护技术，针对双回路或平行线路的保护，还可以在集成电流差动继电器包括电流横差保护技术，快速纵联电流差动保护算法作为每条双回线路的主保护，而当与远端联系的通信信道不可用时，则采用横向差动算法作为线路的主保护用以保护两条线路；集成电流差动继电器安装在网络中的各个变电站的母线上，执行电流差动保护算法，通过集成电流差动继电器的综合整定及协调使其覆盖整个线路保护段，负责保护连接于变电站母线上的每条线路，由于能够测量到与母线相连的所有电流，那么本集成保护系统同时也可以保护母线；本集成保护系统有以太网和IEC61850标准网络协议的支持，每个集成电流差动继电器通过通信单元的多个通信通道与所有相关线路另一端的集成电流差动继电器通信，以实现每条线路的电流差动保护；集成电流差动继电器内部的电流差动算法负责所有相关的线路段，完成线路两端的差动计算。
“集成保护”指的是在变电站内将多个有源保护设备集成在一个保护继电器装置中；该装置由两大模块组成，分别是算法单元和通信单元，算法单元又包括接口单元，电流纵差单元和横差单元以及跳闸决策单元；通信单元通过多个通信通道与所有相关线路另一端的集成继电器通信。
集成保护技术是基于已被证实的电流差动保护技术。输电线路主要有两大电流差动保护技术，分别是：电流纵差保护(LCD)和电流横差保护(TCD)。
本发明以电流差动保护原理为基础，集成电流差动继电器(ICD)安装在网络中的各个变电站的母线上，执行电流差动保护算法，并通过多个整定值的设置覆盖整个保护线路段，负责保护连接于变电站母线上的每条线路；由于能够测量到与母线相连的所有电流，那么该集成保护装置同时也可以保护母线。整个方案有先进的通信网络和协议的支持，每个ICD通过通信单元的多个通信通道与所有相关线路另一端的集成继电器通信，以实现每条线路的电流差动保护。
针对双回路或平行线路的保护，可在集成电流差动继电器中包括TCD保护技术。继电器装置中配以快速纵联电流差动保护算法作为每条双回线路的主保护，而当与远端联系的通信信道不可用时，则采用横向差动算法作为线路的主保护用以保护两条线路，还可以集成由电流平衡和横差方向两个保护算法组成的TCD技术，为在线路保护段上的故障保护范围外发生的故障提供加速跳闸。
ICD继电器内的电流差动算法负责完成所有相关的线路两端的差动计算。
本发明提出的集成保护技术基于先进的光纤通信网络的支持。变电站的测量、控制和通信单元等都通过以太网与集成保护继电器连接，并使用一个标准通信协议，例如IEC61850；测量和控制单元通过不同类型的传感器与装置相连，如传统的电流互感器、光混合互感器，通过冗余的光网络，将测量得到的模拟和数字信号被转换成光信号的形式送到集成保护继电器。通过控制回路，该单元也能接收和执行继电器的输出控制信号。光通信网络不仅和测量、控制单元和继电器连接，还与通信网关、人机对话接口、全球卫星定位系统GPS时钟等其它装置相连。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和效益：
与传统的LCD保护相比，能够以较小的设施提供更多的保护功能，相对于现有的基于单独电设备的独立保护技术，具有配合灵活，使用方便以及明显的经济效益，在电力系统具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明基于电流差动原理的集成保护系统示意图；
图2为本发明集成电流差动继电器单元的功能框图；
图3为基于差动集成保护的以太网通信方案示意图。
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，本发明提出的基于电流差动原理的集成保护系统，是通过如下的技术方案实现的，其步骤包括：
集成电流差动继电器(ICD)安装在各变电站的母线上，连接每条输电线路的电流互感器CT或光混合互感器等设备；
与线路相关的具有多个整定值的电流差动算法写入继电器装置中，能够保护与母线相连的所有线路段；
当系统中有故障发生时，如图1所示的线路段1的F1处发生故障，继电器ICD1和ICD2内的LCD、TCD(针对平行双回线路)算法将会检测到故障信息，并将测量信息送至邻近的继电器装置，ICD1和ICD2将会检测到线路中两个继电器间的内部故障信息，接着瞬时跳开故障线路；
对于平行双回线路，当ICD1和ICD2间的通信通道不可用时，两个继电器装置间的TCD算法将会作出响应去切除故障线路段；
ICD3和ICD4也会与ICD2相互通信，确定故障是否在其相应的线路段内。
如图2所示为本发明集成电流差动继电器(ICD)单元的功能框图，它包括算法单元和通信单元两大模块组成，算法单元又包括接口单元，电流纵差单元和横差单元(对于平行双回线路)以及决策单元；通信单元通过多个通信通道与所有相关线路另一端的集成继电器通信。
如图3所示为基于电流差动集成保护的以太网通信技术，网络包含一条具有综合监测功能的光纤通道，环状网络包括通信网关和网关控制器等；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；测量和控制单元、继电器、以太网和其它智能电子装置具有一定裕度、自适应能力，从而提高系统的实时性和数据传输的可靠性；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1毫秒的时间同步信号，利用集成开关调制的光纤以太网连接各智能电子设备；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(如IEC61850)的使用将使不同厂商生产的智能电子设备易于面向系统。
本发明应用于电力系统输电线路，将来集成保护系统中的接口单元、继电器单元和通信单元会有相应的硬件单元，通过大容量光纤网络连接。
为了举例说明本发明的实现，描述了上述具体实施例。应该明白，本发明的其他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 (2)
1.一种基于电流差动原理的集成保护系统，其特征在于：在变电站内将多个有源保护设备集成在一个集成电流差动继电器装置中；装置由两大模块组成，分别是算法单元和通信单元，算法单元又包括接口单元、电流纵差单元和横差单元以及跳闸决策单元，通信单元通过多个通信通道与所有相关输电线路另一端的集成电流差动继电器通信；接口单元采集线路电流电压信息，将信息传送给电流纵差单元和横差单元，再传送跳闸决策单元，从而保护与集成电流差动继电器相连的所有输电线路，本集成保护系统以电流差动保护原理为基础，集成了电流纵差保护技术，针对双回路或平行线路的保护，在集成电流差动继电器还包括电流横差保护技术，快速纵联电流差动保护算法作为每条双回线路的主保护，而当与远端联系的通信信道不可用时，则采用横向差动算法作为线路的主保护用以保护两条线路；集成电流差动继电器安装在网络中的各个变电站的母线上，执行电流差动保护算法，并通过多个整定值的设置使其覆盖整个线路保护段，负责保护连接于变电站母线上的每条线路，由于能够测量到与母线相连的所有电流，那么本集成保护系统同时保护母线；本集成保护系统有以太网和IEC61850标准网络协议的支持，每个集成电流差动继电器通过通信单元的多个通信通道与所有相关线路另一端的集成电流差动继电器通信，以实现每条线路的电流差动保护；集成电流差动继电器内部的电流差动算法负责所有相关的线路段，完成线路两端的差动计算。
2、根据权利要求1所述的基于电流差动原理的集成保护系统，其特征在于：变电站的测量和控制都通过以太网与集成电流差动继电器通信，使用一个标准通信协议IEC61850；测量和控制单元通过传统的电流互感器或光混合互感器与集成电流差动继电器相连，通过冗余的光通信网络，将测量得到的模拟和数字信号转换成光信号的形式送到集成电流差动继电器；通过控制回路，跳闸决策单元也能接收和执行集成电流差动继电器的输出控制信号；通信单元的光通信网络不仅与测量和控制单元以及集成电流差动继电器连接，还与通信网关、人机对话接口、GPS时钟装置相连。
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