CN104201655A - 一种无人值守变电站自动保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人值守变电站自动保护系统，变电站包括主变压器、备用变压器、母线、母联柜和多个馈线柜，该系统包括：第一电流互感器、高压侧开关、低压侧开关、开关弧光探头、第一弧光继电器扩展器、第二弧光继电器扩展器、母联电流互感器和主控单元。该无人值守变电站自动保护系统，由于在馈线柜和母联柜内的开关室、母线室和电缆室内均设置有弧光探头，所以当馈线柜或母联柜内的三个相互独立的空间中任意一个出现故障，均可以根据检测到的弧光信号配合检测到的电流对变电站进行断电保护。

Description

一种无人值守变电站自动保护系统

技术领域

本发明涉及一种无人值守变电站自动保护系统。

背景技术

中低压母线故障，特别是在采用馈线柜配电装置的情况下，电弧可能将馈线柜内的器件点燃，引起火灾，造成大面积配电设备烧毁，甚至破坏直流系统，造成更加严重的后果。如果装设快速保护，故障发生后保护立即动作，在电弧燃烧之前将故障清除，供电就可以迅速恢复，损失大大降低。根据继电保护快速性的要求，为了保证变压器及母联开关设备的安全运行，迫切需要配置中低压母线保护。

而在电力系统中，按现行保护规程，110kV 等级变电站一般不配置设中压母线保护，这使得变电站的馈线柜没有主保护。实践证明，馈线柜作为配电网的核心设备，短路故障的发生几率远大于变电站其它设备的短路故障。所以，一旦发生短路故障，因为未配备主保护，现在主要靠变压器后备保护(复合电压过流保护)切除，为了和中低压系统馈线保护在选择性上的配合，变压器后备保护往往带着很大的延时。这样使得馈线柜中的短路故障存在时间很长，常常造成严重破坏。

发明内容

本发明目的就在于克服上述不足，提供一种无人值守变电站自动保护系统。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：

一种无人值守变电站自动保护系统，所述变电站包括主变压器、备用变压器、母线、母联柜和多个馈线柜，该系统包括第一电流互感器、高压侧开关、低压侧开关、开关弧光探头、第一弧光继电器扩展器、第二弧光继电器扩展器、母联电流互感器和主控单元，其中：所述母联柜设置在所述母线上，所述母联柜内设置有开关室、母线室和电路互感器 CT室，并且所述母联柜中开关室内设置有母联开关 ；所述母联开关串联在所述母线上，将所述母线分为第一段母线和第二段母线，并且所述主变压器与第一段母线相连接，备用变压器与第二段母线相连接 ；在所述母联柜中开关室、母线室和 CT 室内均设置有母联柜弧光探头，在母联柜内设置有与母联柜弧光探头相连接的第二弧光继电器，并且所述第二弧光继电器与母联开关相连接 ；所述第一电流互感器位于所述主变压器低压侧，用于采集所述主变压器低压侧的电流 ；所述高压侧开关位于所述主变压器的高压侧，所述低压侧开关位于母线与所述主变压器之间的低压侧 ；在所述低压侧开关的开关室、CT 室内均设置有用于检测其在故障时出现的弧光的开关弧光探头 ；所述母联电流互感器与所述母线相连接，用于检测所述母线上的母线电流 ；多个馈线柜分别与所述母线相连接，每个馈线柜内均设置有开关室、母线室和电缆室，在所述馈线柜中开关室内设置有馈线开关，并且在每个馈线柜内开关室、母线室和电缆室均设置有一个馈线柜弧光探头 ；每个馈线柜内均设置一个与该馈线柜内开关室、电缆室的弧光探头相连接的第一弧光继电器，并且所述第一弧光继电器与所述开关室内设置的馈线开关相连接 ；所述主控单元的输入端分别与所述第一电流互感器、开关弧光探头相连接，所述主控单元的输出端分别与高压侧开关、低压侧开关相连接，并且输出端与所述第一弧光继电器扩展器、第二弧光继电器扩展器相连接 ；所述主控单元用于根据所述第一电流互感器采集的电流以及开关探头、馈线柜弧光探头的检测结果分别控制所述高压侧开关、低压侧开关、母联开关以及多个馈线柜中馈线开关的导通或断开。

进一步，所述主控单元包括电流比较器、弧光信号接收电路和第一跳闸电路，其中，所述弧光信号接收电路用于接收所述开关弧光探头、馈线柜弧光探头以及母联柜弧光探头的弧光检测信号 ；所述电流比较器用于将所述第一电流互感器或母联互感器采集到的电流与给定的电流值相比较，判断是否出现异常 ；所述第一跳闸电路用于当所述第一电流互感器采集到的电流异常时，如果所述馈线柜的电缆室或开关室开关的负荷侧检测到弧光信号，则生成第一跳闸信号并发送给馈线开关，如果所述第一段母线上的馈线柜母线室或低压侧开关的母线侧检测到弧光信号，则生成第二跳闸信号并发送给低压侧开关，如果所述母联柜母线室或馈线柜母线室检测到弧光信号，则生成第三跳闸信号并发送给母联开关。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，该无人值守变电站自动保护系统，由于馈线柜和母联柜中的各个隔室均是相互独立的，利用弧光探头精确定位的特点，考虑中压母线系统的每个隔室、每个死区，综合了吸收电流保护、弧光保护的特点设计一套基于弧光的中压母线快速保护的逻辑方案，最终形成了精确化的馈线柜以及母联柜全覆盖保护系统，填补了目前中压母线主保护缺失的配置现状。另外，该方案无需对现有变电站进行改造，即在不改变原有一、二次设备的前提下，达到保供电与保护设备的最大效益平衡点的目的。

附图说明

图 1 为本申请实施例提供的一种无人值守变电站自动保护系统的结构示意图 ；

图 2 为本申请实施例提供的主控单元的一种结构示意图 。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1图2所示，为了保证变电站的安全运行，通常变电站可以设置有两套高压线路，并且在变电站设置主变压器和备用变压器。下面以双变压器的变电站为例，对比本申请实施例提供的该无人值守变电站自动保护系统进行说明。图中变电站包括 ：主变压器 CT1、备用变压器 CT2、母线 M、母联柜和多个馈线柜，其中，母线 M 分别与主变压器 CT1、备用变压器 CT2相连接，多个馈线柜（每个馈线柜包含开关 Q6、Q7、Q8 或 Q9 中的一个）分别与母线 M 相连接，用于将向用户输出低压电，母联柜（其内设置有母联开关 Q10）位于母线上，用于将母线分成第一段母线I和第二段母线II，并且所述主变压器CT1与第一段母线I相连接，备用变压器CT2 与第二段母线 II 相连接。该无人值守变电站自动保护系统包括 ：主控单元 1、第一电流互感器 L1、高压侧开关低压侧开关 Q2、开关弧光探头 4、第一弧光继电器 2、第一弧光继电器扩展器 7、母联电流互感器 L4、母联开关 Q10、母联柜弧光探头 6、第二弧光继电器 8、第二弧光继电器扩展器 9 和多个馈线柜弧光探头 3。第一电流互感器 L1 串联在主变压器 CT1 的低压侧，用于采集主变压器 CT1 低压侧的电流。当变电站内的馈线柜或其它位置出现故障时，第一电流互感器 L1 采集到的电流将会出现变化，通常为电流变大出现过流现象。

高压侧开关位于主变压器 CT1 的高压侧，低压侧开关 Q2 串联在母线 M 与主变压器CT1 之间，在低压侧开关 Q2 的 CT（Current Transformer，电流互感器）室、开关室内均设置有开关弧光探头 4，开关弧光探头用于检测低压侧开关 Q2、第一电流互感器 L1 故障时出现的弧光。这样当低压侧开关 Q2 出现弧光故障时，利用开关弧光探头 4 就可以及时检测到弧光变化，进而将检测到的弧光情况发送给主控单元 1。

多个馈线柜分别与母线 M 相连接，现有的每个馈线柜内设置有三个相互独立的空间，即开关室、母线室和电缆室，为了避免馈线柜内出现检测死区，在本申请实施例中，优选地，在每个馈线柜内均设置有开关室、母线室和电缆室，其中，在开关室内设置有馈线开关（Q6、Q7、Q8 或 Q9），馈线开关串联在母线 M 与用户侧之间。

在每个馈线柜内开关室、母线室和电缆室均设置有一个馈线柜弧光探头 3，用于检测每个馈线柜内开关室、母线室和电缆室内发生的弧光故障。并且每个馈线柜内还均设置有第一弧光继电器 2，第一弧光继电器 2 与设置在馈线柜内开关室、电缆室的馈线柜弧光探头 3 相连接，而设置在馈线柜内母线室的馈线柜弧光探头 3 则可以与主控单元 1 相连接（如图 1 所示）。并且第一弧光继电器 2 与开关室内设置的馈线开关（Q6、Q7、Q8 或 Q9）相连接。

另外，在本申请其他实施例中，多个馈线柜内母线室的馈线柜弧光探头 3 可以通过一个弧光探头扩展器后再与主控单元 1 相连接。

第一弧光继电器扩展器 7 的作用是采集馈线柜弧光探头 3（仅指馈线柜开关室和电缆室内的馈线柜弧光探头）的检测信号并发送给主控单元 1，接收主控单元 1 的控制信号控制馈线开关（Q6、Q7、Q8 或 Q9）的导通或关闭。母联柜设置在母线 M 上，母联柜内设置有开关室、母线室和 CT 室，并且母联柜中开关室内设置有母联开关Q10，母联开关Q10串联在母线M上，将母线M两段，母联电流互感器L4 位于第一段母线 I 上，用于检测母线上的电流。在母联柜中开关室和 CT 室室内均设置有母联柜弧光探头 6，在母联柜内设置有与母联柜弧光探头6相连接的第二弧光继电器9，并且第二弧光继电器9与母联开关Q10相连接，第二弧光继电器 8 用于控制母联开关 Q10 的导通或断开。

第二弧光继电器扩展器 9 一端与主控单元 1 相连接，另一端与第二弧光继电器 8相连接，第二弧光继电器扩展器 9 用于采集母联柜弧光探头 6 的检测信号并发送给主控单元 1，接收主控单元 1 的控制信号母联开关 Q10 的导通或关闭。

在本申请实施中，主控单元 1 作为该保护系统的运算中心，主控单元 1 的输入端分别与第一电流互感器 L1、开关弧光探头 4 相连接，用于接收第一电流互感器 L1 采集的电流信号，并接收开关弧光探头 4、馈线柜弧光探头 3 检测到的弧光信号。主控单元 1 的输出端分别与高压侧开关、低压侧开关相连接，输出端通过第一弧光继电器扩展器 7 与每个馈线柜中的第一弧光继电器 2 相连接，并且通过第二弧光继电器扩展器 9 与母联柜内的第二弧光继电器 8 相连接。

主控单元的目的是根据第一电流互感器 L1、母联电流互感器采集的电流以及开关探头 4、馈线柜弧光探头 3 的检测结果分别控制高压侧开关、低压侧开关 Q2、母联开关 Q10以及多个馈线开关的导通或断开。

图 2 所示为本申请实施例提供的主控单元的一种结构示意图。

图中，主控单元包括 ：电流比较器11、弧光信号接收电路12和第一跳闸电路13，其中，第一跳闸电路分别与电流比较器 11、弧光信号接收电路 12 相连接。

弧光信号接收电路 12 用于接收所述开关弧光探头 4、馈线柜弧光探头 3 以及母联柜弧光探头 6 的弧光检测信号。

电流比较器 11 用于将第一电流互感器或者母联电流互感器采集到的电流与给定电流值相比较，判断是否出现异常。在具体实施方案中，当该变电站出现故障后，采集到的电流将会增大，即超过给定的电流值，出现过流异常 ；

第一跳闸电路 13 用于当电流比较器 11 的比较结果为电流异常时，判断是否检测到弧光信号，当检测到某一个弧光探头的弧光信号时，生成跳闸信号，并将跳闸信号发送给检测到弧光信号的弧光探头位置的上一级开关，并将该开关断开。

具体为 ：

1、电流异常并且馈线柜的电缆室或开关室开关的负荷侧检测到弧光信号，则生成第一跳闸信号并发送给馈线开关 ；

2、电流异常并且第一段母线上的馈线柜母线室或低压侧开关的母线侧检测到弧光信号，则生成第二跳闸信号并发送给低压侧开关 ；

3、电流异常并且母联柜母线室或馈线柜母线室检测到弧光信号，则生成第三跳闸信号并发送给母联开关。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种无人值守变电站自动保护系统，所述变电站包括主变压器、备用变压器、母线、母联柜和多个馈线柜，其特征在于：该系统包括第一电流互感器、高压侧开关、低压侧开关、开关弧光探头、第一弧光继电器扩展器、第二弧光继电器扩展器、母联电流互感器和主控单元，其中：所述母联柜设置在所述母线上，所述母联柜内设置有开关室、母线室和电路互感器 CT室，并且所述母联柜中开关室内设置有母联开关 ；所述母联开关串联在所述母线上，将所述母线分为第一段母线和第二段母线，并且所述主变压器与第一段母线相连接，备用变压器与第二段母线相连接 ；在所述母联柜中开关室、母线室和 CT 室内均设置有母联柜弧光探头，在母联柜内设置有与母联柜弧光探头相连接的第二弧光继电器，并且所述第二弧光继电器与母联开关相连接 ；所述第一电流互感器位于所述主变压器低压侧，用于采集所述主变压器低压侧的电流 ；所述高压侧开关位于所述主变压器的高压侧，所述低压侧开关位于母线与所述主变压器之间的低压侧 ；在所述低压侧开关的开关室、CT 室内均设置有用于检测其在故障时出现的弧光的开关弧光探头 ；所述母联电流互感器与所述母线相连接，用于检测所述母线上的母线电流 ；多个馈线柜分别与所述母线相连接，每个馈线柜内均设置有开关室、母线室和电缆室，在所述馈线柜中开关室内设置有馈线开关，并且在每个馈线柜内开关室、母线室和电缆室均设置有一个馈线柜弧光探头 ；每个馈线柜内均设置一个与该馈线柜内开关室、电缆室的弧光探头相连接的第一弧光继电器，并且所述第一弧光继电器与所述开关室内设置的馈线开关相连接 ；所述主控单元的输入端分别与所述第一电流互感器、开关弧光探头相连接，所述主控单元的输出端分别与高压侧开关、低压侧开关相连接，并且输出端与所述第一弧光继电器扩展器、第二弧光继电器扩展器相连接 ；所述主控单元用于根据所述第一电流互感器采集的电流以及开关探头、馈线柜弧光探头的检测结果分别控制所述高压侧开关、低压侧开关、母联开关以及多个馈线柜中馈线开关的导通或断开。

2.根据权利要求 1 所述的系统，其特征在于，所述主控单元包括 ：电流比较器、弧光信号接收电路和第一跳闸电路，其中，所述弧光信号接收电路用于接收所述开关弧光探头、馈线柜弧光探头以及母联柜弧光探头的弧光检测信号 ；所述电流比较器用于将所述第一电流互感器或母联互感器采集到的电流与给定的电流值相比较，判断是否出现异常 ；所述第一跳闸电路用于当所述第一电流互感器采集到的电流异常时，如果所述馈线柜的电缆室或开关室开关的负荷侧检测到弧光信号，则生成第一跳闸信号并发送给馈线开关，如果所述第一段母线上的馈线柜母线室或低压侧开关的母线侧检测到弧光信号，则生成第二跳闸信号并发送给低压侧开关，如果所述母联柜母线室或馈线柜母线室检测到弧光信号，则生成第三跳闸信号并发送给母联开关。