CN104009454B - 一种电网区域保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电网区域保护方法，包括步骤：设置智能终端、检测故障电流并开启保护、设定开放区域和闭锁区域、发送闭锁信号以及发送开锁信号。该方法能够快速实现电网的区域保护，而且实现起来也比较简单。

Description

一种电网区域保护方法

技术领域

本发明涉及一种电网的保护方法，尤其是将电网分区域进行实时保护的方法。

背景技术

目前，配电网系统结构一般是手拉手的双电源环网或多电源的环网结构。不过，这些配电网络中大都采用开环运行的方式，网络中一台或多台平时处于开断状态的联络开关，其两侧线路用一台或多台开关分段。这些分段开关或联络开关可能是负荷开关或断路器。这种开环运行的网络，如果故障点发生在线路末端时，需要变电站出口的断路器跳闸来清除线路中的故障，这样就会造成对线路前端和中段负荷的影响。目前配电网中，线路距离一般较短、导线截面积较大以及保护电流互感器的精度等原因，各级开关的短路电流都特别大，而级联的开关又比较多，为了实现区域保护可能就需要设定很长的延时，这种情况下，保护的快速性和区域性就是一对难以调和的矛盾了。而且在实现区域保护时还需要获得潮流方向（谐波功率方向）和所谓的正方向，并且在设定保护定值（速断保护动作电流的整定）时需要进过复杂的计算才能实现。

GOOSE（Generic Object Oriented Substation）是通用面向对象的变电站事件的简称，在目前的智能化变电站中广泛应用。GOOSE报文的发送和接收分别由publisher（公告式发布）和subscriber（预定式接收）来执行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有的电网区域保护启动缓慢，而且实现起来比较复杂。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电网区域保护方法，包括如下步骤：

步骤1，根据电网区域保护需要，将电网线路分为各个保护区域，并在相邻两个保护区域之间设置智能终端；

步骤2，各个智能终端实时检测电网线路中的电流大小和方向，一旦达到故障电流大小，则智能终端开启保护；

步骤3，各个智能终端以自身所在位置处作为分界点，根据故障电流的方向设定故障电流正方向一侧的保护区域为开放区域，设定故障电流反方向一侧的保护区域为闭锁区域；

步骤4，各个智能终端同时向各自的闭锁区域内的智能终端发送闭锁信号，若智能终端在保护延时时间内收到闭锁信号，则保持闭锁不动作，若智能终端在保护延时时间内没有收到闭锁信号，则将智能终端按照保护逻辑动作，切断故障电流；

步骤5，故障排除后，智能终端撤销保护动作，各个智能终端向各自的闭锁区域内的智能终端发送开锁信号，解除闭锁状态。

通过判断故障电流的方向来设定开放区域和闭锁区域，而无需判断潮流方向（谐波功率方向）以及故障点是否在电流的正方向上，能够在第一时间将最靠近故障点的智能终端跳开，形成区域保护；各个智能终端向各自的闭锁区域内的智能终端发送闭锁信号，收到闭锁信号的智能终端保持闭锁状态，保证闭锁区域内正常供电。

作为本发明的进一步限定方案，智能终端包括断路器开关以及与断路器开关相连的智能控制器，断路器开关安装在电网线路中相邻两个保护区域之间，智能控制器与断路器开关一一对应，并能判断故障电流的方向，各个智能控制器之间通过光纤以太网组成GOOSE通信网络。采用断路器开关能够迅速切断故障电流，对发生故障区域的相邻区域进行保护，采用智能控制器可组成GOOSE通信网络，与相邻的智能终端进行通信，从而达到区域保护的目的。

作为本发明的进一步限定方案，各个智能控制器之间通过GOOSE报文进行通信。采用智能控制器组成GOOSE通信网络，再利用GOOSE报文向相邻的智能终端发送闭锁信号和开锁信号，能够实现在发生故障时将故障区域快速隔离，同时保持其他保护区域正常供电，对其他保护区域实现了区域保护的目的。

作为本发明的进一步限定方案，断路器开关为柱上真空断路器。采用柱上真空断路器能够满足快速切断故障电流的目的，且真空断路器的速断动作时间在0.1秒左右，而设置在变电站处的馈线开关的速断时间为0.3秒，也就是说柱上真空断路器能够在馈线开关切断整条线路之前将故障区域的电流切断，从而实现区域保护的目的。

作为本发明的进一步限定方案，智能控制器为馈线自动化终端。采用馈线自动化终端作为智能控制器，在运行方式发生变化时，只需要改动发生变化的智能终端内对相邻的馈线自动化终端的GOOSE配置即可，而无需改变对所有馈线自动化终端的GOOSE配置，并且只需要在组态软件中修改即可，做到改动最小，影响最小。

本发明的有益效果在于：（1）通过判断故障电流的方向来设定开放区域和闭锁区域，而无需判断潮流方向（谐波功率方向）以及故障点是否在电流的正方向上，能够在第一时间将最靠近故障点的智能终端跳开，形成区域保护；（2）各个智能终端同时向各自的闭锁区域内的智能终端发送闭锁信号，收到闭锁信号的智能终端保持闭锁状态，保证闭锁区域内正常供电。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明的系统结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的电网区域保护方法，包括如下步骤：

步骤1，根据电网区域保护需要，将电网线路分为各个保护区域，并在相邻两个保护区域之间设置智能终端；

步骤2，各个智能终端实时检测电网线路中的电流大小和方向，一旦达到故障电流大小，则智能终端开启保护；

步骤3，各个智能终端以自身所在位置处作为分界点，根据故障电流的方向设定故障电流正方向一侧的保护区域为开放区域，设定故障电流反方向一侧的保护区域为闭锁区域；

步骤4，各个智能终端同时向各自的闭锁区域内的智能终端发送闭锁信号，若智能终端在保护延时时间内收到闭锁信号，则保持闭锁不动作，若智能终端在保护延时时间内没有收到闭锁信号，则将智能终端按照保护逻辑动作，一般就是将断路器开关跳开，切断故障电流；

步骤5，故障排除后，智能终端撤销保护动作，各个智能终端向各自的闭锁区域内的智能终端发送开锁信号，解除闭锁状态。

通过判断故障电流的方向来设定开放区域和闭锁区域，而无需判断潮流方向（谐波功率方向）以及故障点是否在电流的正方向上，能够在第一时间将最靠近故障点的智能终端跳开，形成区域保护；各个智能终端同时向各自的闭锁区域内的智能终端发送闭锁信号，收到闭锁信号的智能终端保持闭锁状态，保证闭锁区域内正常供电。

本发明的智能终端包括断路器开关以及与断路器开关相连的智能控制器，断路器开关安装在电网线路中相邻两个保护区域之间，智能控制器与断路器开关一一对应，并能判断故障电流的方向，各个智能控制器之间通过光纤以太网组成GOOSE通信网络。采用断路器开关能够迅速切断故障电流，对发生故障区域的相邻区域进行保护，采用智能控制器可组成GOOSE通信网络，与相邻的智能终端进行通信，从而达到区域保护的目的。

为了进一步提高系统通信的快速性，各个智能控制器之间通过GOOSE报文进行通信。采用智能控制器组成GOOSE通信网络，再利用GOOSE报文向相邻的智能终端发送闭锁信号和开锁信号，能够实现在发生故障时将故障区域快速隔离，同时保持其他保护区域正常供电，对其他保护区域实现了区域保护的目的。

为了进一步降低开关的速断时间，本发明的断路器开关设置为柱上真空断路器。采用柱上真空断路器能够满足快速切断故障电流的目的，且真空断路器的速断动作时间在0.1秒左右，而设置在变电站处的馈线开关的速断时间为0.3秒，也就是说柱上真空断路器能够在馈线开关切断整条线路之前将故障区域的电流切断，从而实现区域保护的目的，而且相比较一般面保护现场配置来说，对于保护定值设置（速断保护动作电流的整定）更简单，现场调试工作量和复杂程度也大大地降低。

为了进一步提高系统配置的灵活性，本发明的智能控制器设置为馈线自动化终端。采用馈线自动化终端作为智能控制器，在运行方式发生变化时，只需要改动发生变化的智能终端内对相邻的馈线自动化终端的GOOSE配置即可，而无需改变对所有馈线自动化终端的GOOSE配置，并且只需要在组态软件中修改即可，做到改动最小，影响最小。

如图2所示，CB1、CB2以及CB3都为设置在变电站的装有保护的馈线开关，馈线开关的速断动作时间一般为0.3秒至0.5秒左右，FS1-FS5都是断路器开关（如柱上真空断路器），断路器开关的速断动作时间一般为0.1秒左右，保护延时时间应小于馈线开关的速断时间，ZK1-ZK5都为智能控制器（如馈线自动化终端）。

本发明的智能终端在工作时，首先由各个断路器开关检测电网线路电流的大小，一旦达到故障电流大小，则智能终端启动，若故障发生在A点处，则FS1-FS5都能感知到故障电流，因此，FS1-FS5都同时开启保护，ZK1-ZK5判断故障电流的方向，对于ZK1来说，故障电流的正方向在自己的右侧，于是设定右侧为开放区域，设定左侧为闭锁区域，需要向左侧发送闭锁信号，而在ZK1左侧的CB1不是智能终端，虽然CB1的保护已经启动，但是由于CB1的速断时间比FS1的速断时间长，所以ZK1在保护延时时间内没有收到闭锁信号时，就控制FS1切断故障电流。

对于ZK2来说，首先判断故障电流的方向，故障电流的正方向在自己的左侧，于是设定左侧为开放区域，设定右侧为闭锁区域，需要向右侧发送闭锁信号，在ZK2右侧的智能控制器包括ZK3和ZK5，则ZK2向ZK3和ZK5发送闭锁信号，同时ZK2在保护延时时间内没有收到闭锁信号，则控制FS2切断故障电流。

对于ZK3来说，首先判断故障电流的方向，故障电流的正方向在自己的左侧，于是设定左侧为开放区域，设定右侧为闭锁区域，需要向右侧发送闭锁信号，而在ZK3右侧设有ZK4，则ZK3还要向ZK4发送闭锁信号，而ZK3在保护延时时间内收到了ZK2发送的闭锁信号，则保持闭锁状态。

对于ZK5来说，首先需要向闭锁区域内的CB3发送闭锁信号，ZK5在保护延时时间内收到了ZK2发送的闭锁信号，则保持闭锁状态，而CB3的速断时间比FS2的速断时间长，所以在FS2切断故障电流后CB3就无需再动作。

对于ZK4来说，首先判断故障电流的方向，故障电流的正方向在自己的左侧，于是设定左侧为开放区域，设定右侧为闭锁区域，需要向右侧发送闭锁信号，而在ZK4右侧为CB2，ZK4在保护延时时间内收到了ZK3发送的闭锁信号，则保持闭锁状态，而CB2的速断时间比FS2的速断时间长，所以在FS2切断故障电流后CB2就无需再动作。

若故障发生在B点处，则FS1-FS5都能感知到故障电流，因此，FS1-FS5都同时开启保护，ZK1-ZK5判断故障电流的方向，对于ZK2来说，故障电流的正方向在自己的右侧，于是设定右侧为开放区域，设定左侧为闭锁区域，需要向左侧的ZK1发送闭锁信号，而ZK2在保护延时时间内没有收到闭锁信号时，则控制FS2切断故障电流。

对于ZK3来说，首先判断故障电流的方向，故障电流的正方向在自己的左侧，于是设定左侧为开放区域，设定右侧为闭锁区域，需要向右侧发送闭锁信号，在ZK3右侧的智能控制器为ZK4，则ZK3向ZK4发送闭锁信号，同时ZK3在保护延时时间内没有收到闭锁信号，则控制FS3切断故障电流。

对于ZK5来说，首先需要向闭锁区域内的CB3发送闭锁信号，而在ZK5左侧的CB3不是智能终端，虽然CB3的保护已经启动，但是由于CB3的速断时间比FS5的速断时间长，所以ZK5在保护延时时间内没有收到闭锁信号时，就控制FS5切断故障电流。

对于ZK1来说，首先判断故障电流的方向，故障电流的正方向在自己的右侧，于是设定右侧为开放区域，设定左侧为闭锁区域，需要向左侧发送闭锁信号，而在ZK1左侧为CB1，ZK1在保护延时时间内收到了ZK2发送的闭锁信号，则保持闭锁状态，而CB1的速断时间比FS2的速断时间长，所以在FS2切断故障电流后CB1就无需再动作。

对于ZK4来说，首先判断故障电流的方向，故障电流的正方向在自己的左侧，于是设定左侧为开放区域，设定右侧为闭锁区域，需要向右侧发送闭锁信号，而在ZK4右侧为CB2，ZK4在保护延时时间内收到了ZK3发送的闭锁信号，则保持闭锁状态，而CB2的速断时间比FS3的速断时间长，所以在FS3切断故障电流后CB2就无需再动作。

Claims (3)

1.一种电网区域保护方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，根据电网区域保护需要，将电网线路分为各个保护区域，并在相邻两个保护区域之间设置智能终端；

步骤2，各个智能终端实时检测电网线路中的电流大小和方向，一旦达到故障电流大小，则智能终端开启保护；

步骤3，各个智能终端以自身所在位置处作为分界点，根据故障电流的方向设定故障电流正方向一侧的保护区域为开放区域，设定故障电流反方向一侧的保护区域为闭锁区域；

步骤4，各个智能终端同时向各自的闭锁区域内的智能终端发送闭锁信号，若智能终端在保护延时时间内收到闭锁信号，则保持闭锁不动作，若智能终端在保护延时时间内没有收到闭锁信号，则将智能终端按照保护逻辑动作，切断故障电流；

步骤5，故障排除后，智能终端撤销保护动作，各个智能终端向各自的闭锁区域内的智能终端发送开锁信号，解除闭锁状态；

所述智能终端包括断路器开关以及与断路器开关相连的智能控制器，所述断路器开关安装在电网线路中相邻两个保护区域之间，所述智能控制器与断路器开关一一对应，并能判断故障电流的方向，各个智能控制器之间通过光纤以太网组成GOOSE通信网络；各个智能控制器之间以GOOSE报文形式进行通信；

实现所述电网区域保护方法的系统为：

CB1、CB2以及CB3都为设置在变电站的装有保护的馈线开关，馈线开关的速断动作时间为0.3秒至0.5秒；FS1-FS5都是断路器开关，断路器开关的速断动作时间为0.1秒，保护延时时间小于馈线开关的速断时间；ZK1-ZK5都为智能控制器；

智能控制器ZK1-ZK5分别控制断路器开关FS1-FS5；智能控制器ZK1-ZK5之间以GOOSE报文形式进行通信；

断路器开关FS1连接在馈线开关CB1与断路器开关FS2之间，且馈线开关CB1在断路器开关FS2的左侧；断路器开关FS2连接在断路器开关FS1右侧，断路器开关FS2和断路器开关FS1的连接点为A点；

断路器开关FS3连接在断路器开关FS2的右侧，断路器开关FS4连接在断路器开关FS3的右侧，馈线开关CB2连接在断路器开关FS4的右侧；断路器开关FS3和断路器开关FS2的连接点为B点；

断路器开关FS5连接在馈线开关CB3与B点之间；

若故障发生在A点处，即在断路器开关FS1和断路器开关FS2之间，则断路器开关FS1-FS5都能感知到故障电流，因此，断路器开关FS1-FS5都同时开启保护，智能控制器ZK1-ZK5判断故障电流的方向；

对于智能控制器ZK1来说，故障电流的正方向在自己的右侧，于是设定右侧为开放区域，设定左侧为闭锁区域，则向左侧发送闭锁信号，而在智能控制器ZK1左侧的馈线开关CB1不是智能终端，虽然馈线开关CB1的保护已经启动，但是由于馈线开关CB1的速断时间比断路器开关FS1的速断时间长，所以智能控制器ZK1在保护延时时间内没有收到闭锁信号时，就控制断路器开关FS1切断故障电流；

对于智能控制器ZK2来说，首先判断故障电流的方向，故障电流的正方向在自己的左侧，于是设定左侧为开放区域，设定右侧为闭锁区域，则向右侧发送闭锁信号，在智能控制器ZK2右侧的智能控制器包括智能控制器ZK3和智能控制器ZK5，则智能控制器ZK2向智能控制器ZK3和智能控制器ZK5发送闭锁信号，同时智能控制器ZK2在保护延时时间内没有收到闭锁信号，则控制断路器开关FS2切断故障电流；

对于智能控制器ZK3来说，首先判断故障电流的方向，故障电流的正方向在自己的左侧，于是设定左侧为开放区域，设定右侧为闭锁区域，则向右侧发送闭锁信号，而在智能控制器ZK3右侧设有智能控制器ZK4，则智能控制器ZK3还要向智能控制器ZK4发送闭锁信号，而智能控制器ZK3在保护延时时间内收到了智能控制器ZK2发送的闭锁信号，则保持闭锁状态；

对于智能控制器ZK5来说，首先向闭锁区域内的馈线开关CB3发送闭锁信号，智能控制器ZK5在保护延时时间内收到了智能控制器ZK2发送的闭锁信号，则保持闭锁状态，而馈线开关CB3的速断时间比断路器开关FS2的速断时间长，所以在断路器开关FS2切断故障电流后馈线开关CB3就无需再动作；

对于智能控制器ZK4来说，首先判断故障电流的方向，故障电流的正方向在自己的左侧，于是设定左侧为开放区域，设定右侧为闭锁区域，则向右侧发送闭锁信号，而在智能控制器ZK4右侧为馈线开关CB2，智能控制器ZK4在保护延时时间内收到了智能控制器ZK3发送的闭锁信号，则保持闭锁状态，而馈线开关CB2的速断时间比断路器开关FS2的速断时间长，所以在断路器开关FS2切断故障电流后馈线开关CB2就无需再动作；

若故障发生在B点处，即在断路器开关FS2和断路器开关FS3之间，则断路器开关FS1-断路器开关FS5都能感知到故障电流，因此，断路器开关FS1-断路器开关FS5都同时开启保护，智能控制器ZK1-智能控制器ZK5判断故障电流的方向；

对于智能控制器ZK2来说，故障电流的正方向在自己的右侧，于是设定右侧为开放区域，设定左侧为闭锁区域，需要向左侧的智能控制器ZK1发送闭锁信号，而智能控制器ZK2在保护延时时间内没有收到闭锁信号时，则控制断路器开关FS2切断故障电流；

对于智能控制器ZK3来说，首先判断故障电流的方向，故障电流的正方向在自己的左侧，于是设定左侧为开放区域，设定右侧为闭锁区域，需要向右侧发送闭锁信号，在智能控制器ZK3右侧的智能控制器为智能控制器ZK4，则智能控制器ZK3向智能控制器ZK4发送闭锁信号，同时智能控制器ZK3在保护延时时间内没有收到闭锁信号，则控制断路器开关FS3切断故障电流；

对于智能控制器ZK5来说，首先需要向闭锁区域内的馈线开关CB3发送闭锁信号，而在智能控制器ZK5左侧的馈线开关CB3不是智能终端，虽然馈线开关CB3的保护已经启动，但是由于馈线开关CB3的速断时间比断路器开关FS5的速断时间长，所以智能控制器ZK5在保护延时时间内没有收到闭锁信号时，就控制断路器开关FS5切断故障电流；

对于智能控制器ZK1来说，首先判断故障电流的方向，故障电流的正方向在自己的右侧，于是设定右侧为开放区域，设定左侧为闭锁区域，需要向左侧发送闭锁信号，而在智能控制器ZK1左侧为馈线开关CB1，智能控制器ZK1在保护延时时间内收到了智能控制器ZK2发送的闭锁信号，则保持闭锁状态，而馈线开关CB1的速断时间比断路器开关FS2的速断时间长，所以在断路器开关FS2切断故障电流后馈线开关CB1就无需再动作；

对于智能控制器ZK4来说，首先判断故障电流的方向，故障电流的正方向在自己的左侧，于是设定左侧为开放区域，设定右侧为闭锁区域，需要向右侧发送闭锁信号，而在智能控制器ZK4右侧为馈线开关CB2，智能控制器ZK4在保护延时时间内收到了智能控制器ZK3发送的闭锁信号，则保持闭锁状态，而馈线开关CB2的速断时间比断路器开关FS3的速断时间长，所以在断路器开关FS3切断故障电流后馈线开关CB2就无需再动作。

2.根据权利要求1所述的电网区域保护方法，其特征在于，所述断路器开关为柱上真空断路器。

3.根据权利要求1所述的电网区域保护方法，其特征在于，所述智能控制器为馈线自动化终端。