CN102510048B - 一种防越级跳闸保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防越级跳闸保护系统，用在煤矿供电系统中，煤矿供电系统包括多级变电所，防越级跳闸保护系统包括多个保护控制器，各级变电所的每个断路器中设有一个保护控制器，各保护控制器之间通过光纤以太网连接，各级保护控制器采用GOOSE直接通信；当煤矿供电系统中某一点发生故障时，各级变电所任一线路的保护控制器启动，直接向上一级发出闭锁信号，同时检测下一级是否有闭锁信息发出，如果检测到闭锁信息，则闭锁速断出口，否则故障电流若超过保护速断定值，则跳开故障线路，闭锁时间按照闭锁信息可靠传输时间和下一级保护可靠跳闸时间配合确定。本发明实施例提供的防越级跳闸保护系统，实现了选择性，可以防止越级跳闸现象的产生。

Description

一种防越级跳闸保护方法

技术领域

本发明涉及供电保护技术领域，具体涉及一种防越级跳闸保护方法。

背景技术

煤矿供电系统，普遍存在线路短、多级变电所级联的特点，这种特点会导致过流保护整定困难，在发生短路故障时，多级变电所的电流保护动作区可能会重合，从而极易产生失去选择性的越级跳闸现象。

发明内容

本发明实施例提供一种防越级跳闸保护方法，用在煤矿供电系统中，可以实现选择性，防止越级跳闸现象的产生。

一种防越级跳闸保护方法，用在煤矿供电系统中；所述方法包括：

当煤矿供电系统中某一点发生故障时，流过故障电流的各级保护控制器都启动速断保护，并在半个周波内向上一级保护控制器发出闭锁信号，同时检测下一级保护控制器是否有闭锁信息发出；

如果某一保护控制器在完成速断保护算法之前收到闭锁信息，则闭锁速断出口，禁止本级断路器跳开；

如果某一保护控制器启动速断保护后，没有收到闭锁信息，且故障电流若超过保护速断定值，则正常执行速断保护，控制本级断路器跳开故障线路；

其中，闭锁速断出口的闭锁时间按照GOOSE闭锁信息可靠传输时间和下一级保护可靠跳闸时间配合确定；

其中，故障点所在的一级保护控制器立即启动速断保护，控制本级断路器跳开；而该级以上的各级保护控制器都会收到闭锁信号，闭锁各级速断出口，并在故障点所在的一级断路器成功跳开之后，解除闭锁。

本发明实施例提供的防越级跳闸保护方法，各保护控制器之间可以采用GOOSE直接通信，流过故障电流的保护控制器立即启动，向各自的上一级保护控制器发送闭锁信号，同时检测下一级是否有闭锁信号发出，如果检测到闭锁信号则闭锁速断出口，在闭锁时间内禁止断路器跳开；而发生短路故障处的保护控制器由于不能收到闭锁信号，且故障电流大于速断整定值将控制断路器跳开。从而，实现了选择性，防止了越级跳闸现象的产生。

附图说明

图1是煤矿供电系统的示意图；

图2是本发明实施例提供的防越级跳闸保护系统的示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种防越级跳闸保护方法，用在煤矿供电系统中，可以实现选择性，防止越级跳闸现象的产生。以下进行详细说明。

请参考图1，煤矿供电系统的供电线路，可以分为井上部分和井下部分，供电线路由上到下呈树形结构，包括多级变电所。一个应用场景中，所述的煤矿供电系统从井上到井下依次可以包括：井上的地面中央变电所，井下的中央变电所，井下的变电所等，井下的变电所可以包括多级，例如从1级到N级。由于所述供电线路从上到下不断分支，形成很多条通路，为了简化描述，本文中，仅以其中一条通路为例进行说明。

请参考图2，本发明实施例提供一种用在煤矿供电系统中的防越级跳闸保护系统。所述防越级跳闸保护系统包括多个保护控制器。各级变电所的每个断路器中设有一个保护控制器，各保护控制器之间通过光纤以太网连接，采用面向通用对象的变电所事件(Generic Object Oriented Substation Event，GOOSE)直接通信。

一方面，保护控制器设置在断路器内，可以检测电流的大小进而控制断路器的通断，另一方面，各保护控制器通过光纤以太网连接，可以采用基于IEC61580通信协议内的GOOSE直接通信。可选的，所述防越级跳闸保护系统可以包括若干个交换机，每个交换机连接若干个保护控制器，各个交换机也通过光纤以太网彼此连接，从而使各级的保护控制器都可相互通信。其中，所说的GOOSE是IEC61850标准中用于满足变电所自动化系统快速报文需求的机制，各级保护控制器利用IEC61850标准的GOOSE技术实现快速信息交换，通信时间可以在数微秒以内。

需要说明的是，所述的保护控制器包括有处理器、显示屏和控制按键等，可以按程序运行。一般的，该保护控制器安装在供电线路的断路器内，所述断路器可以是高压防爆柜内的断路器。所述保护控制器可以检测供电线路的电流，执行速断保护算法，根据运算结果和其它保护控制器发送的信号共同决定是否控制本级断路器跳开。

针对现有技术中考虑极限情况时线路末端短路仅靠电流定值无法满足选择性的问题，本实施例中保护动作流程如下：当煤矿供电系统中某一点发生故障时，各级变电所任一线路的保护控制器启动，直接向上一级发出闭锁信号，同时检测下一级是否有闭锁信息发出，如果检测到闭锁信息，则闭锁速断出口，否则故障电流若超过保护速断定值，则跳开故障线路，闭锁时间按照GOOSE闭锁信息可靠传输时间和下一级保护可靠跳闸时间配合确定。

下面举例说明：如图2所示，当F点发生短路等故障时，故障电流会流过a、b、c、d、e处保护控制器，则保护控制器a、b、c、d、e，立即启动，并向各自的上一级保护控制器发送闭锁信号，包括：保护控制器e发送闭锁信号给保护控制器d，保护控制器d发送闭锁信号给保护控制器c，保护控制器c发送闭锁信号给保护控制器b，保护控制器b发送闭锁信号给保护控制器a；同时，保护控制器a、b、c、d、e还检测是否收到各自的下一级保护控制器发送的闭锁信号。其中，各保护控制器同时向各自的上一级保护控制器发送闭锁信号，没有先后顺序或依赖关系。

下面对本实施例技术方案的原理作进一步说明：

当某一点发生短路等故障时，流过故障电流的保护控制器在故障电流超过保护定值时均能启动速断保护,如果各保护控制器之间相互独立，不发送闭锁信号的话，各级保护控制器在完成速断保护算法后，会控制各级断路器跳开，使得除了故障点所在一级的断路器跳闸外，该级以上的其它断路器也会跳闸，发生所谓的越级跳闸现象。

本发明的核心在于，使各级保护控制器之间可以直接通信。一般的，保护控制器从启动速断保护时起，到完成速断保护算法控制断路器跳闸，需要一个周波的时间。而本实施例中，各保护控制器可以在检测到故障电流保护启动起，半个周波内发送闭锁信号给各自的上一级保护控制器，使得上一级保护控制器在完成速断保护算法之前收到闭锁信号，从而闭锁上一级供电线路的速断出口，禁止上一级断路器跳开，从而实现选择性，避免越级跳闸。需要特别指出的是，保护控制器只有在满足如下条件时才闭锁速断出口：速断保护启动，并在完成速断保护运算之前收到了闭锁信号。

当然，所述的保护控制器闭锁本级速断出口需要有一个合理的闭锁时间，不能无限闭锁下去，合理的选择应当是，在故障点所在一级的保护控制器控制该级断路器成功跳开后，以上各级的保护控制器就可以解除闭锁了。因此，所述的闭锁时间一般可以按照GOOSE闭锁信息的可靠传输时间与下级的可靠跳闸时间来整定，例如，略大于这两个时间之和，而不能更长。闭锁时间不能太长的原因在于，防止下级保护控制器没能控制下级断路器成功跳开，则上级保护控制器必须在最短时间内使上级断路器跳开。

在较好的情况下，发生故障时，故障点所在的一级保护控制器立即启动速断保护，控制本级断路器跳开。而该级以上的各级保护控制器都会收到闭锁信号，闭锁各级速断出口，并在故障点所在的一级断路器成功跳开之后，解除闭锁。

以上，本发明实施例提供的防越级跳闸保护系统中，各个保护控制器采用GOOSE直接通信，当供电线路某一点发生短路等故障时，故障点所在的一级及以上各级的任一保护控制器在判断满足跳闸条件时控制断路器跳开，所述跳闸条件包括：已启动速断保护，但没有收到下一级保护控制器发送的闭锁信号。如果各级保护控制器速断保护启动后收到了各自的下一级保护控制器发送的闭锁信号，则闭锁速断出口，禁止断路器跳开。从而，实现了选择性，防止了越级跳闸现象的产生。其中，各级保护控制器的速断定植可以不用考虑选择性，只要保证灵敏度即可。所以，实际应用中可以按照传统的定值模式进行整定，这是为保障安全，在光纤线路出现故障，下级保护控制器发出的闭锁信号不能可靠传递至上级保护控制器时，保护控制器可以按照保护整定值控制断路器跳开。

优选实施例中，所述防越级跳闸保护系统具体包括井下的保护子系统和井上的监控系统，所述井下的保护子系统包括了上文所述的保护控制器，所述监控系统则设置在井上，并通过光纤以太网与所述保护子系统连接，例如，可以和保护子系统中的交换机连接。下面分别对所述井下的保护子系统和井上的监控系统做进一步详细的说明：

一、井上的监控系统

监控系统用于监视防越级跳闸保护系统乃至整个煤矿供电系统的实时运行状况并进行综合管理，包括液晶显示器和监控主机等，液晶显示器可以是大屏幕液晶显示器，监控主机可以单机、双机或多级同步运行，该监控系统还可以包括打印机等装置。其主要功能如下：

监视功能，监视各级变电所的电压和频率；监视所有断路器的电流、功率、接地容性电流、断路器温度等实时信息；监视所有断路器的位置及其辅助相关的状态信息。

控制功能，控制所有断路器的分合闸操作，采用两级安全控制策略，保证操作安全。

报警功能，系统出现异常或保护动作时发出声光报警，提示值班人员进行处理。

设置与维护，在监控中心可以对每台断路器保护器进行定值修改、参数设置等操作。

故障查询与波形分析。能实现所有故障记录的查询与检索，并能对故障录波波形进行分析。

报表管理，对系统内各线路的供电功率及电能量进行定时记录形成管理报表，支持日报表、月报表及年报表。

接地综合分析，根据各终端的接地信息进行全景数据综合分析，智能判断接地区段。

二、井下的保护子系统

通常，保护子系统包括的保护控制器可以安装在供电线路的断路器内，例如，具体可以安装在煤矿供电系统的井下采区变电所高压防爆柜的配电断路器内，由能提供100V电压的电压互感器(PT)供电，并配备储能电容，以便在失去电源的情况下也能继续工作，确保失压保护可靠动作。保护控制器可将就地采集的井下信息数字化后通过光纤线路上报监控系统。所述井下信息包括电参数和温度等，所述电参数可以包括电压、电流、电量、功率、功率因数和接地电流等，所述电量可以包括有功电量和无功电量。

下面，将保护控制器的功能一一列举出来，具体如下：

短路保护：具有速断和过电流保护功能，其中速断和过电流保护能利用GOOSE信息实现防越级跳闸功能，电流定值和时间定值线性可调，电流整定级差0.01A，精度2％，时间整定级差0.01s。

过载保护：采用反时限过流保护，反时限特性符合IEC255-3的标准反时限、非常反时限和极端反时限三种特性曲线。

接地保护：配合接地信号源设备，实现全系统的接地选线判断。

漏电保护：实时监测漏电电流，电流越限可以告警。

失压保护：系统失压跳闸功能，可投退。

过电压保护：系统过压跳闸功能，可投退。

温度保护，实时测量本地温度并上传到监控系统。

测量功能：实时测量本断路器的电压、电流、功率、功率因数、接地电流等信息并上传到监控系统。

计量功能：有功电量、无功电量统计，并上传到监控系统。

通讯功能：以太网通讯方式实现与监控系统的数据交换。

电度计量功能：统计用电度数。

综上，所述保护子系统包括的各个保护控制器可以进行故障保护，可以采集井下信息，并将采集到的井下信息发送给所述监控系统。所述监控系统则可以统计和分析收到的井下信息，显示在显示界面上，还可以对保护子系统进行综合管理控制。

综上，本发明实施例提供了一种防越级跳闸保护系统。针对煤矿供电系统具有负荷重要，安全稳定性要求极高的特点，以及针对现有煤矿井上、井下供电系统存在的自动化程度低，没有一体化解决方案，容易越级跳闸，接地选线难等严重影响煤矿用电安全的实际问题，本实施例提供的防越级跳闸保护系统是一种智能一体化解决方案，应用最新的基于全站网络数据共享的数字化变电所技术，采用IEC61850通信标准，利用快速以太网特性，通过构建井上、井下的各级变电所光纤环网或利用原有通信网络实现对整个配电网络的监控，采用IEC61850的GOOSE信息，实现各级保护之间信息交换,从而实现防保护越级跳闸和选择性接地选线功能。采用IEC61850分层分布，面向对象统一建模、统一组网，共享统一的信息平台，实现井上、井下变电所设备(线路、变压器等)的监测、控制、保护及远动功能。在井上变电所设置整个供电系统的后台监控系统，按运行要求对全供电系统运行参数进行检测、显示、定时打印制表及与上级系统通讯，实现遥测、遥信、遥控等智能功能，确保供配电系统安全运行，提高矿井整体生产水平，实现数字化矿井的建设目标。

以上对本发明实施例所提供的防越级跳闸保护方法进行了详细介绍，但以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，不应理解为对本发明的限制，本领域技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种防越级跳闸保护方法，用在煤矿供电系统中，其特征在于：

所述煤矿供电系统包括多级变电所和防越级跳闸保护系统，所述防越级跳闸保护系统包括保护子系统和监控系统；所述保护子系统包括多个保护控制器和若干个彼此连接的交换机，每个交换机连接若干个保护控制器，其中一个交换机连接所述监控系统，各保护控制器之间通过光纤以太网连接，各个交换机也通过光纤以太网彼此连接，使各级的保护控制器都可相互通信；各级变电所的每个断路器中设有一个所述保护控制器；各级保护控制器采用基于IEC61580通信协议的面向通用对象的变电所事件GOOSE直接通信，通信时间在数微秒以内；所述方法包括：

当煤矿供电系统中某一点发生故障时，流过故障电流的各级保护控制器都启动速断保护，并在半个周波内向上一级保护控制器发出闭锁信号，同时检测下一级保护控制器是否有闭锁信息发出；

如果某一保护控制器在完成速断保护算法之前收到闭锁信息，则闭锁速断出口，禁止本级断路器跳开；

如果某一保护控制器启动速断保护后，没有收到闭锁信息，且故障电流若超过保护速断定值，则正常执行速断保护，控制本级断路器跳开故障线路；

其中，闭锁速断出口的闭锁时间按照GOOSE闭锁信息可靠传输时间和下一级保护可靠跳闸时间配合确定；

其中，故障点所在的一级保护控制器立即启动速断保护，控制本级断路器跳开；而该级以上的各级保护控制器都会收到闭锁信号，闭锁各级速断出口，并在故障点所在的一级断路器成功跳开之后，解除闭锁。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

所述保护控制器采集井下信息，将采集到的井下信息发送给所述监控系统，所述监控系统统计和分析收到的井下信息，显示在显示界面上。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

所述保护控制器实时测量电参数和温度，所述电参数至少包括电压、电流、电量、功率、功率因数和接地电流，并将采集到的所述电参数和温度上报给所述监控系统。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述保护控制器进行电度计量。