CN107359600A - 一种站域保护方法及装置 - Google Patents

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CN107359600A
CN107359600A CN201710602254.4A CN201710602254A CN107359600A CN 107359600 A CN107359600 A CN 107359600A CN 201710602254 A CN201710602254 A CN 201710602254A CN 107359600 A CN107359600 A CN 107359600A
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郑灏
王庆平
薄志谦
马凯琪
王林
魏繁荣
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Huazhong University of Science and Technology
State Grid Corp of China SGCC
Xuji Group Co Ltd
Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co Ltd
Xuchang XJ Software Technology Co Ltd
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Huazhong University of Science and Technology
State Grid Corp of China SGCC
Xuji Group Co Ltd
Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co Ltd
Xuchang XJ Software Technology Co Ltd
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H02H7/261—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured involving signal transmission between at least two stations
    • H02H7/262—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured involving signal transmission between at least two stations involving transmissions of switching or blocking orders

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Abstract

本发明涉及一种站域保护方法及装置，站域保护方法包括：根据变电站一次设备的种类以及在不同种类的变电站一次设备中各中心层保护和就地层保护的重要性，设定各中心层保护和就地层保护跳闸时的权值均为设定值，不跳闸时的权值均为0；实时检测各中心层保护和就地层保护是否发出跳闸信号，判断各中心层保护和就地层保护的权值之和是否小于设定的跳闸阈值；若不小于设定的跳闸阈值，则下发断路器跳闸指令。本发明通过综合考虑发出跳闸信号的各保护的种类和数目，当重要性较高的保护发出了跳闸信号或者是相应数目的重要性较低的保护发出了跳闸信号时，则下发断路器跳闸指令，有效提高了变电站一次设备保护的可靠性。

Description

一种站域保护方法及装置
技术领域
本发明涉及一种站域保护方法及装置，属于电力系统继电保护技术领域。
背景技术
保护功能的集成方式多种多样，既可将跨多个间隔的主、后备保护集中于同一个N合1设备中或者将跨多个间隔的主保护集中于某一N合一设备，将后备保护集中于另一N合1设备；也可参照传统面向间隔的保护配置，将某个间隔的保护功能集成于某一N合1设备，并通过指定某一N合1设备实现跨间隔的保护功能。
对于第二种集成的模式：在就地层，将某元件主保护功能集中于某一N合1设备，构成就地主N合1设备；将该元件后备保护功能集中于另一N合1设备，构成就地后备N合1设备。在中心层，将就地所有的主保护功能集成于某一保护设备，构成中心主保护设备；将就地所有的后备保护功能集成于某一保护设备，构成中心后备保护设备。中心层的主保护既可沿用就地保护原理，也可基于广域冗余信息构造新的原理优化的保护，这种主保护一般能唯一确定故障元件。同理，中心层的后备保护即包括与就地后备保护原理一致的保护，也包括基于广域信息的后备保护新原理。
对于配电网而言，一般线路仅配置单套保护，发生故障时能尽快切除故障，但配网侧保护智能中心系统为线路配置多套保护时，其保护抗拒动能力大大提高，但是多套保护装置的配合却更容易造成保护的误动。
母线作为电网中重要的元件，尽管母线发生故障的几率比较低，但是一旦发生故障会造成严重的后果，可能使得故障母线上的所有元件全部被迫停电，在母线保护拒动时甚至可能造成系统稳定性的破坏。因此，对于母线保护应以防拒动为主。
变压器也是电网中相当重要的元件，而且造价成本高昂，若发生故障时保护拒动则将直接对供电可靠性、经济性造成巨大的影响，因此一般情况下均为变压器配置了多种类型的保护以防止拒动。
发明内容
本发明的目的是提供一种站域保护方法及装置，用于解决当变电站一次设备配置多套保护时导致保护可靠性较差的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种站域保护方法，步骤如下：
根据变电站一次设备的种类以及在不同种类的变电站一次设备中各中心层保护和就地层保护的重要性，设置各中心层保护和就地层保护跳闸时的权值均为设定值，各中心层保护和就地层保护不跳闸时的权值均为0；
实时检测各中心层保护和就地层保护是否发出跳闸信号，判断各中心层保护和就地层保护的权值之和是否小于设定的跳闸阈值；
若各中心层保护和就地层保护的权值之和不小于设定的跳闸阈值，则下发断路器跳闸指令。
进一步的，变电站一次设备中包括至少两种中心层保护或至少一种就地层保护。
进一步的，变电站一次设备为线路，中心层保护和就地层保护跳闸时的权值均为1，设定的跳闸阈值为2。
进一步的，变电站一次设备为母线，中心层保护跳闸时的权值为0.5，就地层保护跳闸时的权值为1，设定的跳闸阈值为1。
进一步的，变电站一次设备为变压器，中心层保护跳闸时的权值为0.5，就地层保护跳闸时的权值为1，设定的跳闸阈值为1。
本发明还提供了一种站域保护装置，包括处理器，所述处理器用于处理实现如下方法的指令：
根据变电站一次设备的种类以及在不同种类的变电站一次设备中各中心层保护和就地层保护的重要性，设置各中心层保护和就地层保护跳闸时的权值均为设定值，各中心层保护和就地层保护不跳闸时的权值均为0；
实时检测各中心层保护和就地层保护是否发出跳闸信号，判断各中心层保护和就地层保护的权值之和是否小于设定的跳闸阈值；
若各中心层保护和就地层保护的权值之和不小于设定的跳闸阈值，则下发断路器跳闸指令。
进一步的，变电站一次设备中包括至少两种中心层保护或至少一种就地层保护。
进一步的，变电站一次设备为线路，中心层保护和就地层保护跳闸时的权值均为1，设定的跳闸阈值为2。
进一步的，变电站一次设备为母线，中心层保护跳闸时的权值为0.5，就地层保护跳闸时的权值为1，设定的跳闸阈值为1。
进一步的，变电站一次设备为变压器，中心层保护跳闸时的权值为0.5，就地层保护跳闸时的权值为1，设定的跳闸阈值为1。
本发明的有益效果是：
根据在不同种类的变电站一次设备中各中心层保护和就地层保护的重要性，将各中心层保护和就地层保护跳闸时的权值设置为设定值，不跳闸时的权值设置为0，当各中心层保护和就地层保护的权值之和不小于设定的跳闸阈值时，也就是当重要性较高的保护发出了跳闸信号或者是相应数目的重要性较低的保护发出了跳闸信号时，此时变电站一次设备极有可能发生了故障，则下发断路器跳闸指令，有效提高了变电站一次设备保护的可靠性。
对于线路保护，为了避免多套保护装置的配合容易造成保护的误动，只有当各中心层保护和就地层保护中至少其中的两种保护均发出跳闸信号时，才下发断路器跳闸指令，有效避免了线路保护误动。
对于母线保护或变压器保护，为了避免多套保护装置的配合容易造成保护的拒动，只有当至少两种中心层保护均发出跳闸信号，或者是至少就地层保护发出跳闸信号时，才下发断路器跳闸指令，有效避免了母线保护或变压器保护拒动。
附图说明
图1是线路跳闸逻辑图；
图2是母线跳闸逻辑图；
图3是变压器跳闸逻辑图；
图4是线路保护状态空间图；
图5是线路保护简化状态空间图；
图6是母线及变压器保护状态空间图；
图7是母线及变压器保护简化状态空间图；
图8是单重化保护状态空间图；
图9是双重化保护状态空间图；
图10是某一中心层保护装置退出下的保护状态空间图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
本发明站域保护装置包括处理器，该处理器用于根据变电站一次设备中的各种保护的跳闸信号信息以执行实现如下方法的指令：
根据变电站一次设备的种类以及在不同种类的变电站一次设备中各中心层保护和就地层保护的重要性，设置各中心层保护和就地层保护跳闸时的权值均为设定值，各中心层保护和就地层保护不跳闸时的权值均为0。
其中，变电站主要的一次设备包括线路、母线和变压器三种，在本实施例中，三种一侧设备中均包括两种中心层保护或一种就地层保护。当然，作为其他的实施方式，三种一侧设备中的中心层保护和就地层保护的数目并不受限制，由不同变电站的实际情况来确定。
实时检测各中心层保护和就地层保护是否发出跳闸信号，判断各中心层保护和就地层保护的权值之和是否小于设定的跳闸阈值；若各中心层保护和就地层保护的权值之和不小于设定的跳闸阈值，则下发断路器跳闸指令。
下面就线路、母线和变压器三种一侧设备的所对应的保护方法进行具体介绍：
(1)线路最优保护配合方式
线路最优保护中，以防止误动为主。为实现此方式，可以将中心层冗余配置的保护装置分为保护1和保护2，为不同来源的跳闸信号设置一定的权值，如表1所示：
表1
发出跳闸信号 未发出跳闸信号
中心层保护1权值(C1) 1 0
中心层保护2权值(C2) 1 0
就地层保护权值(L) 1 0
智能组件发送给断路器的最终跳闸指令时，为其设置一个阈值T：
T＝C1+C2+L
当T≥2时，智能组件发送最终跳闸信号给断路器，跳闸。
当T＜2时，智能组件不发送最终跳闸指令至断路器，不跳闸。
以就地层线路配置电流保护、中心层配置基于分区策略的电流差动保护为例子，针对某一段线路的不同保护区域，对上述跳闸权值指令进行分析。
如果就地层与中心层保护装置均正常工作，则就地层电流I段保护发出权值为1的跳闸信号，中心层保护需要至少发出一道权值为1的跳闸信号，其阈值T＝1+C1+C2≥2，智能组件才会发送最终跳闸指令给断路器，切除故障。如果就地层电流I段保护拒动，则由电流II段或III段保护作为I段保护的后备保护进行动作并发出权值为1的跳闸信号，中心层保护需要至少发出一道权值为1的跳闸信号，其阈值T＝1+C1+C2≥2，智能组件才会发送最终跳闸指令给断路器，切除故障。若就地层保护没有任何动作或智能组件尚未收到来自就地层保护的信息，但中心层保护已发出两道跳闸指令，其阈值T＝0+1+1＝2≥2，智能组件发出最终跳闸指令从而切除故障。如果只有一套保护发出跳闸指令，其阈值T为1，可视为该套保护误动，不会令线路断开。
综合上述情况可知，针对线路保护而言，三套保护装置中只要有大于两套的保护装置发出跳闸指令，则切除相应的故障元件；如果只有一套保护装置发出跳闸指令，那么认为该装置误动，不切除相应的元件，其跳闸逻辑如图1所示。
(2)母线最优保护配合方式
和线路保护类似，为不同来源的跳闸信号设置一定的权值，如表2所示：
表2
发出跳闸信号 未发出跳闸信号
中心层保护1权值(C1) 0.5 0
中心层保护2权值(C2) 0.5 0
就地层保护权值(L) 1 0
智能组件发送给断路器的最终跳闸指令时，同样为其设置一个阈值T：
T＝C1+C2+L
当T≥1时，智能组件发送最终跳闸信号给断路器，跳闸。
当T＜1时，智能组件不发送最终跳闸指令至断路器，不跳闸。
假设该母线为高压配电网中较为重要的母线，就地层装设专用的母线差动保护，中心层配置基于分区策略的电流差动保护，分析上述跳闸权值指令。
若就地层保护装置正常工作，中心层保护即使均不发出跳闸信号，其阈值T＝1+C1+C2≥1，智能组件发送指令给断路器，迅速切除故障；若就地层保护没有任何动作，但中心层保护发出跳闸指令，只有当两套保护均发出跳闸指令时，其阈值T＝0+0.5+0.5＝1≥1，才会令智能组件发出最终跳闸指令；若就地层保护没有动作，中心层只有一套保护发出跳闸指令，其阈值T＝0+0.5+0＝0.5<1，可视为该套保护误动，不会令线路断开。
综合上述情况可知，为了保障快速切除母线故障，如果就地层保护发出跳闸指令，无论中心层如何动作，均选择将相关母线断开；如果就地层保护没有发出跳闸指令，只有当中心层两套保护均发出跳闸指令时，才会选择将相关母线断开；如果就地层保护没有发出跳闸指令，只有一套中心层保护装置发出跳闸指令，那么认为该装置误动，不切除相应的元件，其跳闸逻辑如图2所示。
(3)变压器最优保护配合方式
变压器保护配合和母线保护类似，应以防止拒动为主，其权值如表3所示：
表3
发出跳闸信号 未发出跳闸信号
中心层保护1权值(C1) 0.5 0
中心层保护2权值(C2) 0.5 0
就地层保护权值(L) 1 0
智能组件发送给断路器的最终跳闸指令时，同样为其设置一个阈值T：
T＝C1+C2+L
当T≥1时，智能组件发送最终跳闸信号给断路器，跳闸。
当T＜1时，智能组件不发送最终跳闸指令至断路器，不跳闸。
变压器保护配置纵联差动保护，为中心层配置基于分区策略的电流差动保护，分析上述跳闸权值指令。
若就地层保护装置正常工作，中心层保护即使均不发出跳闸信号，其阈值T＝1+C1+C2≥1，智能组件发送指令给断路器，迅速切除故障；若就地层保护没有任何动作，但中心层保护发出跳闸指令，只有当两套保护均发出跳闸指令时，其阈值T＝0+0.5+0.5＝1≥1，才会令智能组件发出最终跳闸指令；若就地层保护没有动作，中心层只有一套保护发出跳闸指令，其阈值T＝0+0.5+0＝0.5<1，可视为该套保护误动，不会令线路断开。
综合上述情况可知，对于变压器保护配合方式而言，其动作跳闸方式与母线保护相同，如果就地层保护发出跳闸指令，无论中心层如何动作，均选择将变压器断开；如果就地层保护没有发出跳闸指令，只有当中心层两套保护均发出跳闸指令时，才会选择将变压器断开；如果就地层保护没有发出跳闸指令，只有一套中心层保护装置发出跳闸指令，那么认为该装置误动，不切除相应的元件，其跳闸逻辑如图3所示。
对于常规的继电保护来说，为进一步保证保护的安全性与可靠性，一般情况下均采用双重化保护，可选择采用马尔可夫模型状态模型完成对保护系统可靠性的评估。对于保护系统由就地层保护与中心层保护构成的配网侧保护智能中心架构，相比常规继电保护系统更加复杂，若直接采用基本的马尔可夫状态模型将会大大增加计算量。而且上述方式仅仅考虑了保护配合之间的可靠性，在实际电网运行之中，各种硬件设备的运行状态、设备检修状态等大量外界因素同样影响保护系统的可靠性，如果在原有的马尔可夫状态模型基础上再次考虑这些因素，则将可能导致马尔可夫状态空间爆炸而失去求解的可能。因此，针对上述保护智能中心就地层与中心层保护配合方式，仅对其保护配合方式的可靠性进行分析。与常规保护统一化的配合方式不同，本系统中的线路与母线、变压器的保护配合方式不同，需要针对不同的保护元件进行分析。同时为了合理评判元件最优配合方式的可靠性，做出如下假设：
1、保护装置的故障率和修复率为常数，其可靠度和维修度服从指数分布。
2、各个保护装置不会在同一时刻发生故障，故障时刻有先有后。
3、某一台保护装置发生故障后，可将其隔离，其余保护装置不会受到影响。
1)线路保护配合可靠性分析
对于线路的保护配置，以66kV线路为例，本地配置单套保护，本区域内存在两个互为备用的保护智能中心，针对前面描述的由这两套互为备用保护智能中心与就地单套保护所构成的高冗余性的保护系统，可得图4所示状态空间图。在图4所示的状态空间图中，U表示正常，S表示备用，J表示拒动，W表示误动，D表示故障。λd、μd表示设备故障率和修复率，λ1d、μ1d表示就地层主保护拒动率和修复率，λ2d、μ2d表示中心层主保护拒动率和修复率，λ1hd、μ1hd表示就地层后备保护拒动率和修复率，λ2hd、μ2hd表示中心层后备保护拒动率和修复率，λ1w、μ1w表示就地层主保护误动率和修复率，λ2w、μ2w表示中心层主保护误动率和修复率，λ1hw、μ1hw表示就地层后备保护误动率和修复率，λ2hw、μ2hw表示就地层后备保护误动率和修复率，λ1hx、μ1hx表示主保护切除故障前，就地层后备保护误动率和修复率，λ2hx、μ2hx表示主保护切除故障前，中心层后备保护误动率和修复率，λ1hy、μ1hy表示中心层主保护和中心层后备保护切除故障前，就地层后备保护误动率和修复率，λ1hz、μ1hz表示中心层后备保护切除故障前，就地层后备保护误动率和修复率，λ1hn、μ1hn表示本地主保护和中心层后备保护切除故障前，就地层后备保护误动率和修复率。则状态0至状态28分别表示：
状态0表示设备正常，各主保护正常，各后备保护正常且处于备用状态；
状态1表示设备故障，各主保护正常，各后备保护正常且处于备用状态；
状态2表示设备故障，就地层主保护拒动，中心层主保护正常，各后备保护正常且处于备用状态；
状态3表示设备故障，就地层主保护拒动，某中心层一套主保护拒动，另一中心层主保护正常，某中心层后备保护投入使用，另一中心层后备保护与就地层后备保护正常且处于备用状态；
状态4表示设备故障，所有主保护拒动，中心层两套后备保护投入使用，就地层后备保护正常且处于备用状态；
状态5表示设备故障，所有主保护以及某中心层后备保护拒动，另一中心层后备保护和就地层后备保护投入使用；
状态6表示设备故障，所有主保护以及中心层后备保护拒动，仅就地层后备保护投入使用；
状态7表示设备故障，所有保护均拒动；
状态8表示设备正常，本地主保护误动，中心层主保护正常，后备保护正常且处于备用状态；
状态9表示设备正常，本地主保护误动和某中心层主保护误动，另一中心层主保护正常，后备保护正常且处于备用状态；
状态10表示设备正常，主保护均误动，后备保护正常且处于备用状态；
状态11表示设备正常，主保护和某中心层后备保护误动，另一中心层后备保护和就地层后备保护正常且处于备用状态；
状态12表示设备正常，主保护和中心层两套后备保护误动，就地层后备保护正常且处于备用状态；
状态13表示设备正常，所有保护均误动；
状态14表示设备正常，主保护正常，某中心层后备保护误动，另一中心层后备保护和就地层后备保护正常且处于备用状态；
状态15表示设备正常，主保护正常，中心层两套后备保护误动，就地层后备保护正常且处于备用状态；
状态16表示设备正常，主保护正常，就地层后备保护误动，中心层后备保护正常且处于备用状态；
状态17表示设备正常，主保护正常，就地层后备保护和某中心层后备保护误动，另一中心层后备保护正常且处于备用状态；
状态18表示设备故障，主保护正常，在切除故障前某中心层后备保护误动，另一中心层后备保护和就地层后备保护正常且处于备用状态；
状态19表示设备故障，主保护正常，在切除故障前两中心层后备保护误动，就地层后备保护正常且处于备用状态；
状态20表示设备故障，主保护正常，在切除故障前就地层后备保护误动，中心层后备保护正常且处于备用状态；
状态21表示设备故障，主保护正常，在切除故障前就地层后备保护和某中心层后备保护误动，另一中心层后备保护正常且处于备用状态；
状态22表示设备故障，就地层主保护和某中心层主保护拒动，另一中心层主保护和中心层后备保护正常，在切除故障前就地层后备保护误动；
状态23表示设备故障，主保护拒动，中心层后备保护正常，在切除故障前就地层后备保护误动；
状态24表示设备故障，就地层主保护和某中心层主保护正常，另一中心层主保护拒动，各后备保护正常且处于备用状态；
状态25表示设备故障，就地层主保护正常，中心层主保护拒动，某中心层后备保护投入，另一中心层后备保护与就地层后备保护正常且处于备用状态；
状态26表示设备正常，某中心层主保护误动，另一中心层主保护和就地层主保护正常，后备保护正常且处于备用状态；
状态27表示设备正常，中心层两套主保护误动，就地层主保护正常，后备保护正常且处于备用状态；
状态28表示设备故障，就地层主保护正常，中心层主保护拒动，中心层后备保护正常，在切除故障前就地层后备保护误动。
在针对某线路的多套保护配置中，为了减小保护误动率，设置就地层的保护与中心层保护至少有两套动作才会跳开故障线路，一方面尽量保障了故障不误动，但另一方面却不可避免地加大了故障拒动的可能性。在状态空间框图中，为了体现就地层主保护与中心层主保护的特殊配合关系，图4详细描述了这两类主保护在状态转移过程中的变化方式，但却不可避免地加剧了状态空间框图的复杂化。根据上述原理所得出的马尓可夫状态空间模型，线路保护状态空间图含有29个状态量，其转移密度矩阵A为一个29阶矩阵，求解该矩阵需要进行庞大的计算。
针对计算过于复杂的问题，由于中心层后备保护可更广泛地收集区域信息，其分析处理能力较强，发生误动概率更小，而且中心层后备保护范围较大，对区域电网安全稳定影响更大，在判据设计时已经尽量避免发生误动的情况。因此，可假设中心层后备保护一般情况下均不会发生误动。据此，可做出新的状态空间图，如图5所示。在图5所示的状态空间图中，U表示正常，S表示备用，J表示拒动，W表示误动，D表示故障。
图5所对应的矩阵为21阶矩阵，与原29阶矩阵相比得到了一定程度的简化，根据简化后的状态空间图，可得出其状态转移矩阵A：
在A的表达式中，有p0＝-λd-λ1w-λ1hw-2λ2w，p1＝-μd-λ1d-λ1hx-2λ2d，p2＝-μ1d-2λ2d，p3＝-μ2d-λ2d-λ1hy，p4＝-2μ2d-2λ2hd-λ1hz-μ1d，p5＝-μ2hd-λ2hd，p6＝-2μ2hd-λ1hd，p7＝-μ1hd，p8＝-μ1w-2λ2w，p9＝-μ2w-λ2w，p10＝-2μ2w-λ1hw-μ1w，p11＝-μ1hw，p12＝-μ1hw，p13＝-μ1hx，p14＝-μ1hy，p15＝-μ1hz，p16＝-μ2d-λ2d，p17＝-λ1d-2μ2d-λ1hn，p18＝-λ2w-μ2w，p19＝-λ1w-2μ2w，p20＝-μ1hn。
利用公式：
XA＝0
可获得其方程组：
利用附加条件：
x0+x1+x2+x3+x4+x5+x6+x7+x8+x9+x10+x11+x12+x13+x14+x15+x16+x17+x18+x19+x20＝1
即可计算各状态的概率。
通过对化简前状态0至状态28的分析可知，状态0时未发生故障，在发生故障时，状态1、状态2、状态3、状态4、状态5、状态16、状态17均可正确切除故障。尽管状态8和状态12的就地层保护误动，但其阈值没有达到动作要求，故系统不会发生误动。同样，状态18由于只有一套中心层主保护动作，未达到阈值要求，因此，尽管此时主保护误判，但是在所提出的保护配合方式下不会造成误动的真正后果，等待设备的修复即可。而状态6则由于只有就地层后备保护正常，其他保护均拒动，无法满足阈值要求。
对于状态9、状态10、状态11、状态19，在这些状态下存在保护的误动作，而且保护装置所发出指令的权值之和大于等于2，导致保护综合决策系统发出错误的跳闸命令，而状态13、状态14、状态15是在其他保护正常动作的情况下就地层后备保护发生误动，尽管故障被切除，但是由于是后备保护动作，可能造成线路切除范围增加，属于保护误动导致的失效状态。对于状态6、状态7属于保护均拒动的情况，该状况下保护完全失效，属于保护拒动导致的失效状态。
故保护综合决策系统的稳态可用度为：
A＝1-(x6+x7)
保护综合决策系统不可用度为：
U＝1-A
保护综合决策系统出现拒动的概率为：
J＝x2+x3+x4+x5+x6+x7+x16+x17
在保护配合方式下最终保护拒动的概率为：
J1＝x6+x7
保护综合决策系统出现误动的概率为：
W＝x8+x9+x10+x11+x12+x13+x14+x15+x18+x19+x20
在保护配合方式下最终保护误动的概率为：
W1＝x9+x10+x11+x13+x14+x15+x19+x20
由于目前尚没有成熟的配网侧保护智能中心系统投入使用，无法得知系统的实际运行状态，故只能通过参考国家电网公司对继电保护装置运行状态的统计，对状态框图中的各概率进行合理的假设，其结果如表4所示：
表4
代入前式，可得：可用度A＝0.999999，不可用度U＝0.000001，保护综合决策系统出现拒动的概率J＝1.768×10-6，在保护配合方式下最终保护拒动的概率J1＝3.814×10-19，保护综合决策系统出现误动的概率W＝1.726×10-2，在保护配合方式下最终保护误动的概率W1＝5.977×10-5。
2)母线及变压器保护配合可靠性分析
根据前文提出的保护配合方式，母线与变压器采用同样的保护配合方式，就地层配置相应的主保护以及后备保护，就地层与中心层主保护视为可同时动作，中心层采用的区域后备保护可先于本地后备保护动作，可得出图6所示状态空间图。
针对图6所示的状态空间图，各个状态间的概率λ和μ与线路状态空间图采用相同的表示方法。该状态空间共包含了28个状态，即状态0至状态27，其中大部分状态与线路保护状态空间图相同，这是由于两者保护配合方式在一定程度上有比较相近的地方。但是由于保护配合方式不完全相同，因此存在几点不同的状态，列举如下：
状态25表示设备故障，就地层主保护正常，中心层主保护拒动，各后备保护正常且处于备用状态；
没有状态28。
现在同样根据前文采用的简化方法，假设中心层后备保护不会误动，则新的状态框图如图7所示。
该状态空间图对应的矩阵为20阶矩阵，与原状态空间图对应的28阶矩阵相比得到了一定程度的简化，根据简化后的状态空间图可得出其状态转移矩阵A为：
式中，有p0＝-λd-λ1w-λ1hw-2λ2w，p1＝-μd-λ1d-λ1hx-2λ2d，p2＝-μ1d-2λ2d，p3＝-μ2d-λ2d-λ1hy，p4＝-2μ2d-2λ2hd-λ1hz-μ1d，p5＝-μ2hd-λ2hd，p6＝-2μ2hd-λ1hd，p7＝-μ1hd，p8＝-μ1w-2λ2w，p9＝-μ2w-λ2w，p10＝-2μ2w-λ1hw-μ1w，p11＝-μ1hw，p12＝-μ1hw，p13＝-μ1hx，p14＝-μ1hy，p15＝-μ1hz，p16＝-μ2d-λ2d，p17＝-λ1d-2μ2d，p18＝-λ2w-μ2w，p19＝-λ1w-2μ2w。
利用公式：
XA＝0
可得其相应的方程组：
利用附加条件：
x0+x1+x2+x3+x4+x5+x6+x7+x8+x9+x10+x11+x12+x13+x14+x15+x16+x17+x18+x19＝1
即可计算各状态的概率。
通过对化简前状态0至状态25的分析以及线路保护配合方式可知，状态0时未发生故障，在发生故障时，状态1、状态2、状态3、状态4、状态5、状态6、状态16、状态17均可正确切除故障。状态18由于只有一套中心层主保护动作，其权值为0.5，不满足动作阈值大于等于1的要求，因此，尽管此时该主保护误动，但是在所提出的保护配合方式下不会发生保护误动的后果，等待设备的修复即可。
对于状态8、状态9、状态10、状态11、状态12、状态13、状态19，在这些状态下存在保护误动作的风险，而且保护装置所发出指令的权值之和大于等于1，导致保护发出错误的跳闸命令，而状态14和状态15是在主保护正常动作的情况下后备保护发生误动，尽管故障被切除，但是由于后备保护也动作出口，可能造成线路切除范围增加，属于保护误动导致的失效状态。状态7属于所有保护均拒动的情况，该状况下保护完全失效，属于保护拒动导致的失效状态。
保护系统的稳态可用度为：
A＝1-x7
故保护系统的不可用度为：
U＝1-A
保护系统发生拒动的概率为：
J＝x2+x3+x4+x5+x6+x7+x16+x17
在保护配合方式下最终保护拒动的概率为：
J1＝x7
保护系统误动的概率为：
W＝x8+x9+x10+x11+x12+x13+x14+x15+x18+x19
在保护配合方式下最终保护拒动的概率为：
W1＝x8+x9+x10+x11+x12+x13+x14+x15+x19
由于同样缺乏配电网保护智能中心的实际数据，同样通过采用表4中各类统计数据，可得出相应的各状态概率：系统可用度A＝0.999999，不可用度U＝0.000001，系统发生拒动的概率J＝1.768×10-6，在保护配合方式下最终保护拒动的概率J1＝1.189×10-22，系统发生误动的概率W＝1.726×10-2，在保护配合方式下最终保护误动的概率W1＝5.198×10-3。
3)就地单重化保护配置下的动作可靠性分析
在传统配电网中由于没有保护智能中心，且一般情况下均采取单重化保护配置，即单个元件配备一套主保护、一套后备保护，其跳闸方式采用接收到任意跳闸信号则跳开相关元件的方式，则可得出图8所示状态空间图，其对应的状态转移矩阵A为：
利用公式：
XA＝0
以及利用附加条件：
x0+x1+x2+x3+x4+x5+x6+x7＝1
即可计算各状态的概率。
此时保护系统的稳态可用度为：
A＝1-(x3+x5)
故保护系统的不可用度为：
U＝x3+x5
保护系统发生拒动的概率为：
J＝x2+x3
在保护配合方式下最终保护拒动的概率为：
J1＝x3
保护系统误动的概率为：
W＝x4+x5+x6+x7
在保护配合方式下最终保护拒动的概率为：
W1＝x4+x5+x6+x7
为了与配网侧保护智能中心在最优保护配合下的继电保护可靠性进行比较，假设各类运行参数和最优保护配合方式下的参数相同，合理选取表4中各数据，可求得状态概率，其结果为：系统可用度A＝0.999997，不可用度U＝0.000003，系统发生拒动的概率J＝1.222×10-7，在保护配合方式下最终保护拒动的概率J1＝3.809×10-11，系统发生误动的概率W＝5.157×10-3，在保护配合方式下最终保护误动的概率W1＝5.157×10-3。
4)双重化保护配置下的可靠性分析
如果配网中某个变电站特别重要，其保护系统也有可能采取双重化的配置模式，即单个元件配备两套主保护、一套近后备保护、一套远后备保护，其跳闸方式采用接收到任意跳闸信号则跳开相关元件的方式，则可得出图9所示状态空间图。
在状态空间图9中，各个状态间的概率λ和μ与线路状态空间图采用相同的表示方法，由于该状态空间图对应的状态转移矩阵仅为15阶，复杂程度不高，可无需进行简化。
状态转移矩阵A为：
式中，有p0＝-λd-2λ1w-λ2w-λ2yw，p1＝-μd-2λ1d-λ2hx-λ2hy，p2＝-μ1d-λ1d，p3＝-2μ1d-λ2d-λ2hz，p4＝-μ2d-λ2yd，p5＝-μ2yd，p6＝-μ1w-λ1w，p7＝-2μ1w-λ2w，p8＝-μ2w-λ2yw，p9＝-μ2yw，p10＝-μ2hx，p11＝-μ2hy，p12＝-μ2hz，p13＝-μ2w，p14＝-μ2yw。
利用公式：
XA＝0
以及利用附加条件：
x0+x1+x2+x3+x4+x5+x6+x7+x8+x9+x10+x11+x12+x13+x14＝1
即可计算各状态的概率。
此时保护系统的稳态可用度为：
A＝1-(x5+x9)
保护系统的不可用度为：
U＝1-A＝x5+x9
保护系统发生拒动的概率为：
J＝x2+x3+x4+x5
在保护配合方式下最终保护拒动的概率为：
J1＝x5
保护系统误动的概率为：
W＝x6+x7+x8+x9+x10+x11+x12+x13+x14
在保护配合方式下最终保护拒动的概率为：
W1＝x6+x7+x8+x9+x10+x11+x12+x13+x14
同样假设各类运行参数和最优保护配合方式下的参数相同，合理选取表4中各数据，可求得状态概率，其结果为：保护系统可用度A＝0.999999，不可用度U＝0.00001，保护系统发生拒动的概率J＝2.427×10-7，在保护配合方式下最终保护拒动的概率J1＝1.291×10-18，保护系统发生误动的概率W＝1.157×10-2，在保护配合方式下最终保护误动的概率W1＝1.157×10-2。
5)某一中心层保护装置退出运行时保护可靠性分析
在某一中心层保护装置因为检修而退出运行时，此时可选择两种保护配合方式：
a.第一种为就地层和中心层任意一处发出跳闸命令则选择跳开相关元件；
b.第二种为就地层和中心层都发出跳闸命令才选择跳开相关元件。
同样假设中心层后备保护不会误动，则可作出该情况下的状态空间框图，如图10所示，其状态转移矩阵A为：
利用公式：
XA＝0
以及利用附加条件：
x0+x1+x2+x3+x4+x5+x6+x7+x8+x9+x10+x11+x12+x13+x14＝1
即可计算各状态的概率。
在第一种保护配合方式下，此时保护系统的稳态可用度为：
A＝1-x5
保护系统的不可用度为：
U＝1-A＝x5
保护系统发生拒动的概率为：
J＝x2+x3+x4+x5+x13
在保护配合方式下最终保护拒动的概率为：
J1＝x5
保护系统发生误动的概率为：
W＝x6+x7+x8+x9+x10+x11+x12
在保护配合方式下最终保护拒动的概率为：
W1＝W＝x6+x7+x8+x9+x10+x11+x12
为了与配网侧保护智能中心在最优保护配合下的继电保护可靠性进行比较，选取表4中各类运行参数，通过建立方程组解出各状态概率。保护系统可用度A＝0.999999，不可用度U＝0.000001，保护系统发生拒动的概率J＝1.081×10-6，在保护配合方式下最终保护拒动的概率J1＝2.133×10-17，保护系统发生误动的概率W＝1.222×10-2，在保护配合方式下最终保护误动的概率W1＝1.222×10-2。
在第二种保护配合方式下，此时保护系统的稳态可用度为：
A＝1-(x5+x8)
保护系统的不可用度为：
U＝1-A＝x5+x8
保护系统发生拒动的概率为：
J＝x2+x3+x4+x5+x13
在保护配合方式下最终保护拒动的概率为：
J1＝x4+x5
保护系统发生误动的概率为：
W＝x6+x7+x8+x9+x10+x11+x12
在保护配合方式下最终保护拒动的概率为：
W1＝x7+x8+x10+x12
保护系统可用度A＝0.999999，不可用度U＝0.000001，保护系统发生拒动的概率J＝1.081×10-6，在保护配合方式下最终保护拒动的概率J1＝6.842×10-14，保护系统发生误动的概率W＝1.222×10-2，在保护配合方式下最终保护误动的概率W1＝1.022×10-5。
6)多种保护配置方式可靠性比较
统计上述各种情况下保护可靠性的计算结果，将其列于表5之中。
表5
对比多种保护配置方法可知，由于采用了多套保护配合方式，保护系统的可用度无限接近于1，可以认为上述保护配合方式的可用度均能满足实际要求。
对比线路最优保护方式和变压器及母线的最优保护方式可发现，尽管两者的可用度、拒动概率、误动概率均相同，但是由于线路最优配合方式选取了更为苛刻的跳闸逻辑，其最终拒动概率更大，最终误动概率更小，使得线路保护的抗误动能力更强，变压器以及母线保护的抗拒动能力更强，契合配网对不同类型元件与设备的继电保护需求。
单重化保护的可用度接近于1，保障了单重化保护在实际电网中的可用性，但是与最优保护方式相比，其可用度更低。而且单重化保护最终拒动概率远大于最优保护方式下的最终拒动概率，其最终误动概率也远大于线路最优保护方式的最终误动概率，因此，最优保护配合方式的保护动作可靠性明显强于单重化保护。
对于双重化保护而言，其保护拒动概率小于两种最优保护方式，尽管最终拒动概率大于最优保护方式，但是该概率很小，可以认为最优保护方式下抗拒动能力提升不明显，但是双重化保护误动概率较小，理论上双重化保护可靠性更优。但是在实际电网中，由于双重化保护将花费更多的空间和成本，因此，采用配网侧保护智能中心系统并利用其最优配合方式，将具有较好的设计应用效果。
在中心层一套装置退出运行时，第一种保护的最终拒动概率小于单重化保护，但其误动概率更大；第二种保护的最终误动概率也小于单重化保护，但是由于采用了更为苛刻的跳闸方式，其最终误动概率更小。此时配网侧保护智能中心系统的保护可靠性仍强于单重化保护。

Claims (10)

1.一种站域保护方法，其特征在于，步骤如下：
根据变电站一次设备的种类以及在不同种类的变电站一次设备中各中心层保护和就地层保护的重要性，设置各中心层保护和就地层保护跳闸时的权值均为设定值，各中心层保护和就地层保护不跳闸时的权值均为0；
实时检测各中心层保护和就地层保护是否发出跳闸信号，判断各中心层保护和就地层保护的权值之和是否小于设定的跳闸阈值；
若各中心层保护和就地层保护的权值之和不小于设定的跳闸阈值，则下发断路器跳闸指令。
2.根据权利要求1所述的站域保护方法，其特征在于，变电站一次设备中包括至少两种中心层保护或至少一种就地层保护。
3.根据权利要求2所述的站域保护方法，其特征在于，变电站一次设备为线路，中心层保护和就地层保护跳闸时的权值均为1，设定的跳闸阈值为2。
4.根据权利要求2所述的站域保护方法，其特征在于，变电站一次设备为母线，中心层保护跳闸时的权值为0.5，就地层保护跳闸时的权值为1，设定的跳闸阈值为1。
5.根据权利要求2所述的站域保护方法，其特征在于，变电站一次设备为变压器，中心层保护跳闸时的权值为0.5，就地层保护跳闸时的权值为1，设定的跳闸阈值为1。
6.一种站域保护装置，其特征在于，包括处理器，所述处理器用于处理实现如下方法的指令：
根据变电站一次设备的种类以及在不同种类的变电站一次设备中各中心层保护和就地层保护的重要性，设置各中心层保护和就地层保护跳闸时的权值均为设定值，各中心层保护和就地层保护不跳闸时的权值均为0；
实时检测各中心层保护和就地层保护是否发出跳闸信号，判断各中心层保护和就地层保护的权值之和是否小于设定的跳闸阈值；
若各中心层保护和就地层保护的权值之和不小于设定的跳闸阈值，则下发断路器跳闸指令。
7.根据权利要求6所述的站域保护装置，其特征在于，变电站一次设备中包括至少两种中心层保护或至少一种就地层保护。
8.根据权利要求7所述的站域保护装置，其特征在于，变电站一次设备为线路，中心层保护和就地层保护跳闸时的权值均为1，设定的跳闸阈值为2。
9.根据权利要求7所述的站域保护装置，其特征在于，变电站一次设备为母线，中心层保护跳闸时的权值为0.5，就地层保护跳闸时的权值为1，设定的跳闸阈值为1。
10.根据权利要求7所述的站域保护装置，其特征在于，变电站一次设备为变压器，中心层保护跳闸时的权值为0.5，就地层保护跳闸时的权值为1，设定的跳闸阈值为1。
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