CN110445105A - 一种基于通用ied面向功能的变电站继电保护方法 - Google Patents

Abstract

一种基于通用IED面向功能的变电站继电保护方法，该方法通过通用IED实现标准数量的开入量、电压量、电流量的信息采集，实现标准化的开出跳闸信号，同时能够完成监控功能。通用IED是一个具有采集数据共享、硬件资源共享的通用继电保护装置。一个或多个通用IED形成一个功能按资源分配的虚拟综合保护装置—继电保护功能群；功能群内部，保护功能按需进行分配；功能群之间可进行信息传递；功能群可根据需要冗余设计；功能群可接受广域、站域保护的命令控制。该方法可以实现保护硬件的完全替代式更换，降低备品备件数量和后期维护性成本，从而进一步促使变电站保护整体成本下降和可靠性提高。

Description

一种基于通用IED面向功能的变电站继电保护方法

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护领域，更具体地涉及一种基于通用IED面向功能的变电站继电保护方法。

背景技术

继电保护是电气工程的一个分支，继电保护装置可以识别电力系统的故障状态，并采取正确的措施快速隔离故障，使电力系统恢复到正常运行状态。继电保护技术自诞生以来一直在不断地发展，变电站的设计技术也随着继电保护的技术发展而发展，目前，智能变电站成为智能电网的重要组成部分，智能变电站标准化设计采用三层两网结构，在功能逻辑上由站控层、间隔层、过程层以及网络设备构成：站控层由监控主机兼操作员工作站、数据服务器、数据通信网关机及网络打印机等设备构成；间隔层由保护、测控、计量、录波、网络记录分析、相量测量等若干个二次子系统组成；过程层由合并单元、智能终端等构成，完成与一次设备相关的功能，包括实时运行电气量的采集、设备运行状态的监测、控制命令的执行。继电保护设计仍采用传统的面向一次设备的设计方案。

随着智能变电站的发展，以下问题日渐凸显：系统结构较复杂，中间环节多，保护的整组动作时间比常规变电站保护增加7～8ms；合并单元故障影响范围大，无快速替换方案；直采直跳的保护配置模式数据装置发热厉害，共享性和冗余性差；交换机数量多，配置工作量大，故障影响范围广，增加建设成本和维护难度；过程层配置复杂多变，安装调试及运维检修工作量大，改扩建技术难度高。

智能变电站的建设迫切需要新的二次设备技术方案，从而简化变电站的设计，降低变电站的造价并提高设备的可维护性，对智能变电站的推广应用提供有利的技术支撑。

发明内容

本发明的目的通过通用IED代替传统面向一次设备的保护装置，通用IED的保护设计实现了保护功能之间数据共享和CPU资源共享，保护功能根据CPU资源平衡分配，可以实现保护硬件的完全替代式更换，大大降低备品备件数量，并降低设备的后期维护性成本，从而进一步促使变电站保护整体成本下降和可靠性提高。

一种基于通用IED面向功能的变电站继电保护方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：集成一个具备信息采集和信息处理能力的通用智能电子设备IED(Intelligent Electronic Device)，该IED具备母线保护功能、变压器保护功能、线路保护功能、断路器保护功能和电抗器保护功能；

步骤2：根据变电站规模和保护功能需求，配置一个或多个通用IED联合完成整个变电站一次设备的开关量、电压量、电流量的信息量采集；

步骤3：一个或多个通用IED设备根据保护功能需要组成虚拟综合保护功能群，可以是主保护功能群，可以是后备保护功能群，也可以是主后一体保护功能群；

步骤4：保护功能群内部各通用IED设备之间实现采集数据共享和CPU资源共享，根据IED资源及数据处理能力进行变电站保护功能和信息采集功能的平衡分配；

步骤5：保护功能群可根据需要冗余设计，两个功能群完成相同的功能，功能群之间可通过通讯系统进行信息传递，多个保护功能群组合完成变电站的继电保护功能，发出跳闸或告警信号到通用IED；

步骤6：保护功能群可接受广域、站域保护的命令控制，根据广域、站域命令完成就地处理功能。

本发明进一步包括以下优选方案：

所述通用IED能够实现固定数量的开入量、电压量、电流量的模拟量或数字量的采集，能实现标准化的开出跳闸信号，具备液晶显示、人机对话操作、监控系统通信功能，具备对时、flash、SDRAM、EEROM等基本硬件，能够实现差动保护、距离保护、过流保护、振荡闭锁等保护功能。

在步骤2中，其中所述一次设备包括变压器、母线、线路、电抗器和断路器。

在步骤2中，信息量采集可以是模拟信号，也可以是数字信号，由通用IED完成模拟信号采集，由合并单元MU完成数字信号采集。

在步骤4中，完成采集的信息量在功能群内共享，通用IED通过过程层总线实现采集数据共享。

在步骤5中，将虚拟综合保护功能群设置为包括主保护功能群，主保护冗余功能群，后备保护功能群和后备保护冗余功能群。

所述主保护功能群包括三个通用IED，分别为IED1、IED2和IED3，其中IED1采集线路保护模拟量/数字量，IED2采集变压器保护模拟量/数字量，IED3采集电抗器保护模拟量/数字量，母线保护共享IED1、IED2和IED3采集的所有信息；在保护功能上，IED1实现线路差动保护，IED2实现变压器差动和电抗器差动保护，IED3实现母线差动保护。

所述主保护冗余功能群包括三个通用IED，分别为IED4、IED5和IED6，其中IED4采集线路保护信息，IED5采集变压器保护信息，IED6采集电抗器保护信息，母线保护共享IED4、IED5和IED6采集的所有信息采集，IED4实现线路后备保护和断路器保护，IED5实现变压器和电抗器后备保护，IED6实现母线后备保护。

所述后备保护功能群和所述后备保护冗余功能群的设置和功能与所述主保护功能群和所述主保护冗余功能群的设置和功能类似。

本发明的有益效果在于：

本方法所有IED通用设计，硬件完全互换，保护面向功能，功能群面向一次设备，功能群冗余设置。通用IED的保护设计实现了保护功能之间数据共享和CPU资源共享，从而减少交换机的用量和变电站简化接线。通用IED可以实现保护硬件的完全替代式更换，大大降低备品备件数量，并降低设备的后期维护性成本。并且随着处理器性能的提高，通用IED的数量越来越少，从而进一步促使变电站保护整体成本下降和可靠性提高。本方法通过变电站的整体信息挖掘，可以简化和优化保护功能之间的配合关系，从而进一步提升变电站继电保护的综合性能。

附图说明

图1是基于通用IED面向功能的变电站继电保护方法流程图；

图2是通用IED示意图；

图3是常规变电站保护配置示意图；

图4是智能变电站通用IED保护配置图；

图5是变电站功能群配置示意图；

图6是IED功能群内部通信示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步详细介绍。

一种基于通用IED面向功能的变电站继电保护方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤1：集成一个具备信息采集和信息处理能力的通用智能电子设备IED(Intelligent Electronic Device)，该IED具备多种功能，包括母线保护功能、变压器保护功能、线路保护功能、断路器保护功能和电抗器保护功能。

在步骤1中，通用IED是指具备继电保护基本功能的通用型智能电子设备，其是以母线、变压器、线路、电抗器等不同保护装置共同特点为基础抽象出的通用型智能电子装置(Intelligent Electronic Device)，具备继电保护装置的通用性基本功能，用来替代传统的继电保护装置。它能够实现固定数量的开入量、电压量、电流量的模拟量或数字量的采集，能实现标准化的开出跳闸信号，具备液晶显示、人机对话操作、监控系统通信功能，具备对时、flash、SDRAM、EEROM等基本硬件，能够实现差动保护、距离保护、过流保护、振荡闭锁等保护功能。通用IED结构示意图如图2所示，交流变换、低通滤波器和ADC转换器组成交流变换回路，完成电压量、电流量等模拟量的交流变换；开关量输入和开关量输出通过光电隔离转换完成保护需要的开关量信息采集和输出控制，包括隔离刀闸位置、保护联闭锁、失灵启动等开关量输入，跳闸信号等开关量输出；液晶显示和键盘完成人机对话操作，监控系统实现变电站管理及上级通信；光纤接口1、光纤接口2、光纤接口3、光纤接口4完成保护的SV、GOOSE、光差数字量采集。通用IED可以认为是一个具备采集数据共享、硬件资源共享的通用继电保护装置。

步骤2：根据变电站规模和保护功能需求，配置一个或多个通用IED联合完成整个变电站一次设备的开关量、电压量、电流量的信息量采集，采集量可以是模拟信号，也可以是数字信号。其中，一次设备包括变压器、母线、线路、电抗器和断路器。

在步骤2中，传统变电站基于一次设备配置继电保护装置如图3所示，具体来说其是一个500kV半变电站典型设计，共4串断路器单元，断路器5011、5012、5013为第一串，5021、5022、5023为第二串，5031、5032、5033为第三串，5041、5042、5043为第四串。根据一次设备需要，为母线、变压器、线路、电抗器、断路器配置继电保护装置，分别完成对应一次设备的信息采集和保护。本方法把母线、变压器、线路、电抗器、断路器的继电保护装置换成通用IED，通用IED采集母线、变压器、线路、电抗器、断路器的开关量、电压量、电流量，整个变电站一次设备的信息量采集由多个通用IED按分配联合完成，数据采集由通用IED完成模拟信号采集，或者由合并单元MU完成数字信号采集，完成采集的信息量在功能群内共享，通用IED通过过程层总线实现采集数值共享，保护功能按照IED资源分配到各IED，形成一个虚拟的综合保护装置，如图4所示。

步骤3：一个或多个通用IED设备根据保护功能需要组成虚拟综合保护功能群，可以是主保护功能群，可以是后备保护功能群，也可以是主后一体保护功能群。可根据需要和应用习惯设置不同类型的功能群。

在步骤3中，一个或多个通用IED设备根据需要承担特定的继电保护功能，共同组成一个虚拟的综合继电保护装置，如图4虚线部分。虚拟综合继电保护装置相当于一个继电保护功能群。可以是主保护功能群，或者是后备保护功能群，也可以是主后一体保护功能群。可根据需要和应用习惯设置不同类型的功能群，功能群硬件上是一个或多个IED的组合，它以整体实现完整保护功能为目标，对外虚拟为一个综合功能装置，对内按资源分担功能。

步骤4：保护功能群内部各通用IED设备之间实现采集数据共享和CPU资源共享，根据IED资源及数据处理能力进行变电站保护功能和信息采集功能的平衡分配。其中CPU资源特指IED的CPU逻辑处理能力和数据处理能力。

步骤5：保护功能群可根据需要冗余设计，两个功能群完成相同的功能，功能群之间可通过通讯系统进行信息传递，多个保护功能群组合完成变电站的继电保护功能，发出跳闸或告警信号到通用IED。

功能群可根据需要冗余设计，一个或多个功能群完成相同的功能，保护功能群之间可通过通讯系统进行信息传递，根据功能群的设置进行变电站保护功能和信息采集功能的分配，如图5所示，虚拟综合保护装置1为主保护，虚拟综合保护装置11为冗余主保护，虚拟综合保护装置2为后备保护，虚拟综合保护装置22为冗余后备保护。IED1、IED2、IED3为主保护功能群，IED11、IED12、IED13为主保护冗余功能群，IED4、IED5、IED6为后备保护功能群，IED24、IED25、IED26为后备保护冗余功能群。

如图6所示，IED1采集线路保护模拟量/数字量，IED2采集变压器保护模拟量/数字量，IED3采集电抗器保护模拟量/数字量，母线保护共享IED1、IED2和IED3采集的所有信息。IED1、IED2、IED3共同组成一个差动保护功能群，在保护功能上，IED1实现线路差动保护，IED2实现变压器差动和电抗器差动保护，IED3实现母线差动保护。IED4采集线路保护信息，IED5采集变压器保护信息，IED6采集电抗器保护信息，母线保护共享IED4、IED5和IED6采集的所有信息采集，IED4实现线路后备保护和断路器保护，IED5实现变压器和电抗器后备保护，IED6实现母线后备保护。后备保护功能群和后备保护冗余功能群的设置和功能与主保护功能群和主保护冗余功能群的设置和功能类似。

步骤6：变电站保护功能群可接受广域、站域保护的命令控制，根据广域、站域命令完成就地处理功能。

在步骤6中，虚拟综合保护装置1、虚拟综合保护装置11、虚拟综合保护装置2和虚拟综合保护装置22功能群可接受广域、站域保护的命令控制，完成就地判别和跳闸切机功能。

以上描述仅仅借助于实施例提供本发明的实现方法。对于本领域的技术人员是显而易见的，本发明不限于上面提供的实施细节，可以在不脱离本发明特征的情况下以另外的实施例实现。因此，提供的实施例应当被认为是说明性的，而不是限制性的。因此，实现和使用本发明的可能性是由所附的权利要求限定。因而，由权利要求确定的实现本发明的各种选择包括等效实施例也属于本发明的范围。

Claims (9)

1.一种基于通用IED面向功能的变电站继电保护方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：集成一个具备信息采集和信息处理能力的通用智能电子设备IED，该IED具备母线保护功能、变压器保护功能、线路保护功能、断路器保护功能和电抗器保护功能；

步骤2：根据变电站规模和保护功能需求，配置一个或多个通用IED联合完成整个变电站一次设备的开关量、电压量、电流量的信息量采集；

步骤3：一个或多个通用IED设备根据保护功能需要组成虚拟综合保护功能群，可以是主保护功能群，可以是后备保护功能群，也可以是主后一体保护功能群；

步骤4：保护功能群内部各通用IED设备之间实现采集数据共享和IED的CPU资源共享，根据IED资源及数据处理能力进行变电站保护功能和信息采集功能的平衡分配；

步骤5：保护功能群可根据需要冗余设计，两个功能群完成相同的功能，功能群之间可通过通讯系统进行信息传递，多个保护功能群组合完成变电站的继电保护功能，发出跳闸或告警信号到通用IED；

步骤6：保护功能群可接受广域、站域保护的命令控制，根据广域、站域命令完成就地处理功能。

2.如权利要求1所述的一种基于通用IED面向功能的变电站继电保护方法，其特征在于：

所述通用IED能够实现固定数量的开入量、电压量、电流量的模拟量或数字量的采集，能实现标准化的开出跳闸信号，具备液晶显示、人机对话操作、监控系统通信功能，具备对时、flash、SDRAM、EEROM等基本硬件，能够实现差动保护、距离保护、过流保护、振荡闭锁等保护功能。

3.如权利要求1所述的一种基于通用IED面向功能的变电站继电保护方法，其特征在于：

在步骤2中，其中所述一次设备包括变压器、母线、线路、电抗器和断路器。

4.如权利要求1或2所述的一种基于通用IED面向功能的变电站继电保护方法，其特征在于：

在步骤2中，信息量采集可以是模拟信号，也可以是数字信号，由通用IED完成模拟信号采集，由合并单元MU完成数字信号采集。

5.如权利要求1所述的一种基于通用IED面向功能的变电站继电保护方法，其特征在于：

在步骤4中，完成采集的信息量在功能群内共享，通用IED通过过程层总线实现采集数据共享。

6.如权利要求1所述的一种基于通用IED面向功能的变电站继电保护方法，其特征在于：

在步骤5中，将虚拟综合保护功能群设置为包括主保护功能群，主保护冗余功能群，后备保护功能群和后备保护冗余功能群。

7.如权利要求6所述的一种基于通用IED面向功能的变电站继电保护方法，其特征在于：

所述主保护功能群包括三个通用IED，分别为IED1、IED2和IED3，其中IED1采集线路保护模拟量/数字量，IED2采集变压器保护模拟量/数字量，IED3采集电抗器保护模拟量/数字量，母线保护共享IED1、IED2和IED3采集的所有信息；在保护功能上，IED1实现线路差动保护，IED2实现变压器差动和电抗器差动保护，IED3实现母线差动保护。

8.如权利要求6所述的一种基于通用IED面向功能的变电站继电保护方法，其特征在于：

所述主保护冗余功能群包括三个通用IED，分别为IED4、IED5和IED6，其中IED4采集线路保护信息，IED5采集变压器保护信息，IED6采集电抗器保护信息，母线保护共享IED4、IED5和IED6采集的所有信息采集，IED4实现线路后备保护和断路器保护，IED5实现变压器和电抗器后备保护，IED6实现母线后备保护。

9.如权利要求6所述的一种基于通用IED面向功能的变电站继电保护方法，其特征在于：

所述后备保护功能群和所述后备保护冗余功能群的设置和功能与所述主保护功能群和所述主保护冗余功能群的设置和功能类似。