CN103986128A - 一种基于智能变电站低压侧加速跳闸保护技术 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于智能变电站低压侧加速跳闸保护技术,包括以下步骤:1)配置低压侧出线保护,在出线故障时,输出接点闭锁相应的变压器低压侧和分段的加速跳闸保护;在判断到失灵的情况下收回闭锁信号;2)配置分段保护,在分段保护的相过流元件起动后立即输出闭锁信号,即闭锁变低侧的主变低压侧加速跳闸保护,过流元件返回时立即收回闭锁信号;3)配置主变保护,装置通过GOOSE引入分段断路器及所联接段母线下的所有间隔的闭锁信号。本发明具有灵活的通讯方式,可选配多个以太网接口和多个独立的RS-485通信接口;装置采用标准4U整层或半层标准机箱,所有插件为4U插件,预留备用插件。

Description

一种基于智能变电站低压侧加速跳闸保护技术
技术领域
[0001] 本发明涉及一种基于智能变电站低压侧加速跳闸保护技术。
背景技术
[0002] 在电力系统中,35/10kV及以下电压等级的母线由于没有稳定问题,一般也未装设专用母线保护保护。但由于配电变电站的35/10kV系统馈线多、操作频繁,开关柜故障时有发生。变电站低压开关柜故障通常分为接地故障与相间故障两种。按照《继电保护和安全自动装置技术规程》的要求“对发电厂和主要变电所的3kV〜IOkV分段路线及并列运行的双母线,一般可由发电机及变压器后备保护实现对母线的保护”;同时考虑到35/10kV母线保护AD采样及跳闸接口过多、成本高,在工程实际中不对35/10kV电压等级配置单独的母线保护,通过变压器低压侧后备保护切断35/10kV母线短路故障。发生在母线短路故障时,故障不能被快速切除,只能等到主变过流后备保护动作。而主变后备保护带两段或三段时限,用第一时限断开低压侧分段断路器,缩小故障影响范围;用第二时限断开本侧断路器;用第三时限断开各侧断路器。断开分段断路器的时限在0.5〜ls,断开本侧断路器的时限在I〜1.5s,断开各侧断路器的时限大于2s。当低压侧母线故障时,限时电流速断保护动作,最快Is左右切除故障;当低压侧出线开关主保护拒动/断路器失灵后,主变后备保护经过1.5s,甚至2s才能切除故障,保护动作的速动性是不够的。运维单位也迫切希望能够在现有的条件下,不增加大量投资实现保护性能的提高。本发明针对智能变电站低压侧母线故障或出线断路器失灵,提出了智能变电站低压侧加速跳闸保护的技术方案。
发明内容
[0003] 本发明为了解决上述问题,提出了一种基于智能变电站低压侧加速跳闸保护技术,该方法于智能变电站的低压侧保护装置间的GOOSE通信机制,在已有变压器保护装置及分段保护的基础上,优化完善功能配置,研制出性能稳定可靠、基于统一硬件平台、功能先进完善的低压侧加速跳闸保护,实现当主变低压侧发生故障时,加速动作启动保护出口跳闸,快速有效地切除故障。
[0004] 为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
[0005] 一种基于智能变电站低压侧加速跳闸保护技术,包括以下步骤:
[0006] I)配置低压侧出线保护,在出线故障时,输出接点闭锁相应的变压器低压侧和分段的加速跳闸保护;在判断到失灵的情况下收回闭锁信号;
[0007] 2)配置分段保护,在分段保护的相过流元件起动后立即输出闭锁信号,即闭锁变低侧的主变低压侧加速跳闸保护,过流元件返回时立即收回闭锁信号;
[0008] 3)配置主变保护,装置通过GOOSE引入分段断路器及所联接段母线下的所有间隔的闭锁信号。
[0009] 所述步骤⑴中,其具体方法为:发在出线故障时,输出接点闭锁相应的变压器低压侧和分段的加速跳闸保护;在判断到失灵的情况下收回闭锁信号,当任一段过流保护启动时,瞬时驱动独立的出口继电器,用于闭锁主变低压侧加速跳闸保护;保护动作切除故障后,闭锁元件瞬时返回;保护动作后Ams仍有故障电流则判为线路失灵,闭锁元件立即返回,其中A≥400。
[0010] 所述步骤(2),其具体方法为:在分段保护的相过流元件起动后立即输出闭锁信号,过流元件返回时立即收回闭锁信号;分段开关在分位时不输出闭锁信号;当分段保护跳闸动作后仍有故障电流则判为分段开关失灵,闭锁元件立即返回,由主变低压侧加速跳闸保护切除故障;装置通过GOOSE引入两段母线下的所有间隔的闭锁信号。
[0011] 所述步骤(3),其具体方法为:装置通过GOOSE引入分段断路器及所联接段母线下的所有间隔的闭锁信号,能够满足接入30个间隔,含小电源接入;变压器低压侧断路器失灵和发生死区故障时,在主变低压侧加速跳闸保护跳低压侧断路器,故障电流不消失,经延时跳主变稿压侧断路器。
[0012] 本发明的有益效果为:
[0013] 1.设计具备加速跳闸保护的智能变电站分段保护和主变保护装置,对低压间隔保护提出保护配置要求;保护装置硬件平台全面支持新一代数字化变电站应用,同时兼容常规变电站应用;
[0014] 2.采用全密封金属机箱,强弱电严格分开,装置的抗干扰能力强;采用了高性能的CPU和DSP、内部高速可靠通信总线,硬件板卡采用模块化设计,硬件板卡种类少,灵活可配置,具有通用、易于扩展、易于维护的特点;主变保护采用双重化设计,具有双重化的采样回路和完全独立的启动和保护DSP,有效保证装置动作的可靠性;
[0015] 3.具有灵活的通讯方式,可选配多个以太网接口和多个独立的RS-485通信接口;装置采用标准4U整层或半层标准机箱,所有插件为4U插件,预留备用插件。
附图说明
[0016] 图1为本发明主变低压侧的加速跳闸保护逻辑框图;
[0017] 图2为本发明低压侧分段的加速跳闸保护逻辑框图;
[0018] 图3为本发明实施例低压侧加速跳闸保护系统接线图。
[0019] 其中,N为输入源为小电源出线数量,可整定。
具体实施方式:
[0020] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0021] 如图1、2所示,智能变电站主变低压侧加速跳闸保护不设置独立的装置,优化完善国内现阶段相关保护装置配置来实现。是由嵌入在变压器后备保护和母联(分段)装置中的逻辑动作元件,以及嵌入在母联(分段)和出线(包括线路、站用变、接地变、电容器、电抗器等)保护装置中的闭锁元件组成。当低压出线侧发生故障时,相关出线保护发出闭锁信号,闭锁低后备加速跳闸保护,保护不动作;如线路低压侧出线发生保护拒动、断路器失灵时,相关出线保护收回闭锁信号,低压侧加速跳闸保护启动,加速跳闸动作;母线区内故障时,相关保护不发出闭锁信号,低后备加速跳闸保护快速动作。低压侧如果有小电源,母线区内故障,收到小电源线路保护的闭锁信号时,低压侧加速跳闸保护经延时先跳开低压侧小电源线路,防止保护误动作。[0022] 各相关保护装置配置要求如下:
[0023] I)低压侧出线保护配置要求
[0024] 对于实现本线路保护装置,要求能够满足:在出线故障时,输出接点闭锁相应的变压器低压侧和母联(分段)的加速跳闸保护;在判断到失灵的情况下收回闭锁信号。当任一段过流保护启动时,瞬时驱动独立的出口继电器,用于闭锁主变低压侧加速跳闸保护。保护动作切除故障后,闭锁元件瞬时返回。保护动作后500ms仍有故障电流则判为线路失灵,闭锁元件立即返回。
[0025] 2)母联(分段)保护配置要求
[0026] 对于实现本分段保护装置,要求能够满足:在分段保护的相过流元件起动后立即输出闭锁信号(闭锁变低侧的主变低压侧加速跳闸保护),过流元件返回时立即收回闭锁信号。分段开关在分位时不输出闭锁信号。当分段保护跳闸动作后仍有故障电流则判为分段开关失灵,闭锁元件立即返回(由主变低压侧加速跳闸保护切除故障)。装置通过GOOSE引入两段母线下的所有间隔的闭锁信号(能够满足接入60个间隔)。
[0027] 装置增设一段两时限过流保护作为主变低压侧加速跳闸保护,其中过流一时限用于联切相关的小电源间隔;过流二时限用于断开母联(分段)断路器。在一时限动作后,装置会自动加速二时限,加速固定经IOOms延时。
[0028] 3)主变保护配置要求
[0029] 对于实现本主变保护装置,配置要求:装置通过GOOSE引入母联(分段)断路器及所联接段母线下的所有间隔的闭锁信号(能够满足接入30个间隔,含小电源接入);变压器低压侧断路器失灵和发生死区故障时,在主变低压侧加速跳闸保护跳低压侧断路器,故障电流不消失,经延时跳主变稿压侧断路器。
[0030] 装置增设三段时限过流保护作为主变低压侧加速跳闸保护,第一段时限跳发GOOSE闭锁信号的小电源并网线;第二段时限跳主变低压侧断路器;第三时限跳变压器各侧断路器。
[0031] 实现MMS、GOOSE、SV等报文共网时,交换机采用域控制技术及分馏技术实现报文间的有效隔离。对每一路GOOSE报文和SV报文的组播地址进行流量控制,并对MMS报文流量进行了总流量的限制,确保SV、G00SE中的每一个组播报文或MMS报文发生风暴时不对其他报文产生冲击而中断。同时,在对组播或协议进行流量限制是设置突发流量最大值,保证GOOSE突发性较大的报文发送雪崩情况下不会导致报文丢失。在交换机上实现按优先级进行传输的办法,保证SV报文的抖动在一个可控的范围内(500us以内),同时保证GOOSE报文的实时性和MMS报文的实时性。
[0032] 建议各保护装置间闭锁GOOSE信号通过低压侧间隔层网络传输,不配置独立的传输网络,保护装置与网络交换机的通信接口采用光口。如对保护装置可靠性要求高也可单独组网。
[0033] 对不同主接线形式和运行方式下的出线保护、母联(分段)保护、主变保护间的配合研究制定详细的技术解决方案。工程实例如图3所示:
[0034] I母出线保护输出闭锁接点到#1变压器保护装置、500A分段保护装置;II母出线保护输出闭锁接点到#2变压器保护装置、500A分段保护装置;500A分段保护装置输出闭锁接点到1#和2#变压器低压侧保护装置。[0035] 各种接线方式下保护配合逻辑如下:
[0036] I)方式1:分段500A打开,1#主变带I母:
[0037] kl故障:L1出线过流启动闭锁1#变压器低后备保护和分段500A主变低压侧加速跳闸保护,经延时出线保护切除故障。出线保护跳闸后经延时,线路仍有流,收回闭锁信号,1#变压器低后备保护开放,动作于变压器低压侧,作为出线开关的失灵保护;
[0038] k2故障:1#变压器低后备保护和分段保护不受影响,由其他保护切除故障;
[0039] k3故障:出线过流不启动,分段过流不启动,经延时变压器低后备保护跳闸;1#变压器低后备保护跳开低压侧开关后,故障电流不消失,经延时跳变高开关,作为变低开关的失灵保护;
[0040] k4故障:1#变压器低后备保护和分段500A主变低压侧加速跳闸保护不受影响,由其他保护切除故障;
[0041] k5故障:1#变压器低后备保护跳开低压侧开关后,故障电流不消失,经延时跳变闻开关;
[0042] k6故障:在分段500A开关打开时,1#变压器低后备保护不动作。分段500A在分位,不发闭锁信号,2#变压器低后备保护直接跳低压侧。
[0043] 2)方式2:分段500A闭合,1#主变带I母、II母,#2变退出
[0044] kl故障:出线过流启动闭锁1#变压器低后备保护和分段保护,经延时出线保护切除故障;出线保护跳闸后经延时,线路仍有流,收回闭锁信号,1#变压器低后备保护开放,动作于变低,作为出线开关的失灵保护;
[0045] k2故障:出线过流启动闭锁分段500A主变低压侧加速跳闸保护,分段500A过流启动闭锁1#变压器低后备保护,经延时出线保护切除故障;出线保护跳闸后经延时,线路仍有流,收回闭锁信号,分段500A保护重新开放,动作于分段,作为出现开关的失灵保护;1#变低后备保护由于分段仍发闭锁信号继续闭锁;
[0046] k3故障:出线、分段500A保护不启动发闭锁信号,经延时1#变压器低后备保护跳闸;
[0047] k4故障:出线不启动,分段500A有流启动闭锁1#变压器低后备保护;出线不发闭锁信号,经延时分段500A主变低压侧加速跳闸保护动作跳分段;分段500A保护跳闸后经延时,分段仍有流,收回闭锁信号,1#主变的主变低压侧加速跳闸保护开放,动作于变低开关;
[0048] k5故障,1#变压器低后备保护跳开低压侧开关后,故障电流不消失,经延时跳主变高压侧;
[0049] k6故障:CT靠近II母:分段无流,出线无流,经延时1#变压器低后备保护跳闸;CT靠近I母:分段有流,出线无流,分段500A启动闭锁1#主变低后备保护,经延时分段500A主变低压侧加速跳闸保护动作跳分段;死区故障,故障电流不消失,一段时间之后,分段收回闭锁信号,1#变压器低后备保护跳开低压侧。
[0050] 3)方式3 =IOkV侧有小电源并网线路的情况
[0051] IOkV侧有小电源并网线路时,母线区内故障,小电源并网线路将发GOOSE闭锁信号造成低后备保护拒动。主变低后备第一段时限跳发GOOSE闭锁信号的小电源并网线;第二段时限跳变低开关;第三时限跳变压器各侧。分段保护第一段时限跳发GOOSE闭锁信号的小电源并网线;第二段时限跳分段开关。
[0052] 适用于山东220kV及以下主变低压侧、35kV/10kV低压分段、线路继电保护运行整定,各参数的整定如表1-表7所示。
[0053] 表1交流电流参数值
Figure CN103986128AD00071
[0055] 表2交流电压参数值
Figure CN103986128AD00072
[0057] 表3直流电源参数值
Figure CN103986128AD00073
[0059]
Figure CN103986128AD00081
[0060] 表4开关量输入参数值
Figure CN103986128AD00082
[0062] 表5开关量输出参数值
Figure CN103986128AD00083
Figure CN103986128AD00091
[0065] 表6主变保护起动元件参数值
[0066]
Figure CN103986128AD00092
[0067] 表7过流保护参数值
[0068]
Figure CN103986128AD00093
[0069] 在变电站中,3kV~IOkV分段路线及并列运行的双母线,一般可由发电机及变压器后备保护实现对母线的保护,同时考虑到IOkv母线保护AD采样及跳闸接口过多、成本高,在工程实际中也不对IOkV电压等级配置单独的母线保护,通过变压器低压侧后备保护经延时切断IOkV母线短路故障。主变低后备装置通过与IOkV出线最大电流配合,实现对IOkV出线断路器的远后备保护。但是,由于级差配合的关系,变压器低后备保护动作时限达Is以上,不能够快速有效地切除故障。
[0070] 本发明充分利用智能变电站的信息通信机制,实现当主变低压侧发生故障时,变压器低后备加速动作启动出口跳闸的实施方案,减少级差配合I〜3级,缩短跳闸时间达
0.33〜1S,有效提高保护的灵敏性和速动性,解决长期困扰现场运行的低压开关柜内故障保护反应不够快速的问题,缩短大的短路电流冲击电气设备的时间,可以有效提高了电力系统的安全水平,避免出现设备的损害甚至运维人员人身伤亡事件。
[0071] 随着智能电网的建设的全面铺开,以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为特征的智能变电站技术,为主变低后备加速跳闸保护的应用提供了更便捷的实现途径。智能变电站采用GOOSE传输联闭锁及跳闸信号,具有抗干扰性强、扩展方便、物理连接简单等一系列优点。对智能变电站保护装置优化扩展,增加相关逻辑判断以实现加速低后备动作跳闸的功能,不必增加二次接线和装置,实现基于GOOSE网络化方式的保护最优配置,在不增加硬件设备投资的前提下可大幅提高保护可靠性能。
[0072] 智能变电站主变低压侧加速保护研究方案,在不增加装置和交换机成本的基础上,实现了低压侧母线保护的功能,同时在出线失灵时,快速启动远后备动作,满足快速切除故障的要求,具有良好的经济效益和社会效益。
[0073] 上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (4)

1.一种基于智能变电站低压侧加速跳闸保护技术,其特征是:包括以下步骤: 1)配置低压侧出线保护,在出线故障时,输出接点闭锁相应的变压器低压侧和分段的加速跳闸保护;在判断到失灵的情况下收回闭锁信号; 2)配置分段保护,在分段保护的相过流元件起动后立即输出闭锁信号,即闭锁变低侧的主变低压侧加速跳闸保护,过流元件返回时立即收回闭锁信号; 3)配置主变保护,装置通过GOOSE引入分段断路器及所联接段母线下的所有间隔的闭锁信号。
2.如权利要求1所述的一种基于智能变电站低压侧加速跳闸保护技术,其特征是:所述步骤(1)中,其具体方法为:发在出线故障时,输出接点闭锁相应的变压器低压侧和分段的加速跳闸保护;在判断到失灵的情况下收回闭锁信号,当任一段过流保护启动时,瞬时驱动独立的出口继电器,用于闭锁主变低压侧加速跳闸保护;保护动作切除故障后,闭锁元件瞬时返回;保护动作后Ams仍有故障电流则判为线路失灵,闭锁元件立即返回,其中A ≥ 400。
3.如权利要求1所述的一种基于智能变电站低压侧加速跳闸保护技术,其特征是:所述步骤(2),其具体方法为:在分段保护的相过流元件起动后立即输出闭锁信号,过流元件返回时立即收回闭锁信号;分段开关在分位时不输出闭锁信号;当分段保护跳闸动作后仍有故障电流则判为分段开关失灵,闭锁元件立即返回,由主变低压侧加速跳闸保护切除故障;装置通过GOOSE引入两段母线下的所有间隔的闭锁信号。
4.如权利要求1所述的一种基于智能变电站低压侧加速跳闸保护技术,其特征是:所述步骤(3),其具体方法为:装置通过GOOSE引入分段断路器及所联接段母线下的所有间隔的闭锁信号,能够满足接入30个间隔,含小电源接入;变压器低压侧断路器失灵和发生死区故障时,在主变低压侧加速跳闸保护跳低压侧断路器,故障电流不消失,经延时跳主变稿压侧断路器。
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