CN103997024A - 采用上下级闭锁的面保护方法及系统 - Google Patents

Abstract

采用上下级闭锁的面保护方法及系统，包括：故障线路中的每个保护装置均检测对应开关处的过流信号；检测到过流信号的保护装置向上一级保护装置发出闭锁信号；接收到闭锁信号的保护装置进行闭锁；由距离故障点最近的本级保护装置进行故障切除；若本级保护装置成功进行故障切除，则过流信号消失，线路恢复正常；若本级保护装置拒动，过流信号未消失，则经过延时时间后，作为本级保护装置的上一级保护装置进行故障切除；逐级进行故障切除，直至故障电流消失，线路恢复正常；本发明的保护原理简单明了，故障判别准确、灵敏度高，能够有效缩短停电时间，克服传统保护越级跳闸现象。

Description

采用上下级闭锁的面保护方法及系统

技术领域

本发明涉及供电网继电保护技术领域，特别涉及采用上下级闭锁的面保护方法及系统。

背景技术

我国大中型企业占地面积相对较小、供电负荷密度大，供电系统多采用主变电站和扩展一定数量级联开闭所方式供电。企业内供电负荷密度较大，供电距离较短，导致企业配电系统在接入电网的大运行和小运行方式下，线路首端以及末端短路电流相差较大，传统的三段式电流保护出现整定配合困难、速断没有保护范围、保护失去选择性等问题。一旦企业电网内部发生故障，极易造成保护越级跳闸，难以保证供电的可靠性，严重影响企业安全生产。因此，迫切需要一种新型的保护方式，解决企业电网的超短线路保护越级跳闸问题。

图1为一个典型的企业供电网内用三段式电流保护作为保护的局部供电网简化一次接线图。图1中，涉及1座变电站，2座开闭所以及一个电机负载。变电站和开闭所为级联形式。线路L1为由变电站到1号开闭所的线路，长度为1000m；线路L2为1号开闭所到2号开闭所的线路，长度为800m；2号开闭所到电机负载线路长度为100m。图2为图1的局部供电系统线路各处，在接入系统最大运行方式和最小运行方式时，线路各处对应的三相和两相短路电流特性曲线。

表1为图1所示系统中，各线路末端大小运行方式对应的短路电流。L1、L2、L3线路大运行方式的末端电流和小运行方式的首端电流之比分别为1.098:1、1.089:1和1.207:1。三段线路最大的大运行方式最大短路电流和小运行方式最大短路电流之比仅为1.207:1，因此，进行速断整定时，按大运行方式末端电流整定时，小运行方式时线路失去保护范围。

表1

下面对图1所示系统的保护配置和保护动作情况进行说明。假设图1中的开关处均配置有三段式电流保护，保护分别为1BH-5BH，其中1BH-3BH为三段式电流线路保护，4BH、5BH分别为1号、2号开闭所进线开关保护。4BH和5BH保护范围为母线。不失一般性，下面仅就1BH、2BH、3BH中的三段式电流保护整定和保护动作情况，来说明保护配合存在的问题。

(1)速断保护

如果按照常规的三段式电流保护进行整定。

速断整定值：

I_dz＝K_kI_dmax   式(1)

式中，I_dz为速断整定值，K_k为可靠性系数取值为1.2-1.3，I_dmax为线路末端最大运行方式三相短路电流。

取K_k为1.2，1BH、2BH、3BH速断整定值分别取为，9556.9A(＝1.2×7964.1)、8552.5A(＝1.2×7127.1)、8535.9A(＝1.2×7113.3)，这三个整定值均大于本段线路最小运行方式时，本段线路任何一处两相短路的最大短路电流值，在最小运行方式下，三段线路均没有保护范围。因此，各段线路整定值在小运行方式下，速断保护无保护范围，必须退出。

(2)延时速断

速断保护和延时速断作为主保护保护线路全段，因速断保护的退出运行，延时速断为保护线路全长。为保证延时速断保护线路全长，需要按照最小运行方式的最小短路电流除以可靠动作系数设置。

按延时速断整定原则，整定电流值为

I′_dz＝I_dmin/K   式(2)

式中，I′_dz为延时速断整定值，K为可靠动作系数取1.05，I_dmin为线路末端最小运行方式两相短路电流。

以上1BH、2BH、3BH整定值分别为6230.2A(＝6542.0/1.05)A、5611.2A(＝5892.2/1.05)、5601.5A(＝5881.6/1.05)，这样给定的整定值，在接入系统大运行方式下，L2、L3在任何一处发生故障，1BH一定会同时启动，引起越级跳闸。因末端和首端大小运行方式电流相差大，第二段延时速断保护也无法配合。

(3)过流保护

过流保护依靠时限的配合保证保护动作的选择性，配合时段多，最上一级的动作时限超过允许的时限，因而也无法保证动作的选择性。如图1中所示系统路，需要5级时差配合才能满足过流保护的时差配合要求。时差取0.3s，变电站的出口延时速断动作时限应整定为1.5s。根据供电系统的保护整定要求，故障切除时限一般不超过0.6s，因此靠时限配合无法实现保护配合。

针对目前企业供电网保护配合存在的问题，现提出一种利用上下级闭锁原理，且在下级保护拒动时，上级保护具有自动解锁功能的分布式结构的面保护算法。

发明内容

为了克服上述现有三段式电流保护技术的缺点，本发明的目的在于提供采用上下级闭锁的面保护方法及系统，能在被接入系统给定的切除故障时间内，快速、有选择的切除故障，不使故障越级，提高供电的可靠性；具有高效、可靠、准确、简洁的特点。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

采用上下级闭锁的面保护方法，包括：

步骤一：故障线路中的每个保护装置均检测对应开关处的过流信号；

步骤二：检测到过流信号的保护装置向其上一级保护装置持续发出持续闭锁信号；

步骤三：接收到闭锁信号的保护装置进行闭锁；

步骤四：由距离故障点最近一级的保护装置即没有接到闭锁信号的保护装置发出跳闸信号，并进行故障切除；

若该级保护装置成功进行故障切除，则过流信号消失，线路恢复正常；

若该级保护装置或开关拒动，过流信号未消失，则该级保护装置的上一级保护装置经过动作延时解锁时间t₁后，进行故障切除；

逐级进行故障切除，直至故障电流消失，线路恢复正常。

所述保护装置在检测到过流信号时，瞬时向其上一级保护装置发出闭锁信号。

所述保护装置在接收闭锁延时时间t₂内，确认接收到闭锁信号并进行闭锁，所述接收闭锁延时时间t₂的取值范围为10-20ms，其典型值为15ms。

当进行故障切除时，距离故障点最近的一级保护装置拒动，则上一级保护装置经过设置的动作延时解锁时间t₁后进行自动解锁，发出跳闸信号，切除故障；所述动作延时解锁时间t₁＝(n-1)T，T为常数，现场应用的中压开关接收到跳闸信号并保证开关动作并切除故障的最大时间乘裕度系数，裕度系数取1.10-1.15；一般中压开关切除故障时间小于70ms，T的典型值为80ms；n为线路级数，末端线路为第一级，即末段线路n＝1，此末段线路n＝2，依次类推。

能实现上下级闭锁的保护装置的动作逻辑如图3所示。图3中保护装置，由过流检测判别模块，闭锁信号接收模块，闭锁信号发送模块，保护启动模块，闭锁逻辑模块，动作出口模块六部分组成。其中，保护启动模块和闭锁逻辑模块的工作过程如下：

保护启动模块有一个时间定时器T2_0，T2_0为接收闭锁信号延迟定时器。闭锁逻辑模块中，设有一个定时器T1_0，T1_0为保护动作延时解锁定时器。

在保护装置没有检测到过流信号或检测到过流信号但定时器T2_0没有达到设定的接收闭锁延时时间t₂时，闭锁闭锁逻辑门Y3和出口与门Y2。

当保护装置检测到过流信号，当接收闭锁信号延时定时器T2_0达到设定的接收闭锁延时时间t₂时，启动保护出口，给闭锁逻辑门Y3和出口与门Y2发出逻辑“1”信号。

当完成以上工作后，只要闭锁逻辑门Y3输入C处为“1”，即可使出口继电器CKJ1发出动作命令。使C处为“1”的条件是，动作延时解锁计时器T1_0达到计时值即动作延时解锁时间t₁，或没有闭锁信号，闭锁逻辑电路C处即为“1”，保护即可出口。

保护装置中，需要设置三个整定值:

(1)过流整定值I_dz，用于判别装置是否检测到有故障发生。当检测电流I_d大于I_dz时，认为有故障发生。

(2)接收闭锁信号延时定时器T2_0定时的接收闭锁延迟时间t₂，保护装置检测到过流信号时，因下级保护装置给上级保护装置发送闭锁信号需要一段时间，即上级保护装置接收到闭锁信号需要一段时间，时间t₂即下级保护发送闭锁信号，确保上级保护能接收到的时间。除物理上最下级保护外，其余保护设置为固定时间(缺省值取15ms)。

(3)动作延时解锁定时器T1_0定时的动作延时解锁时间t₁，保护装置检测到过流信号时，下级保护装置启动，并跳闸切除故障需要的最大时间T加上一定裕度，如果下级保护拒动，超过T时间，保护仍能检测到过流存在，装置即发出跳闸解锁命令。

t₁整定值:

t₁＝(n-1)T      式(3)

式中：T为常数，现场应用的中压开关接收到跳闸信号并保证开关动作并切除故障的最大时间乘裕度系数(裕度系数取1.10-1.15)。一般中压开关切除故障时间小于70ms，T的典型值为80ms；n为线路级数，末端线路为第一级，即末段线路n＝1，此末段线路n＝2，依次类推。

以图4中末端线路发生故障为例说明动作过程：

保护装置1、保护装置2、保护装置5、保护装置6整定值已设置，电流整定值设置为躲过正常负荷的最大值，这样发生故障时，四套保护装置均能启动，闭锁信号接收延迟定时器延时时间保护装置1、保护装置2、保护装置5、保护装置6分别为，15ms、15ms、20ms、0ms；出口动作延时解锁时间t₁整定值，保护装置1、保护装置2、保护装置5、保护装置6分别为240ms、160ms、80ms、0ms。

假设发生故障过程中，保护装置6、保护装置5、保护装置2均拒动，由保护装置1切除故障。下面对故障切除过程进行说明：

当故障发生时，4套保护装置在特定的时间内，均检测到过流信号，由保护装置6给保护装置5发送闭锁信号，保护装置5给保护装置2发送闭锁信号，保护装置2给保护装置1发送过流，除保护装置6外，其余保护装置均在15ms内接收到闭锁信号，闭锁逻辑模块闭锁动作出口模块。

保护装置6，因动作延时解锁定时器T1_0时间t₁、接收闭锁信号延时定时器T2_0的整定值t₂设为0ms，发生故障时，瞬时发出跳闸出口命令，保护装置6处开关，如开关正常动作，保护装置6在检测到过流后在80ms内，即可将故障切除，但因开关拒动，故障并没有切除。

保护装置5，在故障发生时，检测到过流信号，在检测到过流信号15ms内，接收到闭锁信号，闭锁逻辑模块闭锁动作出口模块。当接收闭锁信号定时器达到15ms时，启动保护装置，当动作延时解锁定时器T1_0达到80ms时，过流信号仍然存在，闭锁逻辑模块发出解锁信号，动作出口模块的继电器发出跳闸信号。如断路器跳闸，在发出跳闸信号后，小于80ms时间内切除故障。但因断路器拒动，故障仍然存在。

保护装置2，在故障发生时，检测到过流信号，在检测到过流信号15ms内，接收到闭锁信号，闭锁逻辑模块闭锁动作出口模块。当接收闭锁信号定时器达到15ms时，启动保护装置，当动作延时解锁计时器T1_0达到80ms时，过流信号仍然存在，闭锁逻辑模块发出解锁信号，动作出口模块的继电器发出跳闸信号。如断路器跳闸，在发出跳闸信号后，小于80ms时间内切除故障。但因断路器拒动，故障仍然存在。

保护装置1，在故障发生时，检测到过流信号，在检测到过流信号15ms内，接收到闭锁信号，闭锁逻辑模块闭锁动作出口模块。当接收闭锁信号定时器达到15ms时，启动保护装置，当动作延时解锁定时器T1_0达到80ms时，过流信号仍然存在，闭锁逻辑模块发出解锁信号，动作出口模块的继电器发出跳闸信号。如断路器跳闸，在发出跳闸信号后，80ms内切除故障。

因此，整个过程在发生三级拒动情况下，340ms时间内切除了故障。实际情况发生三级拒动为极小概率事件。一般均有选择的由发生故障线路的本级保护在检测到故障，并在保护启动模块启动的同时，发出跳闸信号，即接收闭锁信号延持时间达到时，发出跳闸信号，如果开关动作时间为70ms，一般70ms-90ms即可切除故障。

一种采用上下级闭锁的面保护系统，所述系统为由保护装置构成的供电网面保护系统，所述保护装置包括：过流检测判别模块、闭锁信号接收模块、闭锁信号发送模块、保护启动模块、闭锁逻辑模块和动作出口模块。

所述过流检测判别模块，用于检测一次回路的二相或三相电流，当检测的相电流值超过设定的值时，发出过流信号。

所述闭锁信号接收模块，用于接收下级保护装置闭锁信号，当接收到下级保护装置闭锁信号时，向闭锁逻辑模块发出闭锁信号。

所述闭锁信号发送模块，用于在检测到过流信号后，向上一级保护装置的闭锁信号接收模块发出闭锁信号。

所述保护启动模块，用于在检测到过流信号后，经过接收闭锁延时时间t₂延时，启动保护装置。

所述闭锁逻辑模块，用于在线路中有闭锁信号或保护动作延时解锁定时器没有达到设定的时间时，闭锁动作出口模块。

所述动作出口模块，由启动逻辑和解锁逻辑组成的能发送跳闸信号的模块。

本发明的工作原理为：

当供电网中的某一段线路发生故障时，检测到过流信号的下级保护装置向其上级保护装置发闭锁信号，上级保护装置被闭锁，由距离故障点最近的保护装置切除故障，若保护装置或该级开关拒动时，相应上级保护经过一定时间延时自动解锁，并发出跳闸信号，由开关切除故障。

本发明的有益效果为：

本发明基于分布式结构的面保护原理将保护功能下放到终端IED(智能电子设备)去实现，终端IED除了利用保护装置自身采集的信息外，还利用下级保护装置中的闭锁信息，做出故障综合判断和动作出口，并且能够在下级保护装置拒动时，自动解锁，并作为下级保护装置的后备保护。本发明的保护原理简单明了，故障判别准确、灵敏度高，能够有选择的切除故障，克服传统三段式电流保护越级跳闸现象。

附图说明

图1为现有技术中的典型的级联开闭所线路示意图。

图2为图1的局部供电系统线路对应的短路电流特性曲线。

图3为本发明的保护装置内部动作的逻辑电路图。

图4为简化的企业电网中按上下级闭锁原理设置的保护配置示意图。

图5为本发明的仿真系统电气一次接线图。

图6为本发明的仿真模型图。

图7为本发明的保护装置模块搭建图。

图8为实施例一的线路末端三相短路仿真波形。

图9(a)-图9(c)分别为3DL、2DL、1DL(出线断路器)收到的动作信号。

图10(a)-图10(b)分别为下级保护装置向上级保护装置发送的闭锁信号(3BH向2BH和2BH向1BH发送的闭锁信号)。

图11为实施例二的线路末端三相短路3BH保护拒动仿真波形。

图12(a)-图12(b)为2DL、1DL(出线断路器)收到的动作信号。

图13(a)-图13(b)分别为下级保护装置向上级保护装置发送的闭锁信号(3BH向2BH和2BH向1BH发送的闭锁信号)。

图14为实施例三的线路末端三相短路3BH、2BH保护拒动仿真波形。

图15为1DL(出线断路器)收到的动作信号。

图16(a)-图16(b)分别为下级保护装置向上级保护装置发送的闭锁信号(3BH向2BH和2BH向1BH发送的闭锁信号)。

图17为线路故障模型图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见附图，本发明为采用上下级闭锁的面保护方法，包括：

步骤一：故障线路中的每个保护装置均检测对应开关处的过流信号；

步骤二：检测到过流信号的保护装置向其上一级保护装置持续发出持续闭锁信号；

步骤三：接收到闭锁信号的保护装置进行闭锁；

步骤四：由距离故障点最近一级的保护装置(即没有接到闭锁信号的保护装置)发出跳闸信号，并进行故障切除；

若该级保护装置成功进行故障切除，则过流信号消失，线路恢复正常；

若该级保护装置或开关拒动，过流信号未消失，则该级保护装置的上一级保护装置经过动作延时解锁时间t₁后，进行故障切除；

逐级进行故障切除，直至故障电流消失，线路恢复正常。

所述保护装置在检测到过流信号时，瞬时向其上一级保护装置发出闭锁信号。

所述保护装置在接收闭锁延时时间t₂内，确认接收到闭锁信号并进行闭锁，所述接收闭锁延时时间t₂的取值范围为10-20ms，其典型值为15ms。

当进行故障切除时，距离故障点最近的一级保护装置拒动，则上一级保护装置经过设置的动作延时解锁时间t₁后进行自动解锁，发出跳闸信号，切除故障；所述动作延时解锁时间t₁＝(n-1)T，T为常数，现场应用的中压开关接收到跳闸信号并保证开关动作并切除故障的最大时间乘裕度系数(裕度系数取1.10-1.15)；一般中压开关切除故障时间小于70ms，T的典型值为80ms；n为线路级数，末端线路为第一级，即末段线路n＝1，此末段线路n＝2，依次类推。

一种采用上下级闭锁的面保护系统，所述系统为由保护装置构成的供电网面保护系统，所述保护装置包括：过流检测判别模块、闭锁信号接收模块、闭锁信号发送模块、保护启动模块、闭锁逻辑模块和动作出口模块。

所述过流检测判别模块，用于检测一次回路的二相或三相电流，当检测的相电流值超过设定的值时，发出过流信号。

所述闭锁信号接收模块，用于接收下级保护装置闭锁信号，当接收到下级保护装置闭锁信号时，向闭锁逻辑模块发出闭锁信号。

所述闭锁信号发送模块，用于在检测到过流信号后，向上一级保护装置的闭锁信号接收模块发出闭锁信号。

所述保护启动模块，用于在检测到过流信号后，经过接收闭锁延时时间t₂延时，启动保护装置。

所述闭锁逻辑模块，用于在线路中有闭锁信号或保护动作延时解锁定时器没有达到设定的时间时，闭锁动作出口模块。

所述动作出口模块，由启动逻辑和解锁逻辑组成的能发送跳闸信号的模块。

企业电网运行时，当线路发生故障，故障线路中的每个上级保护装置均能测量到过流信号。当企业供电网中的某一段线路发生故障时，检测到过流信号的下级保护装置均给其上级保护装置发闭锁信号，上级保护装置均被闭锁，由距离故障点最近的保护装置切除故障，若保护装置或开关拒动时，相应上级保护装置经过一定时间延时自动解锁，切除故障。检测到过流信号，而没有检测到闭锁信号的保护装置，在经过闭锁信号延迟定时时间时，启动保护同时，发出跳闸信号。

参见图3，图3为保护装置内部动作的逻辑电路图。保护装置是用来判断并发出开关跳闸信号的智能终端。通过设置特定的逻辑实现故障的判断，和发出开关跳闸信号。保护装置，需要接入线路电流信号，判断有无过流，要接收下一级保护装置的保护闭锁信号，又要向上一级保护装置发送闭锁信号。

保护装置应包括以下几个部分：

过流检测判别模块，闭锁信号接收模块，闭锁信号发送模块，保护启动模块，闭锁逻辑模块和动作出口模块。保护装置中的动作逻辑电路如图3所示。

图3中，I1为过流检测判别模块，当实际检测的电流大于整定电流时，认为装置检测到过流。整定电流定值为：

I_dz＝K_zqK_kI_fmax    式(4)

式中：K_zq为负荷自启动系数；K_k为可靠性系数；I_fmax为最大负荷电流。此整定值设置比传统三段式保护灵敏度有很大提高。

BS为接收下级保护装置的闭锁信号接收模块。

在闭锁逻辑模块中，动作延时解锁定时器T1_0为下级保护装置拒动时的自动解锁模块。按照保护装置所处位置的不同T1_0的计时值t₁设置有所不同，t₁＝(n-1)T，其中：T为常数，现场应用的中压开关接收到跳闸信号并保证开关动作并切除故障的最大时间乘裕度系数(裕度系数取1.10-1.15)，一般中压开关切除故障时间小于70ms，T的典型值为80ms；n为线路级数，末端线路为第一级，即末段线路n＝1，此末段线路n＝2，依次类推。最末级保护装置中，T1_0的时间值设为0ms。

在保护启动模块中，接收闭锁信号延迟定时器T2_0为等待闭锁信号延时模块。时间整定值t₂＝下级闭锁信号传输时间+裕度，典型值取为15ms，t₂定值为下级保护装置检测到过流信号时，立即给上级装置发送闭锁信号，到确保上级保护装置能接收到闭锁信号的时间。除最末级保护装置可取0ms外，其他保护装置中T2_0整定值均为15ms。

BSJ为向上级保护装置发送闭锁信号的闭锁信号发送模块。

CKJ1为保护动作出口信号模块。

H1为“或”门，Y1、Y2、Y3为“与”门，F1、F2为“非”门。

当保护装置检测到过流信号，即I1输出为逻辑“1”，瞬时通过BSJ向上级保护装置发出闭锁信号。

当保护装置检测到过流信号，即I1输出为逻辑“1”，t₂的时间内，即BS没有接收到闭锁信号前，T1_0处于计时状态，D处信号为“0”，A处信号也为“0”，即闭锁逻辑输出为“0”，处于闭锁状态；当T2_0达到设定计时值时，D处信号变为“1”，此时T1_0在计时状态，BS也已接收到闭锁信号，E处为“1”，F为“1”，C处为“0”，A处为“0”。

一旦T1_0达到计时时间，T1_0输出逻辑“1”，F处变为“0”，取反后输出到Y1，Y1输出为逻辑“0”，C处变“1”即使A处为“1”，A处解锁，CKJ1动作。当CKJ1输入为1时，驱动相应的开关跳闸；或没有BS信号，E为“0”，C处即为“1”，A异处于解锁状态。A处信号为“1”，即已解锁，CKJ1动作。当CKJ1输入为1时，驱动相应的开关跳闸。

图4为简化的企业电网中按上下级闭锁原理设置的保护配置示意图。图中在每一个开关处都安装有保护装置，下级保护装置均可给上级保护装置发闭锁信号，保护整定电流均按躲过最大负荷电流进行整定。保护装置中，动作延时解锁计时器T1_0的定值，保护装置6、保护装置5、保护装置2、保护装置1分别为240ms、160ms、80ms、0ms，接收动作延时解锁定时器T1_0的时间t₁的定值，保护装置6、保护装置5、保护装置2、保护装置1分别为15ms、15ms、15ms、0ms。

当图4所示系统(5)号线的闪电符号处发生故障时，保护装置6、保护装置5、保护装置2立即各向上级保护装置发出闭锁信号，各级保护装置均在15ms内启动，上级保护装置5、保护装置2、保护装置1均在15ms内接收到闭锁信号，闭锁其保护装置。由于保护装置6为最末端的保护装置，所以由保护装置6开始切除故障；若保护装置6处的开关拒动，过流信号(故障电流)未消失，则保护装置5经80ms延时后自动解锁，发出跳闸信号，切除故障。若保护装置5也拒动，则由保护装置2经80×2＝160ms延时后，切除故障。

为验证算法的正确性，在MATLAB/SimuLink环境下，取某供电系统中一个典型的级联开闭所线路为例，进行仿真实验。

(1)仿真一次供电线路

图5给出了某煤矿企业110kV变电站10kV母线到井下I盘东翼皮带1#电机的一次供电线路，由于110kV变电站到井下10kV中央变电所出线保护的保护范围为线路和母线，和井下10kV中央变电所进线开关的停电范围一样，因此，为减少保护配合级数，井下10kV中央变电所进线保护可撤出运行，同理，I盘东翼皮带机头10kV变电所进线保护也可撤出运行。因此，图5中只在各出线开关1DL、2DL、3DL处分别投运了保护装置，即1BH、2BH、3BH。

系统参数如下：

电源为10kV的三相交流电源，频率为50Hz，系统等值阻抗为0.548Ω，各母线电压均为10kV；线路L1、L2、L3相关参数如表2所示。

表2

(2)仿真模型搭建

1)系统仿真模型搭建

利用MATLAB/SimuLink相关模块搭建仿真模型，如图6所示。电源选用SimPowerSystem/ElectricalSources中的Three-PhaseSource，参数按照一次系统设置。各线路模块选用PiSectionCable模块，该模块中的ResistancematrixR(ohm/km)、InductancematrixL(H/km)、CapacitancematrixC(F/km)参数设置可通过power_cableparam函数进行计算。在出线开关1DL处设置保护模块1BH，在出线开关2DL处设置保护模块2BH，在出线开关3DL处设置保护模块3BH。用Three-PhaseV-IMeasureent做线路测量模块。通过Three-PhaseFaul模块模拟线路故障，用Timer控制故障发生时刻。

2)保护模块搭建

为验证上下级闭锁保护原理的正确性，用SimuLink中的基本模块搭建保护模块，如图7所示。将保护模块封装成块，配置在每个出线开关处。

模块说明及参数设置如下：

In1、In2分别为A、C两相的电流测量信号；

Fourier模块为傅里叶变换模块；

Relay为继电器模块，若输入信号大于继电器模块的整定值，则输出为1，否则为0，整定值按线路最大负荷电流进行整定；

In3为收到的各下级闭锁信号；

In4、In5、In6为电压信号，作为备用；

T2_0为接收闭锁信号延迟时间定时器。1BH、2BH、3BH中的T2_0定时器定时时间分别设置为15ms、15ms、0ms；

T1_0为动作延时解锁定时器，1BH、2BH、3BH中的T1_0分别设置为160ms、80ms、0ms；

out1为向上级发出的闭锁信号；

out2控制断路器的动作信号。

T3、T4定时器是为了仿真，智能电子装置过流检测模块检测过流时间需要一定的延迟时间，时间值设置为20ms。

各模块之间的连接关系完全按照图3中动作逻辑电路来设计。

(3)设置故障及仿真结果分析

下面将在线路中设置不同的故障，模拟保护动作情况，验证方法的正确性。

实施例一：

1)线路L3末端在0.2s时发生三相短路，3DL跳闸成功，如图8-图10(b)所示。

将Timer设置在t＝0.2s时启动Three-PhaseFaul，模拟一个三相短路故障。开始仿真，用示波器scope3来观察线路三相电流变换情况，其波形如图8所示。用scope5、scope6、scope7分别来观察3DL、2DL、1DL收到的动作信号，如图9(a)、9(b)、9(c)所示。用scope8来观察3BH向2BH发送的闭锁信号，如图10(a)；用scope9来观察2BH向1BH发送的闭锁信号，如图10(b)。

从图8波形可分析出线路在0.2s发生三相短路，产生6000多安培的短路电流，0.02s的保护出口，随后短路电流消失。

由图9(a)、9(b)、9(c)可知3DL在故障发生后，在0.02s的延时收到动作信号0，而2DL、1DL一直未收到动作信号。由图9(a)、9(b)可知，故障发生后，3BH在经过0.02s保护出口延时后向2BH发闭锁信号，闭锁2BH动作出口，当短路电流消失后，闭锁信号自动撤除；同样，2BH在经过0.02s保护出口延时后向1BH发送闭锁信号，闭锁1BH动作出口，当短路电流消失后，闭锁信号自动撤除。

由上述分析和波形图可以分析出L3末端在0.2s发生三相短路，0.02s保护出口延时后3BH向2BH发闭锁信号，2BH向1BH发闭锁信号，1BH、2BH均被闭锁，由3BH向3DL发动作信号，切除短路故障，没有出现保护越级跳闸现象。

实施例二：

2)线路L3末端在0.2s时发生三相短路故障，3BH保护拒动，如图11-图13(b)所示。

将Timer设置在t＝0.2s时启动Three-PhaseFault，模拟一个三相短路故障；给3DL加一个整定值模块Constant，使动作信号一直为1，模拟3BH保护拒动情况。开始仿真，观察示波器scope3波形，如图11所示；观察示波器scope6、scope7收到的动作信号，如图12(a)、12(b)所示；观察示波器scope8、scope9波形，如图13(a)、13(b)所示。

从图11波形可分析出线路在0.2s发生三相短路，产生6000多安培的短路电流，经过0.01s的延时后，即检测过流时间20ms+保护跳闸时间80ms＝0.1s短路电流消失。由图12(a)、12(b)可知2DL在经过0.1s的延时后收到动作信号0，而1DL一直未收到动作信号。由图13(a)、13(b)可知，短路电流未消失，下级保护装置一直向上级发闭锁信号。

由上述分析和波形图可以得出，L3末端在0.2s发生三相短路，3BH拒动时，短路电流未消失，2BH、1BH一直被闭锁；经过0.1s延时后2BH自动解锁，向2DL发出动作信号，切除短路故障；短路电流消失闭锁信号自动撤除。2BH能够在3BH拒动时，经过一定延时自动解锁，起到后备保护作用。

实施例三：

3)线路末端在0.2s时发生三相短路故障，3BH、2BH保护同时拒动，如图14-图16(b)所示。

将Timer设置在t＝0.2s时启动Three-PhaseFaul，模拟一个三相短路故障；给3DL、2DL同时加一个定值模块Constant，使动作信号一直为1，模拟3BH、2BH保护拒动情况。开始仿真，观察示波器scope3波形，如图14所示；观察示波器scope7收到的动作信号，如图15所示；观察示波器scope8、scope9波形，如图16(a)、16(b)所示。

从图14波形可分析出线路在0.2s发生三相短路，产生6000多安培的短路电流，经过0.18s的延时后，短路电流消失。由图15可知1DL在经过0.180s的延时后收到动作信号0。由图16(a)、16(b)可知，短路电流未消失，下级保护装置一直向上级发闭锁信号。

由上述分析和波形图可以知，L3末端在0.2s发生三相短路，3BH、2BH同时拒动，短路电流未消失，1BH一直被闭锁；经过0.180s的延时后1BH自动解锁，向1DL发出动作信号，切除短路故障，起到后备保护作用。

由以上仿真分析可以看出，采用上下级闭锁的分布式面保护原理，能够有效解决短线路越级跳闸现象，通过仿真结果，验证了算法的正确性。

分布式结构的面保护算法是采用上下级闭锁原理，当任何一级保护在检测到短路故障时，迅速发出闭锁信号，闭锁其上一级保护，以将故障锁定在最小跳闸范围内。当下级保护拒动时，上级保护经过一定延时自动解锁，快速跳开故障。

通过上述实施例对该原理的正确性进行了仿真验证，仿真结果表明该方法能有效解决短线路保护越级跳闸现象，而且能很好地克服保护拒动现象。

本发明并不局限上述所列举的具体实施方式，本领域的技术人员可以根据本发明工作原理和上面给出的具体实施方式，可以做出各种等同的修改、等同的替换、部件增减和重新组合，从而构成更多新的实施方式。

Claims (5)

1.采用上下级闭锁的面保护方法，其特征在于，包括：

步骤一：故障线路中的每个保护装置均检测对应开关处的过流信号；

步骤二：检测到过流信号的保护装置向其上一级保护装置持续发出持续闭锁信号；

步骤三：接收到闭锁信号的保护装置进行闭锁；

步骤四：由距离故障点最近一级的保护装置(即没有接到闭锁信号的保护装置)发出跳闸信号，并进行故障切除；

若该级保护装置成功进行故障切除，则过流信号消失，线路恢复正常；

若该级保护装置或开关拒动，过流信号未消失，则该级保护装置的上一级保护装置经过动作延时解锁时间t₁后，进行故障切除；

逐级进行故障切除，直至故障电流消失，线路恢复正常。

2.根据权利要求1所述的采用上下级闭锁的面保护方法，其特征在于：所述保护装置在检测到过流信号时，瞬时向其上一级保护装置发出闭锁信号。

3.根据权利要求1所述的采用上下级闭锁的面保护方法，其特征在于：所述保护装置在接收闭锁延时时间t₂内，确认接收到闭锁信号并进行闭锁，所述接收闭锁延时时间t₂的取值范围为10-20ms，其典型值为15ms。

4.根据权利要求1所述的采用上下级闭锁的面保护方法，其特征在于：当进行故障切除时，距离故障点最近的一级保护装置拒动，则上一级保护装置经过设置的动作延时解锁时间t₁后进行自动解锁，发出跳闸信号，切除故障；所述动作延时解锁时间t₁＝(n-1)T，T为常数，现场应用的中压开关接收到跳闸信号并保证开关动作并切除故障的最大时间乘裕度系数，裕度系数取1.10-1.15；中压开关切除故障时间小于70ms，T的典型值为80ms；n为线路级数，末端线路为第一级，即末段线路n＝1，此末段线路n＝2，依次类推。

5.一种采用上下级闭锁的面保护系统，其特征在于：包括：过流检测判别模块、闭锁信号接收模块、闭锁信号发送模块、保护启动模块、闭锁逻辑模块和动作出口模块，

所述过流检测判别模块，用于检测一次回路的二相或三相电流，当检测的相电流值超过设定的值时，发出过流信号；

所述闭锁信号接收模块，用于接收下级保护装置闭锁信号，当接收到下级保护装置闭锁信号时，向闭锁逻辑模块发出闭锁信号；

所述闭锁信号发送模块，用于在检测到过流信号后，向上一级保护装置的闭锁信号接收模块发出闭锁信号；

所述保护启动模块，用于在检测到过流信号后，经过接收闭锁延时时间t₂延时，启动保护装置；

所述闭锁逻辑模块，用于在线路中有闭锁信号或保护动作延时解锁定时器没有达到设定的时间时，闭锁动作出口模块；

所述动作出口模块，由启动逻辑和解锁逻辑组成的能发送跳闸信号的模块。