CN106329492B - 一种基于系统拓扑的简易母线保护方法 - Google Patents

Abstract

一种基于系统拓扑的简易母线保护方法，根据一次系统拓扑结构，按母线配置母线单元模块，母线单元模块根据进线及分段过流情况判断本段母线的故障模式，故障处理模块根据接收到的出线保护闭锁信号，以及各母线单元模块的故障模式，实现小电源、进线和分段的跳闸处理，本方法还考虑了进线及分段开关的失灵保护。采用本发明所述方法的简易母线保护，解决了现有简易母线保护存在的实现复杂、选择性差的问题，可以保证在出线故障时不误动；在母线区内故障时，根据各母线变低、分段过流情况选择性切除过流的进线或分段，提高了简易母线保护的选择性和快速性，具有很高的实用价值。

Description

一种基于系统拓扑的简易母线保护方法

技术领域

本发明涉及电力系统母线保护，尤其涉及低压母线保护技术。

背景技术

现有技术

母线是电力系统的重要元件，对于110kV及以上电压等级的高压母线，采用电流差动保护是母线故障的解决方案，对于35kV及以下电压等级的低压母线，由于母线故障对电力系统稳定性的影响较小，一般不设置母线保护装置，主要依靠变压器后备保护来切除低压母线故障，故障切除时间较长且选择性差。

低压母线通常由多段母线组成，每段母线之间通过分段开关连接，母线上的出线包含负荷、电容器、电感器、站用变等多种类型，且数量众多，并且低压母线相对高压母线操作更加频繁，上述原因均导致低压母线的故障率更高，因此有必要为低压母线提供简单易行的母线保护方法。

如果按照高压母线的差动保护方案，把所有电流量汇集到差动继电器，一方面需要大量的电缆投入，另一方面要求每个出线的CT极性要正确无误，在加大投资的同时也使得运行维护更加复杂。

数字化变电站为站内数据的共享提供了途径和便利，特别是过程层网络化使得采样数据的获取比常规站容易了许多，并且不需要额外加大电缆投入。本发明将利用数字化变电站的数据共享网络，为低压母线保护提供一种简单易行的新方法。

现有技术的缺点

“CN200810167954”公开了一种基于GOOSE方式网络化简易母线保护方法，该方法需要在分段断路器测控装置、进线保护测控装置中新增母线保护模块，并且母线上所有进线、出线保护都必须支持功率方向过流功能，实现复杂，且功率方向过流计算依赖于母线电压，在电压断线情况下简易母线保护的选择性将会受到影响。

“CN201020526398”公开了一种基于GOOSE的自适应简易母线保护装置，所采用的保护方法在区外故障时分段的跳闸没有选择性，会带来较大的负荷损失。

发明内容

发明目的

本发明为解决现有低压简易母线保护存在的可行性不高、实现复杂、无选择性的问题，提供一种简易母线保护的新方法。

技术方案

对于每一段母线，除出线外，还包含进线和分段。基于此特征，定义母线单元模块，由进线和2个分段组成，并且进线、分段均可通过参数设定表征为存在或不存在，以适应不同的情况，如母线进线数目不定或只有1个分段等情况。

对于多段母线，按母线数目配置母线单元模块，基于一次系统拓扑，将各母线单元模块组合在一起，两个母线单元之间的分段开关共用，可以的组合成单母线、两母一分、三母两分以及四母三分等一次系统。对于双母线等非固定接线的系统，采集必要的开关量信号如进线的刀闸位置，各进线根据刀闸连接情况确定所连接的母线，从而加入到所连接母线的母线单元模块。

母线单元模块过流共有5种情况，对应以下5种故障模式：

模式一：仅进线过流

表征该段母线是独立运行的母线，或者与其他母线之间的分段开关打开时本段母线故障。

模式二：仅1个分段过流

表征该段母线为终端母线，并且不存在进线开关或者进线开关打开时本段母线故障。

模式三：进线和1个分段过流

表征该段母线有一侧分段开关不存在，或者有一侧的分段开关打开，此时无法确定是本段母线故障还是外部故障。

模式四：两个分段全过流，进线不过流

表征该段母线不存在进线，或者进线开关打开，本母线故障电流由其他母线提供，但无法确认是本段母线故障还是外部故障。

模式五：进线和分段全过流

表征该母线系统中除本段母线外，其他段母线上还有进线提供故障电流，此时无法确定是本段母线故障还是外部故障。

为了区外故障时简易母线不误动，需要采集出线保护发送的闭锁信号，本发明将所有负荷出线保护发送的闭锁信号汇总为负荷闭锁信号，将所有小电源出线保护发送的闭锁信号汇总为小电源闭锁信号，这两种闭锁信号用于在出线故障时闭锁简易母线保护。

图4中的故障处理模块在检测到系统中任一进线或分段过流后，简易母线保护启动，如果此时负荷闭锁信号非0，则简易母线保护不动作；如果负荷闭锁信号为0，小电源闭锁信号非0，则简易母线经延时跳发闭锁信号的小电源，不跳不发闭锁信号的小电源。

简易母线保护启动后，如果负荷闭锁信号、小电源闭锁信号均为0，则故障处理模块开始根据各段母线的故障模式进行跳闸处理。

当本母线单元过流情况属于模式一时，说明是本母线区内故障，本母线快速动作跳进线，同时闭锁其他母线单元的模式三、模式四的故障跳闸逻辑，以防止其他母线误动；

当本母线单元过流情况属于模式二时，说明本母线是终端母线，本母线快速动作跳分段，同时闭锁其他母线单元模式三、模式四的故障跳闸逻辑，以防止其他母线误动；

当本母线单元过流情况属于模式三或模式四时，先判断其他母线单元是存在模式一或者模式二，如果存在，本母线不动作；否则本母线跳闸计时器开始计数，经延时跳分段；

当本母线单元过流情况属于模式五时，本母线单元不做任何处理，由其他母线单元先动作。

上述故障模式一、模式二可以确认是本段母线故障，快速动作隔离故障，同时闭锁其他母线单元模块的故障计算逻辑，可以保证不误切开关；对于故障模式三、模式四和模式五，本段母线的故障模式在其他母线单元跳闸后可能发生变化，各母线单元模块在开关跳开后重新判断所处的故障模式，故障处理模块根据开关跳开后各段母线的故障模式重新进行故障处理。

考虑到简易母线动作跳进线或分段后，进线或分段开关失灵将导致故障不能快速切除，本发明在检测跳进线、分段开关后立即启动失灵保护，如果分段开关失灵，则经失灵时间延时后跳分段两侧母线；如果进线开关失灵，则将失灵时间延时后联跳进线变压器其他侧开关，以保证故障切除的快速性。

有益效果

采用本发明所述方法的简易母线保护，解决了现有低压母线保护可行性不高、实现复杂、选择性差的缺点，可以保证在出线故障时母线保护不误动；在母线区内故障时，各母线根据过流情况选择性切除过流的进线或分段。

附图说明

图1是低压母线保护系统结构简图；

图2是母线单元模块结构图；

图3是母线单元模块组合示意图；

图4是简易母线保护原理简图。

具体实施方式

低压母线通常由多段母线组成，低压母线的进线为变压器的低压侧，如图1中的1DL～4DL；出线间隔可以分为两种：一种向低压母线提供故障电流，通称为小电源间隔，比如电容器组，如图1中的1L1～4L1，另外一种是负荷间隔，如图1中的1LN～4LN；连接各段母线的分段间隔，如图1中的FD1～FD3。

定义负荷模块，输入系统中负荷出线保护发送的闭锁信号，输出汇总后的负荷闭锁信号：

式中，Load_bs_i为第i个负荷出线保护发送的闭锁信号，Load_bs为汇总后的负荷闭锁信号，N为系统实际负荷出线数目。

定义小电源模块，输入系统中小电源出线保护发送的闭锁信号，输出汇总后的小电源闭锁信号；输入简易母线跳小电源动作信号，并将其分配到发闭锁信号的小电源：

式中，Weakpower_bs_j为第j个负荷出线保护发送的闭锁信号，Weakpower_bs为汇总后的小电源闭锁信号，M为系统实际小电源数。

式中，Weakpower_trip_j为第j个小电源出口跳闸信号。

定义母线单元模块，包含进线以及分段，结构如图2所示，基于一次系统拓扑，将各母线单元模块整合在一起，两个母线单元之间的分段开关共用，可以方便的组合成单母线、两母一分、三母两分以及四母三分等一次系统。如图3所示，将母线单元A和母线单元B整合为两母一分的系统，母线单元A的分段2、母线单元B的分段1整合后对应实际系统的分段2。

由于母线单元A和母线单元B均采集分段电流，按母线单元对外设置模拟量接口将导致分段信号重复、工程配置过于复杂，优选的，本发明基于系统一次拓扑，对于两母线单元共用的分段，在模块组合时将两母线间的分段输入输出信号合并，对外仅设置一组信号接口。如图2所示系统，对外仅设置分段2的模拟量接口，分段2的采样值同时输出给母线单元A的分段2以及母线单元B的分段1。

当母线进线任一相稳态电流大于整定的过电流定值，或者分段的任一相稳态电流大于整定的过电流定值时，简易母线保护启动。如果在简易母线保护启动前，负荷模块或者小电源模块已经输出总闭锁信号，说明是出线故障，则简易母线保护不启动，由出线保护切除故障。

如果简易母线保护启动后收到负荷闭锁信号，则简易母线保护不动作，如果仅收到小电源闭锁信号，则简易母线动作跳发闭锁信号的小电源。

简易母线保护启动后，若负荷闭锁信号与小电源闭锁信号都为0，则表征是母线故障，故障处理模块根据各母线单元模块的故障模式进行跳闸处理。如果本母线处于故障模式一，则经适当延时跳进线；如果本母线处于故障模式二，则经适当延时跳分段；如果本母线单元处于模式三或模式四，则先判断其他母线单元是否存在模式一或者模式二；如果存在则本母线不动作，如果不存在则经适当延时跳分段。

本发明所示的简易母线保护方法，在跳进线或分段后，如果经整定的失灵时间定值后进线或分段仍过流，则失灵保护动作。进线开关失灵后，失灵保护联跳进线其他侧；分段开关失灵后，失灵保护跳分段两侧母线上所有进线、分段开关。

Claims (5)

1.一种基于系统拓扑的简易母线保护方法，其特征是：设置母线单元模块，由进线和分段组成；根据一次系统拓扑结构，以分段开关为分界点，将一次系统划分为多段母线，每段母线均配置母线单元模块；各母线单元模块根据本段母线进线及分段的过流情况，判断本段母线的故障模式；设置故障处理模块，故障处理模块根据接收到的负荷闭锁信号、小电源闭锁信号，以及各母线单元模块的故障模式，进行故障处理,检测到故障后跳小电源出线、进线以及分段；

简易母线保护启动后，如果负荷闭锁信号、小电源闭锁信号均为0，则表征为母线故障，故障处理模块依据各段母线的故障模式选择跳闸的母线，故障模式的定义及跳闸规则为：

模式一：仅进线过流，经设定的延时跳进线开关；

模式二：仅1个分段过流，经设定的延时跳分段开关；

模式三：进线与1个分段同时过流，先判断其他母线单元模块是否存在模式一或者模式二，如果存在则模式三不动作；否则经设定的延时跳分段开关；

模式四：仅两个分段过流，先判断其他母线单元模块是否存在模式一或者模式二，如果存在则模式四不动作；否则经设定的延时跳两分段开关；

模式五：进线及两个分段全过流，本模式不动作。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是：当故障处理模块检测到系统中任一进线或分段过流后，简易母线保护启动，如果此时负荷闭锁信号非0，则保护不动作；如果负荷闭锁信号为0，小电源闭锁信号非0，则经延时跳发闭锁信号的小电源，不跳不发闭锁信号的小电源。

3.如权利要求1所述的方法，其特征是：母线单元模块所包含的进线、分段均通过参数设定，以表征为存在或不存在；基于一次系统拓扑，按母线数目配置母线单元模块，两个母线单元模块之间的分段开关共用，以组合成不同类型的一次系统。

4.如权利要求1所述的方法，其特征是：系统中有开关跳开后，母线单元模块能够重新识别开关跳开后的故障模式，故障处理模块根据开关跳开后各母线单元模块的故障模式继续故障处理。

5.如权利要求1所述的方法，其特征是：保护跳分段后启动分段失灵保护，满足失灵动作条件后联跳分段两侧母线；保护跳进线后启动进线失灵保护，满足失灵动作条件后联跳进线其他侧开关。