数字化变电站主变保护中的采样数据通道切换方法及装置

摘要

本发明提出一种数字化变电站主变保护中的采样数据通道切换方法，包括：接收操作指令将旁路分支的电流互感器原边定值设定为零，并退出旁路分支光纤；开始倒旁路操作时，接收操作指令将旁路分支的电流互感器原边定值设定为预设值，并连接旁路分支光纤；进行倒旁路操作时，接收操作指令合上旁路分支开关再断开主变分支开关；然后根据接收的操作指令将主变分支的电流互感器原边定值设定为零，并退出主变分支光纤。同时还提出采样数据通道切换装置，包括接收模块、旁路分支模块、主变分支模块和线路开关模块。本发明通过切换几个定值区改变主变差动构成，保证主变差动构成始终反映单次系统的运行状态，保证了变压器保护装置在主变旁代过程的安全运行。

说明书

技术领域

本发明涉及变电器保护技术领域，具体涉及一种数字化变电站主变保护中的采样数据通道切换方法，以及数字化变电站主变保护中的采样数据通道切换装置。

背景技术

数字化变电站是以变电站一、二次设备为数字化对象，在IEC61850通信规范基础上，对数字化信息进行统一建模，将物理设备虚拟化，采用标准化的网络通信平台，实现变电站内智能电气设备间信息共享和交互操作，满足安全、稳定、可靠、经济运行要求的现代化变电站。

随着数字化变电站中电子式互感器和GOOSE等关键技术日趋成熟，数字化变电站不断推广，保护原理上面临一些因保护数字化带来的新问题，主变旁代过程中变压器保护差动构成就是其中的一个问题。

旁代主变的过程中，使用开关CT(Current Transformer，即电流互感器)的变压器差动保护将会经历从单分支差动到双分支差动，然后再切换为单分支差动的过程。采用传统电磁型CT时，差动保护必须提供双分支电流输入通道，具体过程如下：

步骤S1，变压器在主变支路运行，此时主变分支正常运行，旁路分支电流端子在屏内对内断开，对外短接。

步骤S2，准备开始倒旁路时，首先打开屏上的旁路分支电流端子，使其进入正常工作状态，本操作可以保证在旁代其他间隔时旁路电流不会计入本变压器差动保护。

步骤S3，进行倒旁路操作并在最后断开主变支路开关，此时需要进行CT相关试验，可以将主变分支电流端子在屏上对内断开，对外短接。

在主变保护一套用开关电流、一套用套管电流的变电站，代路操作时可先退出用开关电流的一套主变保护，然后再完成剩余操作。这种保护配置的优点是无需操作系统电流回路，缺点是旁路代主变运行时，主变保护只有单套运行，且因为主变套管到主变开关和旁路开关的引线不在保护范围内，使得保护范围缩小。

由于数字化变电站采用电子式互感器之后，保护装置都采用开关CT实现差动保护和后备保护，模拟量通过光纤进入保护装置，不可能在屏上设定相应的端子来实现电流的隔离，并且电流和电压信号是通过同一根光纤进入保护装置，要实现对差动保护电流的切换比较困难。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种数字化变电站主变保护中的采样数据通道切换方法，以及一种数字化变电站主变保护中的采样数据通道切换装置，在数字化变电站中实现对差动保护电流的切换。

本发明提出数字化变电站主变保护中的采样数据通道切换方法，包括：

步骤S1，接收操作指令将旁路分支的电流互感器原边定值设定为零，并退出旁路分支光纤；

步骤S2，开始倒旁路操作时，接收操作指令将旁路分支的电流互感器原边定值设定为预设值，并连接旁路分支光纤；

步骤S3，进行倒旁路操作时，接收操作指令合上旁路分支开关再断开主变分支开关；然后根据接收的操作指令将主变分支的电流互感器原边定值设定为零，并退出主变分支光纤。

本发明还同时提出一种数字化变电站主变保护中的采样数据通道切换装置，包括：用于接收操作指令的接收模块、用于设定旁路分支电流互感器原边定值以及控制旁路分支光纤连接的旁路分支模块、用于设定主变分支电流互感器原边定值以及控制主变分支光纤连接的主变分支模块和用于控制线路开关的线路开关模块；

所述接收模块接收操作指令，根据所述操作指令发出控制信号至所述旁路分支模块，所述旁路分支模块根据所述控制信号将旁路分支的电流互感器原边定值设定为零，并退出旁路分支光纤；

开始倒旁路操作时，所述接收模块接收操作指令，根据所述操作指令发出控制信号至所述旁路分支模块，所述旁路分支模块根据所述控制信号将旁路分支的电流互感器原边定值设定为预设值，并连接旁路分支光纤；

进行倒旁路操作时，所述接收模块接收操作指令，根据所述操作指令发出控制信号至所述线路开关模块和所述主变分支模块，所述线路开关模块根据所述控制信号合上旁路分支开关再断开主变分支开关；然后所述主变分支模块根据所述控制信号将主变分支的电流互感器原边定值设定为零，并退出主变分支光纤。

本技术方案通过几次定值的切换来改变主变差动的构成，例如初始阶段变压器在主变分支运行，就通过将旁路分支的电流互感器原边定值设定为零并退出旁路分支光纤，使旁路分支退出差动保护和后备保护。然后在开始倒旁路操作时通过将旁路分支的电流互感器原边定值设定为预设值并连接旁路分支光纤，使旁路分支光纤中的电流开始计入差动保护和后备保护。进行倒旁路操作时，先合上旁路分支开关再断开主变分支开关；然后通过将主变分支的电流互感器原边定值设定为零并退出主变分支光纤，使主变分支的电流互感器原边定值从运行实际值切换为零，达到非运行状态的主变分支退出差动保护和后备保护，实现旁路代路的过程。由于系统运作状态的要求，运行分支必须参与差动保护，非运行分支禁止参与差动保护，本技术方案中主变差动的构成始终正确反映系统的运行状态，在数字化变电站中成功实现对差动保护电流的切换，保证了数字化变电站中变压器保护装置在主变旁代过程中安全运行。

附图说明

图1为数字化变电站主变保护中的采样数据通道切换方法流程图；

图2为数字化变电站主变保护中旁路代路过程初始状态图；

图3为数字化变电站主变保护中旁路代路过程中间状态图；

图4为数字化变电站主变保护中旁路代路过程结束状态图；

图5为数字化变电站主变保护中的采样数据通道切换装置示意图。

具体实施方式

实施例1：

本实施例提出一种数字化变电站主变保护中的采样数据通道切换方法，如图1所示，包括：

步骤S1，接收操作指令将旁路分支的电流互感器原边定值设定为零，并退出旁路分支光纤；

步骤S2，开始倒旁路操作时，接收操作指令将旁路分支的电流互感器原边定值设定为预设值，并连接旁路分支光纤；

步骤S3，进行倒旁路操作时，接收操作指令合上旁路分支开关再断开主变分支开关；然后根据接收的操作指令将主变分支的电流互感器原边定值设定为零，并退出主变分支光纤。

下面以广东中山三乡变220kV数字化改造工程为例进行说明。在该工程中，220kV和110kV主接线均为双母线带旁路，设有专用的旁路断路器，一共包含3台主变。

首先定义主变保护的3个定值区如下：

1)1区指主变差动保护变高采用本侧TA(即电流互感器)、变中采用本侧TA。

2)2区指主变差动保护变高采用本侧TA与旁路TA、变中采用本侧TA。

3)3区指主变差动保护变高采用旁路TA、变中采用本侧TA。

下面以主变变高为例来说明主变旁代的操作过程，先定义220kV旁路代变高过程以及代路恢复过程一共分为5个状态，分别为：

1)状态1为变高开关运行，220kV旁路开关断开。具体如图2所示。

2)状态2为倒旁路时变高开关盒220kV旁路开关并列运行。具体如图3所示。

3)状态3为倒旁路时220kV旁路开关运行，变高开关断开。具体如图4所示。

4)状态4为代路恢复时变高开关和220kV旁路开关并列运行。

5)状态5为代路恢复时变高开关运行，220kV旁路开关断开。

其中，在图2、图3以及图4三个附图中，220kV是双母线带旁路，包括I母、II母两条母线以及旁路母线，图中分别列出了主变分支以及旁路分支，在主变分支上有电流互感器CT1，在旁路分支上有电流互感器CT2，主变分支和旁路分支分别通过开关与I母、II母两条母线相连接，主变分支通过开关K1与旁路母线相连。

下面先进行代路过程的描述：

步骤S1，接收操作指令将旁路分支的电流互感器原边定值设定为零，并退出旁路分支光纤。操作指令既可以来自工程人员的人工指令，也可以是预定程序的的设定。在旁路代路之前，变压器在主变分支运行，此时主变分支正常运行，当前差动保护为预定义的定值区1区。在接收到操作指令后，使处于非运行状态的旁路分支退出差动保护，满足系统运行时非运行分支禁止参与差动保护的要求。旁路分支退出差动保护和后备保护是通过设定在旁路分支上的电路互感器原边定值为零来实现的，并且通过设定旁路分支光纤退出软压板为1来实现旁路分支的光纤退出。现在的电路状态处于状态1，即变高开关运行，220kV旁路开关断开。

步骤S2，开始倒旁路操作时，接收操作指令将旁路分支的电流互感器原边定值设定为预设值，此时旁路分支光纤中的电流开始计入差动保护和后备保护(当前电流为0)，并通过设定旁路分支光纤退出软压板为0来连接旁路分支光纤。完成本步骤后，差动保护从定值区1区被切换成定值区2区。现在的电路状态处于状态2，即变高开关和220kV旁路开关并列运行。

步骤S3，进行倒旁路操作时，接收操作指令首先合上旁路分支开关，主变分支和旁路分支开始同时流过电流，接着再断开主变分支开关。然后根据接收的操作指令将主变分支的电流互感器原边定值设定为零，使主变分支退出差动保护和后备保护，并且保护用的电压从主变分支切换至旁路分支，并通过设定主变分支光纤退出软压板为1来退出主变分支光纤。完成本步骤后，差动保护从定值区2区被切换成定值区3区。现在的电路状态处于状态3，即220kV旁路开关运行，变高开关断开。

通过本实施例的描述，本技术方案根据主变旁代的过程，通过切换几个定值区来改变主变差动构成，并且主变差动构成始终反映一次系统的运行状态，保证了数字化变电站中变压器保护装置在主变旁代过程的安全运行。

上述方案描述了采样数据通道切换方法在旁路代路过程中的应用，而对于采样数据通道切换方法在代路恢复过程中的应用，具体还包含以下过程：

步骤S4，开始旁路代路恢复操作时，接收操作指令将主变分支的电流互感器原边定值设定为预设值，此时主变分支光纤中的电流开始计入差动保护和后备保护，并通过设定主变分支光纤退出软压板为0来连接主变分支光纤。由于之前旁路分支正常运行，主变差动保护为预定义的定值区3区。完成本步骤后，差动保护从定值区3区被切换成定值区2区。当前的电路状态为状态4，即属于旁路代路恢复时变高开关和220kV旁路开关并列运行。

步骤S5，进行旁路代路恢复操作时，接收操作指令合上主变分支开关，旁路分支和主变分支开始同时流过电流，接着再断开旁路分支开关；根据接收的操作指令将旁路分支的电流互感器原边定值设定为零，旁路分支退出差动保护和后备保护，并通过设定旁路分支光纤退出软压板为1来退出旁路分支光纤。完成本步骤后，差动保护从定值区2区被切换成定值区1区。当前的电路状态为状态5，即属于旁路代路恢复时变高开关运行，220kV旁路开关断开。

变中旁代、变中变高同时旁代的操作与上述操作过程类似，只是进行差动保护时定值区切换的方案设定有所差别。可以通过考虑主变变中或者变高都有可能被旁代，并且考虑变中和变高同时被旁代的可能性，来定义更多的主变保护的定值区。

实施例2：

本发明还同时提出一种数字化变电站主变保护中的采样数据通道切换装置，如图5所示，包括：接收模块、旁路分支模块、主变分支模块和线路开关模块。

其中，接收模块用于接收操作指令；操作指令既可以来自工程人员的人工指令，也可以是预定程序的的设定。

旁路分支模块用于设定旁路分支电流互感器原边定值以及控制旁路分支光纤连接。当接收模块接收操作指令时，会根据操作指令内容发出相应控制信号，旁路分支模块接收来自接收模块的控制信号，然后进行下一步的动作，例如设定旁路分支电流互感器原边定值、控制旁路分支光纤连接等等。旁路分支上的电流互感器原边定值可以通过该旁路分支模块被设定为零或者其他预定值。而旁路分支的光纤连接状态可以通过该旁路分支模块设定旁路分支光纤退出软压板的值来确定，当旁路分支光纤退出软压板的值被设定为1时，表示退出旁路分支光纤；当旁路分支光纤软压板的值被设定为0时，表示连接旁路分支光纤。

主变分支模块用于设定主变分支电流互感器原边定值以及控制主变分支光纤连接。当接收模块接收操作指令时，会根据操作指令内容发出相应控制信号，主变分支模块接收来自接收模块的控制信号，然后进行下一步的动作，例如设定主变分支电流互感器原边定值、控制主变分支光纤连接等等。主变分支上的电流互感器原边定值可以通过该主变分支模块被设定为零或者其他预定值。而主变分支的光纤连接状态可以通过该主变分支模块设定主变分支光纤退出软压板的值来确定，当主变分支光纤退出软压板的值被设定为1时，表示退出主变分支光纤；当主变分支光纤软压板的值被设定为0时，表示连接主变分支光纤。

线路开关模块用于控制线路开关，包括旁路分支的开关和主变分支的开关，根据接收的控制信号控制这些开关的闭合或者断开等状态。

下面仍以实施例1中的广东中山三乡220kV数字化改造工程来进行说明，本实施例同样使用实施例1中定义的定值区以及220kV旁路代变高过程及代路恢复过程的5种状态来进行描述本装置的工作过程。

首先接收模块接收操作指令。在旁路代路操作之前，变压器在主变分支正常运行，此时差动保护为预定义的定值区1区，即主变差动保护变高采用本侧TA(即电流互感器)。根据系统运行的要求，非运行状态的旁路的旁路分支禁止参与差动保护。所以要先接收操作指令，使旁路分支退出差动保护。接收模块接收到操作指令后，会根据操作指令发出相应的控制信号至旁路分支模块。旁路分支模块根据接收的控制信号将旁路分支的电流互感器原边定值设定为零。这样旁路分支就可以退出差动保护和后备保护。为了进一步保证旁路分支退出差动保护，还可以将旁路分支光纤退出软压板的值设定为1，实现旁路分支光纤的退出。现在的电路状态处于状态1，即变高开关运行，220kV旁路开关断开，具体如图2所示。

开始倒旁路操作时，接收模块接收操作指令，准备进行定值区的切换，根据操作指令发出相应的控制信号至旁路分支模块。旁路分支模块根据控制信号将旁路分支的电流互感器原边定值设定为预设值，此时旁路分支光纤中的电流开始计入差动保护和后备保护(当前电流为0)。并且旁路分支模块通过设定旁路分支光纤退出软压板的值为0来连接旁路分支光纤。完成本步骤后，差动保护从定值区1区被切换成定值区2区，即主变差动保护变高采用本侧TA与旁路TA。现在的电路状态处于状态2，即变高开关和220kV旁路开关并列运行，具体如图3所示。

进行倒旁路操作时，接收模块接收操作指令，根据操作指令发出控制信号至线路开关模块和所述主变分支模块，线路开关模块根据控制信号合上旁路分支开关，主变分支和旁路分支开始同时流过电流，接着再断开主变分支开关。然后主变分支模块根据控制信号将主变分支的电流互感器原边定值设定为零，使主变分支退出差动保护和后备保护，并且保护用的电压从主变分支切换至旁路分支。为进一步保证主变分支退出差动保护和后备保护，并且主变分支模块根据接收的操作指令通过设定主变分支光纤退出软压板为1来退出主变分支光纤。完成本步骤后，差动保护从定值区2区被切换成定值区3区，即主变差动保护采用变高采用旁路TA。现在的电路状态处于状态3，即220kV旁路开关运行，变高开关断开，具体如图4所示。

通过本实施例的描述，本技术方案通过切换几个定值区来改变主变差动构成，并且主变差动构成始终反映一次系统的运行状态，保证了数字化变电站中变压器保护装置在主变旁代过程的安全运行。

上述方案描述了本装置在旁路代路过程中的应用，而对于本装置在代路恢复过程中的应用，具体还包含以下过程：

在旁路代路恢复操作进行之前，旁路分支正常运行，主变差动保护为预定义的定值区3区，即主变差动保护变高采用旁路TA。

开始旁路代路恢复操作时，接收模块接收操作指令，根据操作指令发出控制信号至主变分支模块，主变分支模块根据接收的控制信号将主变分支的电流互感器原边定值设定为预设值，此时主变分支光纤中的电流开始计入差动保护和后备保护。并且主变分支模块根据控制信号，设定主变分支光纤退出软压板的值为0，来连接主变分支光纤，进一步保证主变分支光纤的连接。完成后，差动保护从定值区3区被切换成定值区2区。当前的电路状态为状态4，即属于旁路代路恢复时变高开关和220kV旁路开关并列运行。

进行旁路代路恢复操作时，接收模块接收操作指令，根据操作指令发出控制信号至线路开关模块和旁路分支模块。线路开关模块根据控制信号合上主变分支开关，旁路分支和主变分支开始同时流过电流，接着再断开旁路分支开关。旁路分支模块根据接收的控制信号将旁路分支的电流互感器原边定值设定为零，旁路分支退出差动保护和后备保护。并且旁路分支模块通过设定旁路分支光纤退出软压板的值为1来退出旁路分支光纤，进一步保证旁路分支光纤的退出。完成后，差动保护从定值区2区被切换成定值区1区。当前的电路状态为状态5，即属于旁路代路恢复时变高开关运行，220kV旁路开关断开。

变中旁代、变中变高同时旁代的操作与上述操作过程类似，只是进行差动保护时定值区切换的方案设定有所差别。可以通过考虑主变变中或者变高都有可能被旁代，并且考虑变中和变高同时被旁代的可能性，来定义更多的主变保护的定值区。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。