CN101917064A - 基于goose方式的数字化变电站变压器后备保护处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于GOOSE方式的数字化变电站变压器后备保护处理方法，当数字化变电站内部或者是邻近区域发生故障时，在变压器主保护信息缺失的情况下，提供了一种不同间隔层保护装置通过GOOSE报文依据发布订阅关系交发送和接收故障方向信息，依靠逻辑判断为变压器提供后备保护，共同协调完成变压器后备保护功能的处理方法。本发明所述方法能够提高数字化变电站继电保护的可靠性，有助于数字化变电站的进一步发展。

Description

基于GOOSE方式的数字化变电站变压器后备保护处理方法

技术领域

本发明属于电力系统继电保护技术，尤其涉及一种基于GOOSE方式数字化变电站变压器后备保护处理方法。

背景技术

国际电工委员会(IEC)从1995年开始制定一部面向未来的变电站内的通信标准-IEC61850，目前这部标准已经正式发布。随着IEC61850规约的不断完善、数字化设备及网络技术的不断发展，数字化变电站已经在我国迅速发展起来。“数字化变电站”指变电站内一次电气设备和二次电子装置的信息采集、传输、处理、输出过程完全数字化，并具有全站统一的数据建模及数据通信平台，在此平台的基础上实现智能装置之间的互操作性。

在数字化变电站自动化系统中，智能电子设备(intelligent electronic device，IED)互相协助完成自动化功能的应用场合越来越多，例如间隔层设备之间的防误闭锁、分布式母线保护等，这些功能得以完成的重要前提是众多IED之间数据通信的可靠性和实时性。IEC61850-7-2标准定义的通用面向变电站事件对象(generic object oriented substation events，GOOSE)网络服务模型使系统范围内快速、可靠地传输输入和输出数据值成为可能。GOOSE采用一种特殊的重传方案；并且GOOSE报文有严格的定义，通过网络报文较强的循环冗余检验(CRC)光纤传送方案，传输过程中发生错误而未能校验出来的可能性非常小，能够确保GOOSE报文的可靠性；同时，采用了较先进的交换式以太网的各种技术，保证其在交换机中能优先通过，从而保证了报文传输的实时性。

故障发生时，由于网络通信故障或者互感器发生故障等，可能造成保护装置采集的信息缺失从而导致变压器主保护失效，同时由于保护装置本身的程序及元件问题也可能造成保护装置故障。当变压器主保护及保护装置失效的情况下，如何利用信息共享的优势为变压器提供快速的后备保护问题，已经是数字化变电站继电保护研究的重点。针对目前数字化变电站内，继电保护装置还是独立设置，基于就地信息进行故障判断，后备保护存在各种配合和整定值设定的问题。在现有的技术基础上研究基于GOOSE方式的后备保护方法是十分必要的。当变压器保护装置采集的信息缺失或者保护装置发生故障的情况下，保护装置如何利用信息共享的优势共同协调完成变压器后备保护功能是提高数字化变电站继电保护可靠性的重要途径。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于GOOSE方式数字化变电站变压器后备保护处理方法，能够改善变压器的后备保护功能。

本发明采用下述技术方案：一种基于GOOSE方式的数字化变电站变压器后备保护处理方法，包括以下步骤：

(1)、检测变压器中保护装置是否发生故障，如果故障发生，则进入故障方向的判别，并且以GOOSE报文方式向其他保护装置发送故障方向测量结果并进入步骤(2)；

(2)、如果保护装置接收不到变压器一侧故障方向信息，转入步骤(3)；如果保护装置接收不到变压器各侧故障方向信息，转入步骤(6)；否则直接进入步骤(9)；

(3)、如果保护装置接收的功率方向信息显示：变压器故障方向信息正常获取侧、与变压器故障方向信息缺失一侧连接线相连的母线上的所有线路保护装置、母线分段保护装置，其中至少有一个保护装置方向元件判断为故障正方向，其他保护装置都没有判断为故障反方向，则进入步骤(4)；否则直接进入步骤(9)；

(4)、保护装置向变压器故障方向信息缺失一侧连接线上的断路器发送跳闸指令；

(5)、变压器故障方向信息缺失一侧连接线上的断路器完全断开后，如果保护装置接收的功率方向信息显示：除变压器信息缺失侧以外任何一侧判为故障正方向，并且变压器其余侧没有判断为故障反方向，则判断为变压器内部故障，跳开除变压器信息缺失侧断路器以外与变压器相连的所有断路器；如果与变压器信息缺失侧母线相连的所有线路保护装置、母线分段保护装置，其中至少有一个保护装置方向元件判断为故障正方向，其他保护装置都没有判断为故障反方向，则判断为母线故障，跳开除变压器信息缺失侧断路器以外，与变压器信息缺失侧母线相连的所有断路器后进入步骤(9)；否则直接进入步骤(9)；

(6)、如果保护装置接收的功率方向信息显示：变压器各侧母线上所有线路的保护装置以及母线分段保护装置，其中至少有一个保护装置方向元件判断为故障正方向，其他保护装置都没有判断为故障反方向，则进入步骤(7)；否则进入步骤(9)；

(7)、保护装置向变压器高压侧断路器、变压器其他侧母线上的线路断路器和母联断路器发送跳闸命令；

(8)、变压器高压侧断路器、变压器其他侧母线上的线路断路器和母联断路器完全断开后，如果保护装置接收的功率方向信息显示：高压侧所有线路保护装置、母线分段保护装置其中至少有一个保护装置方向元件判断为故障正方向，其他保护装置都没有判断为故障反方向，则判断为高压侧母线故障，跳开与高压侧母线相连的所有断路器，进入步骤(9)；

(9)、结束。

所述故障方向的判别是在保护装置中方向元件的判断区内进行判别，且方向元件的测量电流以母线流向变压器为故障正方向。

本发明为数字化变电站变压器提供后备保护：当数字化变电站内部或者是邻近区域发生故障时，在变压器主保护信息缺失的情况下，提供了一种不同间隔层保护装置通过GOOSE方式交换功率方向信息，共同协调完成变压器后备保护功能的处理方法。该方法利用GOOSE报文依据订阅者/发布者关系交换功率方向信息，各保护装置通过逻辑判断来完成变压器后备保护功能，能够提高数字化变电站继电保护的可靠性。

附图说明

图1为数字化变电站拓扑抽象后一次设备主接线图；

图2为本发明的方法流程图；

图3为突变量方向元件动作区示意图；

图4为零序方向元件动作区示意图；

图5为负序方向元件动作区示意图；

图6为90°接线方向元件动作区示意图。

具体实施方式

目前变电站母线主要的接线方式是单母线及单母线分段接线、双母线及双母线分段接线，变压器各侧与母线连接，每条母线上连接多回线路。数字化变电站拓扑结构抽象为如图1的主接线方式，变压器T与母线B1、B2、B3相连，连线上装设电流互感器TA和断路器CB，母线B1上有i回线路(H1^#到Hi^#)，母线B2上有j回线路(M1^#到Mj^#)，母线B3上有k回线路(L1^#到Lk^#)，每条线路上装设电流互感器TA和断路器CB，其中线路H1^#到Hi^#装设有电压互感器TV，母线B1、B2、B3通过母联4^#、5^#、6^#分别与另一母线相连，母联4^#、5^#、6^#上均装设有断路器CB和电流互感器TA，母线B2、B3上还装设有电压互感器TV，母线B1为高压侧母线。数字化变电站保护装置在变压器T主保护拒动的各种情况下通过GOOSE报文依据发布订阅关系交发送和接收故障方向信息，依靠逻辑判断为变压器提供后备保护。以如图1所示的变电站主接线方式来介绍本发明，数字化变电站保护装置的采样率一般为每工频周期12点以上；

t时刻任意一条线路三相电流采样值表示为i_XA(t)，i_XB(t)，i_XC(t)，其中X＝L1、...、Lk、M1、...、Mj、H1、...、Hi；

t时刻母线B1、B2、B3与变压器T的1^#、2^#、3^#连接线三相电流采样值表示为i_XA(t)，i_XB(t)，i_XC(t)；X＝1、2、3；

t时刻4^#、5^#、6^#母联电流三相采样值表示为i_XA(t)，i_XB(t)，i_XC(t)；X＝4、5、6；

t时刻高压侧任意一条线路三相电压采样值表示为u_XA(t)，u_XB(t)，u_XC(t)，其中X＝H1、...、Hi；

t时刻母线B2、B3三相电压采样值表示为u_XmA(t)，u_XmB(t)，u_XmC(t)；X＝2、3；

故障发生时，利用全周傅氏算法计算各电流、电压信息复相量，全周傅氏算法计算公式如下：

$\left.\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{Rk}}=\frac{2}{N}\underset{l=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}i\left(l\right)\sin (\mathrm{kl}\×\frac{2\mathrm{\π}}{N})\\ I_{\mathrm{Ik}}=\frac{2}{N}\underset{l=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}i\left(l\right)\sin (\mathrm{kl}\×\frac{2\mathrm{\π}}{N})\end{array}\right\}---\left(1\right)$

式中i(l)为每基频周期内第l点采样值，N为每基频周期采样点数，k为谐波次数(k＝1为基频分量)；

相电流突变量计算公式：

其中

指AB、BC、CA三种相别，N为每基频周期采样点数，

为周期第k点采样值。

如图1所示，数字化变电站中基于GOOSE方式的变压器后备保护功能由变压器T保护装置和同变压器T相邻的H1^#到Hi^#线路保护、4^#母线分段保护，M1^#到Mj^#线路保护，5^#母线分段保护，L1^#到Lk^#线路保护，6^#母线分段保护等保护装置共同完成，它们都配置故障方向检测模块并且建立发布订阅关系，通过GOOSE报文发送和接收故障方向信息共同协调完成变压器后备保护，以下所指保护装置指其中任一套保护装置。如图1、图2所示，本发明包括以下步骤：

(1)、使用保护装置采集的实时电流、电压信息，采用相电流突变量启动算法、零序电流启动算法等检测是否发生故障。如果启动算法未检测出故障发生，则重复执行本步骤；如果启动算法检测出故障发生，则进入故障方向的判别，并且以GOOSE报文方式向其他保护装置发送故障方向测量结果，进入步骤(2)；

其中故障方向的判别是保护装置中方向元件的测量电流以母线流向变压器为故障正方向；

其中相电流突变量启动判据为：

式(3)中ΔI_dz为电流突变量启动定值，ΔI_T为浮动门槛，随着变化量输出增大而逐步自动提高，K_rel取大于1的系数，可保证门槛电流始终略高于不平衡输出；

其中零序电流启动判据为：

3I₀＞I_0dz    (4)

式(4)中3I₀为三倍零序电流，I_0dz为零序电流启动定值；

其中常采用的方向元件为：

(a)突变量方向元件

采用三种相间突变量电流ΔI_AB、ΔI_BC和ΔI_CA中最大者，与其对应的相间电压突变量比较方向，这样可以保证任一种故障类型突变量方向元件都具有最高的灵敏度，如图3所示：

突变量正方向动作区为：

突变量反方向动作区为：

式中

代表相电压突变量

a1)突变量正方向元件动作判据为：

1)突变量电流ΔI_AB、ΔI_BC和ΔI_CA中最大者大于2倍I_QD；

2)相应的突变量方向判为正方向。

a2)突变量反方向元件动作判据为：

1)突变量电流ΔI_AB、ΔI_BC和ΔI_CA中最大者大于1.25倍I_QD；

2)相应的突变量方向判为反方向。

I_QD为突变量启动元件定值。

(b)零序方向元件

如图4所示：零序正方向动作区为

18°≤arg(3I₀/3U₀)≤180°；    (7)

零序反方向动作区为

-162°≤arg(3I₀/3U₀)≤0°。    (8)

式中3U₀代表三倍零序电压；

b1)零序正方向元件的动作判据为：位于零序正方向动作区，且3I₀＞3I_0DZ；

其中：3I_0DZ指零序电流定值，零序I～IV段电流定值分别为I₀₁、I₀₂、I₀₃和I₀₄。

b2)零序反方向元件的动作判据为：位于零序反方向动作区，且3I₀＞0.625*3I_0DZ。

(c)负序方向元件

负序元件也设有正、反两个方向的方向元件，如图5所示，正向元件的整定值可以整定，方向元件不需整定，灵敏度自动比正向元件高，电流门槛取为正方向的0.625倍：

负序正方向动作区为

18°≤arg(3I₂/3U₂)≤180°    (9)；

负序反方向动作区为

-162°≤arg(3I₂/3U₂)≤0°    (10)；

式中3U₂代表三倍负序电压，式中3I₂代表三倍负序电流；

1)负序正方向元件的动作判据为：位于负序正方向动作区且3I₂＞3I_2DZ，其中：3I_2DZ为负序电流定值；

2)负序反方向元件的动作判据为：位于负序反方向动作区且3I₂＞0.625*3I_2DZ。

(d)90°接线功率方向元件

90°接线方向元件(电流滞后电压角度为正)，如图6所示，各相电流保护受式(11)所示相应方向元件的控制，正方向动作区为：

(2)、如果保护装置接收不到变压器一侧故障方向信息，假设为变压器3^#侧，进入步骤(3)；如果保护装置接收不到变压器1^#、2^#、3^#侧故障方向信息，进入步骤(6)；否则直接进入步骤(9)；

(3)、如果保护装置接收的功率方向信息显示：变压器T保护装置中1^#侧、2^#侧，L1^#到Lk^#线路保护装置以及6^#母线分段保护装置，其中至少有一个保护装置方向元件判断为故障正方向，其他保护装置都没有判断为故障反方向，则进入步骤(4)，否则跳转到步骤(9)；

(4)、保护装置向变压器3^#侧断路器发送跳闸指令；

(5)、变压器3^#侧断路器完全断开后，如果保护装置接收的功率方向信息显示：如果变压器T保护装置1^#侧、2^#侧有一侧判为故障正方向，并且变压器T保护装置另一侧没有判断为故障反方向，则判断为变压器T内部故障，跳开1^#、2^#断路器；如果6^#母线分段保护装置判断为故障正方向，并且L1^#到Lk^#线路保护装置都没有判断为故障反方向，则判断为母线B3故障，跳开6^#、L1^#到Lk^#断路器进入步骤(9)；否则直接进入步骤(9)；

(6)、如果保护装置接收的功率方向信息显示：H1^#到Hi^#线路保护装置以及4^#母线分段保护装置、M1^#到Mj^#线路保护装置以及5^#母线分段保护装置，L1^#到Lk^#线路保护装置以及6^#母线分段保护装置，其中至少有一个保护装置方向元件判断为故障正方向，其他保护装置都没有判断为故障反方向，则进入步骤(7)，否则跳转到步骤(9)；

(7)、保护装置向1^#、5^#、6^#、M1^#到Mj^#、L1^#到Lk^#断路器发送跳闸指令；

(8)、1^#、5^#、6^#、M1^#到Mj^#、L1^#到Lk^#断路器完全断开后，如果H1^#到Hi^#线路保护装置、4^#母线分段保护装置其中至少有一个保护装置方向元件判断为故障正方向，其他保护装置都没有判断为故障反方向，则判断为母线B1故障，跳开1^#、H1^#到Hi^#断路器，进入步骤(9)；

(9)结束。

Claims (2)

1.一种基于GOOSE方式的数字化变电站变压器后备保护处理方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、检测变压器中保护装置是否发生故障，如果故障发生，则进入故障方向的判别，并且以GOOSE报文方式向其他保护装置发送故障方向测量结果并进入步骤(2)；

(2)、如果保护装置接收不到变压器一侧故障方向信息，转入步骤(3)；如果保护装置接收不到变压器各侧故障方向信息，转入步骤(6)；否则直接进入步骤(9)；

(3)、如果保护装置接收的功率方向信息显示：变压器故障方向信息正常获取侧、与变压器故障方向信息缺失一侧连接线相连的母线上的所有线路保护装置、母线分段保护装置，其中至少有一个保护装置方向元件判断为故障正方向，其他保护装置都没有判断为故障反方向，则进入步骤(4)；否则直接进入步骤(9)；

(4)、保护装置向变压器故障方向信息缺失一侧连接线上的断路器发送跳闸指令；

(5)、变压器故障方向信息缺失一侧连接线上的断路器完全断开后，如果保护装置接收的功率方向信息显示：除变压器信息缺失侧以外任何一侧判为故障正方向，并且变压器其余侧没有判断为故障反方向，则判断为变压器内部故障，跳开除变压器信息缺失侧断路器以外与变压器相连的所有断路器；如果与变压器信息缺失侧母线相连的所有线路保护装置、母线分段保护装置，其中至少有一个保护装置方向元件判断为故障正方向，其他保护装置都没有判断为故障反方向，则判断为母线故障，跳开除变压器信息缺失侧断路器以外，与变压器信息缺失侧母线相连的所有断路器后进入步骤(9)；否则直接进入步骤(9)；

(6)、如果保护装置接收的功率方向信息显示：变压器各侧母线上所有线路的保护装置以及母线分段保护装置，其中至少有一个保护装置方向元件判断为故障正方向，其他保护装置都没有判断为故障反方向，则进入步骤(7)；否则进入步骤(9)；

(7)、保护装置向变压器高压侧断路器、变压器其他侧母线上的线路断路器和母联断路器发送跳闸命令；

(8)、变压器高压侧断路器、变压器其他侧母线上的线路断路器和母联断路器完全断开后，如果保护装置接收的功率方向信息显示：高压侧所有线路保护装置、母线分段保护装置其中至少有一个保护装置方向元件判断为故障正方向，其他保护装置都没有判断为故障反方向，则判断为高压侧母线故障，跳开与高压侧母线相连的所有断路器，进入步骤(9)；

(9)、结束。

2.根据权利要求1所述的基于GOOSE方式的数字化变电站变压器后备保护处理方法，其特征在于：所述步骤(1)中的故障方向的判别是在保护装置中方向元件的判断区内进行判别，且方向元件的测量电流以母线流向变压器为故障正方向。

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