基於goose方式的數位化變電站變壓器後備保護處理方法

2023-10-17 10:37:59

專利名稱：基於goose方式的數位化變電站變壓器後備保護處理方法
技術領域：
本發明屬於電力系統繼電保護技術，尤其涉及一種基於GOOSE方式數位化變電站 變壓器後備保護處理方法。
背景技術：
國際電工委員會(IEC)從1995年開始制定一部面向未來的變電站內的通信標 準-IEC61850，目前這部標準已經正式發布。隨著IEC61850規約的不斷完善、數位化設備及 網絡技術的不斷發展，數位化變電站已經在我國迅速發展起來。「數位化變電站」指變電站 內一次電氣設備和二次電子裝置的信息採集、傳輸、處理、輸出過程完全數位化，並具有全 站統一的數據建模及數據通信平臺，在此平臺的基礎上實現智能裝置之間的互操作性。在數位化變電站自動化系統中，智能電子設備(intelligent electronic device, IED)互相協助完成自動化功能的應用場合越來越多，例如間隔層設備之間的防 誤閉鎖、分布式母線保護等，這些功能得以完成的重要前提是眾多IED之間數據通信的 可靠性和實時性。IEC61850-7-2標準定義的通用面向變電站事件對象(generic object oriented substation events, GOOSE)網絡服務模型使系統範圍內快速、可靠地傳輸輸入 和輸出數據值成為可能。G00SE採用一種特殊的重傳方案；並且G00SE報文有嚴格的定義， 通過網絡報文較強的循環冗餘檢驗(CRC)光纖傳送方案，傳輸過程中發生錯誤而未能校驗 出來的可能性非常小，能夠確保G00SE報文的可靠性；同時，採用了較先進的交換式乙太網 的各種技術，保證其在交換機中能優先通過，從而保證了報文傳輸的實時性。故障發生時，由於網絡通信故障或者互感器發生故障等，可能造成保護裝置採集 的信息缺失從而導致變壓器主保護失效，同時由於保護裝置本身的程序及元件問題也可能 造成保護裝置故障。當變壓器主保護及保護裝置失效的情況下，如何利用信息共享的優勢 為變壓器提供快速的後備保護問題，已經是數位化變電站繼電保護研究的重點。針對目前 數位化變電站內，繼電保護裝置還是獨立設置，基於就地信息進行故障判斷，後備保護存在 各種配合和整定值設定的問題。在現有的技術基礎上研究基於G00SE方式的後備保護方法 是十分必要的。當變壓器保護裝置採集的信息缺失或者保護裝置發生故障的情況下，保護 裝置如何利用信息共享的優勢共同協調完成變壓器後備保護功能是提高數位化變電站繼 電保護可靠性的重要途徑。

發明內容
本發明的目的是提供一種基於G00SE方式數位化變電站變壓器後備保護處理方 法，能夠改善變壓器的後備保護功能。本發明採用下述技術方案一種基於G00SE方式的數位化變電站變壓器後備保護 處理方法，包括以下步驟(1)、檢測變壓器中保護裝置是否發生故障，如果故障發生，則進入故障方向的判 別，並且以G00SE報文方式向其他保護裝置發送故障方向測量結果並進入步驟(2)；
(2)、如果保護裝置接收不到變壓器一側故障方向信息，轉入步驟(3)；如果保護 裝置接收不到變壓器各側故障方向信息，轉入步驟(6)；否則直接進入步驟(9)；(3)、如果保護裝置接收的功率方向信息顯示變壓器故障方向信息正常獲取側、 與變壓器故障方向信息缺失一側連接線相連的母線上的所有線路保護裝置、母線分段保護 裝置，其中至少有一個保護裝置方向元件判斷為故障正方向，其他保護裝置都沒有判斷為 故障反方向，則進入步驟(4)；否則直接進入步驟(9)；(4)、保護裝置向變壓器故障方向信息缺失一側連接線上的斷路器發送跳閘指 令；(5)、變壓器故障方向信息缺失一側連接線上的斷路器完全斷開後，如果保護裝置 接收的功率方向信息顯示除變壓器信息缺失側以外任何一側判為故障正方向，並且變壓 器其餘側沒有判斷為故障反方向，則判斷為變壓器內部故障，跳開除變壓器信息缺失側斷 路器以外與變壓器相連的所有斷路器；如果與變壓器信息缺失側母線相連的所有線路保護 裝置、母線分段保護裝置，其中至少有一個保護裝置方向元件判斷為故障正方向，其他保護 裝置都沒有判斷為故障反方向，則判斷為母線故障，跳開除變壓器信息缺失側斷路器以外， 與變壓器信息缺失側母線相連的所有斷路器後進入步驟(9)；否則直接進入步驟(9)；(6)、如果保護裝置接收的功率方向信息顯示變壓器各側母線上所有線路的保護 裝置以及母線分段保護裝置，其中至少有一個保護裝置方向元件判斷為故障正方向，其他 保護裝置都沒有判斷為故障反方向，則進入步驟(7)；否則進入步驟(9)；(7)、保護裝置向變壓器高壓側斷路器、變壓器其他側母線上的線路斷路器和母聯 斷路器發送跳間命令；(8)、變壓器高壓側斷路器、變壓器其他側母線上的線路斷路器和母聯斷路器完全 斷開後，如果保護裝置接收的功率方向信息顯示高壓側所有線路保護裝置、母線分段保 護裝置其中至少有一個保護裝置方向元件判斷為故障正方向，其他保護裝置都沒有判斷為 故障反方向，則判斷為高壓側母線故障，跳開與高壓側母線相連的所有斷路器，進入步驟 (9)；(9)、結束。所述故障方向的判別是在保護裝置中方向元件的判斷區內進行判別，且方向元件 的測量電流以母線流向變壓器為故障正方向。本發明為數位化變電站變壓器提供後備保護當數位化變電站內部或者是鄰近區 域發生故障時，在變壓器主保護信息缺失的情況下，提供了一種不同間隔層保護裝置通過 GOOSE方式交換功率方向信息，共同協調完成變壓器後備保護功能的處理方法。該方法利 用GOOSE報文依據訂閱者/發布者關係交換功率方向信息，各保護裝置通過邏輯判斷來完 成變壓器後備保護功能，能夠提高數位化變電站繼電保護的可靠性。


圖1為數位化變電站拓撲抽象後一次設備主接線圖；圖2為本發明的方法流程圖；圖3為突變量方向元件動作區示意圖；圖4為零序方向元件動作區示意4
圖5為負序方向元件動作區示意圖；圖6為90°接線方向元件動作區示意圖。
具體實施例方式目前變電站母線主要的接線方式是單母線及單母線分段接線、雙母線及雙母線分 段接線，變壓器各側與母線連接，每條母線上連接多回線路。數位化變電站拓撲結構抽象為 如圖1的主接線方式，變壓器T與母線B1、B2、B3相連，連線上裝設電流互感器TA和斷路器 CB,母線Bl上有i回線路(Hl#到Hi#)，母線B2上有j回線路(Ml#到Mf)，母線B3上有k 回線路(Ll#到Lk#)，每條線路上裝設電流互感器TA和斷路器CB，其中線路Hls到His裝設 有電壓互感器TV，母線Bi、B2、B3通過母聯4#、5#、6#分別與另一母線相連，母聯4#、5#、6#上 均裝設有斷路器CB和電流互感器TA，母線B2、B3上還裝設有電壓互感器TV，母線Bl為高 壓側母線。數位化變電站保護裝置在變壓器T主保護拒動的各種情況下通過GOOSE報文依 據發布訂閱關係交發送和接收故障方向信息，依靠邏輯判斷為變壓器提供後備保護。以如 圖1所示的變電站主接線方式來介紹本發明，數位化變電站保護裝置的採樣率一般為每工 頻周期12點以上；t時刻任意一條線路三相電流採樣值表示為iXA(t)，Ixb (t), ixe(t)，其中X = Li、· · ·、Lk、Ml、· · .、Mj、Hl、· · .、Hi ；{時刻母線81、82、83與變壓器1的1#、2#、3#連接線三相電流採樣值表示為^(0， iffi(t)，ixc(t) ；X = 1、2、3 ；t 時刻 4#、5#、6# 母聯電流三相採樣值表示為 iM(t)，iXB(t)，ixc(t) ；X = 4、5、6 ；t時刻高壓側任意一條線路三相電壓採樣值表示為uXA(t)，Uxb(t)，uxc(t)，其中X =Hl λ ... λ Hi ；t時刻母線B2、B3三相電壓採樣值表示為uXmA(t)，uM(t)，uXmC(t) ；X = 2、3 ；故障發生時，利用全周傅氏算法計算各電流、電壓信息復相量，全周傅氏算法計算 公式如下
^^^!'(Osin^/x—) ηy (1)
2 Ν~[In式中i(l)為每基頻周期內第1點採樣值，N為每基頻周期採樣點數，k為諧波次數 (k = 1為基頻分量)；相電流突變量計算公式
ΔΙφφ=\{Ιφ^)- Iw{k-N/2)y{ Iw{k-N/2)- Iw{k-N))\ (2)其中爐爐指AB、BC、CA三種相別，N為每基頻周期採樣點數，為周期第k點採樣值。如圖1所示，數位化變電站中基於GOOSE方式的變壓器後備保護功能由變壓器T 保護裝置和同變壓器T相鄰的Hls到His線路保護、4#母線分段保護，Mlfl到Mjs線路保護， 5#母線分段保護，Lls到Lks線路保護，6#母線分段保護等保護裝置共同完成，它們都配置故
5障方向檢測模塊並且建立發布訂閱關係，通過G。。SE報文發送和接收故障方向信息共同協調完成變壓器後備保護，以下所指保護裝置指其中任一套保護裝置。如圖l、圖2所示，本發明包括以下步驟
(1)、使用保護裝置採集的實時電流、電壓信息，採用相電流突變量啟動算法、零序電流啟動算法等檢測是否發生故障。如果啟動算法未檢測出故障發生，則重複執行本步驟；如果啟動算法檢測出故障發生，則進入故障方向的判別，並且以G。。SE報文方式向其他保護裝置發送故障方向測量結果，進入步驟(2)；
其中故障方向的判別是保護裝置中方向元件的測量電流以母線流向變壓器為故障正方向；i-0039] 其中相電流突變量啟動判據為
dI田毋m，盧KreV4I廠鬥dIdz、
式(3)中厶工．，為電流突變量啟動定值，厶工、為浮動門檻，隨著變化量輸出增大而逐步自動提高，KTCT取大於l的係數，可保證門檻電流始終略高於不平衡輸出；
其中零序電流啟動判據為
3工。>工0dZ(4)
式(4)中3工。為三倍零序電流，工0dZ為零序電流啟動定值；
其中常採用的方向元件為
(a)突變量方向元件
採用三種相間突變量電流厶工m＼厶工。．和厶工CA中最大者，與其對應的相間電壓突變量比較方向，這樣可以保證任一種故障類型突變量方向元件都具有最高的靈敏度，如圖3所示
突變量正方向動作區為
／850螟／Jj一少／J L＼一／三／佔。；(5)
突變量反方向動作區為
一／629猞／J人／J L＼√50。(6)
式中』L＼伊代表相電壓突變量
a1)突變量正方向元件動作判據為
1)突變量電流厶工m＼厶工。．和厶工CA中最大者大於2倍工加；
2)相應的突變量方向判為正方向。
a2)突變量反方向元件動作判據為
1)突變量電流厶工m＼厶工。．和厶工CA中最大者大於1．25倍工加；
2)相應的突變量方向判為反方向。
工On為突變量啟動元件定值。
(b)零序方向元件
如圖4所示零序正方向動作區為
18』≤arg(3工。／3U。)≤180』 ；(7)B 相-90°<arg(UcA/lB) <30°
C 相-90o^arg(UAB/Ic) 3I0DZ ；其中JIcidz指零序電流定值，零序I IV段電流定值分別為ΙΜ、I02> I03和ΙΜ。b2)零序反方向元件的動作判據為位於零序反方向動作區，且3、> 0. 625*31·。(c)負序方向元件負序元件也設有正、反兩個方向的方向元件，如圖5所示，正向元件的整定值可以 整定，方向元件不需整定，靈敏度自動比正向元件高，電流門檻取為正方向的0. 625倍負序正方向動作區為18° 彡 arg(3I2/3U2)彡 180° (9)；負序反方向動作區為-162° ^ arg(3I2/3U2) ^ 0° (10)；式中3U2代表三倍負序電壓，式中312代表三倍負序電流；1)負序正方向元件的動作判據為位於負序正方向動作區且3I2 > 3I2DZ，其中 3I2DZ為負序電流定值；2)負序反方向元件的動作判據為位於負序反方向動作區且312 > 0. 625*3I2DZ。(d)90°接線功率方向元件90°接線方向元件(電流滯後電壓角度為正)，如圖6所示，各相電流保護受式 (11)所示相應方向元件的控制，正方向動作區為護裝置判斷為故障正方向，並且Lls到Lks線路保護裝置都沒有判斷為故障反方向，則判斷 為母線B3故障，跳開6#、Lls到Lks斷路器進入步驟(9)；否則直接進入步驟(9)；(6)、如果保護裝置接收的功率方向信息顯示出1#到見#線路保護裝置以及4#母線 分段保護裝置、Mls到Mjs線路保護裝置以及5#母線分段保護裝置，Lls到Lks線路保護裝置 以及6#母線分段保護裝置，其中至少有一個保護裝置方向元件判斷為故障正方向，其他保 護裝置都沒有判斷為故障反方向，則進入步驟(7)，否則跳轉到步驟(9)；(7)、保護裝置向1#、5#、6#、Mlfl到Mf、Llfl到Lks斷路器發送跳閘指令；(8)、1#、5#、6#、M1#到Mj#、Ll#到Lks斷路器完全斷開後，如果Hls到His線路保護裝 置、4#母線分段保護裝置其中至少有一個保護裝置方向元件判斷為故障正方向，其他保護 裝置都沒有判斷為故障反方向，則判斷為母線Bl故障，跳開1#、H1#到His斷路器，進入步驟 (9)；(9)結束。
8
權利要求
一種基於GOOSE方式的數位化變電站變壓器後備保護處理方法，其特徵在於包括以下步驟(1)、檢測變壓器中保護裝置是否發生故障，如果故障發生，則進入故障方向的判別，並且以GOOSE報文方式向其他保護裝置發送故障方向測量結果並進入步驟(2)；(2)、如果保護裝置接收不到變壓器一側故障方向信息，轉入步驟(3)；如果保護裝置接收不到變壓器各側故障方向信息，轉入步驟(6)；否則直接進入步驟(9)；(3)、如果保護裝置接收的功率方向信息顯示變壓器故障方向信息正常獲取側、與變壓器故障方向信息缺失一側連接線相連的母線上的所有線路保護裝置、母線分段保護裝置，其中至少有一個保護裝置方向元件判斷為故障正方向，其他保護裝置都沒有判斷為故障反方向，則進入步驟(4)；否則直接進入步驟(9)；(4)、保護裝置向變壓器故障方向信息缺失一側連接線上的斷路器發送跳閘指令；(5)、變壓器故障方向信息缺失一側連接線上的斷路器完全斷開後，如果保護裝置接收的功率方向信息顯示除變壓器信息缺失側以外任何一側判為故障正方向，並且變壓器其餘側沒有判斷為故障反方向，則判斷為變壓器內部故障，跳開除變壓器信息缺失側斷路器以外與變壓器相連的所有斷路器；如果與變壓器信息缺失側母線相連的所有線路保護裝置、母線分段保護裝置，其中至少有一個保護裝置方向元件判斷為故障正方向，其他保護裝置都沒有判斷為故障反方向，則判斷為母線故障，跳開除變壓器信息缺失側斷路器以外，與變壓器信息缺失側母線相連的所有斷路器後進入步驟(9)；否則直接進入步驟(9)；(6)、如果保護裝置接收的功率方向信息顯示變壓器各側母線上所有線路的保護裝置以及母線分段保護裝置，其中至少有一個保護裝置方向元件判斷為故障正方向，其他保護裝置都沒有判斷為故障反方向，則進入步驟(7)；否則進入步驟(9)；(7)、保護裝置向變壓器高壓側斷路器、變壓器其他側母線上的線路斷路器和母聯斷路器發送跳閘命令；(8)、變壓器高壓側斷路器、變壓器其他側母線上的線路斷路器和母聯斷路器完全斷開後，如果保護裝置接收的功率方向信息顯示高壓側所有線路保護裝置、母線分段保護裝置其中至少有一個保護裝置方向元件判斷為故障正方向，其他保護裝置都沒有判斷為故障反方向，則判斷為高壓側母線故障，跳開與高壓側母線相連的所有斷路器，進入步驟(9)；(9)、結束。
2.根據權利要求1所述的基於GOOSE方式的數位化變電站變壓器後備保護處理方法， 其特徵在於所述步驟(1)中的故障方向的判別是在保護裝置中方向元件的判斷區內進行 判別，且方向元件的測量電流以母線流向變壓器為故障正方向。
全文摘要
本發明公開了一種基於GOOSE方式的數位化變電站變壓器後備保護處理方法，當數位化變電站內部或者是鄰近區域發生故障時，在變壓器主保護信息缺失的情況下，提供了一種不同間隔層保護裝置通過GOOSE報文依據發布訂閱關係交發送和接收故障方向信息，依靠邏輯判斷為變壓器提供後備保護，共同協調完成變壓器後備保護功能的處理方法。本發明所述方法能夠提高數位化變電站繼電保護的可靠性，有助於數位化變電站的進一步發展。
文檔編號H02J13/00GK101917064SQ20101024591
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月5日 優先權日2010年8月5日
發明者商建華, 孫強宇, 孫明, 封曉東, 文明浩, 李豐, 李兵, 杜建波, 楊新徵, 王來軍, 馬雲龍 申請人:河南省電力公司許昌供電公司