CN109616996B - 环网多子机母线保护刀闸记忆判别及同步的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环网多子机母线保护刀闸记忆判别及同步的方法,要解决的技术问题是提高母线保护的可靠性。本发明包括以下步骤:建立子机经双向冗余环网的通信连接,采集母线电压瞬时值,支路电流瞬时值,支路断路器的刀闸位置实际开入状态值;计算一个周期内母线电压有效值,零序电压,负序电压,母线上连接的电流有效值,零序电流有效值;母线保护装置判断断路器刀闸开入掉电异常。本发明与现有技术相比,利用双向冗余环网,能快速地判别出某一子机所采集的刀闸位置开入发生掉电异常,对掉电前的刀闸位置状态进行记忆,实现环网内所有子机间的同步,防止环网个别母线保护子机出现开入掉电而影响故障母线选择问题,提高母线保护的可靠性。

Description

环网多子机母线保护刀闸记忆判别及同步的方法
技术领域
本发明涉及一种继电保护方法,特别是一种母线保护刀闸记忆判别、子机刀闸位置同步的方法。
背景技术
差动保护的原理主要是基于基尔霍夫电流定律,对于分段母线,如双母线、双母分段等主接线,母线差动保护使用大差比率差动元件(大差比率元件)作为区内(保护装置的保护范围之内)故障判别元件;使用小差比率差动元件(小差比率元件)作为故障母线选择元件。即由大差比率元件是否动作,区分母线区外(保护装置的保护范围之外)故障与母线区内故障。当大差比率元件动作时,由小差比率元件是否动作决定故障发生在哪一段母线,而小差比率元件动作主要依赖于支路刀闸的挂接情况,即小差比率元件挂接在哪一段母线。
上述方法对支路刀闸的位置(刀闸位置)状态可靠性要求非常高,要求母线保护装置(保护装置)采集到的刀闸位置的辅助节点状态必须如实反映一次刀闸位置。保护装置采集到的刀闸位置辅助节点状态信息,途中须经过二次回路电缆、端子等多个环节,若出现开入电源掉电,某一母线保护装置的子机(子机)采集到的所有刀闸位置状态信息均丢失,可能会引起保护装置计算出差流不正确,若此时发生区内故障,可能会影响到母线保护装置的故障选择性,切除非故障母线上的支路,扩大事故范围。
现有技术的母线保护装置对刀闸位置记忆(刀闸记忆)的判别往往基于单一母线保护装置,其同时采集所有支路的二次电流和刀闸位置状态,并对刀闸位置状态进行监视。刀闸位置记忆为母线保护装置通过对采集的刀闸位置状态及支路电流进行监视,记忆原始采集的刀闸位置,防止正常运行过程中,支路刀闸位置状态信息丢失导致保护装置差动动作行为不正确的情况。而单一母线保护装置的刀闸记忆判别方法仅能实现单一子机的刀闸位置记忆,而无法实现各子机之间的刀闸记忆状态的同步,容易导致各子机差动保护动作行为不一致,存在有其他子机误动的风险的缺陷,降低母线保护的可靠性。
发明内容
本发明的目的是提供一种环网多子机母线保护刀闸记忆判别及同步的方法,要解决的技术问题是提高母线保护的可靠性。
本发明采用以下技术方案:一种环网多子机母线保护刀闸记忆判别及同步的方法,包括以下步骤:
一、建立至少2个母线保护装置的子机经双向冗余环网的通信连接,母线保护装置的子机通过环网报文互相传输各自采集的二次电流和刀闸位置开入状态信息;
二、母线保护装置采集母线的A、B、C三相电压瞬时值,母线上连接的所有支路的A、B、C三相电流瞬时值,母线上连接的所有支路断路器的刀闸位置实际开入状态值;
三、母线保护装置计算一个周期内母线的A、B、C相电压有效值,零序电压,负序电压,母线上连接的每个支路的A、B、C相电流有效值,零序电流有效值;
四、根据条件1~3,
条件1,采样周期内同时满足:(1)A相电压有效值、B相电压有效值或C相电压有效值大于有压定值,(2)零序电压有效值小于零序电压开放定值,(3)负序电压有效值小于负序电压开放定值;所述有压定值为母线保护相电压开放定值门槛;所述零序电压开放定值为母线保护零序电压开放定值门槛;所述负序电压开放定值为母线保护零序电压开放定值门槛;
条件2,采样周期内,子机负责采集的支路任意一相电流有效值大于有流定值;所述有流定值为支路有流设定门槛;
条件3,采样周期内,有一个支路刀闸位置开入状态值丢失;
母线保护装置的子机判断满足条件1与条件2中任一,母线处于正常运行状态,在此情况下,若满足条件3,该支路断路器刀闸开入位置发生由合到分的变化,判断为断路器刀闸开入掉电异常。
本发明的步骤二母线保护装置采集母线的A、B、C三相电压瞬时值,母线上连接的所有支路的A、B、C三相电流瞬时值,母线上连接的所有支路断路器的刀闸位置实际开入状态值,按0.833ms的采样频率。
本发明的步骤二母线保护装置将采集得到的电压瞬时值、电流瞬时值和刀闸位置实际开入状态值的采样值经模数转换成数字量。
本发明的步骤四条件1中,有压定值为40V,零序电压开放定值为6V,负序电压开放定值为4V。
本发明的步骤四条件2中,有流定值为0.04倍支路额定电流。
本发明的步骤四母线保护装置的子机判断为断路器刀闸开入掉电异常,母线保护装置的子机对刀闸开入掉电异常和刀闸位置开入状态值进行记忆,生成记忆状态标志和开入记忆值告警记录。
本发明的母线保护装置的子机将记忆状态标志和开入记忆值通过双向冗余环网传递给其他母线保护装置的子机。
本发明的母线保护装置根据双向冗余环网内各支路刀闸记忆状态标志和开入记忆值,确定发生刀闸开入掉电异常的母线保护装置的子机和状态值,与内各支路刀闸位置实际开入状态值比较,确认后更新该母线保护装置的子机采集的支路刀闸位置开入状态值,生成告警记录。
本发明与现有技术相比,利用双向冗余环网,能快速地判别出某一子机所采集的刀闸位置开入发生掉电异常,对掉电前的刀闸位置状态进行记忆,实现环网内所有子机间的同步,防止环网个别母线保护子机出现开入掉电而影响故障母线选择问题,提高母线保护的可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例的一次系统双母线接线示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。
本发明的环网多子机母线保护刀闸记忆判别及同步的方法,首先母线保护装置以恒定采样频率采集保护区域内的采样值,采样值经模数AD转换成数字量,传递到母线保护装置的CPU,CPU分别计算一个周期T内所有母线A、B、C三相电压有效值,零序电压和负序电压,每个支路的A、B、C三相电流有效值,零序电流有效值。
保护区域内为保护装置的保护范围之内的全部母线和连接在母线上的所有电气设备。
采样值为所有母线的A、B、C三相电压瞬时值,母线上连接的所有支路的A、B、C三相电流瞬时值,母线上连接的所有支路断路器的刀闸位置开入状态信息。
周期T不大于差动动作出口时间。
接着母线保护装置实时计算环网内各母线保护子机所负责采集的支路电流有效值和刀闸位置开入状态值。根据母线保护子机的各段母线电压有效值、支路电流的有效值和支路的刀闸位置开入状态的关系,累计持续时间,确认是否为刀闸开入掉电异常,对刀闸开入掉电异常和刀闸位置开入状态值进行记忆,生成记忆状态标志和开入记忆值告警记录,同时将记忆状态标志和开入记忆值通过环网传递给其他母线保护子机。
刀闸开入掉电异常(开入状态值丢失)为母线上连接的各个支路刀闸分合状态位置输出发生直流电源异常,即开入直流电压下降或直流电源断开,导致对应位置开入无电压或电压下降,母线无法从开入回路获取各个支路刀闸分合状态。
最后根据环网内各支路刀闸记忆状态标志和开入记忆值,母线保护装置确定发生刀闸开入掉电异常的子机及其状态值,与刀闸位置实际开入状态值(实际开入状态值,刀闸位置状态,刀闸位置开入状态)比较,确认后更新该母线保护子机采集的支路刀闸位置开入状态值,并生成告警记录。
如图1所示,本实施例的保护装置的保护区域内,设有第1母线M1和第2母线M2,M1和M2上分别连接有第1支路L1、第2支路L2、第3支路L3、第4支路L4、第5支路L5、第6支路L6六个支路,其中,L1为母联,L2~L6为线路或变压器支路。
M1分别与第1支路L1、第2支路L2、第3支路L3、第4支路L4、第5支路L5、第6支路之间连接有第11断路器KI1_1、第12断路器KI2_1、第13断路器KI3_1、第14断路器KI4_1、第15断路器KI5_1、第16断路器KI6_1。
M2分别与第1支路L1、第2支路L2、第3支路L3、第4支路L4、第5支路L5、第6支路之间连接有第21断路器KI1_2、第22断路器KI2_2、第23断路器KI3_2、第24断路器KI4_2、第25断路器KI5_2、第26断路器KI6_2。
L1~L3上的电流和断路器刀闸位置开入状态由母线保护装置的子机1采集,L4~L6的电流和断路器刀闸位置开入状态由母线保护装置的子机2采集。
本发明方法采用的环网多子机母线保护装置,采用双向冗余环形网络(环网)的分布式结构,建立子机1和子机2经双向冗余环网A和双向冗余环网B的通信连接,子机1和子机2通过环网报文互相传输各自采集的二次电流和刀闸位置开入状态信息。母线保护装置的子机(子机)采用环形通信网络串接,各子机各自负责一部分支路的二次电流和刀闸位置状态信息的采集,通过环网将采集到的二次电流和刀闸位置状态信息数据传输到环网内的其他子机,各子机通过从环网里获取其他子机的二次电流和刀闸位置状态信息数据并处理,完成母线差动保护逻辑。
本发明的环网多子机母线保护刀闸记忆判别及同步的方法,电压电流采样、计算、判断和告警,包括以下步骤:
一、母线保护装置(包括子机)按0.833ms的采样频率,采集第1母线M1和第2母线M2的A、B、C三相电压瞬时值:Uam1、Uam2、Ubm1、Ubm2、Ucm1、Ucm2,采集母线上连接的所有支路的A、B、C三相电流瞬时值:Ia1、Ia2、Ia3、Ia4、Ia5、Ia6,Ib1、Ib2、Ib3、Ib4、Ib5、Ib6,Ic1、Ic2、Ic3、Ic4、Ic5、Ic6,采集母线上连接的所有支路断路器的刀闸位置实际开入状态值,即第1母线M1连接的断路器刀闸位置开入状态KI1_1、KI2_1、KI3_1、KI4_1、KI5_1、KI6_1,以下简写KIj_1,j为支路编号,本实施例中,j为第1~6支路;第2母线M2连接的的断路器刀闸位置开入状态KI1_2、KI2_2、KI3_2、KI4_2、KI5_2、KI6_2,以下简写KIj_2。根据刀闸位置状态可知,第1、2、4、6支路挂接于第1母线M1,第1、3、5支路挂接于第2母线M2。
母线保护装置将采集得到的电压瞬时值、电流瞬时值和刀闸位置实际开入状态值的采样值经模数AD转换成数字量。
二、母线保护装置的子机采用快速算法分别计算一个周期T内M1、M2的A相电压有效值|Uam1,T|、|Uam2,T|,B相电压有效值|Ubm1,T|、|Ubm2,T|,C相电压有效值|Ucm1,T|、|Ucm2,T|,零序电压|3U0m1,T|、|3U0m2,T|,负序电压|U2m1,T|、|U2m2,T|,每个支路的A相电流有效值|Iaj,T|、B相电流有效值|Ibj,T|、C相电流有效值|Icj,T|,零序电流有效值|3I0j,T|。j为支路编号,本实施例中,j为第1~6支路。
A、B、C三相电压有效值:
Figure BDA0001896766060000071
Figure BDA0001896766060000072
Figure BDA0001896766060000073
Figure BDA0001896766060000074
Figure BDA0001896766060000075
Figure BDA0001896766060000076
式(1)中,N为每一周期的采样点数24,Uam1k为M1的A相电压第k个采样点的瞬时值,n为谐波次数,取基波有效值n=1。式(2)~(4)中的符号含义类推。
零序电压:
Figure BDA0001896766060000077
Figure BDA0001896766060000081
式(7)和式(8)中,
Figure BDA0001896766060000082
分别为采样周期内M1的A、B、C相电压有效值向量,即大小与|Uam1,T|、|Ubm1,T|、|Ucm1,T|相等,角度与Uam1、Ubm1、Ucm1相同。
Figure BDA0001896766060000083
分别为采样周期内M2的A、B、C相电压有效值向量。
零序电压有效值|3U0,T|为|3U0m1,T|、|3U0m2,T|的统称,下标带m1时为M1的|3U0,T|,即|3U0m1,T|;下标带m2时为M2的|3U0,T|,即|3U0m2,T|。
负序电压:
Figure BDA0001896766060000084
Figure BDA0001896766060000085
式(9)和式(10)中,
Figure BDA0001896766060000086
分别为采样周期内M1的A、B、C相电压有效值向量。
Figure BDA0001896766060000087
分别为采样周期内M2的A、B、C相电压有效值向量。a为运算子,a=1∠120°,a2=1∠240°。
负序电压有效值|U2,T|为|U2m1,T|、|U2m2,T|的统称,下标带m1时为M1的|U2,T|,即|U2m1,T|;下标带m2时为M2的|U2,T|,即|U2m2,T|。
支路的A、B、C三相电流有效值、零序电流有效值:
Figure BDA0001896766060000088
Figure BDA0001896766060000089
Figure BDA00018967660600000810
Figure BDA0001896766060000091
式(11)中,Iajk为j支路A相电流第k个采样点的瞬时值。式(12)、(13)中的符号含义类推。式(14)中,3I0jk为j支路根据A、B、C三相电流瞬时值计算出的零序电流瞬时值。
经过计算得到一个周期T内所有母线A、B、C三相电压的有效值,零序电压和负序电压,每个支路的A、B、C三相电流有效值,零序电流有效值。
与M1、M2和各支路相关联的电压有效值、零序电压、负序电压、电流有效值、零序电流有效值分别为:
M1:|Uam1,T|,|Ubm1,T|,|Ucm1,T|,|3U0m1,T|,|U2m1,T|。
M2:|Uam2,T|,|Ubm2,T|,|Ucm2,T|,|3U0m2,T|,|U2m2,T|。
第1支路:|Ia1,T|,|Ib1,T|,|Ic1,T|,|3I01,T|。
第2支路:|Ia2,T|,|Ic2,T|,|Ic2,T|,|3I02,T|。
第3支路:|Ia3,T|,|Ic3,T|,|Ic3,T|,|3I03,T|。
第4支路:|Ia4,T|,|Ic4,T|,|Ic4,T|,|3I04,T|。
第5支路:|Ia5,T|,|Ic5,T|,|Ic5,T|,|3I05,T|。
第6支路:|Ia6,T|,|Ic6,T|,|Ic6,T|,|3I06,T|。
|KIj_1,T|为支路j挂接M1刀闸一个周波内的开入状态值集合,采样周期为0.833ms时该集合包含有24个值,同理,|KIj_2,T|为支路j挂接M2刀闸一个周波内24个开入状态值集合。|KIj_1,T|=0代表该集合中,支路j挂接M1刀闸均24个开入状态值处于分的状态,|KIj_1,T|=1代表该集合中,支路j挂接M1刀闸有开入状态值处于合的状态。母线保护装置的子机保存一个周期T内支路刀闸位置实际开入状态值|KIj_1,T|、|KIj_2,T|。
三、子机根据一个周期T内母线电压有效值、支路电流的有效值和支路刀闸位置实际开入状态值的关系,累计持续时间,根据条件1~3,确认是否为刀闸开入掉电异常。
条件1,采样周期内同时满足:(1)A相电压有效值、B相电压有效值或C相电压有效值大于有压定值Uset,(2)零序电压有效值小于零序电压开放定值3U0set,(3)负序电压有效值小于负序电压开放定值U2set:[(|Ua,T|∣|Ub,T|∣|Uc,T|>Uset)&(|3U0,T|<3U0set)&(|U2,T|<U2set)]0—T。
Uset为母线保护相电压开放定值门槛,由电网用户设定,本实施例为40V。
3U0set为母线保护零序电压开放定值门槛,由电网用户设定,本实施例为6V。
U2set为母线保护零序电压开放定值门槛,由电网用户设定,本实施例为4V。
Uset、3U0set、U2set用于判断母线保护是否处于正常运行状态,可通过母线保护装置的人机界面设定。
条件2,采样周期内,子机负责采集的支路任意一相电流有效值大于有流定值Iset:
[(|Iaj,T|>Iset)∣(||Ibj,T|>Iset)∣(||Icj,T|>Iset)]0—T。
Iset为支路有流设定门槛,用于判断该支路电流是否挂接母线并投入运行,本实施例Iset为0.04In,In为支路额定电流。
条件3,采样周期内,确认有一个支路刀闸位置开入状态值丢失:
[|KIj_1,T|=0&|KIj_2,T|=0]0—T。
若满足条件1与条件2中任一,判断为母线处于正常运行状态,在此情况下,若满足条件3,该支路断路器刀闸开入位置发生由1至0的变位,即刀闸开入位置由合到分,则可判断为该断路器刀闸开入掉电异常。
子机对刀闸开入掉电异常和刀闸位置开入状态值进行记忆,生成记忆状态标志和开入记忆值告警记录,将记忆状态标志和开入记忆值通过环网传递给其他母线保护子机。
四、根据环网内各支路刀闸记忆状态标志和开入记忆值,母线保护装置确定发生刀闸开入掉电异常的子机和状态值,与环网内各支路刀闸位置实际开入状态值比较,确认后更新该母线保护子机采集的支路刀闸位置开入状态值,生成告警记录。
本实施例中,母线保护装置采用长园深瑞继保自动化有限公司的Zynq7000型母线保护装置,采样频率为2000Hz,CPU采用Cortex-A9处理器。
本发明能快速地判别出某一子机所采集的刀闸位置开入发生掉电异常,对掉电前的刀闸位置状态进行记忆,实现环网内所有子机间的同步,防止环网个别母线保护子机出现开入掉电而影响故障母线选择问题,提高母线保护的可靠性,有效地解决环网个别母线保护装置子机出现开入掉电而影响故障母线选择问题,提高母线保护的可靠性,保证电力系统安全运行,简单、安全、可靠,不需要对母线保护原交流采样以及开入开出模拟量接线进行更改,不需要增加太多计算量,消耗的CPU资源较少,功能实现简单可靠,增加了电力系统运行安全性和可靠性。

Claims (1)

1.一种环网多子机母线保护刀闸记忆判别及同步的方法,包括以下步骤:
一、建立至少2个母线保护装置的子机经双向冗余环网的通信连接,母线保护装置的子机通过环网报文互相传输各自采集的二次电流和刀闸位置开入状态信息;
二、母线保护装置采集母线的A、B、C三相电压瞬时值,母线上连接的所有支路的A、B、C三相电流瞬时值,母线上连接的所有支路断路器的刀闸位置实际开入状态值;
三、母线保护装置计算一个周期内母线的A、B、C相电压有效值,零序电压,负序电压,母线上连接的每个支路的A、B、C相电流有效值,零序电流有效值;
四、根据条件1~3,
条件1,采样周期内同时满足:(1)A相电压有效值、B相电压有效值或C相电压有效值大于有压定值,(2)零序电压有效值小于零序电压开放定值,(3)负序电压有效值小于负序电压开放定值;所述有压定值为母线保护相电压开放定值门槛;所述零序电压开放定值为母线保护零序电压开放定值门槛;所述负序电压开放定值为母线保护负序电压开放定值门槛;
条件2,采样周期内,子机负责采集的支路任意一相电流有效值大于有流定值;所述有流定值为支路有流设定门槛;
条件3,采样周期内,有一个支路刀闸位置开入状态值丢失;
母线保护装置的子机判断满足条件1与条件2中任一,母线处于正常运行状态,在此情况下,若满足条件3,该支路断路器刀闸开入位置发生由合到分的变化,判断为断路器刀闸开入掉电异常;
所述步骤二母线保护装置采集母线的A、B、C三相电压瞬时值,母线上连接的所有支路的A、B、C三相电流瞬时值,母线上连接的所有支路断路器的刀闸位置实际开入状态值,按0.833ms的采样频率;
所述步骤二母线保护装置将采集得到的电压瞬时值、电流瞬时值和刀闸位置实际开入状态值的采样值经模数转换成数字量;
所述步骤四条件1中,有压定值为40V,零序电压开放定值为6V,负序电压开放定值为4V;
所述步骤四条件2中,有流定值为0.04倍支路额定电流;
所述步骤四母线保护装置的子机判断为断路器刀闸开入掉电异常,母线保护装置的子机对刀闸开入掉电异常和刀闸位置开入状态值进行记忆,生成记忆状态标志和开入记忆值告警记录;
所述母线保护装置的子机将记忆状态标志和开入记忆值通过双向冗余环网传递给其他母线保护装置的子机;
所述母线保护装置根据双向冗余环网内各支路刀闸记忆状态标志和开入记忆值,确定发生刀闸开入掉电异常的母线保护装置的子机和状态值,与内各支路刀闸位置实际开入状态值比较,确认后更新该母线保护装置的子机采集的支路刀闸位置开入状态值,生成告警记录。
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