CN108963995A - 一种配电网反应相间故障的区域差动保护装置及保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种配电网反应相间故障的区域差动保护装置及保护方法，装置安装在每条母线处，通过RS485总线读取母线上的各条进出线数据信息；各个区域保护装置之间通过光纤连接实现通信；母线上分级线路最多的区域保护装置为主站；方法包括：选取分级线路最多的区域差动保护装置作为主站；将线路中区域差动保护装置采集的线路实时运行数据在区域差动保护装置之间互相交换；区域差动保护装置在检测到单相电流突变量大于整定值的时候开始执行判断；当最小动作差动电流大于等于0.7倍的制动电流与负荷电流之和时发送故障信息；步骤5、将故障信息至主站构造故障信息矩阵A，实现了快速高效准确的检测配电网的故障并隔离相间故障。

Description

一种配电网反应相间故障的区域差动保护装置及保护方法
技术领域
本发明属于电力设备故障检测技术，尤其涉及一种配电网反应相间故障的区 域差动保护装置及保护方法。
背景技术
目前，配电网分支线众多，但并非都安装有断路器，大多以负荷开关形式存 在，并不能用于切断故障电流。然而，分布式电源接入时多采用断路器接入方式， 级联的开关又比较多，为了实现区域保护可能就需要设定很长的延时，仅仅依靠 单一在时间上配合的阶段式保护不再满足继电保护装置快速准确切除故障的要 求。这种情况下，保护的快速性和区域性就是一对难以调和的矛盾了。随着高压 输电网的有限广域继电保护的研究应用，为其在配电网中的实施提供了可能。保 护系统与装置缺乏统一的信息整合与互联的技术手段，使多端差动保护与分布式 电源自身保护的配合至今依然无法实现。
发明内容：
本发明要解决的技术问题：提供一种配电网反应相间故障的区域差动保护装 置及保护方法，以实现快速高效准确的检测配电网的故障并隔离相间故障。
本发明技术方案：
一种配电网反应相间故障的区域差动保护装置，所述区域保护装置安装在每 条母线处，且通过RS485总线读取母线上的各条进出线数据信息；各个区域 保护装置之间通过光纤连接实现通信；母线上分级线路最多的区域保护装置 为主站。
所述区域差动保护装置它包括：CPU，模拟量采集模块与滤波模块连接，滤 波模块与AD转换模块连接，AD转换模块与CPU连接；通信模块与CPU 连接；开入开出模块与CPU连接；所述通信模块包括串口通信模块、以太 网通信模块、GTAG通信模块和光纤通信模块。
CPU还与人机交互单元连接。
所述的一种配电网反应相间故障的区域差动保护装置的保护方法，它包括：
步骤1、选取分级线路最多的区域差动保护装置作为主站；主从站之间采用 光纤通信；
步骤2、在主站的统一调控下通过光纤的通信方式将线路中区域差动保护装 置采集的线路实时运行数据在区域差动保护装置之间互相交换，达到数据共 享的目的，当母线故障时，直接由区域差动保护装置发出跳闸命令；
步骤3、区域差动保护装置在检测到单相电流突变量大于整定值的时候开始 执行判断；
步骤4、第一层差动保护判据满足时，向第二层差动保护发送相应故障信息 “1”，否则发送信息为“0”；
步骤5、将各区域差动保护装置由光纤传输故障信息至主站构造故障信息矩 阵A，矩阵元素满足步骤4条件时置为“1”，否则置为“0”，通过矩阵元素 值的分布，判别出故障区域；
步骤6、在故障区域确定后，如果区域差动保护装置差动保护投入，则定位 故障后，直接发出跳闸命令，将故障隔离；如果区域差动保护装置差动保护 未投入，则显示出故障信息，起到告警的目的。
步骤3所述整定值为不小于0.3倍的最小负荷电流，不大于0.5倍的最大负 荷电流。
本发明有益效果：
本发明提出了一种集中式分散式相结合的区域保护架构，整条馈线的各保护 装置都可以与相邻节点保护装置之间通信，当被保护线路发生相间故障，在小范 围内构成差动环判别故障，动作于断路器跳闸来切除故障；不仅解决了因为数据 量过大导致控制中心无法正常运行的问题，而且将保护算法下放到每台保护装置， 提高了故障区域定位的效率；实现了实现快速高效准确的检测配电网的故障并隔 离相间故障。
附图说明：
图1是本发明结构示意图；
图2为本发明保护方法流程示意图；
图3为本发明具体实施方式区域保护行为示意图。
具体实施方式：
一种配电网反应相间故障的区域差动保护装置，所述区域保护装置安装在每 条母线处，且通过RS485总线读取母线上的各条进出线数据信息；各个区域保护 装置之间通过光纤连接实现通信；母线上分级线路最多的区域保护装置为主站。
所述区域差动保护装置它包括：CPU，模拟量采集模块与滤波模块连接，滤 波模块与AD转换模块连接，AD转换模块与CPU连接；通信模块与CPU连接； 开入开出模块与CPU连接；所述通信模块包括串口通信模块、以太网通信模块、 GTAG通信模块和光纤通信模块。
CPU还与人机交互单元连接。
所述的一种配电网反应相间故障的区域差动保护装置的保护方法，它包括：
步骤1、选取分级线路最多的区域差动保护装置作为主站；主从站之间采用 光纤通信；
步骤2、在主站的统一调控下通过光纤的通信方式将线路中区域差动保护装 置采集的线路实时运行数据在区域差动保护装置之间互相交换，达到数据共享的 目的，当母线故障时，直接由区域差动保护装置发出跳闸命令；
步骤3、区域差动保护装置在检测到单相电流突变量大于整定值的时候开始 执行判断；
步骤4、第一层差动保护判据满足时，向第二层差动保护发送相应故障信息 “1”，否则发送信息为“0”；
步骤5、将各区域差动保护装置由光纤传输故障信息至主站构造故障信息矩 阵A，矩阵元素满足步骤4条件时置为“1”，否则置为“0”，通过矩阵元素值的 分布，判别出故障区域；
步骤6、在故障区域确定后，如果区域差动保护装置差动保护投入，则定位 故障后，直接发出跳闸命令，将故障隔离；如果区域差动保护装置差动保护未投 入，则显示出故障信息，起到告警的目的。
步骤3所述整定值Iset不小于0.3倍的最小负荷电流，不大于0.5倍的最大负 荷电流。
下面根据附图对本发明技术方案进行进一步的说明：
(1)为了确保区域差动保护装置拥有较好的兼容性且能够充分利用装置内 有限的空间，该装置机械设计使用插件式结构，把整套区域差动保护装置按照硬 件电路模块分为五大模块：模拟量采集模块、开入量采集模块、主控电路模块、 动作输出模块和显示面板，其中电源电路集成在模拟量采集模块上。区域保护装 置除传统保护配置所配备的通信接口外，还设置一路光纤通信接口，并能通过软 件系统控制主控模块与相邻保护之间通信，完成数据交换。
(2)图2所示的广域保护算法执行的首要条件是收集到广域保护信息，则 在主任务调度过程中，主站/从站之间始终存在数据的通信，主站得到各采集数 据后，根据设计好的规约文本，解析出三相电流信息，由各处信息分别计算出两 两节点之间的差动电流，生成故障信息矩阵，根据矩阵的特征定位故障位置，最 终达到故障区域定位的目的。
(3)以图3为例说明，1～5为智能保护装置；A～D为配网母线；DG为分 布式电源。该方法步骤如下：
步骤一：可选择装置2或者装置3作为主站，由于装置2处有新能源接入， 数据量偏大，综合分析可以选择装置3作为主站。
步骤二：与装置3直接进行数据交换的装置2、装置4，由图中可知，装置2 不仅需要采集母线B上的运行数据，而且还需要获取装置1处的实时数据。需 要结合装置1的数据综合判断线路L1的运行状态，在线路运行故障时，可以直 接由装置2发出切除故障的信号，构成了第一层差动保护。
步骤三：以图4为例对第一层差动保护判据进行说明，M、N为被保护区段 的两端，DG为含分布式电源分支线路，上述三条支路皆配备断路器及保护测控 一体化装置，Load代表带有负荷的分支线路，该支路未装没保护装置。保护的 动作条件为
式中，分别为该区域配电网中可采集到的三端电流量，其中为 分布式电源的测量电流；为分支线路负荷电流；Iset为保护整定值，不小于 0.3倍的最小负荷电流，不大于0.5倍的最大负荷电流，整定值可根据线路上负 荷的变化即时调整。
步骤四：第二层差动保护是由主站基于多点的运行数据构成的，当主站汇集 了其他各母线信息时，可以构造故障信息矩阵A，矩阵中元素以aij表示，其中i 代表某行，j代表某列，每一个aij代表某一个第一层差动保护装置的判断结果， 动作置为“1”，不动作置为“0”。
按图3所示，以主站选择装置3，K1处相间故障为例，可以构造故障信息 矩阵A。当m＝3，n＝4时有a34＝1，则说明母线C与母线D之间存在故障信号。 从而实现故障的快速定位。
步骤五：在故障区域定位后，还需要根据保护装置的压板投入情况确定保护 应该如何处置故障。如果保护装置差动保护投入，则定位故障后，可直接发出跳 闸命令，将故障隔离，如果未投入，则可以控制显示模块显示出故障信息，起到 告警的目的。

Claims (5)

1.一种配电网反应相间故障的区域差动保护装置，其特征在于：所述区域保护装置安装在每条母线处，且通过RS485总线读取母线上的各条进出线数据信息；各个区域保护装置之间通过光纤连接实现通信；母线上分级线路最多的区域保护装置为主站。
2.根据权利要求1所述的一种反应接地故障的区域保护装置，其特征在于：所述区域差动保护装置它包括：CPU，模拟量采集模块与滤波模块连接，滤波模块与AD转换模块连接，AD转换模块与CPU连接；通信模块与CPU连接；开入开出模块与CPU连接；所述通信模块包括串口通信模块、以太网通信模块、GTAG通信模块和光纤通信模块。
3.根据权利要求2所述的一种反应接地故障的区域保护装置，其特征在于：CPU还与人机交互单元连接。
4.如权利要求1所述的一种配电网反应相间故障的区域差动保护装置的保护方法，它包括：
步骤1、选取分级线路最多的区域差动保护装置作为主站；主从站之间采用光纤通信；
步骤2、在主站的统一调控下通过光纤的通信方式将线路中区域差动保护装置采集的线路实时运行数据在区域差动保护装置之间互相交换，达到数据共享的目的，当母线故障时，直接由区域差动保护装置发出跳闸命令；
步骤3、区域差动保护装置在检测到单相电流突变量大于整定值的时候开始执行判断；
步骤4、第一层差动保护判据满足时，向第二层差动保护发送相应故障信息“1”，否则发送信息为“0”；
步骤5、将各区域差动保护装置由光纤传输故障信息至主站构造故障信息矩阵A，矩阵元素满足步骤4条件时置为“1”，否则置为“0”，通过矩阵元素值的分布，判别出故障区域；
步骤6、在故障区域确定后，如果区域差动保护装置差动保护投入，则定位故障后，直接发出跳闸命令，将故障隔离；如果区域差动保护装置差动保护未投入，则显示出故障信息，起到告警的目的。
5.根据权利要求4所述一种配电网反应相间故障的区域差动保护装置的保护方法，其特征在于：步骤3所述整定值为不小于0.3倍的最小负荷电流，不大于0.5倍的最大负荷电流。
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