一種防越級跳閘保護系統的製作方法
2023-06-16 15:42:46 4
專利名稱：一種防越級跳閘保護系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及供電保護技術領域，具體涉及一種防越級跳閘保護系統。
技術背景
煤礦供電系統，普遍存在線路短、多級變電所級聯的特點，這種特點會導致過流保護整定困難，在發生短路故障時，多級變電所的電流保護動作區可能會重合，從而極易產生失去選擇性的越級跳閘現象。發明內容
本發明實施例提供一種防越級跳閘保護系統，用在煤礦供電系統中，可以實現選擇性，防止越級跳閘現象的產生。
一種防越級跳閘保護系統，用在煤礦供電系統中；
所述煤礦供電系統包括多級變電所，所述防越級跳閘保護系統包括多個保護控制器，各級變電所的每個斷路器中設有一個保護控制器，各保護控制器之間通過光纖乙太網連接，各級保護控制器採用面向通用對象的變電所事件(GOOSE)直接通信；
當煤礦供電系統中某一點發生故障時，各級變電所任一線路的保護控制器啟動， 直接向上一級發出閉鎖信號，同時檢測下一級是否有閉鎖信息發出，如果檢測到閉鎖信息，則閉鎖速斷出口，否則故障電流若超過保護速斷定值，則跳開故障線路，閉鎖時間按照 GOOSE閉鎖信息可靠傳輸時間和下一級保護可靠跳閘時間配合確定。
本發明實施例提供的防越級跳閘保護系統中，各保護控制器之間可以採用GOOSE 直接通信，流過故障電流的保護控制器立即啟動，向各自的上一級保護控制器發送閉鎖信號，同時檢測下一級是否有閉鎖信號發出，如果檢測到閉鎖信號則閉鎖速斷出口，在閉鎖時間內禁止斷路器跳開；而發生短路故障處的保護控制器由於不能收到閉鎖信號，且故障電流大於速斷整定值將控制斷路器跳開。從而，實現了選擇性，防止了越級跳閘現象的產生。
圖1是煤礦供電系統的示意圖2是本發明實施例提供的防越級跳閘保護系統的示意圖。
具體實施方式
本發明實施例提供一種防越級跳閘保護系統，用在煤礦供電系統中，可以實現選擇性，防止越級跳閘現象的產生。以下進行詳細說明。
請參考圖1，煤礦供電系統的供電線路，可以分為井上部分和井下部分，供電線路由上到下呈樹形結構，包括多級變電所。一個應用場景中，所述的煤礦供電系統從井上到井下依次可以包括井上的地面中央變電所，井下的中央變電所，井下的變電所等，井下的變電所可以包括多級，例如從1級到N級。由於所述供電線路從上到下不斷分支，形成很多條通路，為了簡化描述，本文中，僅以其中一條通路為例進行說明。
請參考圖2，本發明實施例提供一種用在煤礦供電系統中的防越級跳閘保護系統。所述防越級跳閘保護系統包括多個保護控制器。各級變電所的每個斷路器中設有一個保護控制器，各保護控制器之間通過光纖乙太網連接，採用面向通用對象的變電所事件 (Generic Object Oriented Substation Event, GOOSE)直接通信。
一方面，保護控制器設置在斷路器內，可以檢測電流的大小進而控制斷路器的通斷，另一方面，各保護控制器通過光纖乙太網連接，可以採用基於IEC61580通信協議內的 G00SE直接通信。可選的，所述防越級跳間保護系統可以包括若干個交換機，每個交換機連接若干個保護控制器，各個交換機也通過光纖乙太網彼此連接，從而使各級的保護控制器都可相互通信。其中，所說的G00SE是IEC 61850標準中用於滿足變電所自動化系統快速報文需求的機制，各級保護控制器利用IEC 61850標準的G00SE技術實現快速信息交換，通信傳輸速率可以達到lOOMbits/s，通信時間可以在數微秒以內。
需要說明的是，所述的保護控制器包括有處理器、顯示屏和控制按鍵等，可以按程序運行。一般的，該保護控制器安裝在供電線路的斷路器內，所述斷路器可以是高壓防爆櫃內的斷路器。所述保護控制器可以檢測供電線路的電流，執行速斷保護算法，根據運算結果和其它保護控制器發送的信號共同決定是否控制本級斷路器跳開。
針對現有技術中考慮極限情況時線路末端短路僅靠電流定值無法滿足選擇性的問題，本實施例中保護動作流程如下當煤礦供電系統中某一點發生故障時，各級變電所任一線路的保護控制器啟動，直接向上一級發出閉鎖信號，同時檢測下一級是否有閉鎖信息發出，如果檢測到閉鎖信息，則閉鎖速斷出口，否則故障電流若超過保護速斷定值，則跳開故障線路，閉鎖時間按照G00SE閉鎖信息可靠傳輸時間和下一級保護可靠跳閘時間配合確定。
下面舉例說明如圖2所示，當F點發生短路等故障時，故障電流會流過a、b、c、d、 e處保護控制器，則保護控制器a、b、c、d、e，立即啟動，並向各自的上一級保護控制器發送閉鎖信號，包括保護控制器e發送閉鎖信號給保護控制器d，保護控制器d發送閉鎖信號給保護控制器c，保護控制器c發送閉鎖信號給保護控制器b，保護控制器b發送閉鎖信號給保護控制器a ；同時，保護控制器a、b、c、d、e還檢測是否收到各自的下一級保護控制器發送的閉鎖信號。其中，各保護控制器同時向各自的上一級保護控制器發送閉鎖信號，沒有先後順序或依賴關係。
下面對本實施例技術方案的原理作進一步說明
當某一點發生短路等故障時，流過故障電流的保護控制器在故障電流超過保護定值時均能啟動速斷保護，如果各保護控制器之間相互獨立，不發送閉鎖信號的話，各級保護控制器在完成速斷保護算法後，會控制各級斷路器跳開，使得除了故障點所在一級的斷路器跳閘外，該級以上的其它斷路器也會跳閘，發生所謂的越級跳閘現象。
本發明的核心在於，使各級保護控制器之間可以直接通信。一般的，保護控制器從啟動速斷保護時起，到完成速斷保護算法控制斷路器跳閘，需要一個周波的時間。而本實施例中，各保護控制器可以在檢測到故障電流保護啟動起，半個周波內發送閉鎖信號給各自的上一級保護控制器，使得上一級保護控制器在完成速斷保護算法之前收到閉鎖信號，從而閉鎖上一級供電線路的速斷出口，禁止上一級斷路器跳開，從而實現選擇性，避免越級跳閘。需要特別指出的是，保護控制器只有在滿足如下條件時才閉鎖速斷出口 速斷保護啟動，並在完成速斷保護運算之前收到了閉鎖信號。
當然，所述的保護控制器閉鎖本級速斷出口需要有一個合理的閉鎖時間，不能無限閉鎖下去，合理的選擇應當是，在故障點所在一級的保護控制器控制該級斷路器成功跳開後，以上各級的保護控制器就可以解除閉鎖了。因此，所述的閉鎖時間一般可以按照 GOOSE閉鎖信息的可靠傳輸時間與下級的可靠跳閘時間來整定，例如，略大於這兩個時間之和，而不能更長。閉鎖時間不能太長的原因在於，防止下級保護控制器沒能控制下級斷路器成功跳開，則上級保護控制器必須在最短時間內使上級斷路器跳開。
在較好的情況下，發生故障時，故障點所在的一級保護控制器立即啟動速斷保護， 控制本級斷路器跳開。而該級以上的各級保護控制器都會收到閉鎖信號，閉鎖各級速斷出口，並在故障點所在的一級斷路器成功跳開之後，解除閉鎖。
以上，本發明實施例提供的防越級跳閘保護系統中，各個保護控制器採用GOOSE 直接通信，當供電線路某一點發生短路等故障時，故障點所在的一級及以上各級的任一保護控制器在判斷滿足跳閘條件時控制斷路器跳開，所述跳閘條件包括已啟動速斷保護，但沒有收到下一級保護控制器發送的閉鎖信號。如果各級保護控制器速斷保護啟動後收到了各自的下一級保護控制器發送的閉鎖信號，則閉鎖速斷出口，禁止斷路器跳開。從而，實現了選擇性，防止了越級跳閘現象的產生。其中，各級保護控制器的速斷定植可以不用考慮選擇性，只要保證靈敏度即可。所以，實際應用中可以按照傳統的定值模式進行整定，這是為保障安全，在光纖線路出現故障，下級保護控制器發出的閉鎖信號不能可靠傳遞至上級保護控制器時，保護控制器可以按照保護整定值控制斷路器跳開。
優選實施例中，所述防越級跳閘保護系統具體包括井下的保護子系統和井上的監控系統，所述井下的保護子系統包括了上文所述的保護控制器，所述監控系統則設置在井上，並通過光纖乙太網與所述保護子系統連接，例如，可以和保護子系統中的交換機連接。 下面分別對所述井下的保護子系統和井上的監控系統做進一步詳細的說明
一、井上的監控系統
監控系統用於監視防越級跳閘保護系統乃至整個煤礦供電系統的實時運行狀況並進行綜合管理，包括液晶顯示器和監控主機等，液晶顯示器可以是大屏幕液晶顯示器，監控主機可以單機、雙機或多級同步運行，該監控系統還可以包括印表機等裝置。其主要功能如下
監視功能，監視各級變電所的電壓和頻率；監視所有斷路器的電流、功率、接地容性電流、斷路器溫度等實時信息；監視所有斷路器的位置及其輔助相關的狀態信息。
控制功能，控制所有斷路器的分合閘操作，採用兩級安全控制策略，保證操作安全。
報警功能，系統出現異常或保護動作時發出聲光報警，提示值班人員進行處理。
設置與維護，在監控中心可以對每臺斷路器保護器進行定值修改、參數設置等操作。
故障查詢與波形分析。能實現所有故障記錄的查詢與檢索，並能對故障錄波波形進行分析。
報表管理，對系統內各線路的供電功率及電能量進行定時記錄形成管理報表，支持日報表、月報表及年報表。
接地綜合分析，根據各終端的接地信息進行全景數據綜合分析，智能判斷接地區段。
二、井下的保護子系統
通常，保護子系統包括的保護控制器可以安裝在供電線路的斷路器內，例如，具體可以安裝在煤礦供電系統的井下採區變電所高壓防爆櫃的配電斷路器內，由能提供100V 電壓的電壓互感器(PT)供電，並配備儲能電容，以便在失去電源的情況下也能繼續工作， 確保失壓保護可靠動作。保護控制器可將就地採集的井下信息數位化後通過光纖線路上報監控系統。所述井下信息包括電參數和溫度等，所述電參數可以包括電壓、電流、電量、功率、功率因數和接地電流等，所述電量可以包括有功電量和無功電量。
下面，將保護控制器的功能一一列舉出來，具體如下
短路保護具有速斷和過電流保護功能，其中速斷和過電流保護能利用GOOSE信息實現防越級跳閘功能，電流定值和時間定值線性可調，電流整定級差0. 01A，精度2%，時間整定級差0.01s。
過載保護採用反時限過流保護，反時限特性符合IEC255-3的標準反時限、非常反時限和極端反時限三種特性曲線。
接地保護配合接地信號源設備，實現全系統的接地選線判斷。
漏電保護實時監測漏電電流，電流越限可以告警。
失壓保護系統失壓跳閘功能，可投退。
過電壓保護系統過壓跳閘功能，可投退。
溫度保護，實時測量本地溫度並上傳到監控系統。
測量功能實時測量本斷路器的電壓、電流、功率、功率因數、接地電流等信息並上傳到監控系統。
計量功能有功電量、無功電量統計，並上傳到監控系統。
通訊功能乙太網通訊方式實現與監控系統的數據交換。
電度計量功能統計用電度數。
綜上，所述保護子系統包括的各個保護控制器可以進行故障保護，可以採集井下信息，並將採集到的井下信息發送給所述監控系統。所述監控系統則可以統計和分析收到的井下信息，顯示在顯示界面上，還可以對保護子系統進行綜合管理控制。
綜上，本發明實施例提供了一種防越級跳閘保護系統。針對煤礦供電系統具有負荷重要，安全穩定性要求極高的特點，以及針對現有煤礦井上、井下供電系統存在的自動化程度低，沒有一體化解決方案，容易越級跳閘，接地選線難等嚴重影響煤礦用電安全的實際問題，本實施例提供的防越級跳閘保護系統是一種智能一體化解決方案，應用最新的基於全站網絡數據共享的數位化變電所技術，採用IEC61850通信標準，利用快速乙太網特性， 通過構建井上、井下的各級變電所光纖環網或利用原有通信網絡實現對整個配電網絡的監控，採用IEC 61850的GOOSE信息，實現各級保護之間信息交換，從而實現防保護越級跳閘和選擇性接地選線功能。採用IEC 61850分層分布，面向對象統一建模、統一組網，共享統一的信息平臺，實現井上、井下變電所設備(線路、變壓器等)的監測、控制、保護及遠動功能。在井上變電所設置整個供電系統的後臺監控系統，按運行要求對全供電系統運行參數進行檢測、顯示、定時列印制表及與上級系統通訊，實現遙測、遙信、遙控等智能功能，確保供配電系統安全運行，提高礦井整體生產水平，實現數位化礦井的建設目標。
以上對本發明實施例所提供的防越級跳閘保護系統進行了詳細介紹，但以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想，不應理解為對本發明的限制，本領域技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種防越級跳閘保護系統，用在煤礦供電系統中，其特徵在於所述煤礦供電系統包括多級變電所，所述防越級跳閘保護系統包括多個保護控制器， 各級變電所的每個斷路器中設有一個保護控制器，各保護控制器之間通過光纖乙太網連接，各級保護控制器採用面向通用對象的變電所事件(GOOSE)直接通信；當煤礦供電系統中某一點發生故障時，各級變電所任一線路的保護控制器啟動，直接向上一級發出閉鎖信號，同時檢測下一級是否有閉鎖信息發出，如果檢測到閉鎖信息，則閉鎖速斷出口，否則故障電流若超過保護速斷定值，則跳開故障線路，閉鎖時間按照GOOSE閉鎖信息可靠傳輸時間和下一級保護可靠跳閘時間配合確定。
2.根據權利要求1所述的防越級跳閘保護系統，其特徵在於若某一保護控制器速斷保護啟動後，未收到閉鎖信號，則正常執行速斷保護，控制本級斷路器跳開。
3.根據權利要求1或2所述的防越級跳閘保護系統，其特徵在於所述防越級跳閘保護系統包括井下的保護子系統和井上的監控系統，所述保護子系統包括所述的保護控制器。
4.根據權利要求3所述的防越級跳閘保護系統，其特徵在於所述井下保護子系統還包括若干個彼此連接的交換機，每個交換機連接若干個保護控制器，所述的井上監控系統與其中一個交換機連接。
5.根據權利要求3所述的防越級跳閘保護系統，其特徵在於所述保護控制器用於採集井下信息，將採集到的井下信息發送給所述監控系統，所述監控系統用於統計和分析收到的井下信息，顯示在顯示界面上。
6.根據權利要求5所述的防越級跳閘保護系統，其特徵在於所述保護控制器具體用於實時測量電參數和溫度，所述電參數至少包括電壓、電流、電量、功率、功率因數和接地電流，並將採集到的所述電參數和溫度上報給所述監控系統。
7.根據權利要求5所述的防越級跳閘保護系統，其特徵在於所述保護控制器具體用於進行電度計量。
全文摘要
本發明公開了一種防越級跳閘保護系統，用在煤礦供電系統中，煤礦供電系統包括多級變電所，防越級跳閘保護系統包括多個保護控制器，各級變電所的每個斷路器中設有一個保護控制器，各保護控制器之間通過光纖乙太網連接，各級保護控制器採用GOOSE直接通信；當煤礦供電系統中某一點發生故障時，各級變電所任一線路的保護控制器啟動，直接向上一級發出閉鎖信號，同時檢測下一級是否有閉鎖信息發出，如果檢測到閉鎖信息，則閉鎖速斷出口，否則故障電流若超過保護速斷定值，則跳開故障線路，閉鎖時間按照閉鎖信息可靠傳輸時間和下一級保護可靠跳閘時間配合確定。本發明實施例提供的防越級跳閘保護系統，實現了選擇性，可以防止越級跳閘現象的產生。
文檔編號H02H7/26GK102510048SQ20111033111
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月27日 優先權日2011年10月27日
發明者韓韞 申請人:深圳市華力特電氣股份有限公司