CN115749951B - 基于基因图谱的分布智能防越级保护方法和保护装置 - Google Patents

Abstract

本说明书实施例公开了一种基于基因图谱的分布智能防越级保护方法和保护装置。该方法包括：利用基因图谱关系和分布智能的方式，通过本级节点与子级节点间的防越级通讯通道，监测所述子级节点定时发送的子级平安帧；在预定时间内未监测到所述子级平安帧的情况下，确定本级节点与所述子级节点间的防越级通讯通道中断；在确定所述防越级通讯通道中断且检测到故障电流的情况下，本级节点执行带Δt延时的短路保护动作，以使所述子级节点先执行短路保护动作。通过本公开的技术方案，配电装置中的保护装置可分布智能地判定故障点，对防越级通讯网络的依赖小。当防越级通讯通道中断且供电线路故障时，不会引发越级跳闸，可确保供电系统的安全。

Description

基于基因图谱的分布智能防越级保护方法和保护装置

技术领域

本说明书涉及煤矿供电技术领域，尤其涉及一种基于基因图谱的分布智能防越级保护方法、保护装置、控制器及防越级通讯网络。

背景技术

煤矿供电系统多采用电缆供电，具有供电级数多、供电距离短的特点。一旦供电线路某处发生短路，特别是发生出线近端短路或者母线短路时，短路电流可达数千安到上万安。故障时，短路点上面的各级配电装置都会因为满足电流速断保护跳闸条件而启动电流速断跳闸。而上级配电装置越级跳闸，会引起井下大面积停电，严重影响生产，也容易诱发瓦斯聚集等险情，威胁矿井的安全。

目前常见的防越级跳闸保护系统主要有以下几种实现方式：

(1)采用数字变电站实现集中式防越级跳闸，该系统对通讯和时钟对时的要求很高，且受控于系统服务器，一旦系统服务器故障，整个系统就会瘫痪。2009年，国家电网公司出台《智能电网建设规范》，否定了集中式的保护模式。

(2)采用硬接点闭锁方法实现防越级跳闸，即下级配电装置短路保护输出接点闭锁上级配电装置的短路保护。该系统在短路时上下级短路保护需要有时间阶梯，以躲开下级保护继电器的固有动作时间，层级越多，上级短路保护延时越长。另外，由于无法检测和报警上下级之间的联络线是否完好，一旦闭锁接点联络线出了问题，配电装置就会越级跳闸。

(3)采用智能变电站goose报文方式实现防越级跳闸。该方式是地面供电系统常用的方式，在煤矿井下的场景中，正在使用的工业以太网环网网络中的交换机并不一定全部支持goose，因而可能导致防越级保护失效。

以上现有技术所采用的防越级系统，其有效性均需依赖防越级通讯网络，在发生短路故障时，通过防越级通讯网络来确认供电线路的故障点，离故障点最近的配电装置跳闸，其上级配电装置通过通讯信息实现闭锁。一旦防越级通讯网络出现问题，上级配电装置收不到下级配电装置的短路故障信息，可能会误判断为区内故障而误动或者由于通讯网络故障而拒动，从而对供电系统产生不利影响。

基于上述原因，针对煤矿应用场景中的供电系统，需要提供一种可靠性更高的防越级跳闸的保护系统，以确保在通讯网出现中断时防越级保护不会失效。

发明内容

本说明书实施例提供一种基于基因图谱的分布智能防越级保护方法，用于解决以下技术问题：当防越级通讯网故障时，上级节点无法接收到下级节点的故障信息而出现误动或拒动，导致防越级系统失效的问题。

为解决上述技术问题，本说明书实施例是这样实现的：

本说明书实施例提供的一种基于基因图谱的分布智能防越级保护方法，包括：

利用基因图谱关系和分布智能的方式，通过本级节点与子级节点间的防越级通讯通道，监测所述子级节点定时发送的子级平安帧；

在预定时间内未监测到所述子级平安帧的情况下，确定本级节点与所述子级节点间的防越级通讯通道中断；

在确定所述防越级通讯通道中断且检测到故障电流的情况下，所述本级节点执行带Δt延时的短路保护动作，以使所述子级节点先执行短路保护动作。

本说明书实施例提供的一种基于基因图谱的分布智能防越级保护装置，装设于配电装置中，所述保护装置包括：

监测模块，用于利用基因图谱关系和分布智能的方式，通过本级节点与子级节点间的防越级通讯通道，监测所述子级节点定时发送的子级平安帧；

判定模块，用于在预定时间内未监测到所述子级平安帧的情况下，确定本级节点与所述子级节点间的防越级通讯通道中断；

保护模块，用于在确定所述防越级通讯通道中断且检测到故障电流的情况下，所述本级节点执行带Δt延时的短路保护动作，以使所述子级节点先执行短路保护动作；

发送模块，用于向父级节点定时发送本级平安帧，以及在供电线路故障状态下向父级节点发送故障信息。

本说明书实施例还提供了一种基于基因图谱的分布智能的防越级控制器，包括：

连接模块，用于连接如前所述的保护装置，以形成本级变电所和父级变电所之间的防越级通讯通道；

过滤模块，用于根据所述保护装置的配电属性过滤所述保护装置定时发送的平安帧，以使本级变电所内配电属性为出线的保护装置定时发送的站内平安帧仅在本级变电所内传送，而配电属性不为出线的保护装置发送的站间平安帧到达父级变电所。

本说明书实施例还提供了一种基于基因图谱的分布智能的防越级通讯网，包括如前所述的保护装置和如前所述的防越级控制器。

本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：配电装置中的保护装置可以利用分布式无主网络结构的特点自主智能判定故障点，独立跳闸，对防越级通讯网络的依赖小，故障信息可以实现自主智能协商，具有风险分散，可靠性高的有益效果，从而保护供电系统的安全。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本公开实施例的煤矿供电系统的模拟系统架构的示意图；

图2为根据本公开实施例的防越级护方法的流程图；

图3为变电所内母联配电装置分闸时母线侧通讯网络故障示意图；

图4为变电所之间母联配电装置分闸时光纤通讯网络故障示意图；

图5为变电所内母联配电装置合闸时母线侧通讯网络故障示意图；

图6为本公开实施例的防越级保护装置的结构框图；

图7为本公开实施例的防越级控制器的结构框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

在煤矿的场景下，普遍采用的是双电源供电的树形结构供电系统，同时，根据煤矿安全规程规定，煤矿供电系统正常运行时采用分列运行方式。

图1给出了煤矿供电系统的一个模拟系统架构的示意图。

图1中的供电系统采用双电源供电，即1#电源和2#电源。变电所从末端到电源端依次为1#变电所、2#变电所、3#变电所和4#变电所，每个变电所内的配电装置的具有唯一的SPID(Substation PBG or PJG identity)号，图中的“SPIDabcd”，其中前两位“ab”代表变电所编号，后两位“cd”代表配电装置的编号。

每个变电所均有两段母线：I段和II段，每段母线给不同的配电装置供电。在供电系统架构中，每个配电装置的位置一旦确定，则配电装置本身的属性就是确定的。配电装置的属性分为：出线，即配电装置直接带负载；进线，即配电装置带变电所的母线；联络线，即配电装置带下级变电所的进线；母联，即配电装置连接两段母线。以图1中的2#变电所I段母线的配电装置为例，配电装置SPID0201的属性为进线，配电装置SPID0203的属性为联络线，配电装置SPID0202、SPID0204的属性为出线，配电装置SPID0210的属性为母联。系统分列运行时，母联的配电装置为分闸状态，在特定情况下，系统需要并列运行时，母联的配电装置为合闸状态。在本公开中，将配电装置的属性简称为配电属性。

根据本公开的实施例所构建的煤矿供电系统的防越级通讯网，具有类似“基因图谱”的结构，配电装置与各自的上下级的配电装置之间具有“基因图谱关系”。

现举例说明这种基因图谱关系。以配电装置SPID0201为例，其父级节点(上级)配电装置为SPID0303，其祖父级节点(上上级)配电装置为SPID0301，其曾祖父级节点(上上上级)配电装置为SPID0403，其高祖父级节点(上上上上级)配电装置为SPID0401；其子级节点(下级)配电装置为SPID0202、SPID0203、SPID0204、合闸状态下的母联SPID0210，其孙节点(下下级)配电装置为SPID0101，其曾孙节点(下下下级)配电装置为SPID0102、SPID0103、SPID0104。依次类推，根据每个配电装置在供电系统中的位置，可以确定其子级节点或者父级节点。

基于上述的基因图谱关系，在本公开中，本级节点利用基因图谱关系可以确定其子级节点和父级节点，其中，子级节点是指本级节点的直接下级节点，不包括下下级及更下级的节点，本级节点的父级节点是本级节点直接上级节点，不包括上上级及更上级的节点。各级节点均代表上述具有配电属性的配电装置。本级节点还可以利用分布智能的方式来进行故障定位，即基于基因图谱关系构建仅包含三级节点分布式无主网络结构，利用这种分布式网络独立进行故障定位，不依赖于整体的防越级通讯网络，也不必通过通讯服务器，可以自主进行故障定位方式。相比现有技术具有显著的进步。以下将通过应用实例来说明本级节点如何利用基因图谱关系和分布式智能的方式来实现进行故障定位和防越级保护的。

此外，上述各级变电所的配电装置均要连接到防越级通讯网络中，组网的方式可以是：变电所内的配电装置级联接入到本级变电所的防越级控制器KZQ中，各级变电所的防越级控制器KZQ之间级联在一起。如图1所示，1#变电所的配电装置均接入到KZQ01中构建1#变电所内防越级系统，2#变电所的配电装置均接入到KZQ02中构建2#变电所内防越级系统，KZQ01至KZQ04之间级联，从而构成完整的防越级系统。变电所内的配电装置可以通过CAN总线的方式连接到防越级控制器，变电所间的防越级控制器之间可以通过光纤环网连接。

配电装置可以采用高压真空配电装置，其内设有用于实现本公开的技术方案的保护装置，该保护装置可以是一个相对独立的电路板，可拆卸地安装于配电装置内，可与配电装置绑定并可独立配置。因此在本公开中，如无特别说明，配电装置与装设其中的保护装置具有相同的节点关系或者配电属性。

下面结合图2说明本公开实施例的基于基因图谱的分布智能的防越级保护方法。

图2示意性示出了根据本公开实施例的防越级保护方法的流程图。

如图2所示，该方法包括操作S210～S230。

在操作S210，利用基因图谱关系和分布智能的方式，通过本级节点与子级节点间的防越级通讯通道，监测子级节点定时发送的子级平安帧。

在操作S220，在预定时间内未监测到子级平安帧的情况下，确定本级节点与该子级节点间的防越级通讯通道中断。

在操作S230，在确定防越级通讯通道中断且检测到故障电流的情况下，本级节点执行带Δt延时的短路保护动作，以使子级节点先执行短路保护动作。

根据本公开的技术方案，利用基因图谱关系，本级节点的配电装置与其父级的配电装置和子级的配电装置形成分布式的无主网络结构，利用节点之间的分布式的防越级通讯通道，本级节点可以定位通讯通道的故障并执行相应的短路保护动作。本公开的技术方案中，配电装置中的保护装置可以充分利用分布式无主网络结构的特点，自主智能地判定故障点，从而独立跳闸保护。本公开的技术方案对防越级通讯网络的依赖小，可以实现故障信息的自主智能协商，具有风险分散，可靠性高的有益效果。

在此基础上，每个节点都会通过分布式的防越级通讯通道向其父级节点定时发送平安帧，当前节点可以监测其子级节点定时发送的平安帧。

在操作S210中，本级节点利用基因图谱关系可以确定其子级节点和父级节点，各级节点均代表上述具有配电属性的配电装置。本级节点基于基因图谱关系构建仅包含三级节点分布式无主网络结构，利用这种分布式网络可以确定需要监测的与子级节点间的防越级通讯通道。本级节点根据其子级节点定时发送的子级平安帧时，可以确定与该子级节点间的通讯通道是否正常。当子级节点侧的供电线路出现故障时，本级节点能检测到系统中的故障电流，例如子级节点出线近端短路或者母线短路时，短路电流可达数千安到上万安，短路电流超出阈值即可判定线路故障。同时在防越级通讯通道正常时，本级节点也能通过该防越级通讯通道收到子级节点发送的故障信息，从而让本级节点作出对应的保护动作，这种情况下，防越级通讯网有效、防越级保护也有效。

在操作S220中，当本级节点与子级节点间的防越级通讯通道中断时，本级节点无法检测到子级节点发送的子级平安帧，当未检测到子级平安帧的持续时长达到预设值时，则可以判定与该节点间的防越级通讯通道中断。本级节点利用前述所确定的基因图谱关系和分布式结构可以智能判定出现中断的防越级通讯通道。例如，某子级节点正常每隔5s发送一次子级平安帧，而本级节点持续30s都未检测到该子级节点发送的子级平安帧时，可认为满足预定时间要求，则判定与该子级节点间的防越级通讯通道中断。例如，当本级节点未收到所监测的多个子级节点发送的子级平安帧，则可以利用分布网络结构来判定这些子级节点的共有线路处出现中断。这个故障定位过程不需要依赖整个防越级通讯网，也不必通过通讯服务器，本级节点可以自主进行，具有依赖性小、风险性分散、可靠性高的优势。

此时，本级节点可以发出对应的通知信息，例如进行故障报警，以提醒工作人员处理。在之后该防越级通讯通道恢复正常时，本级节点又可以正常检测到该子级节点发送的子级平安帧，例如，如果连续检测到5个周期的子级平安帧，则认为满足预定条件，可判定与该子级节点间的防越级通讯通道恢复。此时，本级节点也可以发出相应的通知信息。

在操作S230中，当确定本级节点与子级节点间的防越级通讯通道中断，同时又出现了供电线路故障时，本级节可以检测到故障电流，但是无法接收到子级节点发送的故障信息，因此根据所确定的防越级通讯通道的中断情况，自动从速断保护切换为带Δt延时的短路保护，留出让子级节点执行保护动作的时间，此处的Δt会大于配电装置的固有跳闸时间，但是通常会小于100ms，从而保证系统安全。

进一步地，当前的本级节点还可以向其父级节点发送本级平安帧，以使其父级节点根据本级平安帧来确定节点间的防越级通讯通道是否正常。本级节点还可以在供电线路故障状态下向其父级节点发送故障信息，以使其父级节点根据故障信息及执行对应的措施实现防越级保护。以此类推，系统中的节点只与其子级节点和父级节点间进行通信，从而在判定防越级通讯通道是否正常及执行相应的短路保护时，都只与其子级和父级节点相关，而与更高级或更低级的节点并不关联。利用这种分布式的无主网络结构来判定故障和执行保护动作，对通讯网络的依赖小，风险分散，可靠性高。

进一步地，对本级节点来说，其子级节点既可以是本级变电所内的子级节点也可以下级变电所内的子级节点，例如图1中，对SPID0203而言，其子级节点SPID0101是下一级变电所内的子级节点，而对SPID0201而言，其子级节点SPID0202、SPID0201、SPID0203都是本级变电所内的子级节点。因此，在操作S210中，通过本级节点与子级节点间的防越级通讯通道，监测子级节点定时发送的子级平安帧，具体还可以包括，监测本级变电所内的子级节点定时发送的站内平安帧，和/或监测子级变电所内的子级节点定时发送的站间平安帧。根据当前节点在网络中的位置可以确定其子级节点包括哪些节点，基于此来进行对应的监测。对当前节点而言，根据其在网络中的位置即可确定需要监测的子级节点。

进一步地，为了减少防越级系统中平安帧对防越级通讯资源的占用，子级变电所内的节点发送的站间平安帧经过过滤后到达本级变电所。例如，配电属性为出线的节点，直接连接负载，其父级节点均为本级变电所内的节点，因此其发送的平安帧就没有必要传送到上级变电所，而配电属性不为出线的节点，包括配电属性为联络线、进线、母联在内的节点，其父级节点往往位于上级变电所，因此这些节点发送的平安帧按需要传送到上级变电所。因此，在操作S210中，可以监测经子级变电所的防越级控制器过滤后传送的站间平安帧，此处所指的过滤后传送的站间平安帧为该子级变电所内配电属性不为出线的子级节点发送的站间平安帧，也就是说，子级变电所的防越级控制器过对配电属性为出线的节点发送的平安帧进行过滤，使其仅在变电所内传送，而配电属性不为出线的节点发送的站间平安帧可以到达上级变电所。

站内平安帧、站间平安帧可以是具有相同的数据帧格式的两种数据帧，通过不同的标记区分，例如带有“08”标记的数据帧是站内平安帧，带有“10”标记的数据帧是站间平安帧，带有“01”标记的是故障帧等。作为节点的配电装置在发送相应的数据帧时，可以根据预先配置确定的配电属性来确定要发送的是站内平安帧还是站间平安帧，例如，属性是出线的配电装置发送的是站内平安帧，如图1中的SPID0202和SPID0204，而属性不为出线的配电装置发送的就是站间平安帧，如图1中的SPID0201和SPID0203。站内平安帧和站间平安帧也可以是具有相同数据帧格式的一种数据帧，由防越级控制器根据其携带的节点的SPID来进行区分，并进行相应的过滤或传送。

供电线路的故障包括出线侧短路、负载过载、设备漏电等，这些均会产生超出运行电流安全值的故障电流，从而被配电装置中的保护装置所检测到，通过预设的判定条件来确认出现故障。

此外，在供电线路出现故障时，子级节点、本级节点可以暂停发送平安帧，以释放通讯资源来保障故障信息的传送，在故障信息发送后，可继续发送平安帧。而对本级节点来说，其根据所监测到的子级平安帧的进行通讯通道是否中断的计时器可以在故障信息后归零，从而确保对通讯通道监测的连续性。例如，平安帧每隔5s发送，而故障信息触发时系统预留3ms的时间间隙，与该故障点相关联的各级节点停止发送平安帧，随后再继续发送平安帧。

根据以上的技术方案，当前的本级节点通过监测子级节点发送的平安帧来确定与该子级节点间的防越级通讯通道是否正常，当防越级通讯通道中断且供电线路出现故障时，可以执行延时短路保护，防止越级跳闸，从而保护供电系统的安全。

下面分别举例说明，不同变电所不同类型的配电装置出现防越级通讯网络故障时，应用本公开的防越级保护方法实现保护的应用示例。

在本说明书的一个实施例中，供电系统分列运行，母联的配电装置处于分闸位置，属性为进线的本级节点的配电装置与属性为出线的子级节点的配电装置之间的防越级通讯通道故障。

如图3所示，1#变电所内母联配电装置分闸，以属性为进线的本级节点的配电装置SPID0101为例。

当防越级通讯通道正常时，1#变电所I段中，根据每个配电装置在系统中的节点关系，属性为进线的本级节点的配电装置SPID0101中的保护装置通过防越级通讯网络定时发站间平安帧，属性为出线的子级配电装置为SPID0102、SPID0103、SPID0104中的保护装置通过防越级通讯网络定时发站内平安帧。这些平安帧均携带各自的SPID信息，因此，属性为进线的本级节点的配电装置SPID0101中的保护装置，可以通过防越级通讯网络监测其子级节点的配电装置SPID0102、SPID0103、SPID0104中的保护装置定时发送的站内平安帧，并通过对接收到的站内平安帧进行解析判断，可以确定其与子级节点的配电装置之间的防越级通讯通道正常。

当防越级通讯网络故障时，例如变电所内的配电装置间的通讯线路中断或者变电所间的防越级控制器KZQ之间的线路中断。此时，属性为进线的本级节点的配电装置SPID0101中的保护装置，在预定时间内监测不到其子级节点的配电装置SPID0102、SPID0103、SPID0104中的保护装置定时发送的站内平安帧，配电装置SPID0101中的保护装置通过分布智能判断，其之间的防越级通讯通道故障。此时，配电装置SPID0101中的保护装置报SPID0102防越级通道故障、SPID0103防越级通道故障、SPID0104防越级通道故障。当防越级通讯网络故障经过排查恢复正常后，配电装置SPID0101中的保护装置报SPID0102防越级通道恢复、SPID0103防越级通道恢复、SPID0104防越级通道恢复。

当防越级通讯通道故障且同时出现供电线路故障时，例如，本级节点的配电装置SPID0101所带子级节点的配电装置SPID0102的出线侧发生短路故障，配电装置SPID0101干线上的节点(包括父级节点、祖父级节点、曾祖父级节点、高祖父级节点等)同时检测到短路电流。此时，配电装置SPID0102会执行速断保护动作，分闸切除故障，同时向父级节点的配电装置发短路故障信息。由于通讯故障，本级节点的配电装置SPID0101无法收到子级节点的配电装置SPID0102的短路信息，因此误认为是区内故障，且由于判定本级节点的配电装置SPID0101与属性为出线的子级节点的配电装置SPID0102之间的防越级通讯网络故障，则SPID0101自动从速断保护切换为带Δt延时的短路保护，以保证子级节点的配电装置SPID0102先动作，而本级节点的配电装置SPID0101暂不动作，从而防止越级跳闸达到防越级保护的效果。

在本说明书的另一个实施例中，供电系统分列运行，母联的配电装置处于分闸位置，属性为联络线的本级节点的配电装置与属性为进线的子级节点的配电装置之间的防越级通讯通道故障。

如图4所示，以2#变电所II段属性为联络线的本级节点的配电装置SPID0213为例。

当防越级通讯网络正常时，1#变电所的防越级控制器KZQ01和2#变电所的防越级控制器KZQ02之间的通讯网正常，2#变电所II段属性为联络线的本级节点的配电装置SPID0213中的保护装置定时发送的站间平安帧通过防越级通讯网正常传输；1#变电所II段属性为进线的子级节点的配电装置为SPID0111中的保护装置定时发送的站间平安帧也通过防越级通讯通道正常传输。属性为联络线的本级节点的配电装置SPID0213中的保护装置可以接收其子级节点的配电装置为SPID0111中的保护装置定时发送的站间平安帧，通过分布智能判断，其之间的防越级通讯通道正常。

当防越级通讯通道故障时，即1#变电所的防越级控制器KZQ01和2#变电所的防越级控制器KZQ02之间的通讯故障。此时，属性为联络线的本级节点的配电装置SPID0213中的保护装置通过分布的防越级通讯网在一定时间内监测不到其子级节点的配电装置为SPID0111中的保护装置定时发送的站间平安帧，配电装置SPID0213中的保护装置通过分布智能判断，其之间的防越级通讯通道故障。配电装置SPID0213中的保护装置报SPID0111防越级通道故障，即父级报子级故障。当防越级通讯通道故障经过排查恢复正常后，配电装置SPID0213中的保护装置报SPID0111防越级通道恢复。

当防越级通讯通道故障且供电线路故障时，例如，1#变电所的防越级控制器KZQ01和2#变电所的防越级控制器KZQ02之间的通讯网络故障，配电装置SPID0112出线侧故障。如图4中，本级节点的配电装置SPID0213所带子级节点的配电装置SPID0111，配电装置SPID0111所带子级节点的配电装置SPID0112，相对配电装置SPID0213来说，配电装置SPID0112是其孙节点中的配电装置。当配电装置SPID0112出线侧发生短路故障时，配电装置SPID0213干线上节点(包括父级节点、祖父级节点、曾祖父级节点、高祖父级节点等)同时感受到短路电流。此时，配电装置SPID0112会执行速断保护动作，配电装置分闸切除故障，同时向父级节点的配电装置发短路故障信息。配电装置SPID0111可收到配电装置SPID0112的短路信息，则闭锁防越级暂不动作，让配电装置SPID0112先动作切除故障。同时，由于1#变电所的防越级控制器KZQ01和2#变电所的防越级控制器KZQ02之间的通讯网络光纤故障，本级节点的配电装置SPID0213无法收到子级节点的配电装置SPID0111的短路信息，即本级节点的配电装置SPID0213与属性为进线的子级节点的配电装置SPID0111之间的防越级通讯网络故障，为了防止引起越级跳闸，SPID0213自动切换为带Δt延时的短路保护，保证孙节点的配电装置SPID0112先动作，而本级节点的配电装置SPID0213暂不动作，从而实现防越级功能。同理，本级节点的配电装置SPID0213的父级节点的配电装置SPID0211，能够收到配电装置SPID0213的短路信息，闭锁防越级暂不动作，依次类推，处在干线上的其祖父级节点和曾祖节点的配电装置均不动作，从而实现防越级功能。

在本说明书的另一个实施例中，供电系统并列运行，系统中属性为母联的配电装置处于合闸位置，属性为进线的本级节点的配电装置与属性为出线和母联的子级节点的配电装置之间的防越级通讯通道故障。

供电系统并列运行通常是由于某个变电所临时检修时才会采取的运行方式。如图5所示，3#变电所I段和II段连接的母联的配电装置SPID0310合闸，以I段属性为进线的本级节点的配电装置SPID0301为例。

当防越级通讯通道正常时，3#变电所I段属性为进线的本级节点的配电装置SPID0301中的保护装置通过防越级通讯通道定时发站间平安帧，属性为出线的子级节点的配电装置SPID0302、SPID0304中的保护装置通过防越级通讯网络定时发站内平安帧，属性为联络线的子级节点的配电装置SPID0303中的保护装置通过防越级通讯网络定时发站间平安帧，属性为母联的子级节点的配电装置SPID0310中的保护装置通过防越级通讯网络定时发站间平安帧。属性为进线的本级节点的配电装置SPID0301中的保护装置，通过分布的防越级通讯网络能够在一定时间内监测收到其子级节点的配电装置SPID0302、SPID0304中的保护装置定时发送的站内平安帧和子级节点的配电装置SPID0303、SPID0310中的保护装置定时发送的站间平安帧，通过分布式的智能判断，其之间的防越级通讯通道正常。

当防越级通讯通道故障时，例如，属性为进线的本级节点的配电装置与属性为出线和母联的子级节点的配电装置之间的防越级通讯通道故障(光纤或者CAN总线故障)。此时，属性为进线的本级节点的配电装置SPID0301中的保护装置通过分布的防越级通讯网在预定时间内无法监测到其子级节点中出线的配电装置SPID0302、SPID0304发送的站内平安帧，以及联络线的配电装置SPID0303、母联的配电装置SPID0310发送的站间平安帧。本级的配电装置SPID0301中的保护装置通过分布智能判断，其与子级节点的配电装置之间的防越级通讯网络故障，则配电装置SPID0301中的保护装置报SPID0302防越级通道故障、SPID0303防越级通道故障、SPID0304防越级通道故障、SPID0310防越级通道故障。当防越级通讯网络故障经过排查恢复正常后，配电装置SPID0301中的保护装置报SPID0302防越级通道恢复、SPID0303防越级通道恢复、SPID0304防越级通道恢复、SPID0310防越级通道恢复。

当防越级通讯通道故障且供电线路故障时，例如，配电装置SPID0312的出线侧发生短路故障。如图5中，本级节点的配电装置SPID0301所带子级节点的配电装置SPID0310，配电装置为SPID0310所带子级节点的配电装置SPID0312，相对配电装置SPID0301来说，配电装置SPID0312是其孙节点的配电装置。当其出线侧发生短路故障时，配电装置SPID0310干线上节点(包括父级节点、祖父级节点、曾祖父级节点、高祖父级节点等)同时检测到短路电流，此时，配电装置SPID0312执行速断保护动作，配电装置分闸切除故障，同时向父级节点的配电装置发短路故障信息。配电装置SPID0310收到其子级节点的配电装置短路信息，闭锁防越级暂不动作；而本级节点的配电装置SPID0301未收到子级节点的配电装置SPID0310的短路信息，会误认为是区内故障，由于本级节点的配电装置SPID0301与属性为母联的子级节点的配电装置SPID0310之间的防越级通讯网络故障，SPID0301自动切换为带Δt延时的短路保护，保证孙节点的配电装置SPID0312先动作，而本级节点的配电装置SPID0301暂不动作，从而实现防越级功能。

基于同一发明构思，本公开还提供了一种基于基因图谱的分布智能的防越级保护装置600，装设于配电装置中。下面参照图6对保护装置600进行说明。

图6示意性示出了根据本公开实施例的保护装置600的框图。该保护装置600可以通过软件、硬件或者两者的结合实现成为电子设备的部分或者全部。

如图6所示，该保护装置600包括监测模块610、判定模块620、保护模块630、发送模块640。

监测模块610，用于利用基因图谱关系和分布智能的方式，通过本级节点与子级节点间的防越级通讯通道，监测所述子级节点定时发送的子级平安帧。

判定模块620，用于在预定时间内未监测到所述子级平安帧的情况下，确定本级节点与所述子级节点间的防越级通讯通道中断。

保护模块630，用于在确定所述防越级通讯通道中断且检测到故障电流的情况下，所述本级节点执行带Δt延时的短路保护动作，以使所述子级节点先执行短路保护动作。

发送模块640，用于向父级节点定时发送本级平安帧，以及在供电线路故障状态下向父级节点发送故障信息。

根据本公开实施例的保护装置，当其应用于配电装置中，通过监测子级节点发送的平安帧来确定与该子级节点间的防越级通讯通道是否正常，当防越级通讯通道中断且供电线路出现故障时，可以执行延时短路保护，防止越级跳闸，从而保护供电系统的安全。

基于同一发明构思，本公开还提供了一种基于基因图谱的分布智能的防越级控制器700。下面参照图7对防越级控制器700进行说明。

图7示意性示出了根据本公开实施例的防越级控制器700的框图。该防越级控制器700可以通过软件、硬件或者两者的结合实现成为电子设备的部分或者全部。

如图7所示，防越级控制器700包括连接模块710和过滤模块720。

连接模块710，用于连接如前所述的保护装置600，以形成本级变电所和父级变电所之间的防越级通讯通道；

过滤模块720，用于根据所述保护装置的配电属性过滤所述保护装置定时发送的平安帧，以使本级变电所内配电属性为出线的保护装置定时发送的站内平安帧仅在本级变电所内传送，而配电属性不为出线的保护装置发送的站间平安帧到达父级变电所。

以上防越级控制器可以支持保护装置执行如前所述的任一方法，此处不再赘述。

根据本公开实施例的防越级控制器，通过防越级控制器对保护装置发送的平安帧进行过滤，以使配电属性不为出线的保护装置发送的站间平安帧到达上级变电所，便于子级节点的上级节点能够利用站间平安帧来监测防越级通讯通道是否正常，同时还减少了站内平安帧占用通讯线路，能够保障在供电线路故障时发送故障信息的可靠性。

基于同一发明构思，本公开还提出了一种基于基因图谱的分布智能的防越级通讯网，该防越级通讯网包括如前所述的保护装置600和如前所述的防越级控制器700。该防越级通讯网中的保护装置600作为节点执行如前所述的任一方法。

根据本能公开实施例的防越级通讯网，配电装置中的保护装置分散就地安装，保护装置自主判定故障点，独立跳闸，利用分布式无主网络结构，对通信依赖小，能够实时监测到防越级通道故障，并根据不同的短路故障情况自动切换到不同的速断保护，防止防越级系统失效而拒动，具有更高的可靠性。

上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、电子设备、非易失性计算机存储介质实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本说明书实施例提供的装置、电子设备、非易失性计算机存储介质与方法是对应的，因此，装置、电子设备、非易失性计算机存储介质也具有与对应方法类似的有益技术效果，由于上面已经对方法的有益技术效果进行了详细说明，因此，这里不再赘述对应装置、电子设备、非易失性计算机存储介质的有益技术效果。

在20世纪90年代，对于一个技术的改进可以很明显地区分是硬件上的改进(例如，对二极管、晶体管、开关等电路结构的改进)还是软件上的改进(对于方法流程的改进)。然而，随着技术的发展，当今的很多方法流程的改进已经可以视为硬件电路结构的直接改进。设计人员几乎都通过将改进的方法流程编程到硬件电路中来得到相应的硬件电路结构。因此，不能说一个方法流程的改进就不能用硬件实体模块来实现。例如，可编程逻辑器件(Programmable Logic Device,PLD)(例如现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，FPGA))就是这样一种集成电路，其逻辑功能由用户对器件编程来确定。由设计人员自行编程来把一个数字系统“集成”在一片PLD上，而不需要请芯片制造厂商来设计和制作专用的集成电路芯片。而且，如今，取代手工地制作集成电路芯片，这种编程也多半改用“逻辑编译器(logic compiler)”软件来实现，它与程序开发撰写时所用的软件编译器相类似，而要编译之前的原始代码也得用特定的编程语言来撰写，此称之为硬件描述语言(Hardware Description Language，HDL)，而HDL也并非仅有一种，而是有许多种，如ABEL(Advanced Boolean Expression Language)、AHDL(Altera Hardware DescriptionLanguage)、Confluence、CUPL(Cornell University Programming Language)、HDCal、JHDL(Java Hardware Description Language)、Lava、Lola、MyHDL、PALASM、RHDL(RubyHardware Description Language)等，目前最普遍使用的是VHDL(Very-High-SpeedIntegrated Circuit Hardware Description Language)与Verilog。本领域技术人员也应该清楚，只需要将方法流程用上述几种硬件描述语言稍作逻辑编程并编程到集成电路中，就可以很容易得到实现该逻辑方法流程的硬件电路。

控制器可以按任何适当的方式实现，例如，控制器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式，控制器的例子包括但不限于以下微控制器：ARC 625D、Atmel AT91SAM、Microchip PIC18F26K20以及Silicone Labs C8051F320，存储器控制器还可以被实现为存储器的控制逻辑的一部分。本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本说明书一个或多个实施例时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

本领域内的技术人员应明白，本说明书实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本说明书实施例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，本说明书实施例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。

本说明书是参照根据本说明书实施例的方法、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优化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优化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优化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优化设备上，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。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flashRAM)。内存是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践说明书，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本说明书实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种基于基因图谱的分布智能防越级保护方法，其特征在于，所述方法包括：

利用基因图谱关系和分布智能的方式，通过本级节点与子级节点间的防越级通讯通道，监测所述子级节点定时发送的子级平安帧；其中，所述子级节点包括本级变电所内的子级节点和子级变电所内的子级节点，所述监测所述子级节点定时发送的子级平安帧包括：监测本级变电所内的子级节点定时发送的站内平安帧，和/或监测子级变电所内的子级节点定时发送的站间平安帧；

在预定时间内未监测到所述子级平安帧的情况下，确定本级节点与所述子级节点间的防越级通讯通道中断；

在确定所述防越级通讯通道中断且检测到故障电流的情况下，所述本级节点执行带Δt延时的短路保护动作，以使所述子级节点先执行短路保护动作。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

向父级节点定时发送本级平安帧，以及在供电线路故障状态下向父级节点发送故障信息。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在确定所述防越级通讯通道中断的情况下，发出对应的通知信息。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述Δt大于配电装置的固有跳闸时间。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述监测子级变电所内的子级节点定时发送的站间平安帧包括：

监测经子级变电所的防越级控制器过滤后传送的站间平安帧，所述过滤后传送的站间平安帧为所述子级变电所内配电属性不为出线的子级节点发送的站间平安帧。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在确定所述防越级通讯通道中断之后，检测到所述子级节点发送的子级平安帧满足预定条件的情况下，确定所述防越级通讯通道恢复，并发出对应的通知信息。

7.一种基于基因图谱的分布智能防越级保护装置，设于配电装置中，其特征在于，所述保护装置包括：

监测模块，用于利用基因图谱关系和分布智能的方式，通过本级节点与子级节点间的防越级通讯通道，监测所述子级节点定时发送的子级平安帧；其中，所述子级节点包括本级变电所内的子级节点和子级变电所内的子级节点，所述监测所述子级节点定时发送的子级平安帧包括：监测本级变电所内的子级节点定时发送的站内平安帧，和/或监测子级变电所内的子级节点定时发送的站间平安帧；

判定模块，用于在预定时间内未监测到所述子级平安帧的情况下，确定本级节点与所述子级节点间的防越级通讯通道中断；

保护模块，用于在确定所述防越级通讯通道中断且检测到故障电流的情况下，所述本级节点执行带Δt延时的短路保护动作，以使所述子级节点先执行短路保护动作；

发送模块，用于向父级节点定时发送本级平安帧，以及在供电线路故障状态下向父级节点发送故障信息。

8.一种煤矿供电系统的防越级控制器，其特征在于，所述控制器包括：

连接模块，用于连接权利要求7所述的保护装置，以形成本级变电所和父级变电所之间的防越级通讯通道；

过滤模块，用于根据所述保护装置的配电属性过滤所述保护装置定时发送的平安帧，以使本级变电所内配电属性为出线的保护装置定时发送的站内平安帧仅在本级变电所内传送，而配电属性不为出线的保护装置发送的站间平安帧到达父级变电所。

9.一种基于基因图谱的分布智能防越级通讯网，其特征在于，所述防越级通讯网包括权利要求7所述的保护装置和权利要求8所述的防越级控制器。

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