CN105071352A - 一种母线保护设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力系统的母线保护技术领域，公开了一种母线保护设备和方法，该设备包括：进线保护装置，在母线出现故障的情况下动作；以及馈出线保护装置，在馈出线出现故障的情况下动作并向所述进线保护装置发出闭锁信息，以闭锁所述进线保护装置；其中，所述进线保护装置判断是否满足进线解除闭锁条件，在满足的情况下自动解除闭锁。本发明通过判断解除闭锁条件来进行自动解除闭锁，很好地防止出现馈出线和母线相继发生故障的情况下母线区的简易母线保护装置不能动作的情况。

Description

一种母线保护设备和方法

技术领域

本发明涉及电力系统的母线保护技术，具体地，涉及一种母线保护设备和方法。

背景技术

简易母线保护一般装设在35kV～10kV的降压系统中，主要用于解决母线故障由变压器后备保护切除所造成的保护动作时间过长、对变压器和开关冲击过大的问题。简易母线保护设备通常由进线保护装置、母联保护装置和馈出线保护装置组成。当故障发生在母线区内时，馈出线保护不启动，母线区内的简易母线保护设备动作跳闸，当故障发生在馈出线上时，母线区的保护和故障馈出线的保护均启动，馈出线保护装置发出闭锁简易母线保护信息，当馈出线保护动作返回后，闭锁解除，开放简易母线保护。

现有技术中，简易母线保护存在以下问题：当馈出线和母线相继发生故障时，由于馈出线保护闭锁母线区的简易母线保护或由于通信中断而造成闭锁不能解除，导致母线区的简易母线保护不能及时切除母线故障。

发明内容

本发明的目的是提供一种母线保护设备和方法，用于解决自动解除闭锁的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种母线保护设备，该设备包括：进线保护装置，在母线线出现故障的情况下动作；以及馈出线保护装置，在馈出线出现故障的情况下动作并向所述进线保护装置发出闭锁信息，以闭锁所述进线保护装置；其中，所述进线保护装置判断是否满足进线解除闭锁条件，在满足的情况下自动解除闭锁。

本发明还提供了一种母线保护方法，该方法包括：在母线出现故障的情况下进线保护装置动作；在馈出线出现故障的情况下馈出线保护装置动作并向进线保护装置发出闭锁信息，以闭锁进线保护装置，然后判断是否满足解除闭锁条件，在满足的情况下自动解除闭锁进线保护装置。

本发明通过判断解除闭锁条件来进行自动解除闭锁，很好地防止出现馈出线和母线相继发生故障的情况下母线区的简易母线保护装置不能动作的情况。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明提供的母线接线及母线保护设备示意图；

图2是本发明提供的进线保护判据逻辑图；

图3是本发明提供的馈出线保护判据逻辑图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

为了使读者能更好地理解本发明，在介绍本发明之前，先结合图1对背景技术中的简易母线保护方案进行说明。在图1中，DL1、DL2为进线保护装置，DL3为母联保护装置，DL4、DL5、DL6、DL7为馈出线保护装置。其中，进线保护装置DL1、DL2所在的线路为进线(但其管辖区域实际上为母线)，母联保护装置DL3所在的线路为母线，馈出线保护装置DL4、DL5、DL6、DL7分别为所在母线的馈出线上的保护装置。

简易母线保护设备由进线保护装置、母联保护装置和馈出线保护装置组成，他们相互之间进行通信，完成信息交互，在各个装置中均设故障启动元件及方向判别元件。对于单母线分段的两段母线，规定电流参考正方向为母线指向线路，母联的参考正方向为I段母线指向II段母线。

故障启动元件对以下条件进行判断：

ΔI_Φ≥ΔI_set(1)

I_Φ≥I_qdset(2)

在式(1)中，ΔI_Φ为相电流突变量有效值，ΔI_set为相电流突变量启动定值，在式(2)中，I_Φ为相电流有效值，I_qdset为相电流启动定值。在式(1)和式(2)中任意一者满足的情况下，启动方向元件。

在系统正常运行，进线保护装置、母联保护装置、馈出线保护装置均不满足式(1)、式(2)，保护不动作。

方向元件采用90°接线方式，按相启动，电压采用记忆电压。方向元件用于判断故障是否发生在该方向元件的保护区内，容易理解的是，在故障未发生在该方向元件的保护区内，即故障发生在该方向元件的非保护区内的情况下，保护不启动。

方向元件根据相位的不同采用不同的判据条件：

正方向元件判据为：

反方向元件判据为：

在式(3)和式(4)中，为相电流的向量，为线电压的相量，α为内角，设为-30°。

对三相中不同相的电流，和分别为：

对于A相电流：为A相电流的向量，为Ubc线电压的相量；

对于B相电流：为B相电流的向量，为Uca线电压的相量；

对于C相电流：为C相电流的向量，为Uab线电压的相量。

对于馈出线保护装置来说，方向元件采用式(3)作为判据条件；对于进线保护装置来说，方向元件采用式(4)作为判据条件；对于母联保护装置来说，方向元件在用于I段母线的情况下采用式(4)作为判据条件，方向元件在用于II段母线的情况下采用式(3)作为判据条件。

以上描述了故障启动元件和方向元件的判断条件，下面介绍简易母线保护设备怎样根据以上式(1)、式(2)、式(3)、式(4)的判断结果来对简易母线保护设备执行启动、闭锁及解除闭锁的操作：

对于进线保护装置，在流过进线保护装置的任意一相的电流满足式(1)、式(2)、式(4)的情况下，进线保护装置动作，在式(2)或式(4)不满足的情况下，启动返回，即线路恢复正常状态；

对于馈出线保护装置，在馈出线的任意一相满足式(1)、式(2)、式(3)的情况下，启动馈出线保护，并且闭锁出现故障的馈出线所在的母线的进线保护装置，在式(2)或式(3)不满足的情况下，解除闭锁，启动返回，即馈出线线路恢复正常状态；

对于母联保护装置，在流过母联保护装置的任意一相电流满足式(1)、式(2)、式(3)的情况下，闭锁I段中进线保护装置，在式(2)或式(3)不满足的情况下，启动返回，在流过母联保护装置的任意一相电流满足式(1)、式(2)、式(4)的情况下，闭锁II段的进线保护装置，在式(2)或式(4)不满足的情况下，启动返回。

其中，结合图1，在I段母线所连接的馈出线发生故障时，流过母联保护装置DL3的电流方向为负，则闭锁进线保护装置DL2，在II段母线所连接的馈出线发生故障时，流过母联保护装置DL3的电流方向为正，则闭锁进线保护装置DL1。

综上所述，在母线发生故障的情况下，进线保护装置和母联保护装置动作，馈出线保护装置不动作，没有闭锁信息。

保护启动判据为：I_Φ≥I_set(5)

其中，I_Φ为相电流有效值，I_set为保护动作预设值，在式(5)满足的情况下，延时一段时间T0，20ms≤T0≤100ms，若在延时时间T0内进线保护装置和母联保护装置没有收到闭锁信息，则进线保护装置和母联保护装置动作。

在馈出线发生故障的情况下，馈出线保护装置动作，馈出线保护装置发出闭锁信息，闭锁进线保护装置、母联保护装置，当馈出线保护返回后，解除闭锁。

其中，保护方案是采用分相闭锁的方式进行的，具体为：

(1)馈出线保护装置X相满足式(1)、式(2)、式(3)时，闭锁该馈出线所在母线的简易母线X相保护；

(2)母联保护装置X相满足式(1)、式(2)、式(3)时，闭锁I段母线的的简易母线X相保护；

(3)母联保护装置X相满足式(1)、式(2)、式(4)时，闭锁II段母线的简易母线X相保护；

(4)流过I段的进线保护装置、母联保护装置的任意一相电流满足式(1)、式(2)、式(4)、式(5)时，若进线保护装置、母联保护装置在延时时间T0内没有收到该相的闭锁信息，那么I段的进线保护装置、母联保护装置动作；

(5)流过II段的进线保护装置的任意一相电流满足式(1)、式(2)、式(4)、式(5)、母联保护装置的任意一相满足式(1)、式(2)、式(3)、式(5)时，若进线保护装置、母联保护装置在延时时间T0内没有收到该相的闭锁信息，那么II段的进线保护装置、母联保护装置保护动作。

其中，X相代表A相、B相、C相中的任意一相。

需要说明的是，上述馈出线保护装置指的是DL4、DL5、DL6、DL7中的一者，母线区的简易母线保护装置指的是进线保护装置和母联保护装置。然而，本领域技术人员应当理解，在具有母联连接的情况下，结合图1，在I段母线的馈出线出现故障的情况下，该馈出线上的馈出线保护装置会向母联保护装置和I段母线上的进线保护装置发出闭锁信息，并且，母联保护装置会向II段母线上的进线保护装置发出闭锁信息。也就是说，在馈出线出现故障的情况下，进线保护装置和母联保护装置均会被闭锁。

通过以上分析可以看出，在馈出线和母线区相继发生故障的情况下，由于馈出线保护装置闭锁了母线区的简易母线保护，所以在闭锁期间，母线区的简易母线保护不动作，在闭锁解除后，母线区的简易母线保护才能动作。如果馈出线发生的故障是远处故障，由带延时的过流保护切除，或者馈出线保护装置出现故障(如，断路器失灵)以致长时间闭锁母线区的简易母线保护，那么母线区的简易母线保护将失去作用。因而，针对现有技术存在的这一缺陷，本发明提供了以下技术方案来解决这个问题。下面结合图1对本发明提供的技术方案进行阐述。

如图1所示，母线保护设备包括进线保护装置(在图1中表示为DL1、DL2)和馈出线保护装置(在图1中表示为DL4、DL5、DL6、DL7)，其中进线保护装置在母线出现故障的情况下动作，即通过断路器断开故障线路；以及馈出线保护装置在馈出线出现故障的情况下动作并向进线保护装置发出闭锁信息，以闭锁所述进线保护装置；其中，进线保护装置判断是否满足解除闭锁条件，在满足的情况下自动解除闭锁。

应当清楚的是，在母线出现故障的情况下，流过进线保护装置的电流就会发生变化，具体对故障情况的判断和处理在上下文中进行了描述。

需要说明的是，在进线保护装置DL1所在的母线出现故障的情况下，则进线保护装置DL1通过断路器断开该进线保护装置DL1所在的电源进线；在进线保护装置DL2所在的母线出现故障的情况下，则进线保护装置DL2通过断路器断开进线保护装置DL2所在的电源进线。类似地，在馈出线保护装置DL4所在的馈出线出现故障的情况下，则馈出线保护装置DL4通过断路器断开馈出线保护装置DL4所在的故障线路，在馈出线保护装置DL5所在的馈出线出现故障的情况下，则馈出线保护装置DL5通过断路器断开馈出线保护装置DL5所在的故障线路。

以进线保护装置DL1所在线路工作，进线保护装置DL2所在线路不工作为例，在馈出线保护装置DL5所在的馈出线出现故障的情况下，该馈出线保护装置DL5动作并向进线保护装置DL1发出闭锁信息，闭锁进线保护装置DL1，在进线保护装置DL1闭锁之后，该进线保护装置DL1判断其是否满足进线解除闭锁条件，在满足解除闭锁条件的情况下，进线保护装置DL1自动解除闭锁。

在具有母联连接的情况下，本发明提供的母线保护设备还包括母联保护装置，用于在母线出现故障的情况下动作，该母联保护装置用于连接多段母线(例如，图1中的I段母线和II段母线)，其中，在馈出线出现故障的情况下馈出线保护装置也会向母联保护装置发出闭锁信息，以闭锁母联保护装置，然后，母联保护装置判断其是否满足母联解除闭锁条件，在满足母联解除闭锁条件的情况下自动解除闭锁。应当清楚的是，在包括母联保护装置的情况下，如果母线出线故障，那么流过母联保护装置的电流就会出现变化，具体对故障情况的判断和处理在上下文中进行了描述。

也就是说，在具有母联保护装置的情况下，在馈出线出现故障时，连接在故障线路中的馈出线保护装置动作并向进线保护装置和母联保护装置均发出闭锁信息，以闭锁进线保护装置和母联保护装置，然后进线保护装置和母联保护装置分别判断自身是否满足解除闭锁条件和母联解除闭锁条件，在满足的情况下自动解除闭锁。

下面分别介绍进线解除闭锁条件和母联解除闭锁条件。

一、进线解除闭锁条件

流过所述进线保护装置的电流变化量大于或等于第一电流预定阈值的情况下，即可解除闭锁，例如，在进线保护装置DL1被闭锁的情况下，则在进线保护装置DL1判断流过进线保护装置DL1的电流变化量大于或等于第一电流预定阈值的情况下，自动解除闭锁。具体来说，进线解除闭锁条件为：

I_Φ(T)-I_Φ(T-T_S)≥KI_n(6)

在式(6)中，I_Φ(T)为当前时刻T流过进线保护装置的电流有效值，I_Φ(T-T_S)为上一时刻(T-T_S)流过进线保护装置的电流有效值，当前时刻T与上一时刻(T-T_S)之间间隔T_S，K为预定系数，I_n为流过进线保护装置的额定电流。这里T_S可以为20ms，K的取值范围可以为：0.15≤K≤0.6，并且，进线保护装置在T≥T_S的情况下开始判断是否满足进线解除闭锁条件。

二、母联解除闭锁条件

流过所述母联保护装置的电流变化量大于或等于第二电流预定阈值的情况下，即可解除闭锁，例如，在母联保护装置DL3被闭锁的情况下，则在母联保护装置DL3判断流过母联保护装置DL3的电流变化量大于或等于第二电流预定阈值的情况下，自动解除闭锁。具体来说，母联解除闭锁条件为：

I_Φ(T)-I_Φ(T-T_S)≥KI_n(7)

在式(7)中，I_Φ(T)为当前时刻T流过母联保护装置的电流有效值，I_Φ(T-T_S)为上一时刻(T-T_S)流过母联保护装置的电流有效值，当前时刻T与上一时刻(T-T_S)之间间隔T_S，K为预定系数，I_n为流过母联保护装置的额定电流。这里T_S可以为20ms，K的取值范围可以为：0.15≤K≤0.6，并且，母联保护装置在T≥T_S的情况下开始判断是否满足母联解除闭锁条件。

第一电流预定阈值是针对流过进线保护装置的电流而言的，第二电流预定阈值是针对流过母联保护装置的电流而言的。

以上进线保护装置与母联保护装置的管辖范围可以理解为是相同的，本领域技术人员应当理解，设置母联保护装置的目的在于，当图1中I断母线出线故障的情况下，通过母联保护装置断开I段母线与II段母线的连接，这样II段母线仍可以正常工作，而不受I段母线的故障影响。

本领域技术人员应当理解，进线保护装置DL1和DL2所保护的为如图1中所示的母线，由于进线保护装置设置在进线上，所以称之为进线保护装置，其管辖区域(本文中有时将其描述为进线保护装置所在线路)具体为所设置的位置以下(通过图1可以看出，该部分实际上为母线)，而进线保护装置设置位置以上的线路称为进线，该进线又相当于上一级母线的馈出线，在对其进行故障判断和处理时以上一级母线的馈出线进行。

图2是本发明提供的进线保护判据逻辑图，如图2所示，在流过进线保护装置的电流满足式(1)或式(2)并且方向元件满足条件(该条件为式(3)或式(4)，具体采用哪个方程式已在上文中进行阐述)及满足式(5)的情况下，即使有闭锁信息(即进线保护装置被闭锁)，如果进线解除闭锁条件满足，则在延时T0后进线保护装置动作。也就是说，即使馈出线出现故障发出闭锁信息，闭锁了进线保护装置，如果进线解除闭锁条件满足，那么在母线出现故障的情况下，进线保护装置仍然会动作。

母联保护判据逻辑与图2所示的进线保护判据逻辑原理类似，不予赘述。

图3是本发明提供的馈出线保护判据逻辑图，如图3所示，在流过馈出线的电流满足式(1)或式(2)并且方向元件满足条件(该条件为式(3)或式(4)，具体采用哪个方程式已在上文中进行阐述)的情况下，馈出线保护装置发出闭锁信息，当流过馈出线的电流不满足式(5)且已发闭锁信息一段时间(例如，200ms)的情况下，馈出线保护装置发出解除闭锁信息。

下面结合图1介绍本发明的具体实施方式。

实施方式一：I段母线的馈出线上d1点发生故障

(1)流过DL5的馈出线电流为正方向，保护启动，发闭锁信息；

(2)流过DL1的电流、流过DL3的电流为负方向，保护启动，收到DL5发出的闭锁信息，I段母线区的简易母线保护不动作；

(3)DL3向DL2发出闭锁信息，DL2收到DL3的闭锁信息，II段母线区的简易母线保护不动作。

实施方式二：I段母线上d2点发生故障

(1)I段母线上的DL4、DL5馈出线保护保护不启动，不发闭锁信息。

(2)流过DL1、DL3的电流为负方向，保护启动，收不到闭锁信息，母线区的简易母线保护动作。

(3)DL3向DL2发出闭锁信息，DL2收到DL3的闭锁信息，II段母线的简易母线保护不动作。

实施方式三：d1点发生故障后，d2点发生故障

(1)流过DL5的电流为正方向，保护启动，发闭锁信息。

(2)d1点发生故障后，d2点故障未发生时，流过DL1、DL3的电流为负方向，保护启动，收到DL5发出的闭锁信息，母线区的简易母线保护不动作。

(3)在d2点发生与d5点相同类型或不同类型故障时，在DL5保护已经解除闭锁的情况下，DL1、DL3简易母线保护动作。

(4)在d2点发生故障时，在闭锁信息未解除的情况下，DL1、DL3保护满足解除闭锁判据，简易母线保护动作。

相应地，本发明还提供了一种母线保护方法，该方法包括：在母线出现故障的情况下进线保护装置动作；在馈出线出现故障的情况下馈出线保护装置动作并向进线保护装置发出闭锁信息，以闭锁进线保护装置，然后判断是否满足解除闭锁条件，在满足的情况下自动解除闭锁进线保护装置。

应当注意的是，本发明提供的母线保护方法的具体细节及益处与本发明提供的母线保护设备类似，于此不予赘述。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (20)

1.一种母线保护设备，其特征在于，该设备包括：

进线保护装置，在母线出现故障的情况下动作；以及

馈出线保护装置，在馈出线出现故障的情况下动作并向所述进线保护装置发出闭锁信息，以闭锁所述进线保护装置；

其中，所述进线保护装置判断是否满足进线解除闭锁条件，在满足的情况下自动解除闭锁。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，该设备还包括：

母联保护装置，在母线出现故障的情况下动作，并用于连接多段母线；

其中，在所述馈出线出现故障的情况下所述馈出线保护装置向所述母联保护装置发出闭锁信息，以闭锁所述母联保护装置；

所述母联保护装置判断是否满足母联解除闭锁条件，在满足的情况下自动解除闭锁。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述进线解除闭锁条件为：

流过所述进线保护装置的电流变化量大于或等于第一电流预定阈值。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述进线解除闭锁条件为：

I_Φ(T)-I_Φ(T-T_S)≥KI_n；

其中，I_Φ(T)为当前时刻T流过所述进线保护装置的电流有效值，I_Φ(T-T_S)为上一时刻(T-T_S)流过所述进线保护装置的电流有效值，当前时刻T与上一时刻(T-T_S)之间间隔T_S，K为预定系数，I_n为流过所述进线保护装置的额定电流。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述进线保护装置在T≥T_S的情况下，判断是否满足所述进线解除闭锁条件。

6.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述母联解除闭锁条件为：

流过所述母联保护装置的电流变化量大于或等于第二电流预定阈值。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述母联解除闭锁条件为：

I_Φ(T)-I_Φ(T-T_S)≥KI_n；

其中，I_Φ(T)为当前时刻T流过所述母联保护装置的电流有效值，I_Φ(T-T_S)为上一时刻(T-T_S)流过所述母联保护装置的电流有效值，当前时刻T与上一时刻(T-T_S)之间间隔T_S，K为预定系数，I_n为流过所述母联保护装置的额定电流。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述母联保护装置在T≥T_S的情况下，判断是否满足所述母联解除闭锁条件。

9.根据权利要求4或7所述的设备，其特征在于，所述K的取值范围为：0.15≤K≤0.6。

10.根据权利要求4或7所述的设备，其特征在于，所述当前时刻T与上一时刻(T-T_S)之间间隔T_S为20ms。

11.一种母线保护方法，其特征在于，该方法包括：

在母线出现故障的情况下进线保护装置动作；以及

在馈出线出现故障的情况下馈出线保护装置动作并向所述进线保护装置发出闭锁信息，以闭锁所述进线保护装置，然后判断是否满足进线解除闭锁条件，在满足的情况下自动解除闭锁所述进线保护装置。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

在通过母联保护装置连接多段母线的情况下，在母线出现故障的情况下所述母联保护装置动作；

在所述馈出线出现故障的情况下所述馈出线保护装置动作并向所述母联保护装置发出闭锁信息，以闭锁所述母联保护装置；以及

判断是否满足母联解除闭锁条件，在满足的情况下自动解除闭锁所述母联保护装置。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述进线解除闭锁条件为：

流过所述进线保护装置的电流变化量大于或等于第一电流预定阈值。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述进线解除闭锁条件为：

I_Φ(T)-I_Φ(T-T_S)≥KI_n；

其中，I_Φ(T)为当前时刻T流过所述进线保护装置的电流有效值，I_Φ(T-T_S)为上一时刻(T-T_S)流过所述进线保护装置的电流有效值，当前时刻T与上一时刻(T-T_S)之间间隔T_S，K为预定系数，I_n为流过所述进线保护装置的额定电流。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在T≥T_S的情况下，判断是否满足所述进线解除闭锁条件。

16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述母联解除闭锁条件为：

流过所述母联保护装置的电流变化量大于或等于第二电流预定阈值。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述母联解除闭锁条件为：

I_Φ(T)-I_Φ(T-T_S)≥KI_n；

其中，I_Φ(T)为当前时刻T流过所述母联保护装置的电流有效值，I_Φ(T-T_S)为上一时刻(T-T_S)流过所述母联保护装置的电流有效值，当前时刻T与上一时刻(T-T_S)之间间隔T_S，K为预定系数，I_n为流过所述母联保护装置的额定电流。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，在T≥T_S的情况下，判断是否满足所述母联解除闭锁条件。

19.根据权利要求14或17所述的方法，其特征在于，所述K的取值范围为：0.15≤K≤0.6。

20.根据权利要求14或17所述的方法，其特征在于，所述当前时刻T与上一时刻(T-T_S)之间间隔T_S为20ms。