CN112653106B

CN112653106B - 一种智能水电站断路器失灵保护装置启动失灵回路的方法

Info

Publication number: CN112653106B
Application number: CN202011464822.7A
Authority: CN
Inventors: 张显伟; 路永明; 杨杰; 薛晔; 杨光华; 金波; 谢勇; 袁振双; 余志刚; 姜昱安
Original assignee: China Water Northeastern Investigation Design & Research Co ltd
Current assignee: China Water Northeastern Investigation Design & Research Co ltd
Priority date: 2020-12-10
Filing date: 2020-12-10
Publication date: 2022-09-13
Anticipated expiration: 2040-12-10
Also published as: CN112653106A

Abstract

本发明涉及一种智能水电站断路器失灵保护装置启动失灵回路的方法，属于电力系统继电保护领域。智能水电站内发变组保护、联合单元短线路差动保护、发电机出口断路器失灵保护以及断路器三相不一致保护启动失灵等多个动作接点，通过智能站过程层GOOSE回路启动专门配置作为断路器失灵启动的智能终端的TJR接点，经“或门”逻辑输出TJR动作接点启动高压母线失灵保护开入回路。优点在于满足水电站建设多台机组，采用联合单元接线方式，节省了土建和设备投资，有利于设备布置和高压电缆通道设置，解决了继电保护系统中智能水电站断路器失灵保护启动失灵回路的难题。

Description

一种智能水电站断路器失灵保护装置启动失灵回路的方法

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护领域，尤其涉及一种智能水电站断路器失灵保护装置启动失灵回路的方法。

背景技术

近年来，我国智能电网进入了全面建设时期，基建变电站按照智能变电站标准建设，但是在水电站领域还处于试点建设阶段，结合工程项目的实际应用设计一种智能水电站断路器失灵时的保护方法。

水电站水轮发电机组，通常采用母线、变压器、发电机组单元接线，它具有接线简单，开关设备少，操作简便，宜于扩建的优点。一般情况下，水电站变压器和发电机组设备安装在主厂房内，母线设备安装升压站内，母线至变压器之间的连接需要通过高压电缆或者GIS管母线。因为地理地形的限制，水电站主厂房和升压站之间距离较远，而且不在同一高程，中间要穿过高压廊道，经过水平段和上升段的变化，因为造价和施工难度较大的原因，不会使用GIS管母线，而选用高压电缆的方案。

水电站继电保护系统保护对象除了开关站设备、主变设备外，还有发电机组、高压电缆短线路等电力系统元件。

断路器三相不一致保护指的是电力系统在运行时，由于各种原因，断路器三相可能断开一相或两相，造成非全相运行。因此三相不一致保护的实现，一般需要反映断路器三相位置不一致的回路，可以采用断路器辅助触点组合实现，也可以采用跳闸位置、合闸位置继电器的接点组合实现。

断路器失灵保护一般用于220kV及以上电压等级电气设备发生故障时，在继电保护动作发出跳闸命令而断路器拒动时，利用故障设备的保护动作信息与拒动断路器的电流信息构成对断路器失灵的判别，能够以较短的时限切除同一厂站内其他有关的断路器，使停电范围限制在最小，从而保证整个电网的稳定运行，避免造成发电机、变压器等故障元件的严重烧损和电网的崩溃瓦解事故。

220kV及以上电压等级母差保护装置具有母线失灵保护功能，双母线接线主变支路开关失灵启动回路，配置双套断路器失灵保护，并且失灵保护电流判据在母差失灵保护内实现。

2011年以后所有新建变电站全面按照智能变电站技术标准建设，并且重点对枢纽及中心变电站进行智能化改造。根据国家电网公司的规划未来我国智能变电站将迎来爆发式增长，但是，在水电站领域还处于试点建设阶段，国内华能集团、国网新源公司都在积极推进示范性智能水电站项目。

GCB(Generator Circuit-Breaker)是发电机出口断路器系统的英文简称，适用于核电、火电和水电等各种类大型电厂。使用SF6介质灭弧，其技术成熟，性能可靠，产品短路开断电流最高可达210kA。特别适合电厂的更新改造和技术改进项目。

GIS(GAS insulated SWITCHGEAR)是气体绝缘全封闭组合电器的英文简称。GIS由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端等组成，这些设备或部件全部封闭在金属接地的外壳中，在其内部充有一定压力的SF6绝缘气体，故也称SF6全封闭组合电器。GIS的每个间隔都有一个汇控柜，它是一个间隔里所有设备的二次回路的集合。

智能变电站主要由过程层、间隔层、站控层组成，与传统变电站最大差别体现在三个方面：一次设备智能化、设备检修状态化，以及二次设备网络化。

智能变电站IEC61850标准中定义Intelligent Electronic Device的中文名称智能电子设备，简称IED。IEC61850标准对IED定义如下：“由一个或多个处理器组成，具有从外部源接收和传送数据或控制外部源的任何设备，即电子多功能仪表、微机保护、控制器，在特定的环境下在接口所限定范围内能够执行一个或多个逻辑接点任务的实体”。

智能变电站IEC61850标准中定义IED Capability Description的中文名称IED能力描述文件，简称ICD文件。ICD文件描述了具体IED的功能和工程能力，包含模型自描述信息，但不包括IED实例名称和通讯参数。ICD文件还包含设备厂家名、设备类型、版本号、版本修改信息、明确描述修改时间、修改版本号等内容，同一型号IED具有相同的ICD模板文件。

GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event)是指面向通用对象的变电站事件。它是IEC61850中的一种快速报文传输机制，用于传输变电站内IED之间重要的实时性信号。GOOSE采用网络信号代替了常规变电站装置之间硬接线的通信方式，大大简化了变电站二次电缆接线。主要用于实现在多IED之间的信息传递，包括传输跳合闸信号，具有高传输成功概率。基于GOOSE网络传输代替传统的硬接线实现开关位置、闭锁信号和跳闸命令等实时信息的可靠传输。GOOSE信号在过程层与间隔层之间传输。

如附图2所示，根据相关电力规范要求，智能站母线失灵保护IED的ICD文件中定义每个支路间隔失灵启动开入回路只能接收一个GOOSE信号。对于水电站内的发电机组，无法同时接收发变组保护、发电机出口断路器失灵保护的动作接点，也无法接收主变支路断路器三相不一致常规保护接点。

智能站内的智能终端具备断路器操作箱功能，包含分合闸回路、重合闸、操作电源监视和控制回路断线监视等功能。智能终端具有信息转换和通信功能，支持以GOOSE方式上传一次设备的状态信息，同时接收来自二次设备的GOOSE下行控制命令，实现对一次设备的实时控制功能。保护装置、智能终端等智能电子设备间的相互启动、相互闭锁、位置状态等交换信息可通过GOOSE网络传输，双重化配置的保护之间不直接交换信息。

如图3所示，水电站主接线图在规划建设多台发电机组情况下，经常采用联合单元接线形式，发电机和变压器采用单元接线，发电机出口装设断路器，主变高压侧连接联合单元GIS设备，每2组发电机、变压器组汇集后组成联合单元，经1回高压电缆短线路经主变支路断路器接入500kV母线。

水电站建设多台机组，采用上述联合单元接线方式，节省了土建和设备投资，有利于设备布置和高压电缆通道设置，但是典型继电保护系统断路器失灵保护方法不能满足此主接线运行要求。根据相关电力规范要求，断路器三相不一致保护应由断路器本体实现，而且断路器三相不一致应提供启动断路器失灵接点。

基于此，有必要针对智能站IEC61850标准在水电站项目应用，缺乏相关规程规范指导设计，以及部分智能化元件设备尚待研制、需要实际工程运行考验等具体问题，对电站智能化设计方案中涉及的逻辑功能选择已有成熟设备用作特殊用途，提供一种智能水电站断路器失灵保护启动失灵回路的方法。

发明内容

本发明提供一种智能水电站断路器失灵保护装置启动失灵回路的方法。

本发明采取的技术方案是：包括如下步骤：

第一步：

1号发变组保护动作GOOSE信号，连接断路器失灵启动装置中的TJR三跳保护开入回路1；

2号发变组保护动作GOOSE信号，连接断路器失灵启动装置中的TJR三跳保护开入回路2；

联合单元支路短线路差动保护动作GOOSE信号，连接断路器失灵启动装置中的TJR三跳保护开入回路3；

1号发电机出口断路器失灵保护动作GOOSE信号，连接断路器失灵启动装置中的TJR三跳保护开入回路4；

2号发电机出口断路器失灵保护动作GOOSE信号，连接断路器失灵启动装置中的TJR三跳保护开入回路5；

GIS汇控柜内断路器操作机构箱的断路器三相不一致启动跳闸继电器完成断路器的三相不一致保护功能，同时将该继电器的常开接点，以电缆硬线连接安装在现地GIS汇控柜内的主变支路间隔智能终端，再将该智能终端的三相不一致动作GOOSE信号连接断路器失灵启动装置中的TJR三跳保护开入回路6；

第二步：

断路器失灵启动装置将收到的TJR三跳保护GOOSE开入回路1～6，通过“逻辑或门”合成一个TJR三跳动作GOOSE信号；

将断路器失灵启动装置的TJR三跳动作GOOSE信号，连接母线失灵保护装置的主变支路三相失灵开入回路。

母线失灵保护装置的主变支路三相失灵开入回路和主变支路断路器电流信息，这两个判据通过“逻辑与门”后，完成母线失灵保护装置动作功能，输出母线失灵保护装置动作GOOSE信号。

本发明智能水电站断路器失灵保护启动失灵回路双重化配置中的GOOSE信号关联连接，包括下列步骤

首先，完成A套继电保护动作GOOSE信号与A套断路器失灵启动装置中的GOOSE开入回路的连接，包括有两个阶段步骤：

第一步：

1号发变组保护A套动作GOOSE信号，连接断路器失灵启动装置中的A套TJR三跳保护开入回路1；

2号发变组保护A套动作GOOSE信号，连接断路器失灵启动装置中的A套TJR三跳保护开入回路2；

联合单元支路短线路差动保护A套动作GOOSE信号，连接断路器失灵启动装置中的A套TJR三跳保护开入回路3；

1号发电机出口断路器失灵保护A套动作GOOSE信号，连接断路器失灵启动装置中的A套TJR三跳保护开入回路4；

2号发电机出口断路器失灵保护A套动作GOOSE信号，连接断路器失灵启动装置中的A套TJR三跳保护开入回路5；

GIS汇控柜内断路器操作机构箱的断路器三相不一致启动跳闸A套继电器完成断路器的三相不一致保护功能，同时将该继电器的常开接点，以电缆硬线连接安装在现地GIS汇控柜内的主变支路间隔智能终端A套，再将智能终端A套的三相不一致动作GOOSE信号连接断路器失灵启动装置A套中的TJR三跳保护GOOSE开入回路6；

第二步：

断路器失灵启动装置A套将收到的TJR三跳保护GOOSE开入回路1～6，通过“逻辑或门”合成一个TJR三跳动作GOOSE信号；

将断路器失灵启动装置A套中的TJR三跳动作GOOSE信号，连接母线失灵保护装置A套的主变支路三相失灵开入回路；

母线失灵保护装置A套的主变支路三相失灵开入回路和主变支路断路器电流信息，这两个判据通过“逻辑与门”后，完成母线失灵保护装置动作功能，输出母线失灵保护装置A套动作GOOSE信号；

其次，完成B套继电保护动作GOOSE信号与B套断路器失灵启动装置中的GOOSE开入回路的连接，包括有两个阶段步骤：

1号发变组保护B套动作GOOSE信号，连接断路器失灵启动装置中的B套TJR三跳保护开入回路1；

2号发变组保护B套动作GOOSE信号，连接断路器失灵启动装置中的B套TJR三跳保护开入回路2；

联合单元支路短线路差动保护B套动作GOOSE信号，连接断路器失灵启动装置中的B套TJR三跳保护开入回路3；

1号发电机出口断路器失灵保护B套动作GOOSE信号，连接断路器失灵启动装置中的B套TJR三跳保护开入回路4；

2号发电机出口断路器失灵保护B套动作GOOSE信号，连接断路器失灵启动装置中的B套TJR三跳保护开入回路5；

GIS汇控柜内断路器操作机构箱的断路器三相不一致启动跳闸B套继电器完成断路器的三相不一致保护功能，同时将该继电器的常开接点，以电缆硬线连接安装在现地GIS汇控柜内的主变支路间隔智能终端B套，再将智能终端B套的三相不一致动作GOOSE信号连接断路器失灵启动装置B套中的TJR三跳保护开入回路6；

第二步：

断路器失灵启动装置B套将收到的TJR三跳保护GOOSE开入回路1～6，通过“逻辑或门”合成一个TJR三跳动作GOOSE信号；

将断路器失灵启动装置B套中的TJR三跳动作GOOSE信号，连接母线失灵保护装置B套的主变支路三相失灵开入回路；

母线失灵保护装置B套的主变支路三相失灵开入回路和主变支路断路器电流信息，这两个判据通过“逻辑与门”后，完成母线失灵保护装置动作功能，输出母线失灵保护装置B套动作GOOSE信号。

本发明包括继电保护装置动作信号和断路器本体机构动作的硬接点信号，所述继电保护装置动作信号包括1号发变组保护动作、2号发变组保护动作、联合单元支路短线路差动保护动作、1号发电机出口断路器失灵保护动作、2号发电机出口断路器失灵保护动作，所述断路器本体动作的硬接点信号包括第一组断路器三相不同步启动跳闸继电器，第二组断路器三相不同步启动跳闸继电器。

智能站母线失灵保护中每个支路间隔的失灵启动开入回路只能接收一个GOOSE信号，对于主变支路来说，无法接收联合单元接线方式下2套发变组保护、2套发电机出口断路器失灵保护、联合单元支路短线路差动保护的动作接点，也无法接收主变支路断路器本体机构三相不一致常规保护接点。

常规变电站的做法，设备之间的控制、信号、电流、电压量均通过硬电缆连接设备，装置的位置、状态、动作信息均以硬接点信号的方式通过电缆传递。采用智能站设计，继电保系统可不再考虑电流互感器饱和、二次回路断线、二次回路接地等互感器故障问题。因此，智能站的思路是取消常规电缆硬接线回路，用光纤作为物理介质，GOOSE报文进行信号的收发传递。智能变电站中由于大量智能化设备的应用，设备之间通过以太网GOOSE连接，所有的信息基于IEC61850标准在各个设备间共享。装置间通信网络的搭建代替了装置间硬电缆的连接,简化了逻辑接线回路。

但是智能站母线失灵保护主变支路间隔的失灵启动开入回路的限制，在智能水电站的实际设计面临着问题，常规的解决思路是，将相关的回路设备换成常规硬接线回路，但这又违背了智能水电站推广的初衷，而且造成常规回路和智能站GOOSE回路并存，更加的复杂。所以，为了解决这一问题，专门配置了用作断路器失灵启动的智能终端，双重化配置，不同厂家原理，与双重化配置的母线差动保护装置对应。

上述启动失灵回路的继电保护动作信号，都由智能型继电保护装置发出，采用光纤连接，通过智能站过程层GOOSE信号启动专门配置断路器失灵启动的智能终端TJR接点，由TJR动作接点启动500kV双母线接线的母线差动保护装置失灵保护开入回路。

上述启动失灵回路的断路器本体机构动作的硬接点信号，通过电缆硬接线连接主变支路的断路器间隔智能终端，由其发出断路器三相不同步启动跳闸的GOOSE信号启动专门配置断路器失灵启动的智能终端TJR接点，由TJR动作接点启动500kV双母线接线的母线差动保护装置失灵保护开入回路。

本发明的优点在于满足水电站建设多台机组，采用联合单元接线方式，节省了土建和设备投资，有利于设备布置和高压电缆通道设置，解决了继电保护系统中智能水电站断路器失灵保护启动失灵回路的难题。

本发明利用已有成熟的智能终端设备，专门用于断路器失灵启动，将多个间隔单元的继电保护装置发出的动作信号接入该设备，通过“或门”逻辑合成一个TJR动作信号，接入母线失灵保护装置。该方案的制定优先考虑工程实施可行性，不安排采购需经科学研究和技术攻关才能形成的新产品，节省了新产品的技术研发费用，在保证设备运行可靠性的基础上，将智能水电站关键设计、工程应用相结合。

附图说明

图1是本发明原理图；

图2是现有技术中面临问题示意图；

图3是本发明适用的典型主接线图；

图4是本发明双重化配置具体实施原理图。

具体实施方式

下面根据说明书附图并结合具体实例对本发明的技术方案做进一步详细说明。

根据图1增加断路器失灵启动的智能终端设备，GOOSE输入端接入水电站联合单元接线方式下：2套发变组保护、2套发电机出口断路器失灵保护、联合单元支路短线路差动保护的动作接点。

断路器的三相不一致保护功能由GIS汇控柜内操作机构箱断路器三相不同步启动跳闸继电器来完成，同时将该继电器的常开接点，以电缆硬线连接安装在现地的主变支路断路器间隔智能终端，再将该智能终端的GOOSE开出信号接入断路器失灵启动的智能终端设备的GOOSE输入端。

断路器失灵启动的智能终端设备的TJR动作GOOSE开出信号，接入500kV双母线接线的母线差动保护装置失灵保护GOOSE开入回路。

综上，完成整个主变支路启动失灵回路，包括如下步骤：

第一步：

第二步：

在工程项目的技施设计中，按照规程规范和电力系统反措要求，智能水电站内发变组保护装置、联合单元支路短线路差动保护装置、500kV母线差动保护装置、断路器间隔智能终端都是双重化配置A套和B套，为防止装置家族性缺陷引起保护拒动，分别采用不同厂家不同原理设备。

专门配置智能终端作为断路器失灵启动装置中的，采用双重化配置A套和B套。

断路器的三相不一致保护功能由断路器机构本体实现，具体由2组断路器三相不同步启动跳闸继电器来完成，同时提供该继电器的常开接点以电缆硬接线方式分别接入安装在现地的主变支路断路器间隔智能终端A套和B套的光耦开入量。

如图4所示为本发明智能水电站断路器失灵保护启动失灵回路双重化配置具体实施原理图，其中的GOOSE信号关联完成如下连接；

第一步：

第二步：

Claims

1.一种智能水电站断路器失灵保护装置启动失灵回路的方法，其特征在于：包括如下步骤：

第一步：

第二步：

将断路器失灵启动装置的TJR三跳动作GOOSE信号，连接母线失灵保护装置的主变支路三相失灵开入回路；

2.根据权利要求1所述一种智能水电站断路器失灵保护装置启动失灵回路的方法，其特征在于：智能水电站断路器失灵保护启动失灵回路双重化配置中的GOOSE信号关联连接，包括下列步骤：

在完成所述一套继电保护动作GOOSE信号与一套断路器失灵启动装置中的GOOSE开入回路的连接后，完成另一套继电保护动作GOOSE信号与另一套断路器失灵启动装置中的GOOSE开入回路的连接，所述另一套以下简称B套，包括有两个阶段步骤：

第一步：

第二步：