CN102025126B - 一种变压器继电保护方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种变压器继电保护方法及其系统，采用基于IEC61850标准化的保护设备，实现了对变压器高、低压侧模拟量采集就地数字化，使用IEC61850通讯规约的报文来实现所述检测信号和控制指令的传递，因此能够减少所述检测信号和控制指令在传递过程中的出错或者干扰，提高继电保护动作的准确性，有利于变压器的安全稳定运行。本发明的变压器继电保护方法及其系统减少了核电站由于主设备和保护设备距离较远，长距离电缆传输模拟检测信号而带来的电流互感器二次负担较重，引起控制器误动作。同时，也减少了核电站主设备断路器和控制器距离较远，长距离传输跳闸指令的电缆对地分布电容大，易受干扰导致误跳闸的问题。

Description

一种变压器继电保护方法及其系统
技术领域
本发明涉及电力网络变压器继电保护的技术领域，尤其涉及一种变压器继电保护方法，以及一种变压器继电保护系统。
背景技术
智能电网、数字电网的核心是电力系统设施的智能化和数字互联，关键技术是互联标准。IEC61850的发布被誉为电力领域终于有了真正的全球标准，国际上先后也有许多通信接口标准不断引入国内，但没有一个标准象IEC61850这样对电力行业乃至社会生活的影响如此之大，带动了整个行业的思想变革和技术变革。近年来在数字化变电站实践中，基于IEC61850的电力设备已经得到成功应用。
现有的核电站辅助变压器继电保护实施办法是将辅助变压器高、低压侧的电压电流互感器的二次交流量通过电缆以模拟信号形式输出至继电保护装置，通过比率制动的原理实现差动保护的功能，同时跳闸命令的实现也是通过电缆将保护控制器发出的跳闸指令输出至辅助变压器的高、低压断路器的操作机构。
然而，由于核电厂的辅助变压器高、低压侧电流互感器相距较远，约有1km，电流互感器二次侧额定电流为1A，在这种情况下，如果保护控制器的电流输入仍采用传统的电缆输入方式的话，长距离的电缆传输模拟量信号将带来电流互感器二次负担较重，使模拟量出错而引起保护控制器误动作；另一方面长距离传输跳闸指令的控制电缆对地分布电容大、易受干扰等问题也很容易引起断路器误跳闸。因此现有技术的变压器继电保护方法对检测信号和控制指令的传递会有出错或易受到干扰，影响继电保护动作的准确性，不利于变压器的安全运行。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种能够提高继电保护准确性的变压器继电保护方法。
一种变压器继电保护方法，包括以下步骤：通过在变压器高压侧和低压侧分别安装的电压和电流检测装置，对所述变压器高压侧和低压侧的电流和电压模拟信号进行采集，将所述电流和电压信号转换为符合IEC61850-9-1通讯规约的报文，并发送至控制器；在所述电压和电流检测装置和远端的控制器之间建立光纤，将所述符合IEC61850-9-1通讯规约的报文通过光纤传输至远端的所述控制器；在传输路径上设置交换机，根据各个所述报文的目的地址，将所述报文进行分组转播到所述控制器；所述控制器接收所述报文并根据IEC61850-9-1通讯规约对所述报文进行分组解码，解码后获得所述变压器各侧的电流值和电压值，并根据解码获得的所述变压器各侧的电流值和电压值，对分别安装在变压器高压侧和低压侧的各个开关装置发出开关控制指令；将对所述高压侧开关装置的控制指令通过邻近所述控制器的远方信号传输装置耦合到光纤上，通过光纤将所述控制指令传输到邻近所述变压器的高压侧的远方信号传输装置，然后再由所述变压器的高压侧的远方信号传输装置实现对应的所述开关装置的控制；对所述变压器低压侧的开关装置的控制指令直接通过电缆来传输。
本发明要解决的技术问题还在于提供一种能够提高继电保护准确性的变压器继电保护系统。
一种变压器继电保护系统，包括分别安装在变压器高压侧和低压侧的若干个开关装置，分别设置在所述变压器高压侧和低压侧的若干个检测装置，以及分别连接所述检测装置和所述开关装置的控制器。所述检测装置用于分别检测所述变压器高压侧和低压侧的电流和电压信号，将所述电流和电压信号转换为符合IEC61850-9-1通讯规约的报文，并发送至所述控制器；所述变压器继电保护系统还包括交换机，所述交换机分别通过光纤连接所述检测装置和所述控制器，所述交换机用于接收各个所述检测装置发送的报文，并根据各个所述报文的目的地址，将所述报文分组转播到所述控制器；所述控制器用于接收所述报文并根据IEC61850-9-1通讯规约对所述报文进行分组解码，解码后获得所述变压器各侧的电流值和电压值，并根据解码获得的所述变压器各侧的电流值和电压值，对各个所述开关装置发出开关控制指令；所述变压器继电保护系统还包括邻近所述控制器的远方信号传输装置以及邻近所述变压器高压侧的远方信号传输装置，其分别连接所述控制器和所述变压器高压侧的开关装置，所述邻近控制器的远方信号传输装置将所述控制器对所述高压侧开关装置的控制指令耦合到光纤上，并通过光纤传输到邻近所述变压器高压侧的远方信号传输装置，然后再由邻近所述变压器高压侧的远方信号传输装置接收所述控制指令，并实现对应的开关装置的控制；对所述变压器低压侧的开关装置的控制指令直接通过跳闸电缆来传输。
与现有技术相比较，本发明的变压器继电保护方法及其系统中，采用基于IEC61850标准化的保护设备，实现了对变压器高、低压侧模拟量采集就地数字化，使用IEC61850通讯规约的报文来实现所述检测信号和控制指令的传递，因此能够减少所述检测信号和控制指令在传递过程中的出错或者干扰，提高继电保护动作的准确性，有利于变压器的安全稳定运行。
本发明的变压器继电保护方法及其系统减少了核电站由于主设备和保护设备距离较远，长距离电缆传输模拟检测信号而带来的电流互感器二次负担较重，引起控制器误动作。同时，也减少了核电站主设备断路器和控制器距离较远，长距离传输跳闸指令的电缆对地分布电容大，易受干扰导致误跳闸的问题。
附图说明
图1是本发明变压器继电保护的步骤流程图；
图2是本发明变压器继电保护系统的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1，图1是本发明变压器继电保护的步骤流程图。
所述变压器继电保护方法包括以下步骤：
步骤S101，分别检测所述变压器高压侧和低压侧的电流和电压信号；
在本步骤中，可以通过在所述变压器高压侧和低压侧分别安装电压和电流检测装置，通过所述检测装置对所述变压器高压侧和低压侧的电流和电压模拟信号进行采集。
对各个所述检测装置发送同步时钟信号，使各个所述检测装置都工作在相同的时钟之下，保证采集的电流和电压信号的同步性。
步骤S102，将所述电流和电压信号转换为符合IEC61850通讯规约的报文。
对步骤S101中采集的所述变压器高压侧和低压侧的电流和电压模拟信号进行数模转换，并将转换获得的数字信号进一步编码转换为符合IEC61850-9-1通讯规约的报文。
步骤S103，将所述报文发送至控制器；
为保证安全，通常的变压器继电保护控制器都设置在远离所述变压器高压侧，因此，在所述电压和电流检测装置和远端的控制器之间建立数字通信管线，优选为光纤，将所述符合IEC61850-9-1通讯规约的报文通过光纤传输至远端的所述控制器。
为了使所述报文在所述光纤之中更好地传播，减少所述报文在传输过程中的衰减，在所述传输路径上设置交换机，根据各个所述报文的目的地址，将所述报文进行分组转播到所述控制器。通过所述交换机还可以对所述报文进行中转放大等处理，减少远距离传输带来的信号衰减。
步骤S104，控制器接收所述报文；
步骤S105，对所述报文进行解码；
在远端的控制器接收到所述报文之后，根据IEC61850通讯规约对所述报文进行分组解码，解码后获得所述变压器各侧的电流值和电压值。
步骤S106，根据解码获得的所述变压器各侧的电流值和电压值，对分别安装在所述变压器高压侧和低压侧的各个开关装置发出开关控制指令。
在本步骤中，将解码获得的各个所述电流值和电压值分别与预设电流值和电压值比较，如果解码获得的电流值或者电压值大于所述预设的电流值或者电压值，则发出开关装置断开的控制指令；如果解码获得的电流值或者电压值小于所述预设的电流值或者电压值，则发出开关装置闭合的控制指令。
在发送所述控制指令时，因为所述控制器与所述变压器的高压侧距离较远，所以可将对所述高压侧开关装置的控制指令通过远方信号传输装置耦合到光纤上，通过光纤将所述控制指令传输到邻近所述变压器的高压侧的远方信号传输装置，然后再由所述变压器的高压侧的远方信号传输装置实现对应的所述开关装置的控制。
因为通常所述控制器与所述变压器低压侧的开关装置距离较近，所以对所述变压器低压侧的开关装置的控制指令可以直接通过电缆来传输。
在本实施方式中，所述开关装置为断路器。
与现有技术相比较，本发明的变压器继电保护方法采用基于IEC61850标准化的保护设备，实现了对变压器高、低压侧模拟量采集就地数字化，使用IEC61850通讯规约的报文来实现所述检测信号和控制指令的传递，因此能够减少所述检测信号和控制指令在传递过程中的出错或者干扰，提高继电保护动作的准确定，有利于变压器的安全稳定运行。
请参阅图2，图2是本发明变压器继电保护系统的结构示意图。
所述变压器继电保护系统主要包括分别安装在变压器高压侧和低压侧的若干个开关装置21，分别设置在所述变压器高压侧和低压侧的若干个检测装置22，以及分别连接所述检测装置和所述开关装置的控制器23。所述检测装置22用于分别检测所述变压器高压侧和低压侧的电流和电压信号，将所述电流和电压信号转换为符合IEC61850通讯规约的报文，并发送至所述控制器23；所述控制器23用于接收所述报文并解码，并根据解码获得的所述变压器各侧的电流值和电压值，对各个所述开关装置21发出开关控制指令。
在本实施方式中，所述开关装置21为断路器。
所述检测装置22包括用于采集所述电流和电压的模拟信号，并对所述电流和电压的模拟信号进行模数转换的模数转换模块(图未示)；以及，用于将所述数字信号转换为符合IEC61850-9-1通讯规约的报文的合并单元(图未示)。
在本实施方式中，所述检测装置22中可以进一步设置两个所述模数转换模块，即两个AD转换芯片，两个所述模数转换模块分别对所述电流和电压信号进行采集和模数转换，并且根据预先设定的冗余控制规则输出转换后的所述数字信号。所述预先设定的冗余规则例如是：将其中一个所述模数转换模块作为主模块，在所述主模块正常工作时，输出所述主模块转换的数字信号；当所述主模块发生故障时，输出另一个所述模数转换模块转换的数字信号。
所述预先设定的冗余规则还可以是，分别判断两个所述模数转换模块转换的数字信号是否超过预定范围，如果其中一个超过所述预定范围，则输出另一个所述模数转换模块转换的数字信号。
在本实施方式中，所述控制器23分别将各个所述电流值与预设电流值比较，或者将各个所述电压值与预设电压值比较，如果超过所述预设电流值或者所述预设电压值，则发出跳闸控制指令；还可以设置在同时低于所述预设电流值和预设电压值时，发出开关装置21闭合的控制指令。
在本实施方式中，所述控制器23中设置有两个处理器(图未示)，两个所述处理器分别根据所述变压器各侧的电流值和电压值生成各自的控制指令；并且，如果两个所述处理器的控制指令相同，则所述控制器23输出所述控制指令，如果两个所述处理器的控制指令不相同，则所述控制器23不输出所述控制指令。通过两个所述处理器分别生成的控制指令对比，可以确保不会因为处理器处理出错而生成错误的控制指令，提高继电保护的准确性。
进一步地，所述变压器继电保护系统还包括交换机24，所述交换机24分别通过光纤连接所述检测装置22和所述控制器23，所述交换机24用于接收各个所述检测装置22发送的报文，并根据各个所述报文的目的地址，将所述报文分组转播到所述控制器23，所述交换机24对所述报文进行中转放大等处理。通过在所述传输路径上设置所述交换机24，可以使所述报文在所述光纤之中更好地传播，减少所述报文在传输过程中的衰减。
因为所述控制器23与所述变压器的高压侧距离较远，因此，所述控制器23对所述高压侧开关装置21发送的控制指令通过光纤来传输，并且，
所述变压器继电保护系统进一步包括远方信号传输装置25，两个所述远方信号传输装置25分别设置邻近所述控制器23以及邻近所述变压器的高压侧，分别连接所述控制器23和所述变压器高压侧的开关装置21，所述控制器23对所述变压器高压侧开关装置21的控制指令经由所述远端信号传输装置25耦合至光纤中传输。
所以远方信号传输装置25将所述控制器23对所述高压侧开关装置21的控制指令耦合到光纤上，并通过光纤传输到邻近所述变压器的高压侧的远方信号传输装置25，然后再由所述变压器的高压侧的远方信号传输装置25接收所述控制指令，并实现对应的所述开关装置21的控制。
因为通常所述控制器23与所述变压器低压侧的开关装置21距离较近，所以对所述变压器低压侧的开关装置21的控制指令可以直接通过跳闸电缆来传输。
进一步地，所述变压器继电保护系统还包括同步时钟装置26，所述同步时钟装置26用于产生同步时钟信号，并分别对各个所述检测装置22发送所述同步时钟信号；各个所述检测装置22根据所述同步时钟信号对所述变压器高压侧和低压侧的电流和电压信号进行同步采集，保证采集的电流和电压信号的同步性。
与现有技术相比较，本发明的变压器继电保护系统采用基于IEC61850标准化的保护设备，实现了对变压器高、低压侧模拟量采集就地数字化，使用IEC61850通讯规约的报文来实现所述检测信号和控制指令的传递，因此能够减少所述检测信号和控制指令在传递过程中的出错或者干扰，提高继电保护动作的准确定，有利于变压器的安全稳定运行。
本发明的变压器继电保护方法及其系统第一次在核电站的辅助变压器继电保护中采用IEC61850标准；各个设备采用IEC61850标准化后，可以实现高度的互操作性，所述变压器继电保护系统的各个设备内部的信息可以通过标准的规约获取，这为后续实现所述变压器继电保护系统的自动化测试提供了条件。
本发明第一次在核电站过程层采用了合并单元技术、IEC61850-9-1规约和时钟同步技术，实现了模拟量采集就地数字化。解决了核电站由于变压器设备和保护控制设备距离较远，长距离电缆传输模拟量信号带来的电流互感器二次负担较重的问题，避免引起控制器误操作。
本发明第一次在核电站采用数字化跳闸，解决了核电站的变压器设备的断路器和保护控制设备距离较远，长距离传输控制指令的跳闸电缆对地分布电容大，易受干扰而导致误跳闸的问题，大大提高了变压器继电保护的可靠性和安全性。
通过本发明解决了由于核电站辅助电源取自较远开关站而引起的保护误动问题，从而给核电机组提供安全、可靠的高压辅助电源（由变压器提供）。
对于本发明的这种继电保护实施方法，也可推广应用于大容量的常规火电厂，解决由于距离带来的保护误动问题。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种变压器继电保护方法，其特征在于包括以下步骤：
通过在变压器高压侧和低压侧分别安装的电压和电流检测装置，对所述变压器高压侧和低压侧的电流和电压模拟信号进行采集，将所述电流和电压信号转换为符合IEC61850-9-1通讯规约的报文，并发送至控制器；
在所述电压和电流检测装置和远端的控制器之间建立光纤，将所述符合IEC61850-9-1通讯规约的报文通过光纤传输至远端的所述控制器；在传输路径上设置交换机，根据各个所述报文的目的地址，将所述报文进行分组转播到所述控制器；
所述控制器接收所述报文并根据IEC61850-9-1通讯规约对所述报文进行分组解码，解码后获得所述变压器各侧的电流值和电压值，并根据解码获得的所述变压器各侧的电流值和电压值，对分别安装在变压器高压侧和低压侧的各个开关装置发出开关控制指令；
将对所述高压侧开关装置的控制指令通过邻近所述控制器的远方信号传输装置耦合到光纤上，通过光纤将所述控制指令传输到邻近所述变压器的高压侧的远方信号传输装置，然后再由所述变压器的高压侧的远方信号传输装置实现对应的所述开关装置的控制；对所述变压器低压侧的开关装置的控制指令直接通过电缆来传输。
2.如权利要求1所述的变压器继电保护方法，其特征在于，将所述电流和电压信号转换为符合IEC61850-9-1通讯规约的报文的步骤包括：
采集所述电流和电压的模拟信号，并对所述电流和电压的模拟信号进行模数转换；
将转换后获得的数字信号转换为符合IEC61850-9-1通讯规约的报文。
3.如权利要求1所述的变压器继电保护方法，其特征在于，还包括以下获取所述控制指令的步骤：
将所述变压器各侧的电流值和电压值分别输出至两个处理器中处理，分别生成所述控制指令；如果两个所述处理器的控制指令相同，则输出所述控制指令，如果两个所述处理器的控制指令不相同，则不输出所述控制指令。
4.一种变压器继电保护系统，包括分别安装在变压器高压侧和低压侧的若干个开关装置，其特征在于，还包括：分别设置在所述变压器高压侧和低压侧的若干个检测装置，以及分别连接所述检测装置和所述开关装置的控制器；
所述检测装置用于分别检测所述变压器高压侧和低压侧的电流和电压信号，将所述电流和电压信号转换为符合IEC61850-9-1通讯规约的报文，并发送至所述控制器；
所述变压器继电保护系统还包括交换机，所述交换机分别通过光纤连接所述检测装置和所述控制器，所述交换机用于接收各个所述检测装置发送的报文，并根据各个所述报文的目的地址，将所述报文分组转播到所述控制器；
所述控制器用于接收所述报文并根据IEC61850-9-1通讯规约对所述报文进行分组解码，解码后获得所述变压器各侧的电流值和电压值，并根据解码获得的所述变压器各侧的电流值和电压值，对各个所述开关装置发出开关控制指令；
所述变压器继电保护系统还包括邻近所述控制器的远方信号传输装置以及邻近所述变压器高压侧的远方信号传输装置，其分别连接所述控制器和所述变压器高压侧的开关装置，所述邻近控制器的远方信号传输装置将所述控制器对所述高压侧开关装置的控制指令耦合到光纤上，并通过光纤传输到邻近所述变压器高压侧的远方信号传输装置，然后再由邻近所述变压器高压侧的远方信号传输装置接收所述控制指令，并实现对应的开关装置的控制；对所述变压器低压侧的开关装置的控制指令直接通过跳闸电缆来传输。
5.如权利要求4所述的变压器继电保护系统，其特征在于，所述检测装置包括：
用于采集所述电流和电压的模拟信号，并对所述电流和电压的模拟信号转换成数字信号的模数转换模块；
以及，用于将所述数字信号转换为符合IEC61850-9-1通讯规约的报文的合并单元。
6.如权利要求5所述的变压器继电保护系统，其特征在于，所述检测装置包括两个所述模数转换模块，两个所述模数转换模块根据预先设定的冗余控制规则输出转换后的所述数字信号。
7.如权利要求4至6中任意一项所述的变压器继电保护系统，其特征在于，所述控制器包括两个处理器，两个所述处理器分别根据所述变压器各侧的电流值和电压值生成控制指令；并且，如果两个所述处理器的控制指令相同，则所述控制器输出所述控制指令，如果两个所述处理器的控制指令不相同，则所述控制器不输出所述控制指令。
8.如权利要求4至6中任意一项所述的变压器继电保护系统，其特征在于，所述变压器继电保护系统进一步包括：
同步时钟装置，用于产生同步时钟信号，并分别对各个所述检测装置发送所述同步时钟信号；
各个所述检测装置根据所述同步时钟信号对所述变压器高压侧和低压侧的电流和电压信号进行同步采集。
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