CN109412119B - 一种按串配置的就地化断路器继电保护装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种按串配置的就地化断路器继电保护装置及方法，方法包括以下过程：S1，根据变电站接线方式，确定其是完整串或不完整串接线方式，若为完整串接线方式，则进一步确定中断路器的电压采集量；S2，确定变电站中各断路器的投入或退出状态；S3，对投入状态的各断路器，获取相应的电压和电流模拟量、开关量，按照单断路器开关独立进行继电保护，并输出开关量至断路器以控制器跳合闸。本发明能够减少变电站就地化保护装置数量，减少装置间的连接，方便用户运行维护。

Description

一种按串配置的就地化断路器继电保护装置及方法

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，更具体的说，涉及一种按串配置的就地化断路器继电保护装置及方法。

背景技术

传统变电站中，常规站或者数字化站保护装置均是组屏装在保护小室中，二次设备与一次设备距离远，二次设备数量多、电缆/光纤使用量大，存在施工工作量大、抗干扰技术要求高、二次设备与一次设备严重脱离等缺点。特别是针对500kV断路器保护，常规站中一个完整的3/2接线开关串需3台装置，同样的接线方式数字化站采用双重化配置后需6台装置。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种按串配置的就地化断路器继电保护装置及方法，减少变电站保护装置数量，减少装置间连线，方便用户运行维护。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种按串配置的就地化断路器继电保护装置，其特征是，包括模拟量采集模块、开关量开入模块、开关量开出模块、通讯模块和保护逻辑控制模块；

模拟量采集模块，用于采集各断路器线路上电压和电流模拟量；

开关量开入模块，用于采集各断路器的开关量；

开关量开出模块，用于输出开关量至对应的各断路器；

通讯模块，用于实现与外部设备的通信交互；

保护逻辑控制模块，用于确定变电站的接线方式及各断路器的投入或退出状态，对投入状态的各断路器，获取相应的电压和电流模拟量、开关量，按照单断路器开关独立进行继电保护，并输出开关量至断路器以控制器跳合闸。

优选的，模拟量采集模块至少包含8路电压模拟量采集接口，9路电流模拟量采集接口。

优选的，开关量开入模块至少包含15路开关量输入接口。

优选的，开关量开出模块至少包含12路开关量输出接口。

优选的，模拟量采集模块、开关量开入模块、开关量开出模块和通讯模块的接口采用标准航插接头。

相应的，本发明的一种按串配置的就地化断路器继电保护方法，包括以下过程：

S1，根据变电站接线方式，确定其是完整串或不完整串接线方式，若为完整串接线方式，则进一步确定中断路器的电压采集量；

S2，确定变电站中各断路器的投入或退出状态；

S3，对投入状态的各断路器，获取相应的电压和电流模拟量、开关量，按照单断路器开关独立进行继电保护，并输出开关量至断路器以控制器跳合闸。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明的继电保护方法，减少变电站就地化保护装置数量，减少装置间的连接，方便用户运行维护。

附图说明

图1是3/2接线线线串接线方式示意图；

图2是3/2接线线变串接线方式示意图；

图3是不完整串接线方式示意图；

图4是本发明装置的航插接口示意图；

图5是本发明方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明的一种按串配置就地化安装的断路器继电保护装置，包括模拟量采集模块、开关量开入模块、开关量开出模块、通讯模块和保护逻辑控制模块；

模拟量采集模块，用于采集各断路器线路上电压和电流模拟量；

开关量开入模块，用于采集各断路器的开关量；

开关量开出模块，用于输出开关量至对应的各断路器；

通讯模块，用于实现与外部设备的通信交互；

保护逻辑控制模块，用于确定变电站的接线方式及各断路器的投入或退出状态，对投入状态的各断路器，获取相应的电压和电流模拟量、开关量，按照单断路器开关独立进行继电保护，并输出开关量至断路器以控制器跳合闸。

基于与上述装置同样的发明构思，本发明的一种按串配置的就地化断路器继电保护方法，包括以下过程：

S1，根据变电站接线方式，确定其是完整串或不完整串接线方式，若为完整串接线方式，则进一步确定中断路器的电压采集量；

S2，确定变电站中各断路器的投入或退出状态；

S3，对投入状态的各断路器，获取相应的电压和电流模拟量、开关量，按照单断路器开关独立进行继电保护，并输出开关量至断路器以控制器跳合闸。

实施例

现有断路器继电保护装置，具有失灵保护、重合闸、充电过流、三相不一致和死区保护等功能。本发明的一种按串配置的就地化断路器继电保护装置，该装置可用于330kV及以上电压等级3/2接线完整串开关（一个串有三个断路器开关）或者不完整串开关（一个串2个断路器开关），将3/2接线完整串3个开关或者不完整串2个开关的失灵保护、充电过流保护、三相不一致保护、重合闸保护等现有的保护功能集成到一台断路器继电保护装置中，达到减少变电站保护装置数量，减少一个串开关间电缆或者光纤拉线。

当保护装置用于3/2接线线线串接线方式时，如图1所示，母线I与母线II之间串有开关1、开关2和开关3，开关1称作母线I边断路器，开关3称作母线II边断路器，开关2称作中断路器，开关1和开关2之间引出线路1支路，开关2和开关3之间引出线路2支路。此保护装置需要采集的数据包括：母线I边断路器保护电压取线路1三相PT，同期电压取母线I单相电压；中断路器保护电压可取线路1三相PT或者线路2三相PT，同期电压取线路2或者线路1任一相电压；母线II边断路器保护电压取线路2三相PT，同期电压取母线II单相电压；三个断路器各需取各自对应的三相CT电流。也就是说，保护装置模拟量采集共需8路电压，9路电流。三个断路器各需通过电缆采集三相开关位置，低气压闭锁重合闸，闭锁重合闸，共15路开关量。三个开关需要通过电缆输出三个分相跳闸、一个三相重合闸信号，至少需要12路开关量输出。

当保护装置用于3/2接线线变串接线方式时，如图2所示，母线I与母线II之间串有开关1、开关2和开关3，开关1称作母线I边断路器，开关3称作母线II边断路器，开关2称作中断路器，开关1和开关2之间引出线路支路，开关2和开关3之间引出变压器（或称为主变）支路。此保护装置需要采集的数据包括：母线I边断路器保护电压取线路三相PT，同期电压取母线I单相电压；中断路器保护电压可取线路三相PT或者主变三相PT，同期电压取主变或者线路任一相电压；母线II边断路器保护电压取主变三相PT（无需采同期电压）；三个断路器各需取各自对应的三相CT电流。因此，该保护装置模拟量采集共需7路电压，9路电流。母线I边断路器和中断路器各需通过电缆采集三相开关位置，低气压闭锁重合闸，闭锁重合闸信号，母线II边断路器不需要重合闸功能，只需通过电缆采集三相开关位置，因此需采集13路开关量。母线I边断路器和中断路器开关需要通过电缆输出三个分相跳闸、一个三相重合闸信号，母线II边断路器需通过电缆输出三相跳闸（只需一路），至少需要9路开关量输出。

当保护装置用于不完整串接线方式时，如图3所示，母线I与母线II之间串有开关1和开关2，开关1称作母线I边断路器，开关2称作母线II边断路器，开关1和开关2之间引出线路支路。此保护装置需要采集的数据包括：母线I边断路器保护电压取线路三相PT，同期电压取母线I单相电压；母线II边断路器保护电压取线路三相PT，同期电压取母线II单相电压，两个断路器各需取各自对应的三相CT电流。因此，该装置模拟量采集共需5路电压，6路电流。两个断路器各需通过电缆采集三相开关位置，低气压闭锁重合闸，闭锁重合闸，共需采集10路开关量。两个开关需要通过电缆输出三个分相跳闸、一个三相重合闸信号，至少需要8路开关量输出。

综合就地化按串断路器可能出现的三种应用场景，对模拟量、输入开关量、输出开关量的需求为，至少包含8路电压模拟量输入，9路电流模拟量输入，不少于15路开关量输入、不少于12路开关量输出。

本发明提出的一种按串配置就地化安装的断路器继电保护装置，装置对外接口采用标准航插接头，标准航插接头包括模拟量采集航插、电源及开关量输入航插、开关量输出航插、MMS通讯及GOOSE通讯光纤航插。参见图4所示，其中模拟量航插至少包含8路电压模拟量，9路电流模拟量，开关量航插不少于15路开关量输入、不少于12路开关量输出，通讯航插至少包含2路MMS通讯接口及2路GOOSE通讯接口。

航插不同接口采用不同色带和容错键位设计，防误插拔。通过接口的标准化，降低误碰、误接线可能性，利于实现二次设备更换式检修和即插即用。

本发明提出的一种按串配置就地化安装的断路器继电保护装置对三个断路器功能采用硬件接口独立且软件功能模块复用的设计原则，降低代码的复杂度，提升代码的安全性。本发明的设计理念：单台装置完成三部分功能：模拟量采集、数据处理、SV输出（即合并单元功能）；保护逻辑运算和通信功能；开关量开入、开出和GOOSE收发（智能终端功能）。保护采用传统互感器通过电缆直接采样，采集本间隔保护电流、保护电压和同期电压。采用继电器通过电缆直接跳合闸，通过电缆接入断路器和隔离开关相关信息，例如：断路器位置、低气压闭锁重合闸、闭锁重合闸（两套保护相互闭锁）、隔离刀闸位置等信息。

本发明保护功能保护两部分：信号预处理模块和保护逻辑功能模块。信号预处理模块对前述的开入信号、开出信号、模拟量采集信号、光模块输入、输出信号进行处理；保护逻辑功能模块按照传统单开关处理方式，完成单开关的灵保护、充电过流保护、三相不一致保护、重合闸保护功能。

在保护逻辑中增加BOOL量“完整串控制字”控制字和“保护电压取线路1电压”控制字，通过这两个控制字的投退保证装置中断路器适应不同的运行工况。“完整串控制字”控制字置1，表明变电站是完整串接线方式，置0表明是不完整串接线方式。“保护电压取线路1电压”控制字，用来表明完整串中开关2的保护电压和同期电压的选择线路1或者线路2的电压采集量。

同时提出了利用“开关x退出软压板”控制字（x为对应开关编号），投退每个开关的保护逻辑运算。当此“开关x退出软压板”控制字置1时，实现此开关的保护逻辑退出。例如，一个串里面的某个开关检修时，退出该开关软压板，可退出该开关的模拟量采集、开关量输入、开关量输出、GOOSE收发、保护逻辑功能，不仅能提高一个串里面单开关检修的安全性，也能通过人为投退该软压板使装置走不同的保护逻辑适应完整串和不完整串的运行方式。

保护逻辑功能模块执行过程如图5所示，当确定变电站是完整串接线方式时，“完整串控制字”置“1”，完整串中线线串还是线变串只是开关量多少有区别，保护逻辑是一致的。开关1和开关3通过“开关x退出软压板”控制字的投退控制模拟量的采集和开关量信号的输入、输出；开关2除了“开关2退出软压板”控制字外增加“保护电压取线路1电压”控制字，当该控制字投入（置1）时，开关2的保护电压采集线路1三相PT，同期电压采集线路2的任一相PT。当该控制字退出（置0）时，开关2的保护电压采集线路2三相PT，同期电压采集线路1的任一相PT。开关2的开关量采集参考开关1和开关3。

当“完整串控制字”置“0”时，开关1、开关2通过“开关x退出软压板”（x为对应开关编号）的投退控制模拟量的采集和开关量信号的输入、输出。开关3的“开关3退出软压板”置“1”，默认退出开关3的模拟量的采集和开关量信号的输入、输出及保护逻辑。

本发明的有益效果为：

1）该装置可配置三个独立的开关的失灵保护、充电过流保护、三相不一致保护、重合闸保护功能。装置可通过人工投退“开关退出软压板”使保护逻辑适应330kV及以上电压等级变电站3/2接线完整串开关或者不完整串开关。

2）变电站3/2接线完整串开关时，中开关的保护电压可通过配置选择线路1三相PT，或者线路2三相PT（主变三相PT），中开关的同期电压可在线路电压确定后自动选择线路2任意一相线路PT电压（主变任意一相PT电压）或者线路2任意一相线路PT电压。

3）该装置配置“开关退出软压板”，一个串里面的某个开关检修时，该开关的“开关退出软压板”置“1”，退出该开关的GOOSE收发、模拟量接收、保护逻辑，等功能，提高串里面单开关检修的安全性。

本发明公开了按串配置就地化安装的断路器继电保护装置设计方法，该装置适用于330kV及以上电压等级变电站3/2接线完整串开关或者不完整串开关，自动适应一次接线为线线串或者线变串的接线方式。按串断路器中中断路器保护电压和同期电压的选取方式，通过软件控制字能适应各种运行情况下中断路器对电压的要求。该发明首次在断路器保护中提出按开关退出软压板，解决运维过程中按开关检修的难题。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种按串配置的就地化断路器继电保护装置，其特征是，包括模拟量采集模块、开关量开入模块、开关量开出模块、通讯模块和保护逻辑控制模块；

模拟量采集模块，用于采集各断路器线路上电压和电流模拟量；

开关量开入模块，用于采集各断路器的开关量；

开关量开出模块，用于输出开关量至对应的各断路器；

通讯模块，用于实现与外部设备的通信交互；

保护逻辑控制模块，用于根据变电站的接线方式及各断路器的投入或退出状态，对投入状态的各断路器，获取相应的电压和电流模拟量、开关量，按照单断路器开关独立进行继电保护，并输出开关量至断路器以控制器跳合闸；

根据所述的一种按串配置的就地化断路器继电保护装置的就地化断路器继电保护方法，包括以下过程：

S1，根据变电站接线方式，确定其是完整串或不完整串接线方式，若为完整串接线方式，则进一步确定中断路器的电压采集量；若为不完整串接线方式，则直接进入下一步；

S2，确定变电站中各断路器的投入或退出状态；

S3，对投入状态的各断路器，获取相应的电压和电流模拟量、开关量，按照单断路器开关独立进行继电保护，并输出开关量至断路器以控制器跳合闸。

2.根据权利要求1所述的一种按串配置的就地化断路器继电保护装置，其特征是，模拟量采集模块至少包含8路电压模拟量采集接口，9路电流模拟量采集接口。

3.根据权利要求1所述的一种按串配置的就地化断路器继电保护装置，其特征是，开关量开入模块至少包含15路开关量输入接口。

4.根据权利要求1所述的一种按串配置的就地化断路器继电保护装置，其特征是，开关量开出模块至少包含12路开关量输出接口。

5.根据权利要求1所述的一种按串配置的就地化断路器继电保护装置，其特征是，模拟量采集模块、开关量开入模块、开关量开出模块和通讯模块的接口采用标准航插接头。