CN110646692B - 一种就地化母线保护自动带负荷试验方法及试验模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种就地化母线保护自动带负荷试验方法，自动解析就地化母线保护装置的上送报告，更新模拟量为实时量；选择执行带负荷试验的目标支路；自动生成功角关系图；基于一次电流输入误差比例算法、变比的母线功率平衡算法、平账展示法，进行就地化母线保护自动带负荷试验；自动生成试验报告；打印就地化母线保护带负荷试验报告。本发明还涉及一种就地化母线保护自动带负荷试验模块。本发明资源节省，无需额外的设备或仪器；省时、省力、人工干预少，操作门槛低，操作安全。

Description

一种就地化母线保护自动带负荷试验方法及试验模块

技术领域

本发明属于电力系统变电站继电保护技术领域，具体涉及一种就地化母线保护自动带负荷试验方法及试验模块。

背景技术

近年来，就地化保护技术在变电站继电保护领域取得新进展。其中，就地化母线保护是基于就地化保护技术，为保护变电站母线而研制的新型保护产品。就地化母线保护是基于差动保护算法正常工作的，差动保护算法的核心是基尔霍夫电流定律。当变电站母线正常工作或者母线区外有故障时，母线可以被看成一个质点，流入该质点的电流和流出该质点的电流大小相等、方向相反、电流平衡，此时就地化母线保护差动继电器不动作。当母线设备自身发生区内故障时，母线上流过较大的故障电流，流入母线与流出母线的电流大小不相等、电流不平衡，就地化母线保护感受到差流存在，差动保护继电器动作。

就地化母线保护工作原理虽简单，但工作可靠性的基础是正确地采集相关电气量。传统的母线保护装置都是通过相关电气仪表收集差流、差压、相位、幅值等信息，人为判断相序是否正确、相位是否对称，通过控制屏或监控显示器收集母线电流、有功、无功等潮流信息，手动计算CT(电流互感器)变比是否正确、CT极性是否接反等，并根据这些人工计算结果作为判断母线保护装置是否能正常工作的依据，费时、费力、容易出错，并增加了母线保护装置拒动、误动的风险，不利于变电站安全稳定的运行。

由于变电站母线各支路繁多，接线复杂多样，导致用于电气量采集的主要一次设备电流互感器(简称CT)的配置繁琐，相关参数如变比、极性等的配置由人工完成，难以保证正确，这将最终导致就地化母线保护出现拒动、误动等灾难性后果。此外，某些特殊设备如母联开关、分段开关CT变比与极性的配置，必须满足电力一次系统的运行方式的要求。基于此，为保证就地化母线保护正常工作，在投运之前需要对其执行带负荷试验，以验证差动保护所需各个电气量的正确有效性。目前，带负荷试验的执行都是由现场工作人员借助相关仪器，手动采集相关电气量进行汇总分析，甚至手动绘制功角关系图，自动化水平较低，容易出错，增加了就地化母线保护出现拒动、误动的可能性，不利于就地化保护装置的可靠工作。

发明内容

为解决上述技术问题，结合就地化化母线保护装置的特点，本发明提出了一种通过智能管理单元对就地化母线保护执行自动带负荷试验的方法。该方法能够自动采集带负荷试验所需电气量，自动生成功角关系图、自动计算母线实时潮流信息生成试验报告。报告中给出了母线各支路电流相序、相位对称、CT变比和CT极性等判定结果，为就地化母线保护安全可靠投运提供决策依据；自动计算试验结果并分析，自动给出带负荷试验结论以及相应纠正措施建议，降低了就地化母线保护出现拒动、误动的风险，提高了带负荷试验自动化水平，节省了现场人力物力成本。同时本方法可以对不同厂家的就地化母线保护执行自动带负荷试验，互操作性好，通用性水平较高。

本发明中，涉及到了以下几个主要的技术概念，现说明如下：

1.就地化母线保护。直接安装于母线设备近旁或与母线设备集成安装的保护装置。就地化保护装置的特征是装置防护等级高，对外采用专用连接器连接，可实现就地无防护安装，支持工厂化调试和更换式检修。就地化保护可由单台装置或多台子机构成，就地化母线保护通常由多台子机构成。

2、智能管理单元。智能管理单元用于对就地化保护装置进行智能管理，整合元件保护各子机信息，通过代理服务实现远方设备与就地化保护信息交互，完成装置界面展示、操作管理、备份管理、信息存储、故障信息管理、远程操作等功能。

3.就地化母线保护带负荷试验。根据就地化母线差动保护工作原理，就地化母线保护装置正常工作的基础是正确地采集相关电气量信息。用于电气量采集的一次设备如电流互感器，配置繁琐且相关参数如变比、极性等的配置由人工完成，难以保证正确，因此就地化母线保护在正式投运之前，需要执行带负荷试验。

本发明所采用的技术方案如下：

一种就地化母线保护自动带负荷试验方法，自动解析就地化母线保护装置的上送报告，更新模拟量为实时量；选择执行带负荷试验的目标支路；自动生成功角关系图；基于一次电流输入误差比例算法、变比的母线功率平衡算法和平账展示法，进行就地化母线保护自动带负荷试验；自动生成试验报告；打印就地化母线保护带负荷试验报告。具体包括以下步骤：

步骤1、通过智能管理单元的装置界面以IEC61850 MMS服务的方式，下发模拟量总召命令，对就地化母线保护装置定时召唤模拟量，总召命令的下发周期为1s；然后解析上送报告，更新模拟量为实时值，为功角关系图自动生成提供数据来源；

步骤2、通过目标支路选择对话框选择目标支路，其中支路的三相电流的选择合并为一次完成；

步骤3、自动生成功角关系图，实时更新目标支路模拟量大小与相位；根据用户选择的目标支路，功角关系图基于一次电流输入误差比例算法实时绘制目标支路电流大小、母线电压大小和电流电压相位等信息，并以不同颜色显示，便于用户观察与判断；

步骤4、基于一次电流输入误差比例算法、变比的母线功率平衡算法和平账展示法，进行就地化母线保护自动带负荷试验：

4.1、绘制前根据一次电流输入误差比例算法进行计算：

4.1.a、如果计算结果大小超过采集的电流的一定倍数，在功角关系图中只绘制三相电流的箭头方向即相位，不绘制大小；

4.1.b、如果计算结果大小比采集的电流小一定位数，在功角关系图中绘制三相电流的大小满格，不绘制箭头方向即相位；

4.1.c、如果计算结果数值正常，在功角关系图中按实际大小绘制采集的电流的大小与箭头方向即相位；

4.2、基于变比的母线功率平衡算法，根据CT和PT(电压互感器)的变比动态调整误差的阈值；

4.3、如果母线功率在误差阈值范围内，母线功率平衡，则展示：平，否则展示：不平；

步骤5、试验报告自动生成，把试验结果和试验结论以报告的形式展示；

步骤6、就地化母线保护自动带负荷试验报告打印。

一种就地化母线保护自动带负荷试验模块，包括：

模拟量数据输入子模块，用于解析就地化母线保护装置的上送报告，更新模拟量为实时值，为功角关系图自动生成提供数据来源；

目标支路选择子模块，用于快速选择目标支路执行带负荷试验；

功角关系图自动生成子模块，用于基于一次电流输入误差比例算法实时绘制目标支路电流大小、母线电压大小和电流电压相位等信息，并以不同颜色显示；

计算与展示子模块，用于基于一次电流输入误差比例算法、变比的母线功率平衡算法和平账展示法，进行就地化母线保护自动带负荷试验的计算与展示；

试验报告自动生成子模块，用于把试验结果和试验结论以报告的形式展示；

试验报告打印子模块，用于把带负荷试验报告打印出来。

本发明的有益效果：

1.资源节省。整个带负荷试验执行过程都是在智能管理单元内完成的，无需额外的设备或仪器，节省资源的同时在一定程度上提高了变电站运行安全。

2.省时、省力、人工干预少。就地化母线保护自动带负荷试验的执行只需用户根据现场投入的支路，选择目标支路，同时根据现场运行情况，母线的额定电压、额定电流的一次值。试验过程中如果用户输入的一次值有误，会实时更新功角关系值，可使用户快速地发现和甄别。

3.操作门槛低。就地化母线保护自动带负荷试验的执行人员，只需接受厂家运维人员的简单的培训便可独立完成，操作门槛低。

4.操作安全。整个带负荷试验执行过程都是通过智能管理单元装置界面完成，完全摒弃了传统需要相关测试仪器完成的相关操作规程，规避了安全隐患，提高了变电站整体安全运行水平。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的具体实施方式、或者现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些具体实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的属于本申请保护范围之内的附图。

图1是本发明实施例的就地化母线保护自动带负荷试验操作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图，具体说明本发明的实施方式。

如图1所示，是本发明实施例的就地化母线保护自动带负荷试验操作流程示意图。一种就地化母线保护自动带负荷试验方法，包括以下步骤：

步骤1、通过智能管理单元的装置界面以IEC61850 MMS服务的方式，下发模拟量总召命令，对就地化母线保护装置定时召唤模拟量，总召命令的下发周期为1s；然后解析上送报告，报告的内容就是包含模拟量的MMS报文，更新模拟量为实时值，为功角关系图自动生成提供数据来源。因为装置的模拟量的值即电流、电压等电气量值可能会随时变化，1s召唤一次，保证召唤的值尽量是装置当前最新的模拟量值。

就地化保护装置以报告的方式上送，上送的是MMS报文，简称上送报告，解析的方法就是根据MMS报文的结构进行解析，是IEC61850标准规定好的标准格式。

步骤2、母线设备支路众多，为快速选择目标支路执行带负荷试验，通过目标支路选择对话框供用户选择目标支路，其中支路的三相电流的选择合并为一次完成，避免了支路电流相别选择错误、对试验结果产生影响。如果目标支路信息为空，则重复执行步骤2。

因为电都是三相(A、B、C)，即电流电压都是三相电流电压，为了避免用户选择支路的电流时忘记选择其中某一相而影响计算结果，此处把三相的选择合并为一次完成，即一次就能选择三相。

步骤3、自动生成功角关系图，实时更新目标支路模拟量大小与相位。根据用户选择的目标支路，功角关系图基于一次电流输入误差比例算法实时绘制目标支路电流大小、母线电压大小和电流电压相位等信息，并以不同颜色显示，便于用户观察与判断。

3.a、进入母线潮流界面，添加试验使用的母线信息、母线支路进线和母线支路出线信息；

3.b、进入负荷试验界面，输入一次额定电压、电流和相位差等量测信息，并判断一次值输入是否有效，如果输入无效、转步骤3.b继续输入，如果输入有效则转下一步；

在这里，判断输入是否有效的规则是：如果输入的是中文、或者无法转为数字的输入、或者输入数字的大小超出程序规定的大小，则判定为输入无效；

进行带负荷试验时，工作人员需要根据变电站的具体情况、一次额定电压、电流和相位差等量测信息，输入试验数据，通常是理论值，如110kV变电站，电压输入就是110；

3.c、根据一次电流输入误差比例算法，实时更新功角关系图，利用基于变比的母线功率平衡算法计算母线潮流信息。

步骤4、基于一次电流输入误差比例算法、变比的母线功率平衡算法和平账展示法，进行就地化母线保护自动带负荷试验。具体步骤如下：

4.1、一次电流输入误差比例算法：当一次电流额定值输入存在较大误差时，直接在功角关系图中绘制采集的电流会存在比例不协调的问题，不利于功角关系图各相关量的展示。为解决此问题，绘制前根据一次电流输入误差比例算法进行计算：

4.1.a、如果一次电流输入比实际值大的多，通过CT变比计算后，如果计算结果大小超过采集的电流的50倍(阈值，可配置)，此时在功角关系图中只绘制三相电流的箭头方向(相位)，不绘制大小。

4.1.b、如果一次输入电流比实际值小的多，通过PT变比计算后，如果计算结果大小比采集的电流小50倍(阈值，可配置)，此时在功角关系图中绘制三相电流的大小满格，不绘制箭头方向(相位)。

4.1.c、如果计算结果数值正常(即在阈值的正常范围之内)，此时在功角关系图中按实际大小绘制采集的电流的大小与箭头方向(相位)。

4.2、基于变比的母线功率平衡算法：由于模拟量采集误差的存在，并且根据变比计算后，母线的各个支路的功率误差会放大，导致计算的母线所有进线的功率与出线的功率无法绝对的平衡(大小完全相等，方向相反)，因此需要根据CT和PT的变比通过配置文件动态调整误差的阈值(默认值5kW)，达到母线功率的平衡、正确显示母线潮流信息试验结果。

4.3、“平账”是会计学中的一个概念，是指各个分类账户的金额与其汇总账户的金额互相核算相等。把“平账”(简称平)引入就地化母线保护自动带负荷试验方法中，用于显示母线功率的是否平衡的结论。如果在误差阈值范围内，母线功率平衡，则展示“平”，否则展示“不平”。

步骤5、试验报告自动生成。根据用户选择的模拟量通道信息，计算试验结果后、把试验结果和试验结论以报告的形式展示。报告的内容包括：当前时刻的功角关系图和试验数据表格。

试验数据表格中显示目标支路的电流相序、电流对称性、幅值及CT变比、母线潮流信息和CT极性等试验结果，并给出试验结论和简单的纠正措施。

步骤6、就地化母线保护带负荷试验报告打印。用户可以连接打印机把带负荷式样试验报告打印出来，供用户分析使用。

本发明所提供的就地化母线保护自动带负荷试验方法，可以用标准C++语言实现。具体方法是：在就地化保护智能管理单元装置界面增加用标准C++语言开发的自动带负荷试验模块，该模块是用标准C++语言实现的纯软件插件库，不涉及硬件的东西。该模块以动态链接库的形式存在，利用软件技术手段、如类对象参数传递等，与就地化保护装置界面共享保护装置采集的信息，确保了带负荷试验数据的实时性。

一种就地化母线保护自动带负荷试验模块，包括：

模拟量数据输入子模块，用于解析就地化母线保护装置的上送报告，更新模拟量为实时值，为功角关系图自动生成提供数据来源；

目标支路选择子模块，用于快速选择目标支路执行带负荷试验；

功角关系图自动生成子模块，用于基于一次电流输入误差比例算法实时绘制目标支路电流大小、母线电压大小和电流电压相位等信息，并以不同颜色显示；

计算与展示子模块，用于基于一次电流输入误差比例算法、变比的母线功率平衡算法和平账展示法，进行就地化母线保护自动带负荷试验的计算与展示；

试验报告自动生成子模块，用于把试验结果和试验结论以报告的形式展示；

试验报告打印子模块，用于把带负荷试验报告打印出来。

最后需要说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此。本领域技术人员应该理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种就地化母线保护自动带负荷试验方法，其特征在于，自动解析就地化母线保护装置的上送报告，更新模拟量为实时量；选择执行带负荷试验的目标支路；自动生成功角关系图；基于一次电流输入误差比例算法、变比的母线功率平衡算法和平账展示法，进行就地化母线保护自动带负荷试验；自动生成试验报告；打印就地化母线保护带负荷试验报告；

具体包括以下步骤：

步骤1、通过智能管理单元的装置界面以IEC61850MMS服务的方式，下发模拟量总召命令，对就地化母线保护装置定时召唤模拟量，总召命令的下发周期为1s；然后解析上送报告，更新模拟量为实时值，为功角关系图自动生成提供数据来源；

步骤2、通过目标支路选择对话框选择目标支路，其中支路的三相电流的选择合并为一次完成；

步骤3、自动生成功角关系图，实时更新目标支路模拟量大小与相位；根据用户选择的目标支路，功角关系图基于一次电流输入误差比例算法实时绘制目标支路电流大小、母线电压大小和电流电压相位，并以不同颜色显示，便于用户观察与判断；

步骤4、基于一次电流输入误差比例算法、变比的母线功率平衡算法和平账展示法，进行就地化母线保护自动带负荷试验：

4.1、绘制前根据一次电流输入误差比例算法进行计算：

4.1.a、如果计算结果大小超过采集的电流的一定倍数，在功角关系图中只绘制三相电流的箭头方向即相位，不绘制大小；

4.1.b、如果计算结果大小比采集的电流小一定倍数，在功角关系图中绘制三相电流的大小满格，不绘制箭头方向即相位；

4.1.c、如果计算结果数值正常，在功角关系图中按实际大小绘制采集的电流的大小与箭头方向即相位；

4.2、基于变比的母线功率平衡算法，根据CT和PT的变比动态调整误差的阈值；

4.3、如果母线功率在误差阈值范围内，母线功率平衡，则展示：平，否则展示：不平；

步骤5、试验报告自动生成，把试验结果和试验结论以报告的形式展示；

步骤6、打印就地化母线保护自动带负荷试验报告。

2.根据权利要求1所述的带负荷试验方法，其特征在于，步骤3自动生成功角关系图的步骤如下：

3.a、进入母线潮流界面，添加试验使用的母线信息、母线支路进线和母线支路出线信息；

3.b、进入负荷试验界面，输入一次额定电压、电流和相位差，并判断一次值输入是否有效，如果输入无效、转步骤3.b继续输入，如果输入有效则转下一步；

3.c、根据一次电流输入误差比例算法，实时更新功角关系图，利用基于变比的母线功率平衡算法计算母线潮流信息。

3.根据权利要求2所述的带负荷试验方法，其特征在于，步骤3.b中判断输入是否有效的规则是：如果输入的是中文、或者无法转为数字的输入、或者输入数字的大小超出程序规定的大小，则判定为输入无效。

4.根据权利要求1所述的带负荷试验方法，其特征在于，步骤5所述的试验报告的内容包括：当前时刻的功角关系图和试验数据表格。

5.根据权利要求4所述的带负荷试验方法，其特征在于，所述的试验数据表格中显示目标支路的电流相序、电流对称性、幅值及CT变比、母线潮流信息和CT极性，并给出试验结论和简单的纠正措施。

6.一种就地化母线保护自动带负荷试验模块，其特征在于，应用如权利要求1-5任一项所述的一种就地化母线保护自动带负荷试验方法，包括：

模拟量数据输入子模块，用于解析就地化母线保护装置的上送报告，更新模拟量为实时值，为功角关系图自动生成提供数据来源；

目标支路选择子模块，用于快速选择目标支路执行带负荷试验；

功角关系图自动生成子模块，用于基于一次电流输入误差比例算法实时绘制目标支路电流大小、母线电压大小和电流电压相位，并以不同颜色显示；

计算与展示子模块，用于基于一次电流输入误差比例算法、变比的母线功率平衡算法和平账展示法，进行就地化母线保护自动带负荷试验的计算与展示；

试验报告自动生成子模块，用于把试验结果和试验结论以报告的形式展示；

试验报告打印子模块，用于把带负荷试验报告打印出来。

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