CN101499649B - 一种基于goose方式网络化母线保护方法 - Google Patents

一种基于goose方式网络化母线保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种35kV及以下电压等级的母线保护新方法，由相关母线段上的所有出线保护测控装置、分段断路器保护测控装置、进线保护测控装置(包括变压器低压侧的接口单元)协调完成的母线保护，其特征是当电力网络发生故障时通过分散的各个保护单元(测控装置)判断出故障电流流动方向以区分是否为母线故障。闭锁跳闸信息采用IEC61850标准GOOSE信号。开关量传输采用GOOSE通道，模拟量的采集采用IEC61850标准SMV服务报文传输。能直接应用于以IEC61850标准为基础建立起来的数字化变电站中。

Description

一种基于GOOSE方式网络化母线保护方法
技术领域
本发明属于电力工程领域的继电保护自动化领域，具体涉及35kV及以下电压等级的母线保护新方法。
背景技术
在电力系统中，35kV及以下电压等级的母线由于没有稳定问题，一般未装设专用母线保护。但由于高压变电站的35kV及以下电压等级系统出线多、操作频繁、容易受小动物危害、设备绝缘老化和机械磨损等原因，仍然有母线发生故障的情况。35kV及以下电压等级的母线故障要靠主变压器低压侧的后备保护来切除，这种设计方案的弊端是一旦发生母线短路故障，故障不能被快速切除，而只能等到后备保护动作。因后备保护动作时间一般整定为1.2～2.0s，所以在切除故障时将会加大设备的损坏程度，引发相邻设备的大面积烧毁，甚至波及到变压器，造成变压器的烧毁。为了解决35kV及以下电压等级的系统发生母线故障时没有快速保护的问题，当前国内外提出的保护方案就是配置常规的母线差动保护，把所有母线段上各回路的电流量引入差动保护装置(或差动继电器)，但这种方法需增加的二次电缆较多，电缆投资大，现场施工工作量大，因此很难得到运行单位的认可。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种35kV及以下电压等级的母线保护新方法，克服35kV及以下电压等级的母线未装保护和传统保护方案采集、控制电缆较多且无法直接应用到数字化变电站建设中的缺点，在继电保护上实现快速切除35kV及以下电压等级母线故障的目的。
为完成上述任务，本发明的技术方案是采用一种由相关母线段上的所有出线保护测控装置、分段断路器保护测控装置、进线保护测控装置(包括变压器低压侧的接口单元)协调完成的母线保护，当电力网络发生故障时通过分散的各个保护单元(测控装置)判断出故障电流流动方向以区分是否为母线故障。
进一步，当母线外部故障时，故障电流方向背离母线，故障近端保护单元功率方向继电器反方向动作，发闭锁跳闸信号，闭锁母线保护。当母线内部故障时，功率方向继电器反方向不动作，不发闭锁跳闸信号，各故障启动的保护单元没有接收到闭锁跳闸的信息就跳开本间隔断路器。
进一步，方向元件设置电流启动元件，只有当电流大于最小的过流门槛时才判断方向，否则该保护单元不发闭锁母线保护信号。为了避免三相故障时失去方向，方向元件的电压带记忆功能。保护动作采用启动加闭锁方式。
进一步，保护启动后增加100ms时间延时，在100ms内没有收到闭锁跳闸信号则保护动作。
本发明是不同保护对象的间隔层装置共同完成。出线保护测控装置、分段断路器保护测控装置、进线保护测控装置(包括变压器低压侧的接口单元)完成故障点的确定，由分段断路器保护测控装置、进线保护测控装置(包括变压器低压侧的接口单元)完成母线故障切除。
本发明中闭锁跳闸信息采用IEC61850标准GOOSE信号。开关量传输采用GOOSE通道，模拟量的采集采用IEC61850标准SMV服务报文传输。
本发明能直接应用于以IEC61850标准为基础建立起来的数字化变电站中，具有实际应用价值。
附图说明
图1母线故障原理分析图；
图2保护配置原理图；
图3母线保护动作逻辑图；
图4闭锁信号逻辑图；
图5传统保护方案原理图。
具体实施方式
1启动元件
通过实时检测各相电流采样瞬时值的变化情况，来判断系统是否发生故障，该元件在母线发生相间故障的情况下均能灵敏启动，是保护的主要启动元件，用于开放母线故障动作逻辑及发信逻辑，同时用于故障计时。
启动元件的动作方程为：
ΔIφ>k1ΔIT+ΔIdz      (1)
Iφ>Ik               (2)
任一相同时满足两个条件则启动成立。
其中：(1)式中ΔIdz为电流突变量启动定值，固定取值(参考取0.15～0.3In)。ΔIT为浮动门槛，随着变化量输出增大而逐步自动提高，取K1倍可靠系数(K1参考取1.1～1.3)保证门槛电流始终略高于不平衡输出。
(2)式中为相电流有效值大于固定值Ik(参考取0.15～0.3In)启动元件按相启动，任何一相启动则保护功能启动。
启动判据动作后固定展宽200ms，并由任一相间电压小于固定值(参考取60V)且任一相有流保持。对于母线上的进线出线等连接元件电压取自所连接母线的电压，对于分段元件，电压取自两段母线。
2功率反方向元件
用于识别正方向故障；方向元件采用90°接线，按相起动；为消除死区，当故障后线电压小于固定门槛(参考取20V)时，方向判别电压采用记忆电压，记忆电压取故障前三周的电压，方向判别电流仍采用故障后的电流，动作判据不变。方向背离母线时最大灵敏角固定为-30°，动作范围150°。
功率反方向元件动作方程
A相：
Figure G2008101679546D00031
B相：
Figure G2008101679546D00032
C相：
Figure G2008101679546D00033
功率方向过流动作门槛按相整定值的0.9倍；
任一相判为反方向则认为该支路功率方向为反方向。对于母线上的进线出线等连接元件电压取自所连接母线的电压，对于分段元件，其对I母线的方向判别用I母线电压，对II母线的方向判别用II母线电压。
3开关量信息
如图3所示，各分散保护单元设置母线保护投入软压板。
如图4所示，检修时闭锁状态为0；当满足启动时判断方向，满足反方向元件动作闭锁状态为1；本单元TV断线、TA断线时闭锁状态为1。
分段保护单元上送信息分为两个闭锁状态(闭锁I母线保护和闭锁II母线保护)。
开关量传输采用GOOSE通道。
一、本发明保护的配置
图2II段母线各分散保护单元配置原理。
2DL进线保护测控装置中配置母线保护模块。当进线故障时，发闭锁II段母线保护GOOSE信息；当II段母线内部故障时，利用过流元件启动，实现跳闸切除进线。
3DL分段保护测控装置中配置母线保护模块。当I段母线故障时，发闭锁II段母线保护GOOSE信息；当II段母线内部故障时，利用过流元件启动，实现跳闸断开母联。
6DL和7DL出线保护测控装置中配置母线保护模块。当出线故障时，发闭锁II段母线保护GOOSE信息。
二、本发明保护的动作行为分析
按图1所示的母线故障分析。图中与
Figure G2008101679546D00042
为母线内部d1点故障时，分别流过3DL和2DL的故障电流。
1、母线内部故障
如图1中d1点发生A相接地故障(母线内部短路)，流过的故障电流如图1中所示。对于3DL分段保护测控装置中母线保护单元，电流方向为I段母线流向II段母线，图4中反方向元件不动作，不发闭锁GOOSE信号，电流启动元件启动，且收不到相关元件的闭锁信号，保护跳闸，3DL断开。对于2DL进线保护测控装置中的母线保护单元，电流方向为线路指向母线，图4中反方向元件不动作，不发闭锁GOOSE信号，电流启动元件启动，且收不到相关元件的闭锁信号，保护跳闸，2DL断开。对于6DL与7DL出线保护测控装置中的母线保护单元，图4中反方向元件不动作，不发闭锁GOOSE信号。
2、出线故障
如图1中d2点发生A相接地故障(母线外部短路)，对于3DL分段保护测控装置中母线保护单元，电流方向为I段母线流向II段母线，图4中反方向元件不动作，不发闭锁GOOSE信号，电流启动元件启动，但收到7DL出线保护测控装置发出的闭锁信号，保护不动作。对于2DL进线保护测控装置中的母线保护单元，电流方向为线路指向母线，图4中反方向元件不动作，不发闭锁GOOSE信号，电流启动元件启动，但收到7DL出线保护测控装置发出的闭锁信号，保护不动作。对于6DL出线保护测控装置中的母线保护单元，图4中反方向元件不动作，不发出闭锁GOOSE信号。对于7DL出线保护测控装置中的母线保护单元，图4中A相反方向元件动作，发出闭锁GOOSE信号。
3、进线故障
如图1的d3点发生A相接地故障(母线外部短路)，对于3DL分段保护装置中母线保护单元，电流方向为I段母线流向II段母线，图4中反方向元件不动作，不发闭锁GOOSE信号，电流启动元件启动，但收到2DL进线保护测控装置发出的闭锁信号，保护不动作。对于2DL进线保护测控装置中的母线保护单元，电流方向为母线指向线路，图4中反方向元件动作，发闭锁GOOSE信号，电流启动元件启动，但收到本单元发出的闭锁信号，保护不动作。对于6DL和7DL出线保护测控装置中的母线保护单元，图4中反方向元件不动作，不发出闭锁GOOSE信号。
4、与传统方案比较
比较图2所示的本发明保护配置原理图和图5所示的传统保护方案配置原理图，图5中，图中：从内向外，第一条点画线为I母线故障时，由3DL分段保护测控装置发出的闭锁II段母线保护信号；第三条点画线为2DL进线故障时，由2DL进线保护测控装置发出的闭锁II段母线保护信号；第四条点画线为6DL出线故障时，由6DL出线保护测控装置放出的闭锁II段母线保护信号；第二条点画线为7DL出线故障时，由7DL出线保护测控装置放出的闭锁II段母线保护信号。闭锁信号的传输通过信号电缆，以接点形式传输给相关的其它分散单元。
可以清晰的看出，在传统方案中，需要设置较多的信号电缆，复杂的电缆接线对保护安装和检修带来不便。传统方案中，采用常规的互感器，开关量的采集仍然采用继电器接点形式，与数字化变电站中采用的电子互感器和智能开关差别较大，因此无法应用。参考图2，在数字化变电站建设中，3DL分段保护测控装置、2DL进线保护测控装置、6DL和7DL出线保护测控装置中已经完成了开关量和模拟量的数字采集，数据传输网络已经建立，仅仅需要引入本发明，在分散单元中，完成故障方向判别，并输出结果信号，即可完成母线保护功能(参看发明内容中的保护配置)，且输出的闭锁和跳闸信号是IEC61850为标准的GOOSE信息，可以直接在数字化变电站中应用，这是本发明的创新点，具有实用价值。

Claims (8)

1.一种由相关母线段上的所有出线保护测控装置、分段断路器保护测控装置及包括变压器低压侧的接口单元的进线保护测控装置协调完成的母线保护方法，其特征在于，当电力网络发生故障时，通过分散的各个保护测控装置的启动元件实时监测各相电流采样瞬时值的变化情况，来判断系统是否发生故障，并通过功率反方向元件识别故障方向；当母线外部故障时，故障电流方向背离母线，故障近端保护单元功率方向继电器反方向动作，发闭锁跳闸信号，闭锁母线保护，当母线内部故障时，功率方向继电器反方向不动作，不发闭锁跳闸信号，各故障启动的保护单元没有接收到闭锁跳闸的信息就跳开本间隔断路器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，保护动作采用启动加闭锁方式。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，保护启动后增加100ms时间延时，在100ms内没有收到闭锁跳闸信号则保护动作。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，方向元件设置电流启动元件，只有当电流大于最小的过流门槛时才判断方向，否则该保护单元不发闭锁母线保护信号，为了避免三相故障时失去方向，方向元件的电压带记忆功能。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，该方法是由不同保护对象的间隔层装置共同完成。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，出线保护测控装置、分段断路器保护测控装置、包括变压器低压侧的接口单元的进线保护测控装置完成故障点的确定，分段断路器保护测控装置、包括变压器低压侧的接口单元的进线保护测控装置完成母线故障切除。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，闭锁跳闸信息采用IEC61850标准(变电站通信网络和系统标准)为基础的GOOSE(Generic ObjectOriented Substation Event)信号，开关量传输采用GOOSE通道，模拟量的采集采用IEC61850标准SMV(Sampled Measured Values)服务报文传输。
8.根据权利要求1、2或7中任一条所述的方法，其特征在于，所述的本方法能直接应用于以IEC61850标准为基础建立起来的数字化变电站中。
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