CN104659765A - 适用于电力系统多端辐射网络的通道配置与保护方案 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于电力系统多端辐射网络的通道配置与保护方案，其特征在于：电源侧设置线路保护装置作为主机，各个分支线路负荷侧安装线路保护装置作为子机，形成一主机、多子机配置；主机配置多个通道，每个通道对应一个子机；子机配置单个通道；包括三个保护方案：1)单向闭锁式纵联保护；2)基于过流的闭锁式母线速切保护；3)距离保护Ⅱ段加速功能。本发明的有益效果为：可以保证在输电线路发生故障时，在最小范围隔离故障点，防止停电范围扩大，用户的供电可靠性得到极大的保障，同时也提升了电网运行的稳定性。

Description

适用于电力系统多端辐射网络的通道配置与保护方案

技术领域

本发明涉及一种适用于电力系统多端辐射网络的通道配置与保护方案，属于电力系统自动化技术领域。

背景技术

随着社会经济的迅猛发展，使用户对供电的需求量大量增加。由于供电半径和供电走廊等的限制，为了节省设备投资，保证供电，就近T接引出线路或降压变压器，在35kV、110kV系统中越来越多见，导致了许多三端甚至四端线路。这些线路长的几十千米，最短的为几百米。这种现状，使得传统的中低压保护在满足继电保护四性的配置产生了较大困难。现有中(低)压系统继电保护的配置，在有两个及以上用户的T接供电线路上，既要保证全线速动，又要兼顾继电保护选择性，提高用户的供电可靠性，有着较大难度。因此有必要进一步研究中低压辐射网络的继电保护配置方案，加强保护的四性要求。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种适用于电力系统多端辐射网络的通道配置与保护方案，避免了此前多端辐射网络中，仅在电源侧配置距离保护，不能快速切除输电线路故障的问题；同时避免了由于距离保护的保护范围难以控制，有可能错误切除区外故障的问题，提高了中低压输电系统多端辐射网络中供电可靠性。

为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：一种适用于电力系统多端辐射网络的通道配置连接方案，其特征在于：电源侧设置线路保护装置作为主机，各个分支线路负荷侧安装线路保护装置作为子机，形成一主机、多子机配置；主机配置多个通道，每个通道对应一个子机；子机配置单个通道。

前述的一种适用于电力系统多端辐射网络的通道配置连接方案，其特征是：所述通道包括光纤通道、载波通道。

前述的一种适用于电力系统多端辐射网络的通道配置连接方案，其特征是：所述光纤通道使用光电转换模块，当通讯距离超过40km时，利用同步数字体系进行远距离变电站间通讯。

前述的一种适用于电力系统多端辐射网络的通道配置连接方案，其特征是：所述主机、子机间传输状态量采用GOOSE协议，采用基于发布/订阅通信机制；正常通讯过程中，采用心跳报文监视通道状态，当超过2次心跳报文丢失时，判别为通道异常。

一种基于上述任一适用于电力系统多端辐射网络的通道配置连接方案的保护方案，其特征是：包括以下保护功能：

1)单向闭锁式纵联保护：主机和子机通过纵联通道进行连接，利用子机和主机的正方向元件、反方向元件的配合形成纵联保护，纵联保护中仅由子机向主机单方向发出闭锁信号，完成输电线路的快速保护；

2)基于过流的闭锁式母线速切保护：负荷侧利用子机采集输电线路电流电压模拟量及变压器保护动作信号，通过子机的过流保护元件及线路、变压器保护的动作信号来判断故障是否在母线，实现基于过流的闭锁式母线故障快速切除保护；

3)距离保护Ⅱ段加速功能：子机、主机通过纵联通道进行连接，当子机的反方向元件动作后，判定为故障点不在线路上，此时子机向主机发送信号，允许主机的距离Ⅱ段加速动作。

前述的一种适用于电力系统多端辐射网络的保护方案，其特征是：所述单向闭锁式纵联保护，包括步骤：

1)在主机和从机中分别设置正方向元件、反方向元件和启动元件：通过这三个元件的配合进行故障范围的识别、跳闸逻辑判别以及发信逻辑判别；

2)当主机的正方向元件动作，判别为正方向故障，主机具备跳闸和收回发信的条件；当子机的反方向元件动作，判别为反方向故障时，子机发出闭锁信号；

3)当发生输电线路区内短路故障时，子机保护启动时立刻向主机发闭锁信号；主机收到闭锁信号持续一段时间后，被主机的正方向元件保持，如果同时没有主机的反方向元件动作，主机就驱动跳闸逻辑，同时闭锁发信；跳闸逻辑被驱动后，主机若没有收到子机发来的闭锁信号，主机的纵联保护跳闸；

4)当发生输电线路区外短路故障时，若收到任意一个子机的闭锁信号时，主机的纵联保护不跳闸。

前述的一种适用于电力系统多端辐射网络的保护方案，其特征是：所述正方向故障为故障电流由母线流向线路，故障电流由线路流向母线为反方向故障。

前述的一种适用于电力系统多端辐射网络的保护方案，其特征是：所述基于过流的闭锁式母线速切保护，包括步骤：

1)负荷侧利用子机采集输电线路电流电压模拟量，用于实现子机的过流保护；

2)子机的过流保护接收线路或变压器保护装置的闭锁信号，当线路、变压器保护装置的过流启动元件启动时，表示故障范围在母线以外；此时线路、变压器保护输出专用闭锁信号给子机的过流保护；

3)当子机收到闭锁信号时，瞬时闭锁其过流启动元件，防止母线速切误动；线路或变压器保护装置的过流启动元件返回后闭锁信号解除，子机的过流保护瞬时动作从而实现母线速切功能。

前述的一种适用于电力系统多端辐射网络的保护方案，其特征是：所述距离保护Ⅱ段加速功能，包括步骤：

1)子机保护装置设置一个闭锁主机加速阻抗Ⅱ段的GOOSE开出端子，主机保护装置设置多个闭锁加速阻抗Ⅱ段的GOOSE开入端子，用作主机和子机加速距离保护Ⅱ段的配合；

2)若子机的反方向元件动作，则表明故障在子机安装处断路器以下，此时子机发闭锁信号给主机，闭锁主机距离Ⅱ段加速功能，主机距离保护Ⅱ段按照正常整定延时动作；

3)若所有子机反方向元件均未启动，则表明故障在线路上，此时子机不发闭锁信号，主机距离Ⅱ段加速动作，主机距离保护Ⅱ段动作时间自动缩短。

本发明所达到的有益效果：本发明的保护配置方案在电源侧配置一台纵联保护主机、各个负荷侧配置一台子机，形成一主机、多子机配置；纵联保护通道逻辑采用子机发送闭锁信号到主机的单向通讯方式；由于在输电线路上采用了单向闭锁式纵联保护作为主保护，没有动作延时，相比以往带延时动作的过流保护，可以保证在输电线路故障时，瞬时切除线路上的故障；由于单向闭锁式纵联保护的保护范围明确，只在线路内部故障时才会动作，因此在外部故障时输电线路不会被误切除，保证了T接线路继电保护的选择性，有效避免T接线路上任一用户故障引起的其余用户一起被切除；同时由于采用了基于过流的闭锁式母线速切保护，在母线故障时也能快速动作；距离保护Ⅱ段加速功能作为母线保护的快速后备保护，提升距离保护Ⅱ段的动作速度。本发明可以保证在输电线路发生故障时，在最小范围隔离故障点，防止停电范围扩大，用户的供电可靠性得到极大的保障，同时也提升了电网运行的稳定性。

附图说明

图1是多端输电线路保护通道配置连接示意图；

图2是主机的单向闭锁式纵联距离保护示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

由于电力系统中低压辐射网络的连接分支数目可能超过3个支路，目前的三端T接线路保护能适用这种接线形式，但是不能适应于支路超过3个的接线形式，因此提出适应于多个支路的电力系统多端辐射网络的通道配置与保护方案。

如图1所示，一种适用于电力系统多端辐射网络的通道配置连接方案，包括电源侧设置线路保护装置作为主机，各个分支线路负荷侧安装线路保护装置作为子机，形成一主机、多子机配置；通道中数据传输方式采用子机发送闭锁信号到主机的单向通讯方式；主机端和子机端配置的通道端口数量不同；主机配置多个通道，每个通道对应一个子机；子机配置单个通道；通道类型包括但不限于：光纤通道、载波通道。所述的多通道和单通道即纵联通道。

主机多个通道接口采用光纤通道时，使用低速率光电转换模块，光电转换模块波特率设定为2MB/S，通讯距离最大可至40km；当通讯距离超过40km时，利用同步数字体系(SDH)进行远距离变电站间通讯。

主机、子机间传输状态量采用GOOSE协议，采用基于发布/订阅通信机制；正常通讯过程中，光纤通道中传输心跳报文用以监视通道状态，当超过2次心跳报文丢失时，判别为通道异常。

通信报文中设置主机、子机的地址信息；只有主机\子机的通讯地址匹配时，才进行通道数据的解析，防止通道连接错误。

一种基于上述通道配置的适用于电力系统多端辐射网络的保护配置方案，包括：

一、单向闭锁式纵联保护：纵联保护通常分为闭锁式和允许式两种；对于多端T接线来说，只能采用闭锁式纵联保护；如果使用允许式，T接线区外故障时，有可能多台保护装置发允许信号，虽然其中有一套保护装置能够判定为区外故障，本侧不跳闸，但是没有办法去闭锁其他保护。主机的单向闭锁式纵联距离保护原理图如图2所示，单向闭锁式纵联保护即：主机和子机通过纵联通道进行连接，利用子机和主机的正方向元件、反方向元件的配合形成纵联保护，该纵联保护中仅由子机向主机单方向发出闭锁信号，在对通道的要求大大降低的情况下完成输电线路的快速保护，具体步骤包括：

1)在主机和从机中分别设置正方向元件、反方向元件和启动元件：方向元件用于配合启动元件进行故障范围的识别，其中启动元件分为高门槛定值和低门槛定值，启动元件高门槛定值用于跳闸逻辑判别；启动元件低门槛定值用于发信逻辑判别；

2)当主机的启动元件高门槛定值动作，并且主机的正方向(规定故障电流由母线流向线路为正方向，反之为反方向)元件动作时，认为是正方向故障，主机具备跳闸和收回发信的条件；当子机的启动元件高门槛定值动作，并且子机的反方向元件动作时，认为是反方向故障，子机发出闭锁信号；

3)当输电线路区内短路故障时，子机保护启动时立刻向主机发闭锁信号；主机收到闭锁信号持续一段时间(经验值8ms)后，被主机的正方向元件保持，如果同时没有主机的反方向元件动作，主机就驱动跳闸逻辑，同时闭锁发信；跳闸逻辑被驱动后，电源侧的保护装置(主机)若没有收到子机发来的闭锁信号，主机的纵联保护跳闸；

4)当发生输电线路区外短路故障时，若主机收到任意一个子机的闭锁信号时，主机的纵联保护不跳闸。

二、基于过流的闭锁式母线速切功能：负荷侧利用子机采集输电线路电流电压模拟量及变压器保护动作信号，通过子机的过流保护元件及线路、变压器保护动作信号来判断故障是否在母线，以此来实现基于过流的闭锁式母线故障快速切除保护，具体步骤包括：

1)负荷侧利用子机采集输电线路电流电压模拟量，用于实现子机的过流保护；

2)子机的过流保护接收线路、变压器保护装置的闭锁信号，闭锁信号取自线路、变压器保护的过流启动元件；线路、变压器保护过流启动元件的正方向由母线指向元件；因此当线路、变压器保护装置的过流启动元件启动时，表示故障范围在母线以外；此时线路、变压器保护输出专用闭锁信号给子机的过流保护；

3)当子机收到闭锁信号时，瞬时闭锁其过流启动元件，防止母线速切误动；线路或变压器保护装置的过流启动元件返回后闭锁信号解除，子机的过流保护瞬时动作从而实现母线速切功能。

三、距离保护Ⅱ段加速功能：子机主机通过纵联通道进行连接，当子机的反方向元件动作后，判定为故障点不在线路上，此时子机向主机发送信号，允许主机的距离Ⅱ段加速动作，包括步骤：

1)子机保护装置设置一个闭锁主机加速阻抗Ⅱ段的GOOSE开出端子，主机保护装置设置多个闭锁加速阻抗Ⅱ段的GOOSE开入端子，用作主机和子机加速距离保护Ⅱ段的配合；

2)若子机的反方向元件动作(规定故障电流由母线流向线路为正方向，反之为反方向)，则表明故障在子机安装处断路器以下(故障点如图1F1所示)，此时子机发闭锁信号给主机，闭锁主机距离Ⅱ段加速功能，主机距离保护Ⅱ段按照正常整定延时动作；

3)若所有子机反方向元件均未启动，则表明故障在线路上(故障点如图1F2所示)，此时子机不发闭锁信号，主机距离Ⅱ段加速动作，主机距离保护Ⅱ段动作时间自动缩短。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种适用于电力系统多端辐射网络的通道配置连接方案，其特征在于：电源侧设置线路保护装置作为主机，各个分支线路负荷侧安装线路保护装置作为子机，形成一主机、多子机配置；主机配置多个通道，每个通道对应一个子机；子机配置单个通道。

2.根据权利要求1所述的一种适用于电力系统多端辐射网络的通道配置连接方案，其特征是：所述通道包括光纤通道、载波通道。

3.根据权利要求2所述的一种适用于电力系统多端辐射网络的通道配置连接方案，其特征是：所述光纤通道使用光电转换模块，当通讯距离超过40km时，利用同步数字体系进行远距离变电站间通讯。

4.根据权利要求1所述的一种适用于电力系统多端辐射网络的通道配置连接方案，其特征是：所述主机、子机间传输状态量采用GOOSE协议，采用基于发布/订阅通信机制；正常通讯过程中，采用心跳报文监视通道状态，当超过2次心跳报文丢失时，判别为通道异常。

5.一种基于上述任一权利要求所述的适用于电力系统多端辐射网络的通道配置连接方案的保护方案，其特征是：包括以下保护功能：

1)单向闭锁式纵联保护：主机和子机通过纵联通道进行连接，利用子机和主机的正方向元件、反方向元件的配合形成纵联保护，纵联保护中仅由子机向主机单方向发出闭锁信号，完成输电线路的快速保护；

2)基于过流的闭锁式母线速切保护：负荷侧利用子机采集输电线路电流电压模拟量及变压器保护动作信号，通过子机的过流保护元件及线路、变压器保护的动作信号来判断故障是否在母线，实现基于过流的闭锁式母线故障快速切除保护；

3)距离保护Ⅱ段加速功能：子机、主机通过纵联通道进行连接，当子机的反方向元件动作后，判定为故障点不在线路上，此时子机向主机发送信号，允许主机的距离Ⅱ段加速动作。

6.根据权利要求5所述的一种适用于电力系统多端辐射网络的保护方案，其特征是：所述单向闭锁式纵联保护，包括步骤：

1)在主机和从机中分别设置正方向元件、反方向元件和启动元件：通过这三个元件的配合进行故障范围的识别、跳闸逻辑判别以及发信逻辑判别；

2)当主机的正方向元件动作，判别为正方向故障，主机具备跳闸和收回发信的条件；当子机的反方向元件动作，判别为反方向故障时，子机发出闭锁信号；

3)当发生输电线路区内短路故障时，子机保护启动时立刻向主机发闭锁信号；主机收到闭锁信号持续一段时间后，被主机的正方向元件保持，如果同时没有主机的反方向元件动作，主机就驱动跳闸逻辑，同时闭锁发信；跳闸逻辑被驱动后，主机若没有收到子机发来的闭锁信号，主机的纵联保护跳闸；

4)当发生输电线路区外短路故障时，若收到任意一个子机的闭锁信号时，主机的纵联保护不跳闸。

7.根据权利要求6所述的一种适用于电力系统多端辐射网络的保护方案，其特征是：所述正方向故障为故障电流由母线流向线路，故障电流由线路流向母线为反方向故障。

8.根据权利要求5所述的一种适用于电力系统多端辐射网络的保护方案，其特征是：所述基于过流的闭锁式母线速切保护，包括步骤：

1)负荷侧利用子机采集输电线路电流电压模拟量，用于实现子机的过流保护；

2)子机的过流保护接收线路或变压器保护装置的闭锁信号，当线路、变压器保护装置的过流启动元件启动时，表示故障范围在母线以外；此时线路、变压器保护输出专用闭锁信号给子机的过流保护；

3)当子机收到闭锁信号时，瞬时闭锁其过流启动元件，防止母线速切误动；线路或变压器保护装置的过流启动元件返回后闭锁信号解除，子机的过流保护瞬时动作从而实现母线速切功能。

9.根据权利要求5所述的一种适用于电力系统多端辐射网络的保护方案，其特征是：所述距离保护Ⅱ段加速功能，包括步骤：

1)子机保护装置设置一个闭锁主机加速阻抗Ⅱ段的GOOSE开出端子，主机保护装置设置多个闭锁加速阻抗Ⅱ段的GOOSE开入端子，用作主机和子机加速距离保护Ⅱ段的配合；

2)若子机的反方向元件动作，则表明故障在子机安装处断路器以下，此时子机发闭锁信号给主机，闭锁主机距离Ⅱ段加速功能，主机距离保护Ⅱ段按照正常整定延时动作；

3)若所有子机反方向元件均未启动，则表明故障在线路上，此时子机不发闭锁信号，主机距离Ⅱ段加速动作，主机距离保护Ⅱ段动作时间自动缩短。