一种35kV及以下电压等级比率制动式母线保护方法

摘要

本发明一种35kV及以下电压等级比率制动式母线保护方法，包括以下步骤：1).35kV及以下电压等级母线中各元件的保护装置采集本间隔的电流电压信号和开入开出信号，通过与光缆相关的网络接口输出给过程层网络；2).变压器保护装置接收过程层网络的电流电压信号和开入开出信号，计算母线上所有元件的差流，计算结果满足动作条件后，母线保护动作。

说明书

技术领域

本发明涉及一种35kV及以下电压等级比率制动式母线保护方法，本发明 属于智能变电站继电保护领域。

背景技术

由于单独配置母线保护装置价格昂贵，且二次回路复杂，变电站35kV及 以下电压等级的母线，通常不装设专用母线保护,一般由变压器的后备保护延 时跳闸切除母线故障，延时通常会大于1.5s。由于延时过长，当35kV及以下 电压等级的母线发生故障时，可能会导致变压器低压后备保护尚未动作，母线 上各进出线的配电装置已经烧毁。

随着电力系统的迅速发展，系统容量不断增大，系统的短路水平也日益提 高。在35kV及以下电压等级的母线上发生严重故障时，很可能造成主变压器 的损坏；同时，开关柜内的电弧还会窜入二次回路，造成继电保护直流系统故 障，引起全站保护失电，导致更为严重的事故。

申请号为200810167954.6，发明创造名称为“一种基于GOOSE方式网络化 母线保护方法”的发明专利申请，公开了一种35kV及以下电压等级的母线保 护方法。包括：由相关母线段上的所有出线保护测控装置、分段断路器保护测 控装置、进线保护测控装置(包括变压器低压侧的接口单元)协调完成的母线保 护，其特征是当电力网络发生故障时通过分散的各个保护单元(测控装置)判断 出故障电流流动方向以区分是否为母线故障。该发明专利存在以下3点局限性： 1)该发明专利需要在母线上所有元件的保护测控装置中增设母线保护模块， 对设备改动量大，技术实现复杂，成本高；2)该发明专利受到当时变电站35kV 及以下电压等级二次设备硬件所限，仅采集了主变低压侧进线电流，不能从过 程层获取母线上所有元件电流数据，无法采用比率制动特性的保护原理；3) 动作时间长，整组动作时间在600ms以上，不能满足速动性要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种35kV及以下电压等级比率制动式母线保护方法， 用以解决现有35kV及以下电压等级母线保护原理简单、可靠性低、速动性低、 成本高、实现复杂的问题。

为实现上述目的，本发明的方案为一种35kV及以下电压等级比率制动式 母线保护方法，包括以下步骤：

1).35kV及以下电压等级母线中各元件的保护装置采集本间隔的电流电压信 号和开入开出信号，通过与光缆相关的网络接口输出给过程层网络；

2).变压器保护装置接收过程层网络的电流电压信号和开入开出信号，计算母 线上所有元件的差流，计算结果满足动作条件后，母线保护动作。

电流电压信号为模拟量信号，并转换为IEC 61850-9-2数字信号，开入开 出信号为模拟量信号，并转换为GOOSE数字信号。

网络接口为百兆光以太网口；IEC 61850-9-2与GOOSE数据，通过百兆光 以太网口接入过程层网络。

采用以下动作方程来计算母线上所有元件的差流：

I_d>I_s

I_d>KI_r

其中：$I_d=\left|\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\stackrel{·}{I}}_j\right|,I_r=\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}\left|{\stackrel{.}{I}}_j\right|$

式中I_d为差动电流；I_r为制动电流；K为比率制动系数；I_S为差动电流定值； 为各回路电流。

变压器保护装置35kV及以下电压等级比率制动式母线保护配置突变量比 率制动差动保护功能，与制动系数固定为0.3的常规比率制动差动保护配合使 用；突变量比率制动差动保护，其动作方程为：

I_d>0.3I_r

△I_d>I_s

△I_d>0.7△I_r

其中：I_s为差动定值；(为第j个连接元件的电 流突变量$\Delta {\stackrel{·}{I}}_j={\stackrel{·}{I}}_{j\left(k\right)}-\Delta {\stackrel{·}{I}}_{j(k-2T)}$)。

本发明的有益效果是，①经济性高，在不增加保护装置硬件成本的前提下， 实现35kV及以下电压等级母线保护；②速动性高，能够采集母线上所有元件 的电流，采用基于可靠快速的比率差动保护原理，整组动作时间不高于20ms； ③可靠性高，比率差动保护原理在我国电力系统母线保护中被广泛应用，经多 年运行验证，可靠性高，误动、拒动概率低；④技术实现简单，仅需要在变压 器保护中进行35kV及以下电压等级比率制动式母线保护，母线上各元件的保 护装置功能无需改变；⑤推广应用前景好，本发明适用于我国智能变电站建设， 能够在不增加成本情况下，确保低压母线的安全可靠性运行，具备广泛的推广 应用价值。

附图说明

图1是主变35kV部分主接线示意图；

图2是本发明实施例的35kV比率制动式母线保护方法示意图；

图3是35kV比率制动式母线保护动作曲线。

具体实施方式

本发明的目的是提供一种35kV及以下电压等级比率制动式母线保护方法， 用以解决现有35kV及以下电压等级母线保护原理简单、可靠性低、速动性低、 成本高、实现复杂的问题。

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

以35kV比率制动式母线保护为具体实施例，图1所示为主变35kV部分主 接线示意图，如图1所示，主变低压侧为35kV，35kV母线上共有5条35kV线 路。

35kV比率制动式母线保护方法包括：

1).35kV母线中各元件的保护装置采集本间隔的电流电压信号和开入开出信 号，通过与光缆相关的网络接口输出给过程层网络；

2).变压器保护装置接收过程层网络的电流电压信号和开入开出信号，计算母 线上所有元件的差流，计算结果满足动作条件后，母线保护动作。

如图2所示，35kV母线中各元件的保护装置通过电缆连接常规互感器采集 电流电压模拟量信号，由模拟量/数字量转换插件转换为内部数字信号，内部 数字信号通过通讯转换插件转换为IEC 61850-9-2数字信号。

35kV母线中各元件的保护装置通过电缆连接开关机构实现本间隔内的开 入开出模拟量信号，通过通讯转换插件转换为GOOSE数字信号。

35kV母线中各元件的保护装置将转换后的IEC 61850-9-2与GOOSE数据， 由光缆接入过程层网络，此处的光缆为百兆光以太网。

变压器保护装置由一个千兆光以太网口接入过程层网络，获取35kV母线中 各元件的电流采样瞬时值和开入开出信息。

过程层网络具备百兆光以太网口和千兆光以太网口。

变压器保护装置35kV比率制动式母线保护采用具备比率制动特性的分相电 流差动算法，计算母线上所有元件的差流，其动作方程为：

I_d>I_s

I_d>KI_r

其中：$I_d=\left|\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\stackrel{·}{I}}_j\right|,I_r=\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}\left|{\stackrel{.}{I}}_j\right|$

式中I_d为差动电流；I_r为制动电流；K为比率制动系数；I_S为差动电流定值； 为各回路电流，其动作曲线如图3所示。

变压器保护装置35kV比率制动式母线保护配置突变量比率制动差动保护 功能，与制动系数固定为0.3的常规比率制动差动保护配合使用。

突变量比率制动差动保护，其动作方程为：

I_d>0.3I_r

△I_d>I_s

△I_d>0.7△I_r

其中：I_s为差动定值；(为第j个连接元件的电 流突变量$\Delta {\stackrel{·}{I}}_j={\stackrel{·}{I}}_{j\left(k\right)}-\Delta {\stackrel{·}{I}}_{j(k-2T)}$)。

综上，35kV线路保护装置通过电缆连接互感器获取电流值，通过电缆连接 断路器获取断路器机构信息。35kV线路保护装置通讯转换插件将电流值模拟量 转换为符合IEC 61850-9-2标准的数字信号，将断路器机构信息转换为符合 GOOSE规约的数字信号，由百兆光以太网口接入过程层网络。变压器保护装置 由千兆光以太网口接入过程层网络，从网络上获取35kV母线上所有线路元件 的电流值。变压器保护装置35kV比率制动式母线保护配置突变量比率制动差 动保护功能，与制动系数固定为0.3的常规比率制动差动保护配合使用，将主 变低压侧进线电流、5条35kV线路电流按照上述公式进行计算，即：

I_d>I_s

I_d>KI_r

其中：$I_d=\left|\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\stackrel{·}{I}}_j\right|,I_r=\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}\left|{\stackrel{.}{I}}_j\right|$

式中I_d为差动电流；I_r为制动电流；K为比率制动系数；I_S为差动电流定值； 为各回路电流。

突变量比率制动差动保护，其动作方程为：

I_d>0.3I_r

△I_d>I_s

△I_d>0.7△I_r

其中：I_s为差动定值；(为第j个连接元件的电 流突变量$\Delta {\stackrel{·}{I}}_j={\stackrel{·}{I}}_{j\left(k\right)}-\Delta {\stackrel{·}{I}}_{j(k-2T)}$)。

计算结果满足要求后，发出GOOSE跳闸命令，通过过程层网络跳开5条35kV 线路的断路器和主变低压侧断路器，切除母线故障。

在该实施例中，35kV比率制动式母线保护能够采集35kV母线上所有元件 的电流值，从而能够采用可靠性高、速动性高的比率制动式差动原理实现低压 母线保护功能，解决了现有35kV母线保护原理简单、可靠性低、速动性低、 成本高、实现复杂的问题。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发 明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的 教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱 离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍 落入本发明的保护范围内。