CN103746351A - 考虑数字化变电站二次回路信号的电力系统故障报警方法 - Google Patents

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本发明涉及一种考虑数字化变电站二次回路信号的电力系统故障报警方法，属于电力系统调度自动化与电力系统仿真技术领域。首先获取保护配置文件，生成保护模型和二次回路模型；然后获取保护压板状态、保护闭锁状态和保护报警信号，据此对相应变量赋值。之后根据二次回路信息评价保护行为，分别使用保护压板状态和保护闭锁状态判断保护信号误动，解释保护信号拒动。本发明提出的方法利用了一般诊断报警中未曾使用的变电站中二次回路信号，可以显著提升变电站诊断报警的准确性和可解释性。本发明方法实现简单、计算速度快，适合现场应用。

Description

考虑数字化变电站二次回路信号的电力系统故障报警方法
技术领域
本发明涉及一种考虑数字化变电站二次回路信号的电力系统故障报警方法，属于电力系统调度自动化与电力系统仿真技术领域。 
背景技术
智能电力系统要求电力系统具有自愈性，电力系统故障智能报警是实现电力系统“自愈性”的重要前提。变电站本地有丰富的报警数据，在变电站进行诊断报警可以充分利用本地信息得到快速可靠的诊断结果，具有先天优势。目前的故障诊断方法主要依靠保护动作信号和开关动作信号，在判断保护拒动误动方面存在局限性。 
发明内容
本发明的目的是提出一种考虑数字化变电站二次回路的电力系统故障报警方法，对已有的电力系统故障报警方法进行改进，以提高故障诊断的正确性和可靠性。 
本发明提出的考虑数字化变电站二次回路信号的电力系统故障报警方法，包括以下步骤： 
（1）设定电力系统中的所有变电站均为数字化变电站，从数字化变电站中获取配置描述文件； 
（2）根据每一个数字化变电站的配置描述文件，在电力系统的报警系统数据库中生成电力系统中所有保护的模型，每一个保护模型属于表1所列保护类型中的一种： 
表1保护模型 
Figure DEST_PATH_GDA0000469933550000021
并生成电力系统中所有保护的二次回路的模型，每一个二次回路模型属于表2所列保护的二次回路类型中的一种： 
表2二次回路模型 
（3）从数字化变电站的监控系统中实时获取电力系统报警数据库中的所有保护的二次回路的状态，包括投运压板状态、出口信号压板状态和闭锁状态。若投运压板状态为投运，则赋值“1”，若投运压板状态为退出，则赋值“0”；若出口信号压板状态为投运，则赋值“1”，若出口信号压板状态为退出，则赋值“0”；若闭锁状态为投运，则赋值“1”，若闭锁状态为退出，则赋值“0”； 
（4）从数字化变电站的监控系统中获取电力系统报警数据库中的报警信号，包括表1中的各种保护动作报警信号和表2中的电流互感器断线报警信号，并记录报警信号发生时刻； 
（5）根据上述步骤（3）获取的数字化变电站保护的二次回路状态和步骤（4）获取的保护报警信号，进行电力系统故障诊断和报警，包括以下步骤： 
（5-1）若保护类型p的投运压板未投入或出口信号压板未投入，且报警系统接收到该保护类型p的保护动作报警信号，则判定该保护类型p产生的保护动作报警信号为误报警信号； 
（5-2）若保护类型p的投运压板未投入或出口信号压板未投入，且报警系统未接收到该保护类型p的保护动作报警信号，则判定保护类型p为不动作，该不动作由保护类型p的投运压板未投入或出口信号压板未投入引起； 
（5-3）若保护类型p为变电站之间线路的差动保护，保护类型p的闭锁信号为投入，且报警系统接收到保护类型p的动作报警信号，则判定该保护类型p产生的保护动作报警信号为误报警信号； 
（5-4）若保护类型p为变电站之间线路的差动保护，保护类型p的闭锁状态为未投入，且报警系统接收到保护类型p的动作报警信号，则判定保护类型p误动，并保护类型 p的误动由该保护的闭锁状态未投入引起； 
（5-5）若保护类型p为变电站内母线的差动保护，报警系统接收到保护类型p的电流互感器断线报警信号，且接收到保护类型p的动作报警信号，则判定保护类型p的动作报警信号为误报警信号； 
（5-6）若保护类型p为变电站内母线的电流闭锁式快速保护，保护类型p的电流闭锁状态为投入，且报警系统接收到保护类型p的动作报警信号，则判定保护类型p的动作报警信号为误报警信号； 
（5-7）若保护类型p为变电站内变压器的电差动保护，报警系统接收到保护类型p的电流互感器断线报警信号，且接收到保护类型p的动作报警信号，则判定保护类型p的动作报警信号为误报警信号； 
（5-8）若保护类型p为变电站内断路器上断路器的失灵保护，保护类型p的电流闭锁状态为投入，且报警系统接收到保护类型p的动作报警信号，则判定保护类型p的动作报警信号为误报警信号； 
（5-9）若保护类型p为变电站内断路器上断路器的失灵保护，保护类型p的电流闭锁状态为投入，则判定保护类型p不动作，该不动作由保护类型p的电流闭锁状态引起。 
本发明提出的考虑数字化变电站二次回路信号的电力系统故障报警方法，在使用保护动作信号和开关动作信号进行故障诊断的基础上，通过对IEC61850标准中的保护模型进行扩展，加入保护压板和保护闭锁等变电站内常见的二次回路信号辅助诊断，显著提升对保护拒动误动的判别能力，给出拒动误动原因，有良好的实际应用价值。利用变电站中常见的二次回路信号进行报警将有效提升报警的准确性和可解释性。而且本发明方法实现简单、计算速度快，适合现场应用。 
附图说明
图1是本发明方法涉及的含有两条线路的电力系统的一个实施例。 
具体实施方式
本发明提出的考虑数字化变电站二次回路信号的电力系统故障报警方法，包括以下步骤： 
（1）设定电力系统中的所有变电站均为数字化变电站，从数字化变电站中获取配置描述（SCD）文件； 
（2）根据每一个数字化变电站的配置描述文件，在电力系统的报警系统数据库中生成电力系统中所有保护模型，每一个保护模型属于表1所列保护类型中的一种： 
表1保护模型 
Figure DEST_PATH_GDA0000469933550000041
并生成电力系统中所有保护的二次回路的模型，每一个二次回路模型属于表2所列保护的二次回路类型中的一种： 
表2二次回路模型 
Figure DEST_PATH_GDA0000469933550000042
以图1所示的电力系统为本发明的一个实施例，其包括两条线路和三条母线。解析数字化变电站的配置描述文件得到的保护配置如表3所示。所有保护都具备投运压板和出口信号压板；对于线路差动保护，具备闭锁信号；对于母线差动保护，具备电流互感器断线报警。 
表3实施例的保护配置 
Figure DEST_PATH_GDA0000469933550000043
Figure DEST_PATH_GDA0000469933550000051
本发明扩展了IEC61850标准定义的保护模型，增添了保护的二次回路模型。扩展的内容包括保护压板状态，保护闭锁状态，以及保护的电流互感器断线报警。其中保护压板状态分为投运压板状态和出口信号压板状态，投运压板状态表示保护投运或者退出的状态，出口信号压板表示保护出口信号是否有效；闭锁状态表示保护之间防止误动作的闭锁逻辑的状态，具体包括线路保护中的方向保护闭锁、变压器和母线差动保护中的CT断线闭锁、母线过流保护闭锁、断路器失灵保护闭锁等，所有这些种类的闭锁状态统一使用符号PLCK(p)表示；保护的电流互感器断线报警表示保护关联的电流互感器断线。对于报警信号，其后的括号中写入信号发生时刻；对于状态信号，其后括号表示具体的保护。 
（3）从数字化变电站的监控系统中实时获取电力系统报警数据库中的所有保护的二次回路的状态，包括投运压板状态、出口信号压板状态和闭锁状态。若投运压板状态为投运，则赋值“1”，若投运压板状态为退出，则赋值“0”；若出口信号压板状态为投运，则赋值“1”，若出口信号压板状态为退出，则赋值“0”；若闭锁状态为投运，则赋值“1”，若闭锁状态为退出，则赋值“0”； 
（4）从数字化变电站的监控系统中获取电力系统报警数据库中的报警信号，包括表1中的各种保护动作报警信号和表2中的电流互感器断线报警信号，并记录报警信号发生时刻； 
对图1中的实施例电力系统，给出5组可能的报警信号集合，如表4所示。表4中压板状态只针对有问题的保护列出，其他未列出的保护压板状态正常。 
表4实施例的若干测试报警信号集及故障诊断结果对比 
Figure DEST_PATH_GDA0000469933550000052
Figure DEST_PATH_GDA0000469933550000061
（5）根据上述步骤（3）获取的数字化变电站保护的二次回路状态和步骤（4）获取的保护报警信号，进行电力系统故障诊断和报警，包括以下步骤： 
（5-1）若保护类型p的投运压板未投入或出口信号压板未投入，且报警系统接收到该保护类型p的保护动作报警信号，则判定该保护类型p产生的保护动作报警信号为误报警信号； 
（5-2）若保护类型p的投运压板未投入或出口信号压板未投入，且报警系统未接收到该保护类型p的保护动作报警信号，则判定保护类型p为不动作，该不动作由保护类型p的投运压板未投入或出口信号压板未投入引起； 
（5-3）若保护类型p为变电站之间线路的差动保护，保护类型p的闭锁信号为投入，且报警系统接收到保护类型p的动作报警信号，则判定该保护类型p产生的保护动作报警信号为误报警信号； 
线路的差动保护需要依据线路首末两端的方向保护来判断故障发生的区域是否位于线路内。两侧保护之间相互通信，协同判断故障发生的位置。类似的保护还有线路高频保护。若一端判断故障发生于线路外部，则发送信号至本线路另外一端，防止保护误动。若出现信号发送延时或者丢失等情况，则将出现保护误动的情况。此时，仅参考保护和断路器动作信息，可能误认为该线路发生故障，得出错误的诊断报警结果。 
（5-4）若保护类型p为变电站之间线路的差动保护，保护类型p的闭锁状态为未投入，且报警系统接收到保护类型p的动作报警信号，则判定保护类型p误动，并保护类型p的误动由该保护的闭锁状态未投入引起； 
（5-5）若保护类型p为变电站内母线的差动保护，报警系统接收到保护类型p的电流互感器断线报警信号，且接收到保护类型p的动作报警信号，则判定保护类型p的动作报警信号为误报警信号； 
在高压电力系统中，使用母线差动保护保护变电站中的母线。母线差动保护分为大差动和小差动两种模式。大差动用于判断故障范围是在母线内部还是外部，小差动用于选择故障的母线分段。对于差动影响较大的二次回路故障是电流互感器断线，可能造成母线差动误动作。通常电流互感器断线会产生报警信号，并闭锁差动保护。 
（5-6）若保护类型p为变电站内母线的电流闭锁式快速保护，保护类型p的电流闭锁状态为投入，且报警系统接收到保护类型p的动作报警信号，则判定保护类型p的动作报警信号为误报警信号； 
中低压系统中，母线上采用电流闭锁式快速保护作为母线的主保护。这种保护通过馈线判断故障电流及其正方向，以此确定故障是否发生在保护区域内。若故障发生在保护区域外，则发送闭锁信号闭锁母线保护。 
（5-7）若保护类型p为变电站内变压器的电差动保护，报警系统接收到保护类型p的电流互感器断线报警信号，且接收到保护类型p的动作报警信号，则判定保护类型p的动作报警信号为误报警信号； 
变压器一般装设差动保护来预防变压器内部线圈及出线之间的相间短路等故障。其整定原则是需要躲开励磁涌流的影响、外部故障引起的变压器内部最大不平衡电流、以及电流互感器断线时引起的不平衡电流。当系统负荷电流大于变压器差动保护整定值时，一旦发生电流互感器断线，将造成主变差动保护动作，这可能导致损失大量负荷或严重生产事故。现场采用闭锁装置避免因电流互感器断线造成的变压器差动保护误动。电流互感器断线报警信号与变压器差动保护构成了闭锁关系。 
（5-8）若保护类型p为变电站内断路器上断路器的失灵保护，保护类型p的电流闭锁状态为投入，且报警系统接收到保护类型p的动作报警信号，则判定保护类型p的动作报警信号为误报警信号； 
断路器失灵保护是当连接同一母线上的设备发生故障，故障设备保护元件动作，但对应断路器未跳开时，启动以跳开母线全部相连断路器的保护。失灵保护误动后果严重，一般设有复压闭锁条件。 
（5-9）若保护类型p为变电站内断路器上断路器的失灵保护，保护类型p的电流闭锁状态为投入，则判定保护类型p不动作，该不动作由保护类型p的电流闭锁状态引起。 
对实施例电力系统，表4给出5组可能的报警信号集合，分别称为报警信号集1-5。使用步骤（5-1）-步骤（5-9）对5组可能的报警信号集合分别进行故障诊断，考虑二次回路信号的诊断结果和不考虑二次回路信号的诊断结果如表4所示。 
报警信号集1中，系统检测到PDIF_L1_B投运压板投入，但是信号出口压板退出，所以无法发出跳闸信号。线路L1主保护多重化，由距离保护I段跳开开关。并可判断线路 L1故障性质为相间短路故障。 
报警信号集2中，根据保护动作信息可以初步判定L1发生故障。而L2主保护类型pDIF_L2_C，PDIS_I_L2_C也触发了跳闸信号。根据二次回路信号检验，其投运压板退出却触发跳闸信号跳开断路器CB5，可以确定PDIF_L2_C产生了误报警。由于保护双重化配置，仅PDIS_I_L2_C动作不足以判定L2发生故障。若未检查压板状态，仅根据保护动作信息来判断，可能误认为L2也发生了故障。 
报警信号集3中，根据保护压板状态判断出PDIS_I_L2_C发生了误报警，再根据闭锁条件校验判断PDIF_L2_C应闭锁，从而确定故障发生在线路L2的区外。由于闭锁信息发送延时等原因，造成了PDIF_L2_C无法及时获取来自线路对端的闭锁信息，从而引发了误动作。若不考虑压板状态和闭锁状态，仅根据保护和断路器动作条件进行诊断，则会认为L1和L2均发生故障。 
报警信号集4中，母线A发生电流互感器断线事故，由此判断A的主保护误动作，应排除在诊断考虑之外，从而确定L2故障。若不考虑二次回路信号，则可能误诊为A和L2均发生故障。 
报警信号集5中，母线B发生故障，但其主保护类型pDIF_B压板退出，无法快速切除故障，依靠相邻线路上的后备保护切除故障。若不考虑二次回路信息，可能认为是设备装置缺陷造成的保护拒动。 
由以上分析可见，通过相关二次回路信息，找出了正确的事故原因。 
本发明方法中涉及的变电站二次回路信号包括以下两种： 
（1）保护压板状态。保护装置一般包含两个压板，投运压板和出口信号压板。投运压板状态代表着保护投运或者退出的状态，如果投运压板未投入，则该保护装置不会产生出口信号。出口信号压板决定着保护出口信号是否有效，若出口信号压板未投入，即使保护动作，其出口信号也会被屏蔽，无法驱动断路器跳闸。 
（2）保护闭锁状态。在实际电力系统中，保护之间通过闭锁逻辑来实现防误动操作，包括线路保护中的方向保护闭锁、变压器和母线差动保护中的电流互感器断线闭锁、母线过流保护闭锁、断路器失灵保护闭锁等。根据二次回路中保护闭锁信号，可以分析识别保护动作信息是否正确，尽量消除误报可能。因此，根据闭锁条件识别保护误动作，对于识别故障真正原因，提高报警的智能性具有重要意义。 

Claims (1)

1.一种考虑数字化变电站二次回路信号的电力系统故障报警方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
（1）设定电力系统中的所有变电站均为数字化变电站，从数字化变电站中获取配置描述文件；
（2）根据每一个数字化变电站的配置描述文件，在电力系统的报警系统数据库中生成电力系统中所有保护模型，每一个保护模型属于表1所列保护类型中的一种：
表1保护模型
Figure FDA0000422901030000011
并生成电力系统中所有保护的二次回路模型，每一个二次回路模型属于表2所列保护的二次回路类型中的一种：
表2二次回路模型
Figure FDA0000422901030000012
（3）从数字化变电站的监控系统中实时获取电力系统报警数据库中的所有保护的二次回路的状态，包括投运压板状态、出口信号压板状态和闭锁状态，若投运压板状态为投运，则赋值“1”，若投运压板状态为退出，则赋值“0”；若出口信号压板状态为投运，则赋值“1”，若出口信号压板状态为退出，则赋值“0”；若闭锁状态为投运，则赋值“1”，若闭锁状态为退出，则赋值“0”；
（4）从数字化变电站的监控系统中获取电力系统报警数据库中的报警信号，包括表1中的各种保护动作报警信号和表2中的电流互感器断线报警信号，并记录报警信号发生时刻；
（5）根据上述步骤（3）获取的数字化变电站保护的二次回路状态和步骤（4）获取的保护报警信号，进行电力系统故障诊断和报警，包括以下步骤：
（5-1）若保护类型p的投运压板未投入或出口信号压板未投入，且报警系统接收到该保护类型p的保护动作报警信号，则判定该保护类型p产生的保护动作报警信号为误报警信号；
（5-2）若保护类型p的投运压板未投入或出口信号压板未投入，且报警系统未接收到该保护类型p的保护动作报警信号，则判定保护类型p为不动作，该不动作由保护类型p的投运压板未投入或出口信号压板未投入引起；
（5-3）若保护类型p为变电站之间线路的差动保护，保护类型p的闭锁信号为投入，且报警系统接收到保护类型p的动作报警信号，则判定该保护类型p产生的保护动作报警信号为误报警信号；
（5-4）若保护类型p为变电站之间线路的差动保护，保护类型p的闭锁状态为未投入，且报警系统接收到保护类型p的动作报警信号，则判定保护类型p误动，并保护类型p的误动由该保护的闭锁状态未投入引起；
（5-5）若保护类型p为变电站内母线的差动保护，报警系统接收到保护类型p的电流互感器断线报警信号，且接收到保护类型p的动作报警信号，则判定保护类型p的动作报警信号为误报警信号；
（5-6）若保护类型p为变电站内母线的电流闭锁式快速保护，保护类型p的电流闭锁状态为投入，且报警系统接收到保护类型p的动作报警信号，则判定保护类型p的动作报警信号为误报警信号；
（5-7）若保护类型p为变电站内变压器的电差动保护，报警系统接收到保护类型p的电流互感器断线报警信号，且接收到保护类型p的动作报警信号，则判定保护类型p的动作报警信号为误报警信号；
（5-8）若保护类型p为变电站内断路器上断路器的失灵保护，保护类型p的电流闭锁状态为投入，且报警系统接收到保护类型p的动作报警信号，则判定保护类型p的动作报警信号为误报警信号；
（5-9）若保护类型p为变电站内断路器上断路器的失灵保护，保护类型p的电流闭锁状态为投入，则判定保护类型p不动作，该不动作由保护类型p的电流闭锁状态引起。
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