CN106602514B - 一种基于站域信息共享的变电站站域死区保护系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于站域信息共享的变电站站域死区保护系统。每套站域死区保护装置都是由一台主机、加若干台子机组成，主子机之间通过光纤连接。保护主机负责整个站死区保护系统的时钟管理，主子机之间通过精确时钟协议来完成子机与主机之间的同步。主机负责全站数据的集中处理以及保护逻辑判断，缩短死区判断时间；每一台子机负责一个3/2接线串的数据的采集以及出口命令的执行，主、子机之间通过点对点光纤通讯。通过分布在各3/2接线串的采集子机与布置在控制室的保护主机组合，形成一个分布式的站域死区保护装置，同时，分布在不同变电站的站域死区保护主机之间通过通讯相连，并行工作，共同构成一个网络化的站域死区保护系统。

Description

一种基于站域信息共享的变电站站域死区保护系统
技术领域
本发明属于电力系统继电保护和自动化技术领域，具体涉及一种基于站域信息共享的变电站站域死区保护系统。
背景技术
随着大直流、新能源的大量接入，电网的电力电子化特征愈发明显。直流换相失败成为影响电网安全的重要故障，根据华东电网方式计算结论，直流受端电网交流故障将引起直流换相失败，一次换相失败恢复时间大约200ms，若发生连续两次换相失败接着就将该直流闭锁。如同时发生两回及以上直流连续两次换相失败，即使采取切除送端2000万千瓦左右机组、并闭锁直流等措施，送端电网仍无法稳定运行。直流落地附近500kV变电站发生死区故障或断路器拒动时，现有的保护配置故障切除时间将达到405-455ms，可能导致多回直流同时连续三次换相失败。
近来虽然对于现有保护配置以及整定原则作了很多论证，如通过降低失灵保护的整定延时到160ms(按照中国电力出版社,2008出版的中华人民共和国电力行业标准DL/T559-2007《220kV～750kV电网继电保护装置运行整定规程》要求，失灵整定延时范围为200ms～250ms)的安全极限，死区故障的切除时间依然要到370ms左右。500KV变电站大多采用3/2接线方式(如附图3所示)，对于此类接线方式理论计算表明，在现有保护配置模式保持不变情况下，仅仅通过对独立的间隔保护作局部细节改进来处理死区故障的方案，并不能从根本上解决死区故障对电网安全的影响。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种基于站域信息共享的变电站站域死区保护系统。本发明基于站域多间隔信息综合判断理念，提出变电站站域死区保护方法，通过分布式按照3/2接线串配置采集、执行子机，主机集中并行处理以及光纤通讯构架形成变电站站域死区保护，解决了传统保护的信息不足的问题，大大缩短了各个不同判据之间信息共享时延问题，也避免了集中式保护的采集处理瓶颈问题。同时，通过站间站域死区保护的通讯互联，通过站间信息交换，使得原来死区保护在不同站间串行进行的判别工作可以并行执行，进一步缩短故障切除时间。
本发明具体采用以下技术方案：
一种基于站域信息共享的变电站站域死区保护系统，其特征在于：
该死区保护系统通过采集本站多间隔电压电流信息，综合判断提高死区故障判别速度，达到缩短死区故障切除时间的目的。
一种基于站域信息共享的变电站站域死区保护系统，所述变电站站域死区保护系统应用于3/2接线变电站；其特征在于：
所述变电站站域死区保护系统包括本变电站的站域死区保护主机和若干个站域死区保护子机，变电站中每一3/2接线串对应配置一台子机，所述保护主机和每一台子机之间通过光纤连接；
本变电站的站域死区保护主机和有供电线路连接的其他变电站的站域死区保护主机之间通过通讯相连；
本变电站中每台子机都分别采集本串的3组CT和2组PT模拟量、3个开关的状态量以及间隔保护动作状态，并将采集数据上传至本变电站站域死区保护主机；本变电站站域死区保护主机同时接收有供电线路连接的其他变电站的站域死区保护主机发送来的供电线路对端开关状态量和保护动作状态；
本变电站站域死区保护主机根据本变电站各台子机采集数据和有供电线路连接的线路对端数据，按照预设的站域死区保护逻辑判断确认故障状态和死区故障点，在故障点确认以后，发送控制指令给相应子机，子机依据保护主机控制指令，执行相应的出口，隔离死区故障。
本发明进一步包括以下优选方案：
本变电站站域死区保护主机和每一台子机之间通过光纤点对点连接。
每一台子机安装在对应串的保护小室内。
本变电站站域死区保护主机安装在监控室或者与其中一个子机一起安装在该子机对应的保护小室。
由本变电站站域死区保护主机负责整个变电站站域死区保护系统的时钟管理，主、子机之间通过时钟协议来完成子机与保护主机之间的同步；子机之间不需要通讯，所有子机都保证与保护主机之间实现同步，同步误差小于4us。本系统不依赖于外部时钟源，不同变电站的死区保护装置之间不需要同步。
每一台子机负责对应3/2接线串的数据的采集以及出口命令的执行；每台子机都分别按照同步以后的时序完成本串的数据采集。
在死区故障判断确认过程中，故障所在变电站的死区保护装置启动确认故障的同时启动和故障点又电气连接的对端变电站死区保护装置，实现故障确认判据就地与远方并行执行。
本发明具有以下有益的技术效果：
本发明通过主子机模式构建变电站站域死区保护系统；通过分布式的按照接线串配置子机实现信息采集以及命令执行；通过光纤实现信息的实时传输与汇集；通过主机集中处理实现间隔信息共享；通过站间信息交互实现远方、就地判据并行执行。变电站站域死区保护装置按照变电站一次系统网络拓扑关系，综合利用全站信息集中判断提高死区故障判别速度，从而实现系统整体性能优化，达到缩短死区故障切除时间的目的。由于子机按串布置，出口资源丰富，出口可以直接操作开关操作回路，压缩操作环节时延；通过不同站间的信息交互实现远方、就地判据的同步进行，缩短远方开关切除时间，从而实现一个分布式的变电站站域快速死区保护系统。由于采用主子机构架，子机按串分布式布置，因此系统具有开放、易扩展的特点，不同的变电站规模只须根据接线串数量不同配置相应数量的子机，主机作相应的逻辑组态即可实现。
附图说明
图1为本发明基于站域信息共享的变电站站域死区保护系统示意图；
图2为站域死区保护原理图；
图3为2个3/2接线的500KV站系统图；
图4为F3点死区保护判逻辑图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实例对本发明的技术方案作进一步的详细说明。
本发明公开的一种基于站域信息共享的变电站站域死区保护系统，如附图1所示。本发明公开的基于站域信息共享的变电站站域死区保护系统应用于3/2接线变电站。
所述变电站站域死区保护系统包括本变电站的站域死区保护主机和若干个站域死区保护子机，变电站中每一3/2接线串对应配置一台子机。每一台子机安装在对应串的保护小室内，本变电站站域死区保护主机安装在监控室或者与其中一个子机一起安装在该子机对应的保护小室。
所述保护主机和每一台子机之间通过光纤连接，尤其通过光纤点对点连接。由本变电站站域死区保护主机负责整个变电站站域死区保护系统的时钟管理，主、子机之间通过时钟协议来完成子机与保护主机之间的同步；子机之间不需要通讯，所有子机都保证与保护主机之间实现同步，同步误差小于4us。本系统不依赖于外部时钟源，不同变电站的死区保护装置之间不需要同步。
每一台子机负责对应3/2接线串的数据的采集以及出口命令的执行；每台子机都分别按照同步以后的时序完成本串的数据采集。
本变电站的站域死区保护主机和有供电线路连接的其他变电站的站域死区保护主机之间通过通讯相连，接收有供电线路连接的其他变电站的站域死区保护主机发送来的供电线路对端开关状态量和保护动作状态。
本变电站中每台子机都分别采集本串的3组CT和2组PT模拟量、3个开关的状态量以及间隔保护动作状态，并将采集数据上传至本变电站站域死区保护主机。变电站站域死区保护主机根据本变电站各台子机采集数据和有供电线路连接的线路对端数据，按照预设的站域死区保护逻辑判断确认故障状态和死区故障点，并发送控制指令给相应子机，子机依据保护主机控制指令，执行相应的出口，隔离死区故障。
在死区故障判断确认过程中，故障所在变电站的死区保护装置启动确认故障的同时启动和故障点又电气连接的对端变电站死区保护装置，实现故障确认判据就地与远方并行执行。
下面以附图3所示的2个3/2接线的500KV站系统图为实施例来进一步介绍本发明的技术方案：
在甲变电站的4个3/2断路器的接线串的保护小室分别配置一台站域死区保护子机，在变电站的主控室配一台站域死区保护主机，然后通过站内直连光纤分别点对点的把这4台子机和主机连接起来组成变电站站域死区保护装置A(简称装置A)。在乙变电站按照规模配置相应的变电站站域死区保护装置B(简称装置B)；把各串的模拟量接入相应子机的交流插件(如第一串的CT1、CT2、CT3和PT1、PT2)和装状态量接入智能IO插件(如5041、5042、5043开关位置以及开关控制输出)，同时把就地保护的动作信号接入智能IO插件(如I母、II母的母差动作信号，L1线路的动作信号，T1变压器变压器的动作信号)；
然后通过站间通讯光纤(可以是组网，也可以点对点直连)把装置A的主机和装置B的主机连接起来，形成站域死区保护系统，如附图1所示；
在变电站内给装置A的4台子机分别分配唯一个ID：第一串的子机ID分配为1、第二串的子机ID分配为2、第三串的子机ID分配为3、第四串的子机ID分配为4，配置主机所接子机数量为4以及接入端口分别为1、2、3、4。利用直连光纤把一号子机连接到主机的1号接入口，同样的依次把2、3、4号子机分别连接到主机的2、3、4号接口。完成配置以及光纤连接后，给站域死区保护的一台主机以及四台子机通电，装置通电以后由分别布置在主子机内部的时钟同步模块通过光纤通讯实现主子机同步，完成同步以后，形成一个由一台主机、4台子机组成的分布式、同步工作的站域死区保护装置(站域死区保护原理图如图2所示)。装置B照此方法配置；
变电站甲配置的装置A，完成频率同步的4台子机装置均按照主机的工作频率以1200Hz的采样频率采集各自3/2接线串的上边CT1三相电流(Ia、Ib、Ic)、中CT2三相电流(Ia、Ib、Ic)、下边CT3三相电流(Ia、Ib、Ic)、PT1三相电压(Ua、Ub、Uc)、PT2三相电压(Ua、Ub、Uc)和上、中、下三个断路器状态以及上下母线保护、线路保护、变压器保护(如果是线线串则为线路保护)的动作信号等数据，并通过和主机之间的点对点通讯口上送主机，主机接收来自4个子机的采样数据，以编码(0～1999)对齐方式组织全站采样数据，并依据全站数据实现保护逻辑判断。主机根据逻辑判断结果向相应的子机发出出口命令，子机按照主机命令实现系统出口控制功能；
故障处理过程(以F3故障为例)，装置A主机利用本站4台子机采集的数据，综合判断本站有故障电流，并且本站站域死区保护装置收到甲站I母母差保护的动作信号，站域死区保护装置自身的I母差动元件动作，PT1电压持续低，由PT1电压和CT1电流计算的阻抗在阻抗死区范围，则装置A主机通过站间通讯通知和本站有电气连接关系的对方变电站乙的装置B站域死区保护启动，装置B收到启动状态以后，利用装置B的子机采集的信息判断线路L1阻抗在阻抗II段范围内或者线路L1零序过流动作，据此确认故障存在，从而实现死区保护切除的就地和远方判据并行进行；
在确认故障以后，主机利用采集到的本站I母母差动作信息，延时70ms(根据开关的最大断开时间，用户可整定)后比较和I相连的4个边ct电流(5011、5021、5031、5041)的大小，选出电流最大的CT1所在串，并且CT1的电流采样值在30ms内最少有两个过0点，即可确认该串为死区故障串。确认故障范围以后即可发命令给本站子机1跳开5042开关，同时通过站间通讯发命令给对方乙站站域死区保护装置同时跳开乙站的5011和5012开关，完成死区故障的切除。判断逻辑如附图4所示。
以上是本发明申请人结合说明书附图对本发明所作的详细的说明与描述，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，任何一个本专业的技术人员在不偏离本发明技术方案的范围内，依据以上技术和方法作一定的修饰和变更当视为等同变化的等效实施例。

Claims (7)

1.一种基于站域信息共享的变电站站域死区保护系统，所述变电站站域死区保护系统应用于3/2接线变电站；其特征在于：
所述变电站站域死区保护系统包括本变电站的站域死区保护主机和若干个站域死区保护子机，变电站中每一3/2接线串对应配置一台子机，所述保护主机和每一台子机之间通过光纤连接；
本变电站的站域死区保护主机和有供电线路连接的其他变电站的站域死区保护主机之间通过通讯相连；
本变电站中每台子机都分别采集本串的3组CT和2组PT模拟量、3个开关的状态量以及间隔保护动作状态，并将采集数据上传至本变电站站域死区保护主机；本变电站站域死区保护主机同时接收有供电线路连接的其他变电站的站域死区保护主机发送来的供电线路对端开关状态量和保护动作状态；
本变电站站域死区保护主机根据本变电站各台子机采集数据和有供电线路连接的线路对端数据，按照预设的站域死区保护逻辑判断确认故障状态和死区故障点，在故障点确认以后，发送控制指令给相应子机，子机依据保护主机控制指令，执行相应的出口，隔离死区故障。
2.根据权利要求1所述的基于站域信息共享的变电站站域死区保护系统，其特征在于：
本变电站站域死区保护主机和每一台子机之间通过光纤点对点连接。
3.根据权利要求1所述的基于站域信息共享的变电站站域死区保护系统，其特征在于：
每一台子机安装在对应串的保护小室内。
4.根据权利要求1所述的基于站域信息共享的变电站站域死区保护系统，其特征在于：
本变电站站域死区保护主机安装在监控室或者与其中一个子机一起安装在该子机对应的保护小室。
5.根据权利要求1所述的基于站域信息共享的变电站站域死区保护系统，其特征在于：
由本变电站站域死区保护主机负责整个变电站站域死区保护系统的时钟管理，主、子机之间通过时钟协议来完成子机与保护主机之间的同步；子机之间不需要通讯，所有子机都保证与保护主机之间实现同步，同步误差小于4us，整个系统不依赖外部时钟系统。
6.根据权利要求1所述的基于站域信息共享的变电站站域死区保护系统，其特征在于：
每一台子机负责对应3/2接线串的数据的采集以及出口命令的执行；每台子机都分别按照同步以后的时序完成本串的数据采集。
7.根据权利要求1所述的基于站域信息共享的变电站站域死区保护系统，其特征在于：
在死区故障判断确认过程中，故障所在变电站的死区保护装置启动确认故障的同时启动和故障点有电气连接的对端变电站死区保护装置，实现故障确认判据就地与远方并行执行。
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