CN104362599B - 智能变电站低压母线保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能变电站低压母线保护方法，由母线保护装置和与其相连的各支路保护测控装置协同实现，分别通过有源支路保护测控装置的稳态电流过流元件和电流变化量元件启动母线保护装置，由各支路的功率方向元件或电流过流元件向母线保护装置发送允许动作信号，由母线复合电压闭锁元件作为母线故障的开放条件；母线保护装置采用启动+允许动作信号相结合的方式实现母线区内外故障的判别，当同时满足上述3个条件时，判别为母线故障，母线保护装置动作切除故障母线，并能够实现分段死区和变压器低压侧死区故障的判别与隔离。本发明能够快速准确地切除35kV及以下电压等级的母线故障，能够直接应用于数字化或智能化变电站。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统继电保护技术领域，具体涉及一种智能变电站低压（35kV及以下电压等级）母线保护方法。
背景技术
目前高压变电站中的35kV及以下电压等级系统出线多、操作频繁，且由于小动物危害、设备绝缘老化和机械磨损等原因，经常发生母线故障。而目前的35kV及以下电压等级的母线没有设置专门的母线保护，故障靠装设于变压器低压侧的限时速断保护切除，切除故障所需时间长，加大了设备的损坏程度，易引发相邻设备的大面积烧毁，严重时甚至会烧毁主变。若采用目前应用于110kV及以上电压等级的常规母线配置方案，由于间隔多，单个装置难以实现，且需增加大量的二次电缆，成本高，施工工作量大，二次电缆故障几率和保护运维难度大，难以推广实施。
目前，已有学者针对此问题展开了相关研究。例如（1）王锐、王政涛、李海星等在《电力系统保护与控制》（2009，37(14)：51-54）上公开了一种基于GOOSE方式的网络化母线保护；（2）中国专利申请号为200810167954.6的技术方案公开了一种基于GOOSE方式网络化母线保护方法。现有技术（1）及现有技术（2）提出在电力网络发生故障时通过分散的各个保护单元（测控装置）判断出故障电流流动方向以区分是否为母线故障，并由相关母线段上的所有出线保护测控装置、分段断路器保护测控装置、进线保护测控装置（包括变压器低压侧的接口单元）协调完成母线保护。上述技术方案虽然减少了二次电缆的使用量，但在实施过程中，每个保护测控装置都要接收其他保护测控装置的GOOSE信号并判断有无闭锁信息以决定是否跳本间隔，增加了装置配置和网络传输的复杂性；同时，方案中提到的“利用出线保护测控装置、分段断路器保护测控装置、进线保护测控装置(包括变压器低压侧的接口单元)完成故障点的确定，利用分段断路器保护测控装置、进线保护测控装置(包括变压器低压侧的接口单元)完成母线故障切除”的方法未考虑母线带有电源出线支路的情况。此种情况下，只切分段和进线断路器是不能隔离故障的。此外，上述方法并没有考虑变压器低压侧和分段死区位置的故障，无法实现死区故障的隔离。
综上所述，在工程实际运用中，迫切需要一种新的、有效的智能变电站低压母线保护方法，在有效减少二次电缆使用量及尽可能避免各保护测控装置间通讯，有效降低装置配置和网络传输的复杂性的同时，能快速、准确的切除35kV及以下电压等级母线故障及死区故障。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的上述问题，提供一种能够快速准确地切除35kV及以下电压等级母线故障及死区故障，能够直接应用于数字化或智能化变电站，减少二次电缆使用量的智能变电站低压母线保护方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种智能变电站低压母线保护方法，由母线保护装置和与母线保护装置相连的各支路保护测控装置协同实现，所述母线保护装置针对每一段母线采用复合电压闭锁元件闭锁，实施步骤包括：
1）分别通过各有源支路的保护测控装置检测对应支路的电流以及电流变化量，如果任意一条有源支路的电流超过稳态过流启动门槛值、且同时有任意一条有源支路电流变化量超过电流变化量启动门槛值时则启动母线保护装置；对于变压器、馈线和分段支路，通过各支路保护测控装置获取对应支路的功率方向，如果功率方向为反方向，则向母线保护装置发送允许动作信号；对于电容器和站用变支路，通过各支路保护测控装置判断对应支路的电流是否过流，如果对应支路的A、B、C三相电流均因未过流而不满足过流动作条件，则向母线保护装置发送允许动作信号；
2）所述母线保护装置在启动后的指定时间内接收来自各个支路保护测控装置发送的允许动作信号，如果在指定时间内接收到某一段母线下所有支路保护测控装置发送的允许动作信号，则判定该段母线发生母线内部故障，在母线内部故障时以所述复合电压闭锁元件的开放状态作为母线保护装置动作切除该段母线的必要条件，只有该母线对应的复合电压闭锁元件在开放状态下，母线保护装置才能动作切除该段母线，且母线保护装置动作切除故障母线的同时，由母线保护装置向变压器保护测控装置发送本侧母线保护动作信号，跳转执行步骤3）；如果在指定时间内只接收到部分支路保护测控装置向母线保护装置发送的允许动作信号，则判定该母线为母线外部故障，母线保护装置不动作，结束并退出；
3）在母线保护装置动作切除故障母线后，若母线保护装置内该段故障母线的保护动作信号为1，且母线保护装置继续收到分段保护测控装置向母线保护装置发送的分段过流保护动作信号，则判定发生分段死区故障，延时跳开电流互感器侧母线的所有支路，切除分段死区故障；同时，若变压器保护测控装置检测到本侧母线保护开入收到母线保护装置发送的母线保护动作信号，且检测到变压器低压侧电流大于稳态过流门槛值使得本侧静稳态启动母线保护信号开入，则判定发生变压器低压侧死区故障，延时跳开变压器除低压侧以外的其他侧断路器，切除变压器低压侧死区故障。
优选地，所述步骤1）中启动母线保护装置的详细步骤包括：在支路保护测控装置中设置启动元件，所述启动元件包括稳态电流过流启动元件和电流变化量启动元件，分别通过有源支路的保护测控装置检测对应支路的电流以及电流变化量，在母线及馈线支路发生故障时，对应有源支路的电流超过稳态过流启动门槛值，所述稳态电流过流启动元件启动并输出过流启动信号；在对应有源支路的电流变化量超过电流变化量启动门槛值时，所述电流变化量启动元件启动输出变化量启动信号；如果任意一条有源支路的支路保护测控装置中的稳态电流过流启动元件输出过流启动信号，且同时有任意一条有源支路的支路保护测控装置中的电流变化量启动元件输出变化量启动信号，则启动母线保护装置。
优选地，所述电流变化量启动门槛值为对应有源支路额定电流的0.15倍。
优选地，所述复合电压闭锁元件由变压器保护测控装置实现，所述复合电压闭锁元件实时检测对应母线的负序电压、零序电压和相间电压，如果某一段母线的负序电压大于负序电压门槛值、零序电压大于零序电压门槛值、相间电压小于相间电压门槛值三个判据中的任意一项被满足，则该段母线的复合电压闭锁元件处于开放状态，否则该段母线的复合电压闭锁元件处于非开放状态。
优选地，所述零序电压门槛值为对应母线额定电压的0.2倍。
优选地，所述步骤1）中对于变压器、馈线和分段支路，通过各支路保护测控装置获取对应支路的功率方向的详细步骤包括：对于变压器、馈线和分段支路，通过各支路保护测控装置的功率方向元件检测对应支路的功率方向，所述功率方向元件设置有电流有流门槛值和电压有压门槛值来约束功率方向的判别；各支路保护测控装置检测对应支路的电流以及电压，如果电流小于有流门槛值则功率方向元件的默认功率方向为反方向，使得对应支路的功率方向为反方向；如果电流大于或等于有流门槛值且电压大于有压门槛值，所述功率方向元件采用90°接线算法计算功率方向，按相启动，分别判别A、B、C三相每一相的功率方向；如果电流大于或等于有流门槛值且电压小于有压门槛值，所述功率方向元件采用记忆电压判别A、B、C三相每一相的功率方向，且记忆电压取故障前三个周期的电压；如果A、B、C三相中两相或三相的功率方向元件功率方向为反方向，则对应支路的功率方向为反方向，否则对应支路的功率方向为正方向；所述步骤1）中对于电容器和站用变支路，通过各支路保护测控装置判断对应支路的电流是否过流时，具体是指通过支路保护测控装置的电流过流元件分别判别对应支路的A、B、C三相是否过电流。
优选地，所述有压门槛值为变电站低压侧母线额定电压的0.05倍；所述步骤2）中的指定时间为100ms。
优选地，所述步骤2）中母线保护装置动作切除故障母线的同时，在母线保护装置内将该段故障母线的保护动作信号置为1，并展宽3s。
优选地，所述步骤3）中的分段过流保护动作信号具体由分段保护测控装置检测对应分段的分段电流，如果检测得到的对应分段的分段电流大于分段过流门槛值，则向母线保护装置发出分段过流保护动作信号。
优选地，所述步骤3）中本侧静稳态启动母线保护开入具体是在变压器保护测控装置检测到变压器低压侧任一相电流大于整定的稳态过流门槛值时触发，并展宽3s。
本发明的智能变电站低压母线保护方法具有下述优点：
1、本发明的智能变电站低压母线保护方法由母线保护装置和与母线保护装置相连的各支路保护测控装置协同实现，相对现有技术而言，虽然增加了一台母线保护装置，但各支路保护测控装置之间无需通讯，简化了装置配置，结构也更加清晰合理。
2、本发明的智能变电站低压母线保护方法通过各有源支路保护测控装置检测的电流以及电流变化量、稳态过流启动门槛值、电流变化量启动门槛值来启动母线保护装置，通过各变压器、馈线和分段支路保护测控装置获取对应支路的功率方向，如果功率方向为反方向，则向母线保护装置发送允许动作信号；通过各电容器和站用变支路保护测控装置判断对应支路的电流是否过流，如果三相电流均不满足过流动作条件，则向母线保护装置发送允许动作信号。母线保护装置采用启动+允许动作信号相结合的方式判断母线的故障类型为母线内部故障或者母线外部故障，且在母线内部故障的情况时以复合电压闭锁元件开放为动作切除故障母线的必要条件，实现了基于“启动”+“允许”+“闭锁开放”三种条件的低压母线保护，能快速、准确的切除35kV及以下电压等级母线故障，实现对低压母线的最佳保护，而且由母线保护装置判别母线是否故障，进而判定是否需要切除母线的设计也符合继电保护人员的思维习惯，有利于其对装置的快速掌握。
3、本发明的母线保护装置在启动后的指定时间内接收来自各个支路保护测控装置发送的允许动作信号，如果在指定时间内接收到所有支路保护测控装置发送的允许动作信号，则判定为母线内部故障，母线保护装置动作切除故障母线；如果在指定时间内只接收到部分支路保护测控装置向母线保护装置发送的允许动作信号时，则判定为母线外部故障，母线保护装置不动作，考虑了母线带有电源出线支路的情况，当母线内部故障时，母线保护动作将切除该段故障母线，从而能够有效隔离故障母线。
4、本发明的母线分段死区保护通过接收分段保护的稳态过流信号和母线保护动作信号，实现了对分段死区故障的快速隔离，大大减轻了死区故障对非故障母线段各有源支路的冲击。
5、本发明的变压器低压侧死区保护通过变压器保护测控装置接收母线保护动作信号和自身检测的低压侧过流信号，实现了对变压器低压侧死区故障的快速隔离，避免了死区故障靠变压器其他侧后备保护动作带来的动作延时过长的问题，大大减轻了短路电流对变压器造成的损害。
6、本发明的智能变电站低压母线保护方法由母线保护装置和与母线保护装置相连的各支路保护测控装置协同实现，母线保护装置与各支路保护测控装置之间的信息（启动、允许动作等）传递均可以采用基于IEC61850标准的GOOSE信号，可直接应用于数字化或智能化变电站，克服了常规方法所用二次电缆多的缺点，具有实际应用价值。
附图说明
图1为本发明实施例的基本流程示意图。
图2为本发明实施例中母线保护装置和各支路保护测控装置连接结构示意图。
图3为本发明实施例中母线保护装置的启动逻辑示意图。
图4为本发明实施例中母线保护装置执行母线保护动作的逻辑示意图。
图5为本发明实施例中复合电压闭锁元件的开放逻辑示意图。
图6为本发明实施例中支路保护测控装置的允许动作信号逻辑示意图。
图7为本发明实施例中分段死区保护动作的逻辑示意图。
图8为本发明实施例中变压器低压侧死区保护动作的逻辑示意图。
图9为应用本发明实施例方法的I母和II母的主接线示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实施例的智能变电站低压母线保护方法由母线保护装置和与母线保护装置相连的各支路保护测控装置（支路1支路保护测控装置、支路2支路保护测控装置、……、支路n支路保护测控装置）协同实现，母线保护装置针对每一段母线采用复合电压闭锁元件闭锁，实施步骤包括：
1）分别通过各有源支路（主变低压侧支路、分段开关支路或带有电源的出线支路）的保护测控装置检测对应支路的电流以及电流变化量，如果任意一条有源支路的电流超过稳态过流启动门槛值，且同时有任意一条有源支路电流变化量超过电流变化量启动门槛值时则启动母线保护装置；对于变压器、馈线和分段支路，通过各支路保护测控装置获取对应支路的功率方向，如果功率方向为反方向，则向母线保护装置发送允许动作信号；对于电容器和站用变支路，通过各支路保护测控装置判断对应支路的电流是否过流，如果对应支路的A、B、C三相电流均因未过流而不满足过流动作条件，则向母线保护装置发送允许动作信号；
2）母线保护装置在启动后的指定时间（本实施例中为100ms）内接收来自各个支路保护测控装置发送的允许动作信号，如果在指定时间内接收到某一段母线下所有支路保护测控装置发送的允许动作信号，则判定该段母线发生母线内部故障，在母线内部故障时以复合电压闭锁元件的开放状态作为母线保护装置动作切除该段母线的必要条件，只有该母线对应的复合电压闭锁元件在开放状态下，母线保护装置才能动作切除该段母线，且母线保护装置动作切除故障母线的同时，由母线保护装置向变压器保护测控装置发送本侧母线保护动作信号，跳转执行步骤3）；如果在指定时间内只接收到部分支路保护测控装置向母线保护装置发送的允许动作信号，则判定该母线为母线外部故障，母线保护装置不动作，结束并退出；
3）在母线保护装置动作切除故障母线后，若母线保护装置内该段故障母线的保护动作信号为1，且母线保护装置继续收到分段保护测控装置向母线保护装置发送的分段过流保护动作信号，则判定发生分段死区故障，延时Ts1（本实施例中为100ms）后，跳开电流互感器侧母线的所有支路，切除分段死区故障；同时，若变压器保护测控装置检测到本侧母线保护开入收到母线保护装置发送的母线保护动作信号，且检测到变压器低压侧电流大于稳态过流门槛值使得本侧静稳态启动母线保护信号开入，则判定发生变压器低压侧死区故障，延时Ts2（本实施例中为100ms）后，跳开变压器除低压侧以外的其他侧断路器，切除变压器低压侧死区故障。
如图2所示，本实施例的智能变电站低压母线保护方法由母线保护装置和与母线保护装置相连的各支路保护测控装置（支路1支路保护测控装置、支路2支路保护测控装置、……、支路n支路保护测控装置）协同实现，母线保护装置和与母线保护装置相连的各支路保护测控装置之间基于GOOSE网相连，母线保护装置与各支路保护测控装置之间的信息（启动、允许动作等）传递均可以采用基于IEC61850标准的GOOSE信号，可直接应用于数字化或智能化变电站，克服了常规方法所用二次电缆多的缺点，具有实际应用价值。本实施例通过各支路保护测控装置分别进行相应支路故障方向或故障过流的判别，在判定为反方向故障或支路无过流时，向母线保护装置发送允许动作的GOOSE信息（允许动作信号）；母线保护装置启动后展宽100ms，在100ms内收到所有支路测控保护装置的允许动作信号，则经过设定的延时Ts母线保护出口动作，母线保护装置动作跳开与该母线相关的电源支路；满100ms时，只收到部分支路测控保护装置的允许动作信号，则判为母线外部故障，母线保护不动作。本实施例采用启动+允许动作信号允许相结合的方式判断母线的故障类型为母线内部故障或者母线外部故障，且在母线内部故障的情况下且以复合电压闭锁元件开放为动作切除故障母线必要条件，实现了基于“启动”+“允许” +“闭锁开放”三种条件的低压母线保护，能快速、准确的切除35kV及以下电压等级母线故障，实现对低压母线的最佳保护，而且由母线保护装置判别母线是否故障，进而判定是否需要切除母线的设计也符合继电保护人员的思维习惯，有利于其对装置的快速掌握。现有解决方法相比，本发明的方法结构清晰合理，不仅能快速、准确的切除35kV及以下电压等级母线故障，而且符合继电保护人员的思维习惯，有效减少了二次电缆使用量及避免了各保护测控装置间通讯。
本实施例中，步骤1）中启动母线保护装置的详细步骤包括：在支路保护测控装置中设置启动元件，启动元件包括稳态电流过流启动元件和电流变化量启动元件，分别通过有源支路的保护测控装置检测对应支路的电流以及电流变化量，在母线及馈线支路发生故障时，对应有源支路的电流超过稳态过流启动门槛值，稳态电流过流启动元件启动并输出过流启动信号；在对应有源支路的电流变化量超过电流变化量启动门槛值时，电流变化量启动元件启动输出变化量启动信号；如果任意一条有源支路的支路保护测控装置中的稳态电流过流启动元件输出过流启动信号，且同时有任意一条有源支路的支路保护测控装置中的电流变化量启动元件输出变化量启动信号，则启动母线保护装置。本实施例中，电流变化量启动门槛值为对应有源支路的额定电流的0.15倍；稳态过流启动门槛值可按过流整定原则整定，在母线及馈线发生故障时，过流启动元件启动，正常运行时不启动。
本实施例中，有源支路的两种启动元件启动后，会分别向母线保护装置发送启动信号，在母线保护装置收到某段母线任一有源支路的稳态过流启动信号以及任一有源支路的电流变化量启动信号后，母线保护装置启动，进入故障判别程序。母线保护装置的启动逻辑如图3所示，以I母和II母两段母线（I母和II母两段母线各连有n条支路）为例，对于I母而言，n路稳态电流过流启动元件的启动信号（I母有源支路1过流开入～I母有源支路n过流开入）同时作为对应I母的一个或逻辑的输入，n路电流变化量启动元件的启动信号（I母有源支路1变化量开入～I母有源支路n变化量开入）同时作为对应I母的另一个或逻辑的输入，对应I母的前述两个或逻辑的输出则同时作为一个对应I母的一个与逻辑的输入；II母与I母的逻辑完全相同，在此不再赘述；I母和II母两段母线的与逻辑的输出同时作为一个公共的或门的输入，或门的输出则通过GOOSE网连接到母线保护装置。基于上述逻辑，如果任意一条有源支路的支路保护测控装置中的稳态电流过流启动元件输出过流启动信号，且同时有任意一条有源支路的支路保护测控装置中的电流变化量启动元件输出变化量启动信号，则公共的或门向母线保护装置输出启动信号，从而启动母线保护装置。
如图4所示，以I母为例，左侧的与门用于判断I母对应各支路保护测控装置的允许动作信号，仅仅在所有支路保护测控装置均输出允许动作信号（I母支路1允许动作开入、I母支路2允许动作开入、……、I母支路n允许动作开入）时，左侧的与门才会有输出；母线保护装置启动、对应的复合电压闭锁元件在开放状态（即，I母对应的复合电压闭锁元件开放）、左侧的与门的输出同时作为右侧的与门的输入，只有三个输入条件的逻辑均为1时，右侧的与门才会输出GOOSE信号触发母线保护装置的延时元件Ts（10ms），延时到达后母线保护动作跳开该段母线上各支路的断路器，切除故障。
本实施例中，复合电压闭锁元件由变压器保护测控装置实现，复合电压闭锁元件实时检测对应母线的负序电压、零序电压和相间电压，如果某一段母线的负序电压大于负序电压门槛值、零序电压大于零序电压门槛值、相间电压小于相间电压门槛值三个判据中的任意一项被满足，则该段母线的复合电压闭锁元件处于开放状态，否则该段母线的复合电压闭锁元件处于非开放状态。
如图5所示，复合电压闭锁元件状态的逻辑采用或门实现，对于I母而言，如果I母负序电压大于负序电压门槛值U2d、I母零序电压大于零序电压门槛值U0d、I母相间电压小于相间电压门槛值U1d三个判据中的任意一项被满足，则I母对应的或门则向母线保护装置输出I母复合电压闭锁元件开放的GOOSE信号。本实施例中，零序电压门槛值U0d为对应母线额定电压的0.2倍；负序电压门槛值U2d和相间电压门槛值U1d可以根据需要整定。
本实施例中，步骤1）中对于变压器、馈线和分段支路通过各支路保护测控装置获取对应支路的功率方向的详细步骤包括：对于变压器、馈线和分段支路，通过各支路保护测控装置的功率方向元件检测对应支路的功率方向，功率方向元件设置有电流有流门槛值和电压有压门槛值来约束功率方向的判别；各支路保护测控装置检测对应支路的电流以及电压，如果电流小于有流门槛值则功率方向元件的默认功率方向为反方向，使得对应支路的功率方向为反方向；如果电流大于或等于有流门槛值且电压大于有压门槛值，功率方向元件采用90°接线算法计算功率方向，按相启动，分别判别A、B、C三相每一相的功率方向；如果电流大于或等于有流门槛值且电压小于有压门槛值，功率方向元件采用记忆电压判别A、B、C三相每一相的功率方向，且记忆电压取故障前三个周期的电压；如果A、B、C三相中两相或三相的功率方向元件功率方向为反方向，则对应支路的功率方向为反方向，否则对应支路的功率方向为正方向。本实施例中，有压门槛值为对应有源支路的额定电压的0.05倍；有流门槛值按相应支路过流原则整定。此外，本实施例中，步骤1）中对于电容器和站用变支路，通过各支路保护测控装置判断对应支路的电流是否过流时，具体是指通过支路保护测控装置的电流过流元件分别判别对应支路的A、B、C三相是否过电流。本实施例中，电容器支路过电流门槛值为支路所连电容器组额定电流的2倍；站用变支路过电流门槛值为支路所连站用变额定电流的1.2倍。
本实施例中，在电流小于有流门槛值时，该支路功率方向元件默认输出为反方向。在电流大于有流门槛值时，采用90°接线算法的功率方向元件进行方向判别，其中当电压小于有压门槛值时，功率方向元件电压采用记忆电压，消除了功率方向元件的动作死区。
如图6所示，通过或门（图中位于右侧）来实现总的逻辑判断，如果电流I＜有流门槛值Id则功率方向元件的默认功率方向为反方向；如果电流I≥有流门槛值Id则通过一个与门和一个或非门来实现“三取二”的逻辑，A、B、C三相功率方向元件中，两个或以上的功率方向元件判为反方向（0）条件下，则或非门输出逻辑值为1，如果满足电流I≥有流门槛值Id，则或门（图中位于右侧）会向母线保护装置发送允许动作信号。
本实施例还包括母线分段死区故障的处理步骤：在母线保护装置动作切除故障母线后，若母线保护装置内该段故障母线保护动作信号为1且母线保护装置继续收到分段保护测控装置向母线保护装置发送的分段过流保护动作信号则判定发生分段死区故障，延时Ts1（100ms），跳开电流互感器侧母线的所有支路，切除分段死区故障。本实施例中，步骤2）中母线保护装置动作切除故障母线的同时，在母线保护装置内将该段故障母线的保护动作信号置为1，并展宽3s；步骤3）中的分段过流保护动作信号具体由分段保护测控装置检测对应分段的分段电流，如果检测得到的对应分段的分段电流大于分段过流门槛值(即I、II母分段过流开入)，则向母线保护装置发出分段过流保护动作信号。
如图7所示，以I母和II母为例，I母和II母之间的分段断路器和电流互感器之间的故障是母线保护的死区，其保护动作逻辑如下：分段死区故障后，按照本实施例母线保护装置的动作逻辑，母线保护装置动作将切除故障母线（假定为I母），即将靠近断路器侧母线（I母）所有支路跳开。母线保护装置动作的同时，将在母线保护装置内将I母母线保护动作信号置为1，并展宽3s（参见图7，即信号保持3000ms），但此时故障点并不会消除，II母会继续向短路点提供短路电流。此时分段保护测控装置会检测到分段电流大于分段过流门槛值(即I、II母分段过流开入)，向母线保护装置发送分段过流保护动作信号。当I、II母分段过流开入及I母母线保护动作信号均为1时，母线保护装置判定发生分段死区保护，延时Ts1（100ms），跳开电流互感器侧母线（II母）的所有支路，切除死区故障。
本实施例还包括变压器低压侧死区故障的处理步骤：在变压器保护测控装置检测到母线保护装置发送的母线保护动作信号的同时，检测到变压器低压侧电流大于稳态过流门槛值(即本侧静稳态启动母线保护开入)，则判定发生变压器低压侧死区故障，延时Ts2（100ms）后，跳开变压器其他侧断路器，切除变压器低压侧死区故障。本实施例中步骤3）中本侧静稳态启动母线保护开入是在变压器保护测控装置检测到变压器低压侧任一相电流大于整定的稳态过流门槛值时触发（置1），并展宽3s。
如图8所示，变压器低压侧断路器和电流互感器之间的故障是母线保护的死区，其保护动作逻辑如下：变压器低压侧死区故障后，按照本实施例母线保护装置的动作逻辑，母线保护装置动作将切除该变压器所在的母线，即将变压器低压侧所在母线上的所有支路跳开。母线保护装置动作切除故障母线的同时，将由母线保护装置向变压器保护测控装置发送本侧母线保护动作信号，但此时故障点并不会消除，变压器其他侧会继续向故障点提供短路电流。此时变压器保护测控装置会检测到变压器低压侧电流大于稳态过流门槛值(即本侧静稳态启动母线保护开入)，并展宽3s（参见图8，即信号保持3000ms）；当本侧静稳态启动母线保护开入及本侧母线保护动作信号均为1时，变压器保护测控装置判定发生变压器低压侧死区故障，延时Ts2（100ms）后，跳开变压器其他侧断路器，切除变压器低压侧死区故障。
以图9所示的有I母和II母两段母线组成单母双分段主接线结构为例，其不同的故障情况下对应的处理步骤如下：
（1）母线内部故障。如图9中I母K1点故障时，主变低压侧支路出现故障电流，主变保护测控装置中的两种启动元件均会动作，向母线保护装置发送稳态过流启动和电流变化量启动GOOSE信号，母线保护装置启动。由于母线故障导致的电压下降或电压不平衡，主变低压侧保护测控装置复压闭锁元件开放，向母线保护装置发送复压闭锁开放GOOSE信号。整定功率方向以流出I母为正方向，则此时主变低压侧、有源支路及分段断路器支路中功率方向指向I母母线侧，判为反方向故障，相应各支路保护测控装置向母线保护装置发送允许动作GOOSE信号。对于馈线支路，由于母线电压下降，电流达不到有流门槛值，其功率方向元件默认功率方向为反方向。母线保护装置在收到I母所有支路保护测控装置的允许动作信号后，判为I母故障，向I母各支路发跳闸GOOSE信号，切除I母故障。
（2）母线外部故障。若外部故障发生在馈线上，如图9中K2点，此时母线保护装置虽会启动，但馈线支路功率方向指向线路，馈线支路保护测控装置判别为正方向故障而不向母线保护装置发送允许动作的GOOSE信号，母线保护装置不会动作。若外部故障发生在有电源的支路上，如K3点，外部电源和母线提供的短路电流均流向故障点，流过电流互感器的电流则为母线提供的短路电流，该支路的保护测控装置判断为正方向故障，不向母线保护装置发送允许动作信号，母线保护装置也不会动作。
（3）分段死区故障。若故障发生在分段断路器（图9中以矩形方框表示）和电流互感器（图9中以圆圈表示）之间的K4点，此时I母所有支路功率方向指向I母线，判为反方向故障，I母母线保护动作后跳开I母所有支路。母线保护装置动作的同时，将在母线保护装置内将I母母线保护动作信号置为1，并展宽3s，但故障并未消除，II母会继续向短路点提供短路电流。此时分段保护测控装置会检测到分段电流大于分段过流门槛值(即I、II母分段过流开入)，向母线保护装置发送分段过流保护动作信号。当I、II母分段过流开入及I母母线保护动作信号均为1时，母线保护装置判定发生分段死区保护，延时Ts1（100ms），跳开电流互感器侧母线（II母）的所有支路，切除死区故障。
（4）变压器低压侧死区故障。若故障发生在1#变压器低压侧断路器（图9中以矩形方框表示）和电流互感器（图9中以圆圈表示）之间的K5点，属于I母区内故障，I母母线保护动作后跳开I母所有支路后，故障并未消除，1#变压器高压侧会继续向故障点提供短路电流。此时1#变压器保护测控装置会检测到变压器低压侧电流大于稳态过流门槛值(即本侧静稳态启动母线保护开入)，并展宽3s；同时，变压器保护测控装置会收到母线保护装置发来的本侧母线保护动作信号。当本侧静稳态启动母线保护开入及本侧母线保护动作信号均为1时，变压器保护测控装置判定发生变压器低压侧死区故障，延时Ts2（100ms）后，跳开变压器高压侧断路器，切除变压器低压侧死区故障。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种智能变电站低压母线保护方法，其特征在于，由母线保护装置和与母线保护装置相连的各支路保护测控装置协同实现，所述母线保护装置针对每一段母线采用复合电压闭锁元件闭锁，实施步骤包括：
1）分别通过各有源支路的保护测控装置检测对应支路的电流以及电流变化量，如果任意一条有源支路的电流超过稳态过流启动门槛值，且同时有任意一条有源支路电流变化量超过电流变化量启动门槛值时则启动母线保护装置；对于变压器、馈线和分段支路，通过各支路保护测控装置获取对应支路的功率方向，如果功率方向为反方向，则向母线保护装置发送允许动作信号；对于电容器和站用变支路，通过各支路保护测控装置判断对应支路的电流是否过流，如果对应支路的A、B、C三相电流均因未过流而不满足过流动作条件，则向母线保护装置发送允许动作信号；
2）所述母线保护装置在启动后的指定时间内接收来自各个支路保护测控装置发送的允许动作信号，如果在指定时间内接收到某一段母线下所有支路保护测控装置发送的允许动作信号，则判定该段母线发生母线内部故障，在母线内部故障时以所述复合电压闭锁元件的开放状态作为母线保护装置动作切除该段母线的必要条件，只有该母线对应的复合电压闭锁元件在开放状态下，母线保护装置才能动作切除该段母线，且母线保护装置动作切除故障母线的同时，由母线保护装置向变压器保护测控装置发送本侧母线保护动作信号，跳转执行步骤3）；如果在指定时间内只接收到部分支路保护测控装置向母线保护装置发送的允许动作信号，则判定该母线为母线外部故障，母线保护装置不动作，结束并退出；
3）在母线保护装置动作切除故障母线后，若母线保护装置内该段故障母线的保护动作信号为1，且母线保护装置继续收到分段保护测控装置向母线保护装置发送的分段过流保护动作信号，则判定发生分段死区故障，延时跳开电流互感器侧母线的所有支路，切除分段死区故障；同时，若变压器保护测控装置检测到本侧母线保护开入收到母线保护装置发送的母线保护动作信号，且检测到变压器低压侧电流大于稳态过流门槛值使得本侧静稳态启动母线保护信号开入，则判定发生变压器低压侧死区故障，延时跳开变压器除低压侧以外的其他侧断路器，切除变压器低压侧死区故障。
2.根据权利要求1所述的智能变电站低压母线保护方法，其特征在于，所述步骤1）中启动母线保护装置的详细步骤包括：在支路保护测控装置中设置启动元件，所述启动元件包括稳态电流过流启动元件和电流变化量启动元件，分别通过有源支路的保护测控装置检测对应支路的电流以及电流变化量，在母线及馈线支路发生故障时，对应有源支路的电流超过稳态过流启动门槛值，所述稳态电流过流启动元件启动并输出过流启动信号；在对应有源支路的电流变化量超过电流变化量启动门槛值时，所述电流变化量启动元件启动输出变化量启动信号；如果任意一条有源支路的支路保护测控装置中的稳态电流过流启动元件输出过流启动信号，且同时有任意一条有源支路的支路保护测控装置中的电流变化量启动元件输出变化量启动信号，则启动母线保护装置。
3.根据权利要求2所述的智能变电站低压母线保护方法，其特征在于：所述电流变化量启动门槛值为对应有源支路额定电流的0.15倍。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的智能变电站低压母线保护方法，其特征在于：所述复合电压闭锁元件由变压器保护测控装置实现，所述复合电压闭锁元件实时检测对应母线的负序电压、零序电压和相间电压，如果某一段母线的负序电压大于负序电压门槛值、零序电压大于零序电压门槛值、相间电压小于相间电压门槛值三个判据中的任意一项被满足，则该段母线的复合电压闭锁元件处于开放状态，否则该段母线的复合电压闭锁元件处于非开放状态。
5.根据权利要求4所述的智能变电站低压母线保护方法，其特征在于：所述零序电压门槛值为对应母线额定电压的0.2倍。
6.根据权利要求5所述的智能变电站低压母线保护方法，其特征在于，所述步骤1）中对于变压器、馈线和分段支路，通过各支路保护测控装置获取对应支路的功率方向的详细步骤包括：对于变压器、馈线和分段支路，通过各支路保护测控装置的功率方向元件检测对应支路的功率方向，所述功率方向元件设置有电流有流门槛值和电压有压门槛值来约束功率方向的判别；各支路保护测控装置检测对应支路的电流以及电压，如果电流小于有流门槛值则功率方向元件的默认功率方向为反方向，使得对应支路的功率方向为反方向；如果电流大于或等于有流门槛值且电压大于有压门槛值，所述功率方向元件采用90°接线算法计算功率方向，按相启动，分别判别A、B、C三相每一相的功率方向；如果电流大于或等于有流门槛值且电压小于有压门槛值，所述功率方向元件采用记忆电压判别A、B、C三相每一相的功率方向，且记忆电压取故障前三个周期的电压；如果A、B、C三相中两相或三相的功率方向元件功率方向为反方向，则对应支路的功率方向为反方向，否则对应支路的功率方向为正方向；所述步骤1）中对于电容器和站用变支路，通过各支路保护测控装置判断对应支路的电流是否过流时，具体是指通过支路保护测控装置的电流过流元件分别判别对应支路的A、B、C三相是否过电流。
7.根据权利要求6所述的智能变电站低压母线保护方法，其特征在于：所述有压门槛值为变电站低压侧母线额定电压的0.05倍；所述步骤2）中的指定时间为100ms。
8.根据权利要求7所述的智能变电站低压母线保护方法，其特征在于：所述步骤2）中母线保护装置动作切除故障母线的同时，在母线保护装置内将该段故障母线的保护动作信号置为1，并展宽3s。
9.根据权利要求8所述的智能变电站低压母线保护方法，其特征在于，所述步骤3）中的分段过流保护动作信号具体由分段保护测控装置检测对应分段的分段电流，如果检测得到的对应分段的分段电流大于分段过流门槛值，则向母线保护装置发出分段过流保护动作信号。
10.根据权利要求9所述的智能变电站低压母线保护方法，其特征在于：所述步骤3）中本侧静稳态启动母线保护开入具体是在变压器保护测控装置检测到变压器低压侧任一相电流大于整定的稳态过流门槛值时触发，并展宽3s。
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