CN108134376B - 一种高压母线故障快速保护装置及保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及继电保护技术领域，更具体地，涉及一种高压母线故障快速保护装置及保护方法。高压母线故障快速保护装置包括控制装置及与控制装置电连接的开关量输入单元和开关量输出单元，所述开关量输入单元包括运行方式采集单元和故障判断采集单元；本发明通过对电源及分段断路器的状态及故障信息的采集和处理，能实现高压开关柜在不同的运行方式下的母线三相短路故障检测及快速保护；根据对故障信息的判断，按最近原则断开断路器，实现按分段功率方向直接快速隔离故障的目的。本发明仅针对母线三相短路故障及近区三相短路故障进行检测，与其他故障区别开来，能精准地识别三相短路这一严重故障，并快速对故障进行处理，避免了开关柜烧毁事故的发生。
Description
技术领域
本发明涉及继电保护技术领域，更具体地，涉及一种高压母线故障快速保护装置及保护方法。
背景技术
电力系统中，110kV及以上变电站的20kV或10kV部分均采用室内开关柜布置形式，开关柜的母线室内设备为密集型布置，其内部母线的相与相之间、手车静触头之间、相导电设备与高压柜柜体之间的间距一般只有10厘米左右。容易发生相间或相对地故障，并且由于电弧光的作用，故障的扩散十分迅速，易出现开关柜烧毁事故。
因此对母线相间故障及近区三相短路故障的检测及快速保护十分必要，目前母线故障保护有两种方式，其一是在主变变低后备保护内配置有简易母线保护，但由于其接线复杂，且当区内、区外同时故障或在区外故障引起区内跟随故障时，简易母线保护有拒动的缺点；其二是弧光保护，通过判断故障时产生的弧光大小、强弱来判断开关柜内是否发生故障，但弧光传感器检验设定困难，灵敏度也较低，故障判断不够准确。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种高压母线故障快速保护装置及保护方法，仅针对母线三相短路故障及近区三相短路故障进行检测，与其他故障区别开来，能精准地识别三相短路这一严重故障，并快速对故障进行处理，避免开关柜烧毁事故的发生。
为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
一种高压母线故障快速保护装置，包括控制装置及与控制装置电连接的开关量输入单元和开关量输出单元，开关量输入单元包括运行方式采集单元和故障判断采集单元；
运行方式采集单元对分段断路器、第一主变母线侧断路器和第二主变母线侧断路器的分、合闸位置进行采集,判断是否处于接通状态,其中第一主变与第二主变相邻；
故障判断采集单元对第一主变母线侧三相电流、第一主变母线侧三相电压、母线分段三相电流进行采集,并判断分段功率方向；
开关量输出单元包括断开母线分段断路器回路和断开第一主变母线侧断路器回路；
控制装置对开关量输入单元采集的信息进行分析处理，确定执行方案并控制开关量输出单元执行。
本保护装置通过开关量输入单元采集线路运行方式及故障判断的相关信息，控制装置根据采集到的信息做出不同的保护决策，能快速对故障进行判断并控制开关量输出单元执行保护操作。
进一步地，高压母线故障快速保护装置包括三种运行状态，一为故障检测状态，二为故障处理状态，三为准备工作状态。保护装置运行在故障检测状态时，开关量输入单元以一定频率对相关信息进行采集，控制装置对信息进行分析，判断是否发生故障，判断为故障时，保护装置进入故障处理状态，此时开关量输入单元停止以一定频率采集相关信息的操作，仅在控制装置的指令下进行采集，直至控制系统发出重新进入故障检测状态的指令；在系统检测得保护装置所保护的主变不在工作状态时，系统进入准备工作状态。
进一步地，控制装置中设置有故障判断临界数据，包括电压预设值和电流预设值。将检测到电压电流数据与临界数据进行比较，从而判断所检测电路是否出现故障；控制装置中的临界数据值可根据检测电路的母线电压进行设定，扩大了本发明的适用范围。
本发明还提出一种高压母线故障快速保护方法，基于本发明提出的一种高压母线故障快速保护装置，包括如下步骤：
S1：基于运行方式采集单元采集的信息，控制系统判断第一主变母线侧断路器是否接通，若接通，则执行步骤S2，否则，保护装置进入准备工作状态；
S2：基于运行方式采集单元采集的信息，控制系统判断分段断路器是否接通，若接通，则执行步骤S3，否则，执行步骤S4；
S3：基于故障判断采集单元采集的信息，控制系统判断第二主变母线侧断路器是否接通，若接通，则执行步骤S5，否则，执行步骤S6；
S4：基于故障判断采集单元采集的信息，控制系统判断是否第一主变母线侧三相电流均大于电流预设值和第一主变母线侧三相电压均小于电压预设值，若是，则控制系统控制开关量输出单元执行断开第一主变母线侧断路器操作，将故障隔离，否则，则返回步骤S1。
S5：基于运行方式采集单元和故障判断采集单元采集的信息，执行下述操作：
S51：判断是否第一主变母线侧三相电流均大于电流预设值和第一主变母线侧三相电压均小于电压预设值，若是，则执行步骤S52，若否，则判断是否母线分段三相电流均大于电流预设值和第一主变母线侧三相电压均小于电压预设值，若是，则控制系统控制开关量输出单元执行断开第一主变母线侧断路器及断开分段断路器操作，将故障隔离并发出第一主变电源异常信号；若否，则返回步骤S1；
S52：判断是否母线分段三相电流均大于电流预设值，若是，则执行步骤S53，若否，则控制系统控制开关量输出单元执行断开第一主变母线侧断路器及断开分段断路器操作，将故障隔离并发出分段或其它电源异常信号；
S53：判断母线分段功率方向是否指向第一主变，若是，则控制系统控制开关量输出单元执行断开第一主变母线侧断路器及断开分段断路器操作，若否，则控制系统控制开关量输出单元执行断开分段断路器操作；
S6：基于运行方式采集单元和故障判断采集单元采集的信息，执行下述操作：
S61：判断是否第一主变母线侧三相电流均大于电流预设值和第一主变母线侧三相电压均小于电压预设值，若是，则执行步骤S62，若否，则返回步骤S1；
S62：判断是否母线分段三相电流均大于电流预设值，若是，则执行步骤S63，若否，则控制系统控制开关量输出单元执行断开第一主变母线侧断路器，将故障隔离；
S63：判断母线分段功率方向是否指向第一主变，若是，则控制系统控制开关量输出单元执行断开第一主变母线侧断路器及断开分段断路器操作，若否，则控制系统控制开关量输出单元执行断开分段断路器操作。
本发明首先检测所测主变是否处于工作状态，若不处于工作状态则进入准备工作状态，若处于工作状态则通过运行方式检测装置检测分段断路器是否连接，当分段断路器为断开状态时，则说明故障不会扩散影响到第二主变线路，此时保护装置仅对本段线路进行故障检测；当分段断路器为闭合状态时，对第二主变母线断路器的状态进行检测，第二主变母线断路器在接通和断开状态时，故障类型的判断及故障隔离操作有一定的差异。
进一步地，基于故障判断采集单元采集的信息，控制系统第一次检测到母线分段三相电流均大于电流预设值或第一主变母线侧三相电流均大于电流预设值或第一主变母线侧三相电压均小于电压预设值，高压母线故障快速保护装置由故障检测状态进入故障处理状态，保持故障处理状态直至控制系统判断故障已隔离，则恢复为故障检测状态。
进一步地，控制系统控制开关量输出单元执行断开分段断路器操作后，运行方式采集单元判断分段断路器是否成功断开，若没有成功断开，则控制系统控制开关量输出单元执行断开第一主变母线侧断路器操作，将故障隔离后，不再执行步骤S4。当分段断路器断开不成功时，应立即断开第一主变母线侧断路器，使第一主变线路停止工作，防止故障进一步扩散。
进一步地，开关量输出单元自接收到控制装置的断开分段断路器或第一主变母线侧断路器命令后，经过设定延时时间后才执行断开操作，优选延时时间为出线间隔速断段动作时间加上200或300毫秒, 当实测第一主变母线侧所带出线间隔断路器的固有跳闸时间小于150毫秒则T可选择为200毫秒，否则选择为300毫秒。
与现有技术相比，有益效果是：本发明根据主次顺序，先防止故障扩散到相邻主变，之后检测第一主变是否故障，这种检测方式适用于高压母线的不同运行状态，适用性广；根据对故障信息的判断，按最近原则断开断路器，实现直接快速隔离故障的目的；检测的参数主要针对母线三相短路故障及近区三相短路故障进行检测，能精准地识别三相短路这一严重故障；根据速断段动作时间及出线断路器的固有跳闸时间确定断路器跳闸延时时间，故障隔离更加快速。
附图说明
图1是本发明一实施例中高压母线故障快速保护装置中运行方式采集示意图。
图2是本发明一实施例中高压母线故障快速保护装置中故障判断采集示意图。
图3是本发明一实施例中高压母线故障快速保护装置中开关量输出示意图。
图4是高压线路的连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步描述，需要说明的是，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
一种高压母线故障快速保护装置，包括控制装置及与控制装置电连接的开关量输入单元和开关量输出单元，开关量输入单元包括运行方式采集单元和故障判断采集单元；
如图1所示，运行方式采集单元对分段断路器3DL合闸位置、第一主变母线侧断路器1DL分、合闸位置、第二主变母线侧断路器2DL分、合闸位置进行采集；
如图2所示，故障判断采集单元对第一主变母线侧三相电流、第一主变母线侧三相电压、母线分段三相电流进行采集,并判断分段功率方向；
如图3所示，开关量输出单元包括断开母线分段断路器1DL回路和断开第一主变母线侧断路器3DL回路；
控制装置对开关量输入单元采集的信息进行分析处理，确定执行方案并控制开关量输出单元执行。
在本实施例中，开关量输入单元和开关量输出单元均为继电器。
进一步地，高压母线故障快速保护装置包括三种运行状态，一为故障检测状态，二为故障处理状态，三为准备工作状态。保护装置运行在故障检测状态时，开关量输入单元以一定频率对相关信息进行采集，控制装置对信息进行分析，判断是否发生故障，判断为故障时，保护装置进入故障处理状态，此时开关量输入单元停止以一定频率采集相关信息的操作，仅在控制装置的指令下进行采集，直至控制系统发出重新进入故障检测状态的指令；在系统检测得保护装置所保护的主变不在工作状态时，系统进入准备工作状态。
进一步地，控制装置中设置有故障判断临界数据，包括电压预设值和电流预设值。将检测到电压电流数据与临界数据进行比较，从而判断所检测电路是否出现故障；控制装置中的临界数据值可根据检测电路的母线电压进行设定，扩大了本发明的适用范围。
本发明还提供了一种高压母线故障快速保护方法，适用于高压母线的多种运行方式下：如图4所示，高压线路在两段母线分段运行的状态时，第一主变母线侧断路器1DL和第二主变母线侧断路器2DL接通，分段断路器3DL断开；高压线路在#1主变带两段运行的状态时，第一主变母线侧断路器1DL和分段断路器3DL接通，第二主变母线侧断路器2DL断开；高压线路在#2主变带两段运行的状态时，第二主变母线侧断路器2DL和分段断路器3DL接通，第一主变母线侧断路器1DL断开；高压线路在两段母线并列运行的状态时，第一主变母线侧断路器1DL、第二主变母线侧断路器2DL和分段断路器3DL均接通。
下面对本发明的具体步骤进行进一步描述，基于上述高压母线故障快速保护装置，具体步骤如下：
S1：基于运行方式采集单元采集的信息，控制系统判断第一主变母线侧断路器是否接通，若接通，则执行步骤S2，否则，保护装置进入准备工作状态；
S2：基于运行方式采集单元采集的信息，控制系统判断分段断路器是否接通，若接通，则执行步骤S3，否则，执行步骤S4；
S3：基于故障判断采集单元采集的信息，控制系统判断第二主变母线侧断路器是否接通，若接通，则执行步骤S5，否则，执行步骤S6；
S4：基于故障判断采集单元采集的信息，控制系统判断是否第一主变母线侧三相电流均大于电流预设值和第一主变母线侧三相电压均小于电压预设值，若是，则控制系统控制开关量输出单元执行断开第一主变母线侧断路器操作，将故障隔离，否则，则返回步骤S1。
S5：基于运行方式采集单元和故障判断采集单元采集的信息，执行下述操作：
S51：判断是否第一主变母线侧三相电流均大于电流预设值和第一主变母线侧三相电压均小于电压预设值，若是，则执行步骤S52，若否，则判断是否母线分段三相电流均大于电流预设值和第一主变母线侧三相电压均小于电压预设值，若是，则控制系统控制开关量输出单元执行断开第一主变母线侧断路器及断开分段断路器操作，将故障隔离并发出第一主变电源异常信号；若否，则返回步骤S1；
S52：判断是否母线分段三相电流均大于电流预设值，若是，则执行步骤S53，若否，则控制系统控制开关量输出单元执行断开第一主变母线侧断路器及断开分段断路器操作，将故障隔离并发出分段或其它电源异常信号；
S53：判断母线分段功率方向是否指向第一主变，若是，则控制系统控制开关量输出单元执行断开第一主变母线侧断路器及断开分段断路器操作，若否，则控制系统控制开关量输出单元执行断开分段断路器操作；
S6：基于运行方式采集单元和故障判断采集单元采集的信息，执行下述操作：
S61：判断是否第一主变母线侧三相电流均大于电流预设值和第一主变母线侧三相电压均小于电压预设值，若是，则执行步骤S62，若否，则返回步骤S1；
S62：判断是否母线分段三相电流均大于电流预设值，若是，则执行步骤S63，若否，则控制系统控制开关量输出单元执行断开第一主变母线侧断路器，将故障隔离；
S63：判断母线分段功率方向是否指向第一主变，若是，则控制系统控制开关量输出单元执行断开第一主变母线侧断路器及断开分段断路器操作，若否，则控制系统控制开关量输出单元执行断开分段断路器操作。
进一步地，基于故障判断采集单元采集的信息，控制系统第一次检测到母线分段三相电流均大于电流预设值或第一主变母线侧三相电流均大于电流预设值或第一主变母线侧三相电压均小于电压预设值，高压母线故障快速保护装置由故障检测状态进入故障处理状态，保持故障处理状态直至控制系统判断故障已隔离，则恢复为故障检测状态。
进一步地，控制系统控制开关量输出单元执行断开分段断路器操作后，运行方式采集单元判断分段断路器是否成功断开，若没有成功断开，则控制系统控制开关量输出单元执行断开第一主变母线侧断路器操作，将故障隔离后，不再执行步骤S4。当分段断路器断开不成功时，应立即断开第一主变母线侧断路器，使本主变线路停止工作，防止故障进一步扩散。
进一步地，开关量输出单元自接收到控制装置的断开分段断路器或第一主变母线侧断路器命令后，经过设定延时时间后才执行断开操作，优选延时时间为出线间隔速断段动作时间加上200或300毫秒, 当实测第一变母线侧所带出线间隔断路器的固有跳闸时间小于150毫秒则T可选择为200毫秒，否则选择为300毫秒。
本发明首先检测所测主变是否处于工作状态，若不处于工作状态则进入准备工作状态，若处于工作状态则通过运行方式检测装置检测分段断路器是否连接，当分段断路器为断开状态时，则说明故障不会扩散影响到相邻变压器线路，此时保护装置仅对本段线路进行故障检测；当分段断路器为闭合状态时，对相邻母线断路器的状态进行检测，相邻母线断路器在闭合和断开状态时，故障类型的判断及故障隔离操作有一定的差异。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高压母线故障快速保护方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：基于运行方式采集单元采集的信息，控制系统判断第一主变母线侧断路器是否接通，若接通，则执行步骤S2，否则，保护装置进入准备工作状态；
S2：基于运行方式采集单元采集的信息，控制系统判断分段断路器是否接通，若接通，则执行步骤S3，否则，执行步骤S4；
S3：基于故障判断采集单元采集的信息，控制系统判断第二主变母线侧断路器是否接通，若接通，则执行步骤S5，否则，执行步骤S6；
S4：基于故障判断采集单元采集的信息，控制系统判断是否第一主变母线侧三相电流均大于电流预设值和第一主变母线侧三相电压均小于电压预设值，若是，则控制系统控制开关量输出单元执行断开第一主变母线侧断路器操作，将故障隔离，否则，则返回步骤S1；
S5：基于运行方式采集单元和故障判断采集单元采集的信息，执行下述操作：
S51：判断是否第一主变母线侧三相电流均大于电流预设值和第一主变母线侧三相电压均小于电压预设值，若是，则执行步骤S52，若否，则判断是否母线分段三相电流均大于电流预设值和第一主变母线侧三相电压均小于电压预设值，若是，则控制系统控制开关量输出单元执行断开第一主变母线侧断路器及断开分段断路器操作，将故障隔离并发出第一主变电源异常信号；若否，则返回步骤S1；
S52：判断是否母线分段三相电流均大于电流预设值，若是，则执行步骤S53，若否，则控制系统控制开关量输出单元执行断开第一主变母线侧断路器及断开分段断路器操作，将故障隔离并发出分段或其它电源异常信号；
S53：判断母线分段功率方向是否指向第一主变，若是，则控制系统控制开关量输出单元执行断开第一主变母线侧断路器及断开分段断路器操作，若否，则控制系统控制开关量输出单元执行断开分段断路器操作；
S6：基于运行方式采集单元和故障判断采集单元采集的信息，执行下述操作：
S61：判断是否第一主变母线侧三相电流均大于电流预设值和第一主变母线侧三相电压均小于电压预设值，若是，则执行步骤S62，若否，则返回步骤S1；
S62：判断是否母线分段三相电流均大于电流预设值，若是，则执行步骤S63，若否，则控制系统控制开关量输出单元执行断开第一主变母线侧断路器，将故障隔离；
S63：判断母线分段功率方向是否指向第一主变，若是，则控制系统控制开关量输出单元执行断开第一主变母线侧断路器及断开分段断路器操作，若否，则控制系统控制开关量输出单元执行断开分段断路器操作。
2.根据权利要求1所述的一种高压母线故障快速保护方法，其特征在于：基于故障判断采集单元采集的信息，控制系统第一次检测到母线分段三相电流均大于电流预设值或第一主变母线侧三相电流均大于电流预设值或第一主变母线侧三相电压均小于电压预设值，高压母线故障快速保护装置由故障检测状态进入故障处理状态，保持故障处理状态直至控制系统判断故障已隔离，则恢复为故障检测状态。
3.根据权利要求1或2所述的一种高压母线故障快速保护方法，其特征在于，控制系统控制开关量输出单元执行断开分段断路器操作后，运行方式采集单元判断分段断路器是否成功断开，若没有成功断开，则控制系统控制开关量输出单元执行断开主变母线侧断路器操作，将故障隔离。
4.根据权利要求2所述的一种高压母线故障快速保护方法，其特征在于，开关量输出单元自接收到控制装置的断开分段断路器或主变母线侧断路器命令后，经过设定延时时间后才执行断开操作。
5.根据权利要求4所述的一种高压母线故障快速保护方法，其特征在于，所述延时时间为出线间隔速断段动作时间加上200或300毫秒。
6.一种高压母线故障快速保护装置，基于权利要求1～5任一项所述的一种高压母线故障快速保护方法，包括控制装置及与控制装置电连接的开关量输入单元和开关量输出单元，其特征在于：所述开关量输入单元包括运行方式采集单元和故障判断采集单元；
所述运行方式采集单元对分段断路器、第一主变母线侧断路器和第二主变母线侧断路器的分、合闸位置进行采集,判断是否处于接通状态,其中第一主变与第二主变相邻；
所述故障判断采集单元对第一主变母线侧三相电流、第一主变母线侧三相电压、母线分段三相电流进行采集,并判断分段功率方向；
所述开关量输出单元包括断开母线分段断路器回路和断开第一主变母线侧断路器回路；
所述控制装置对开关量输入单元采集的信息进行分析处理，确定执行方案并控制开关量输出单元执行。
7.根据权利要求6所述的一种高压母线故障快速保护装置，其特征在于，包括三种运行状态，一为故障检测状态，二为故障处理状态，三为准备工作状态。
8.根据权利要求6所述的一种高压母线故障快速保护装置，其特征在于：所述控制装置中设置有故障判断临界数据，包括电压预设值和电流预设值。
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-
2018
- 2018-01-03 CN CN201810005021.0A patent/CN108134376B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| Title |
|---|
| 一起户外10kV母线三相短路事故的原因分析;王海燕;唐军;姚子睿;王超;;广西电力(第06期);第61-64页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108134376A (zh) | 2018-06-08 |
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