CN107026433A - 一种新能源电站集电线路的快速保护系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新能源电站集电线路的快速保护系统和方法，其中，新能源电站包括至少一条集电线路，每条集电线路上并联多个箱变，发电区每个箱变低压侧设置有断路器且高压侧设置有熔断器和负荷开关；快速保护系统包括与每个箱变一一对应的箱变保护装置，其特征在于，还包括中心交换机、与每条集电线路一一对应的集电线路保护装置；当集电线路保护装置具备GOOSE接收功能时：所有的集电线路保护装置与中心交换机相连，每条集电线路对应的箱变保护装置组成一个光纤环网并与中心交换机相连。当箱变本体发生匝间短路等非电量故障时，由集电线路保护装置或集电线路一体化保护装置跳开对应集电线路开关，防止故障发展过大，箱变损坏。

Description

一种新能源电站集电线路的快速保护系统和方法

技术领域

本发明涉及一种新能源电站集电线路的快速保护系统和方法，尤其涉及新能源发电站10kV/35kV集电线路继电保护。

背景技术

随着我国可再生新能源尤其是光伏、风电新能源发电技术的推广，新能源发电容量以及其在整个电网中的比例均在大幅上升。而新能源电站中的主接线方式一般为：发电区多个箱变(箱式变电站)通过并联的方式连接在一条集电线路上，通常一条集电线路连接10个左右的箱变，而新能源电站中的集电线路数目由电站容量决定。由于受投资成本的限制，发电区箱变低压侧配置断路器，而高压侧配置熔断器和负荷开关，未配置断路器。箱变保护采集箱变低压侧电压和电流，配置相过流保护、零序过流保护等保护以及非电量保护，当箱变低压侧发生相间短路或接地故障时，箱变低压侧过流保护动作，跳开低压侧开关；当箱变高压侧发生相间短路或接地故障时，通过熔断器熔断将箱变从集电线路中隔离。集电线路保护装置通常配置相过流保护和零序过流保护，当集电线路发生相间短路或接地故障时，过流保护动作将集电线路开关跳开。当箱变本体发生非电量故障时，非电量保护动作，跳开低压侧开关。

现有的发电区保护配置方案，当集电线路或箱变高低压侧发生相间短路或接地故障等故障时，能够快速切除故障，保证新能源电站的稳定可靠运行。但当箱变内部发生匝间短路等引起的箱变本体非电量故障时，箱变保护装置非电量保护动作，只能将低压侧断路器断开(高压侧未配置断路器)，由于匝间故障时箱变的高压侧电流并不是很大，所以高压侧熔断器不会熔断，而集电线路保护装置同样不会动作，故障点没有被隔离，因此导致箱变损坏，故障发展扩大，不利于新能源电站的稳定可靠运行。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种新能源电站集电线路的快速保护系统和方法，当箱变本体发生匝间短路等非电量故障时，箱变保护装置发出GOOSE跳闸信号，跳闸信号通过环网上送，由集电线路保护装置或集电线路一体化保护装置跳开对应集电线路开关，防止故障发展过大，箱变损坏。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种新能源电站集电线路的快速保护系统，其中，新能源电站包括至少一条集电线路，每条集电线路上并联多个箱变，发电区每个箱变低压侧设置有断路器且高压侧设置有熔断器和负荷开关；快速保护系统包括与每个箱变一一对应的箱变保护装置，还包括中心交换机、与每条集电线路一一对应的集电线路保护装置；

当集电线路保护装置具备GOOSE接收功能时：所有的集电线路保护装置与中心交换机相连，每条集电线路对应的箱变保护装置组成一个光纤环网并与中心交换机相连。

优选，当集电线路保护装置不具备GOOSE接收功能时，快速保护系统还包括一台集电线路一体化保护装置，所述集电线路一体化保护装置与每个集电线路保护装置相连，所述集电线路一体化保护装置与中心交换机相连，每条集电线路对应的箱变保护装置组成一个光纤环网并与中心交换机相连。

一种新能源电站集电线路的快速保护方法，当集电线路保护装置具备GOOSE接收功能时，包括如下步骤：

步骤1、当箱变发生非电量故障时，箱变保护装置检测到箱变发出的非电量信号后，非电量保护动作，跳开箱变低压侧断路器；

步骤2、箱变保护装置发出GOOSE跳闸信号，通过光纤环网上送到中心交换机；

步骤3、集电线路保护装置从中心交换机接收本集电线路所属箱变保护装置发出的GOOSE跳闸信号；

步骤4、当集电线路保护装置接收到本装置对应的GOOSE跳闸信号后，GOOSE保护动作：跳开本集电线路开关，将故障切除。

当集电线路保护装置不具备GOOSE接收功能时，包括如下步骤：

步骤1、当箱变发生非电量故障时，箱变保护装置检测到箱变发出的非电量信号后，非电量保护动作，跳开箱变低压侧断路器；

步骤2、箱变保护装置发出GOOSE跳闸信号，通过光纤环网上送到中心交换机；

步骤3、集电线路一体化保护装置从中心交换机中接收全站所有箱变保护装置发出的GOOSE跳闸信号；

步骤4、集电线路一体化保护装置接收到GOOSE跳闸信号后，GOOSE保护动作：跳开相应集电线路开关，将故障切除。

当箱变低压侧或集电线路发生相间短路或接地故障时，根据采集到的电压和电流，相应的保护动作将开关跳开，切除故障。

本发明的有益效果是：

1)本发明中箱变保护装置组成光纤环网，当箱变保护装置检测到箱变本体发生非电量故障时，通过GOOSE迅速的将跳闸信号传送到集电线路保护装置或集电线路一体化保护装置，跳开集电线路开关，从而实现了当箱变本体故障时能够快速切除故障，防止箱变损坏，故障扩大。

2)箱变保护装置具备环网交换功能，组成光纤环网，通过GOOSE传送跳闸信号，可在不增加新能源电站投资的情况下实现快速保护。同时增强光纤的抗干扰能力以及GOOSE的快速重发机制，保证了跳闸信号快速、可靠的传递。GOOSE所具有的断链检测机制，可以对GOOSE通道实时监测，一旦发生通道中断，会立刻给出相应的报警信息，不仅提升了该系统和方法的可靠性，而且减少了运营人员的维护时间和成本。

3)若现有集电线路保护装置不具备GOOSE接收功能，可增加一台集电线路一体化保护装置，接收发电区所有箱变保护装置的GOOSE跳闸信号，通过电缆连线到已有集电线路保护装置，跳开发出跳闸信号箱变保护装置所属集电线路，方便已建电站的工程改造。

附图说明

图1是本发明箱变保护装置的结构框图；

图2是本发明箱变保护装置的实施例结构示意图；

图3是本发明集电线路保护装置的结构框图；

图4是本发明集电线路保护装置的实施例结构示意图；

图5是本发明集电线路一体化保护装置的结构框图；

图6是本发明集电线路一体化保护装置的实施例结构示意图；

图7是本发明一种新能源电站集电线路的快速保护系统实施例一结构示意图；

图8是本发明一种新能源电站集电线路的快速保护系统实施例二结构示意图；

图9是本发明新能源电站主接线图；

图10是本发明一种新能源电站集电线路的快速保护方法的实施例一流程图；

图11是本发明一种新能源电站集电线路的快速保护方法的实施例二流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1-11所示，一种新能源电站集电线路的快速保护系统，其中，新能源电站包括至少一条集电线路，每条集电线路上并联多个箱变，通常一条集电线路连接10个左右的箱变，而新能源电站中的集电线路数目由电站容量决定。发电区每个箱变低压侧设置有断路器且高压侧设置有熔断器和负荷开关，

快速保护系统包括与每个箱变一一对应的箱变保护装置(即每个箱变对应一个箱变保护装置)，还包括中心交换机，以及与每条集电线路一一对应的集电线路保护装置(即每条集电线路对应一个集电线路保护装置)。

有鉴于目前系统中，集电线路保护装置有的具备GOOSE接收功能，而有的则不具备GOOSE接收功能，故对不同的情况给出不同的实施方案，具体如下：

当集电线路保护装置具备GOOSE接收功能时，如图5所示：所有的集电线路保护装置与中心交换机相连，每条集电线路对应的箱变保护装置组成一个光纤环网并与中心交换机相连。

当集电线路保护装置不具备GOOSE接收功能时，如图6所示：快速保护系统还包括一台集电线路一体化保护装置，所述集电线路一体化保护装置与每个集电线路保护装置相连，所述集电线路一体化保护装置与中心交换机相连，每条集电线路对应的箱变保护装置组成一个光纤环网并与中心交换机相连。优选，中心交换机通过以太网口与其他装置相连。

当集电线路、箱变高压侧或箱变低压侧发生相间短路或接地故障时，由集电线路保护装置和箱变保护装置的电量保护动作，跳开集电线路开关或箱变低压侧断路器，或由箱变高压侧熔断器熔断，将故障切除。当箱变本体发生匝间短路等非电量故障时，箱变保护装置非电量保护动作，发出GOOSE跳闸信号，跳闸信号通过光纤环网上送，由集电线路保护装置或集电线路一体化保护装置GOOSE保护动作跳开相应集电线路开关，防止故障发展过大，箱变损坏。

箱变保护装置、集电线路保护装置和集电线路一体化保护装置的型号分别为南瑞继保的PCS-9726、PCS-9611-D和PCS-9625，另外，还可以采用下述方案实现，下面进行详细介绍。

如图1所示，所述箱变保护装置包括：

采集箱变非电量故障信号的开入单元；

采集箱变低压侧电压和电流的模拟量采集单元；

用于箱变通过光纤相连组成光纤环网的环网交换接口(环网交换接口优选是以太网口)，具备至少2个以太网口，支持箱变通过光纤相连组成光纤环网；

当箱变保护装置动作时发出跳闸指令、跳开箱变低压侧断路器的开出单元；

当非电量保护动作时，发出GOOSE跳闸信号的非电量保护单元；

根据采集的箱变低压侧电压和电流，当箱变低压侧故障时动作的电量保护单元；

当非电量保护动作时，发出GOOSE跳闸信号的GOOOSE发送单元。

图2是其一个实施例，其中，保护CPU插件，根据开入插件和模拟量采集插件采集的电压和电流实现非电量保护和电量保护；网络DSP插件，实现GOOSE信号的发送；环网交换插件，至少含2对网口，组成光纤环网；模拟量采集插件，包括PT(电压互感器)和CT(电流互感器)，采集箱变低压侧的电压和电流；开入插件，采集箱变发出的非电量信号；开出插件，提供跳闸接点，当箱变保护装置动作时，跳开箱变低压侧断路器；总线板卡，包括时复用同步通信总线、电源总线、模拟量总线、I/O总线，各插件通过总线板卡进行信息交互。

如图3所示，具备GOOSE接收功能的集电线路保护装置包括：

接收本集电线路箱变保护装置发送的GOOSE跳闸信号的GOOSE接收单元；

采集线路出线处电压和电流的模拟量采集单元；

当集电线路保护装置动作时，跳开集电线路开关的开出单元；

当接收到箱变保护装置发送的GOOSE跳闸信号后动作的GOOSE保护单元；

根据采集的线路电压和电流，当集电线路发生故障时动作的电量保护单元。图4是其一个实施例。

对应的，不具备GOOSE接收功能的集电线路保护装置包括：

采集线路出线处电压和电流的模拟量采集单元；

当集电线路保护装置动作时，跳开集电线路开关的开出单元；

当集电线路发生故障时动作的电量保护单元。

如图5所示，所述集电线路一体化保护装置包括：

接收全站箱变保护装置发送的GOOSE跳闸信号的GOOSE接收单元；

当接收到箱变保护装置发送的GOOSE跳闸信号后动作的GOOSE保护单元；

当集电线路一体化保护装置动作时、跳开相应集电线路开关的开出单元，开出单元通过硬电缆连线到各个集电线路保护装置。如6是其一个实施例。

如图10所示，一种新能源电站集电线路的快速保护方法，当集电线路保护装置具备GOOSE接收功能时，包括如下步骤：

步骤1、当箱变发生非电量故障时，箱变保护装置检测到箱变发出的非电量信号后，非电量保护动作，跳开箱变低压侧断路器；

步骤2、箱变保护装置发出GOOSE跳闸信号，通过光纤环网上送到中心交换机；

步骤3、集电线路保护装置从中心交换机接收本集电线路所属箱变保护装置发出的GOOSE跳闸信号；

步骤4、当集电线路保护装置接收到本装置对应的GOOSE跳闸信号后，GOOSE保护动作：跳开本集电线路开关，将故障切除。

如图11所示，当集电线路保护装置不具备GOOSE接收功能时，包括如下步骤：

步骤1、当箱变发生非电量故障时，箱变保护装置检测到箱变发出的非电量信号后，非电量保护动作，跳开箱变低压侧断路器；

步骤2、箱变保护装置发出GOOSE跳闸信号，通过光纤环网上送到中心交换机；

步骤3、集电线路一体化保护装置从中心交换机中接收全站所有箱变保护装置发出的GOOSE跳闸信号；

步骤4、集电线路一体化保护装置接收到GOOSE跳闸信号后，GOOSE保护动作：跳开相应集电线路开关，将故障切除。例如若接收到的发送GOOSE跳闸信号的箱变属于集电线路X，在集电线路一体化保护装置动作，装置跳闸出口闭合，通过集电线路X的保护装置的出口回路将集电线路X的开关跳开。

当箱变低压侧或集电线路发生相间短路或接地故障时，根据采集到的电压和电流，相应的保护动作将开关跳开，切除故障。具体如图9所示：其中，1为集电线路开关，2为箱变高压侧熔刀组合，3为箱变，4为箱变低压侧断路器。

当故障发生在集电线路(故障点1)上时，集电线路保护装置过流保护动作，断开集电线路开关，将故障切除；当故障发生在箱变高压侧(故障点2)，熔断器熔断，且该箱变从集电线路中切除；当故障发生在箱变低压侧(故障点4)，箱变保护装置过流保护动作，将故障切除；当箱变本体发生故障匝间短路时(故障点3)引起的非电量故障时，高压侧电流并不大，熔断器不会熔断，集电线路保护装置不会动作，箱变保护装置非电量保护动作时，将箱变低压侧跳开，同时发出GOOSE跳闸信号，通过光纤环网上送到中心交换机，由集电线路保护装置或集电线路一体化保护装置将集电线路开关跳开。

1)本发明中箱变保护装置组成光纤环网，当箱变保护装置检测到箱变本体发生非电量故障时，通过GOOSE迅速的将跳闸信号传送到集电线路保护装置或集电线路一体化保护装置，跳开集电线路开关，从而实现了当箱变本体故障时能够快速切除故障，防止箱变损坏，故障扩大。

2)箱变保护装置具备环网交换功能，组成光纤环网，通过GOOSE传送跳闸信号，可在不增加新能源电站投资的情况下实现快速保护。同时增强光纤的抗干扰能力以及GOOSE的快速重发机制，保证了跳闸信号快速、可靠的传递。GOOSE所具有的断链检测机制，可以对GOOSE通道实时监测，一旦发生通道中断，会立刻给出相应的报警信息，不仅提升了该系统和方法的可靠性，而且减少了运营人员的维护时间和成本。

3)若现有集电线路保护装置不具备GOOSE接收功能，可增加一台集电线路一体化保护装置，接收发电区所有箱变保护装置的GOOSE跳闸信号，通过电缆连线到已有集电线路保护装置，跳开发出跳闸信号箱变保护装置所属集电线路，方便已建电站的工程改造。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种新能源电站集电线路的快速保护系统，其中，新能源电站包括至少一条集电线路，每条集电线路上并联多个箱变，发电区每个箱变低压侧设置有断路器且高压侧设置有熔断器和负荷开关；快速保护系统包括与每个箱变一一对应的箱变保护装置，其特征在于，还包括中心交换机、与每条集电线路一一对应的集电线路保护装置；

当集电线路保护装置具备GOOSE接收功能时：所有的集电线路保护装置与中心交换机相连，每条集电线路对应的箱变保护装置组成一个光纤环网并与中心交换机相连。

2.根据权利要求1所述的一种新能源电站集电线路的快速保护系统，其特征在于，当集电线路保护装置不具备GOOSE接收功能时，快速保护系统还包括一台集电线路一体化保护装置，所述集电线路一体化保护装置与每个集电线路保护装置相连，所述集电线路一体化保护装置与中心交换机相连，每条集电线路对应的箱变保护装置组成一个光纤环网并与中心交换机相连。

3.根据权利要求2所述的一种新能源电站集电线路的快速保护系统，其特征在于，所述箱变保护装置包括：

采集箱变非电量故障信号的开入单元；

采集箱变低压侧电压和电流的模拟量采集单元；

用于通过光纤相连组成光纤环网的环网交换接口；

当箱变保护装置动作时发出跳闸指令、跳开箱变低压侧断路器的开出单元；

当非电量保护动作时，发出GOOSE跳闸信号的非电量保护单元；

当箱变低压侧故障时动作的电量保护单元；

当非电量保护动作时，发出GOOSE跳闸信号的GOOOSE发送单元。

4.根据权利要求2所述的一种新能源电站集电线路的快速保护系统，其特征在于，具备GOOSE接收功能的集电线路保护装置包括：

接收本集电线路箱变保护装置发送的GOOSE跳闸信号的GOOSE接收单元；

采集线路出线处电压和电流的模拟量采集单元；

当集电线路保护装置动作时，跳开集电线路开关的开出单元；

当接收到箱变保护装置发送的GOOSE跳闸信号后动作的GOOSE保护单元；

当集电线路发生故障时动作的电量保护单元。

5.根据权利要求2所述的一种新能源电站集电线路的快速保护系统，其特征在于，不具备GOOSE接收功能的集电线路保护装置包括：

采集线路出线处电压和电流的模拟量采集单元；

当集电线路保护装置动作时，跳开集电线路开关的开出单元；当集电线路发生故障时动作的电量保护单元。

6.根据权利要求2所述的一种新能源电站集电线路的快速保护系统，其特征在于，所述集电线路一体化保护装置包括：

接收全站箱变保护装置发送的GOOSE跳闸信号的GOOSE接收单元；

当接收到箱变保护装置发送的GOOSE跳闸信号后动作的GOOSE保护单元；

当集电线路一体化保护装置动作时、跳开相应集电线路开关的开出单元。

7.根据权利要求3所述的一种新能源电站集电线路的快速保护系统，其特征在于，所述环网交换接口是以太网口。

8.一种新能源电站集电线路的快速保护方法，其特征在于，当集电线路保护装置具备GOOSE接收功能时，包括如下步骤：

步骤1、当箱变发生非电量故障时，箱变保护装置检测到箱变发出的非电量信号后，非电量保护动作，跳开箱变低压侧断路器；

步骤2、箱变保护装置发出GOOSE跳闸信号，通过光纤环网上送到中心交换机；

步骤3、集电线路保护装置从中心交换机接收本集电线路所属箱变保护装置发出的GOOSE跳闸信号；

步骤4、当集电线路保护装置接收到本装置对应的GOOSE跳闸信号后，GOOSE保护动作：跳开本集电线路开关，将故障切除。

9.根据权利要求8所述的一种新能源电站集电线路的快速保护方法，其特征在于，当集电线路保护装置不具备GOOSE接收功能时，包括如下步骤：

步骤1、当箱变发生非电量故障时，箱变保护装置检测到箱变发出的非电量信号后，非电量保护动作，跳开箱变低压侧断路器；

步骤2、箱变保护装置发出GOOSE跳闸信号，通过光纤环网上送到中心交换机；

步骤3、集电线路一体化保护装置从中心交换机中接收全站所有箱变保护装置发出的GOOSE跳闸信号；

步骤4、集电线路一体化保护装置接收到GOOSE跳闸信号后，GOOSE保护动作：跳开相应集电线路开关，将故障切除。

10.根据权利要求8或9所述的一种新能源电站集电线路的快速保护方法，

其特征在于，当箱变低压侧或集电线路发生相间短路或接地故障时，根据采集到的电压和电流，相应的保护动作将开关跳开，切除故障。