基於iec61850的變電站集成保護系統的製作方法

2023-09-21 11:44:35 3

專利名稱：基於iec61850的變電站集成保護系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於電力系統繼電保護和自動化領域，具體涉及一種基於IEC61850的變電 站集成保護系統。
背景技術：
IEC61850標準是國際電工委員會(正C)發布的變電站自動化系統標準。中國己經從 標準研究階段過渡到工程應用階段，並已有多個基於IEC61850標準的變電站投入使用。 IEC61850標準代表了變電站自動化技術的發展方向。
採用IEC61850標準後，變電站的所有信息都可以通過網絡進行傳遞和共享，使得 繼電保護裝置可以獲得更多的信息，從而為新型繼電保護原理的應用創造必要的條件。 但對於在IEC61850標準體系下如何構建繼電保護系統尚未有明確的技術方案。傳統的 繼電保護系統是面向電力元件的，諸如線路保護、變壓器保護、母線保護、發電機保護、 電動機保護等等。各個保護設備之間缺乏有效的信息溝通和信息共享，使得傳統的繼電 保護系統常常顧此失彼，難以滿足日益增長的電力系統的要求。基於變電站全站電氣量 和開關量信息的集成保護是未來變電站繼電保護技術的發展方向。
未採用IEC61850的變電站內的各個保護設備之間是空間上相互獨立，功能上的相 互配合通過二次電纜的電氣連接來實現的，這樣的做法導致裝置之間的二次電纜非常 多，而且為了保證彼此配合的可靠性和避免受到變電站內的電磁幹擾，識別這些電纜的 狀態信息需要一定的延時，這樣使得保護裝置的動作速度受到損失。

發明內容
本發明提供一種基於正C61850變電站的集成繼電保護系統。 本發明採用具體採用以下技術方案
一種基於正C61850的變電站集成保護系統，該變電站集成保護系統包括兩臺主保 護主機A和B、兩臺後備保護主機A'和B'、第一過程總線l、第二過程總線2、多個合 並單元1一M、第一智能操作箱X、第二智能操作箱Y、 GPS授時裝置；其特徵在於-
所述合併單元1一M的輸入端與變電站中各電壓互感器和電流互感器的二次側相連， 用於採集變電站的電壓電流狀態量；
所述智能操作箱的輸入端連接變電站各斷路器的輔助觸點，用於採集斷路器的開關 量，所述智能操作箱的輸出端與變電站各斷路器的合閘、跳閘控制裝置相連，用於實現對斷路器的合閘、跳閘控制；
所述GPS授時裝置對變電站內所有的合併單元與智能操作箱進行授時，對採集的模 擬量和開關量標註GPS同步時標；
所有合併單元1一M、第一智能操作箱X、第二智能操作箱Y、兩臺主保護主A和B、 兩臺後備保護主機A'和B'均同時與第一過程總線1和第二過程總線2相連，通過第一 過程總線1和第二過程總線2實現數據通信，主保護和後備保護從過程總線上獲取合併 單元上送的模擬量信息以及智能操作箱上送的開關量信息；
由兩臺主保護和兩臺後備保護主機根據基於IEC61850標準採集並通過過程總線上 送的模擬量和開關量信息來判定故障，若發生故障則通過第一過程總線1和第二過程總 線2組成的網絡給智能操作箱下達跳閘命令。
所述合併單元用於將一次PT和CT採集採集信號進行集中處理，並將處理後的數 據發送到過程總線上，每一個一次設備間隔，配置一個合併單元。所述智能操作箱從網 絡接受對開關的跳合閘命令，閉合裝置內的小繼電器已達到控制外部斷路器的功能。
過程總線由光纖乙太網構成，用於合併單元、智能操作箱與保護主站之間的數據通信。
GPS授時裝置對變電站內所有的合併單元與智能操作箱進行授時，確保保護主站獲 取的模擬量和開關量都是帶有GPS同步時標的。主保護和後備保護從過程總線上獲取 合併單元上送的模擬量信息以及智能操作箱上送的開關量信息。
合併單元的採樣率為每周波80點，採樣的通信協議為IEC61850-9-2 (特定通信服 務映射(SCSM)通過ISO/IEC 8802-3的採樣值標準)，通過該協議，合併單元將採集到的 模擬量信息發送到兩個過程總線上。
智能操作箱與保護主機之間的通信協議為GOOSE (面向通用對象的變電站事件)， 所有配置好的信息(如跳閘、互鎖、斷路器狀態)能在過程總線上傳輸；智能操作箱X 和智能操作箱Y是功能完全相同的裝置，任意裝置收到保護主機的跳閘命令都可以去執 行相應的跳閘操作，兩個操作箱是完全相同且彼此獨立，都和相關的斷路器有控制聯繫， 任何操作箱發出跳閘命令，都會跳開相應的斷路器。這樣做的目的，是保證在跳閘控制 部分是雙重化的，不會因為一臺操作箱的故障而導致跳閘命令無法下達。
主保護A和主保護B是完全相同的保護主機，保證了國內繼電保護標準要求的主 保護雙重化的要求，任意保護主機檢測到故障，都可以快速地發出跳閘命令，確保變電 站集成保護系統可以快速可靠的切除故障。兩臺主保護之間是完全獨立的，沒有任何聯 系，這樣做的目的是，在一臺主保護髮生故障或者因為檢修而退出的情況下，另外一個主保護可以繼續工作。
後備保護A'和後備保護B'是完全相同的保護主機，二者通過專用網絡連接。在正 常情況下，後備保護A'與後備保護B'每隔IO秒相互傳遞心跳報文，以檢測後備保護A' 與後備保護B'之間的信息是通暢的， 一旦超過10秒沒有收到心跳報文，則後備保護A' 和後備保護B'報"後備保護通信異常"告警信息。由於本發明的集成保護系統的主保護 是雙重化的，因此後備保護的動作可能性很低，為了避免後備保護的誤動作，要求當後 備保護A'和後備保護B'同時檢測到故障的時候，才允許後備保護髮送跳閘命令給智能 操作箱。主保護與後備保護的區別是主保護動作速度快， 一般是沒有判定邏輯上的延 時，而後備保護一般都有延時，需要持續判定一段時間才能認為是有故障發生。關於主 保護與後備保護的功能劃分，在繼電保護行業內有明確的規定，本發明沿用繼電保護傳 統的規定。
主保護主要完成變電站內電力設備的主保護，這些主保護包括母線差動保護，變 壓器分相差動保護，變壓器零序差動保護，輸電線路距離保護，電動機差動保護；後備 保護主要完成變電站內的電力設備的後備保護，這些後備保護包括母線備自投，母線 充電保護，變壓器複合電壓閉鎖過流保護，變壓器過負荷保護，變壓器間隙過流保護， 變壓器間隙過電壓保護，線路過負荷保護，線路重合閘，線路過流保護；上述的所有保 護原理均是現有技術中已經存在的。這些保護功能在集成保護內的體現是一個個獨立的 功能模塊，這些模塊之間可以通過集成保護的整體邏輯來相互配合，這些配合關係與傳 統的繼電保護類似。但傳統的變電站內的各個保護設備之間是空間上相互獨立，功能上 的相互配合通過二次電纜的電氣連接來實現的，這樣的做法導致裝置之間的二次電纜非 常多，而且為了保證彼此配合的可靠性和避免受到變電站內的電磁幹擾，為了避免誤動 作，還要等待比較長的延時(一般是0.1 0.5秒)來識別這些電纜的狀態信息，這樣 使得保護裝置的動作速度受到損失。本發明所提出的集成保護內部，所有保護元件之間 都可以在集成保護的框架體系下相互通信，各個保護元件的動作狀態都是透明的，相互 之間的配合延時可以縮短到0秒。


圖l、基於正C61850變電站的集成保護系統示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實例對本發明作進一步的詳細說明。
過程總線1和過程總線2為光纖乙太網構成，用於合併單元、智能操作箱與保護主站之間的數據通信。GPS授時裝置對變電站內所有的合併單元與智能操作箱進行授時， 確保保護主站獲取的模擬量和開關量都是帶有GPS同步時標的。主保護A和後備保護 A'從過程總線1上獲取合併單元上送的模擬量信息以及智能操作箱上送的開關量信息， 主保護B和後備保護B'從過程總線2上獲取合併單元上送的模擬量以及智能操作箱上 送的開關量信息。
合併單元的採樣率為每周波80點，採樣的通信協議為IEC61850-9-2 (特定通信服 務映射(SCSM)通過ISO/IEC 8802-3的採樣值標準)，通過該協議，合併單元將採集到的 模擬量信息發送到過程總線1和過程總線2上。
智能操作箱與保護主機之間的通信協議為GOOSE (面向通用對象的變電站事件)， 所有配置好的信息(如跳閘、互鎖、斷路器狀態)能在過程總線1和過程總線2上傳輸； 智能操作箱X和智能操作箱Y是功能完全相同的裝置，任意裝置收到保護主機的跳閘 命令都可以去執行相應的跳閘操作。
主保護A和主保護B是完全相同的保護主機，保證了國內繼電保護標準要求的主 保護雙重化的要求，任意保護主機檢測到故障，都可以快速地發出跳閘命令，確保變電 站集成保護系統可以快速可靠的切除故障。
後備保護A'和後備保護B'是完全相同的保護主機，二者通過專用網絡連接。在正 常情況下，後備保護A'與後備保護B'每隔IO秒相互傳遞心跳報文，以檢測後備保護A' 與後備保護B'之間的信息是通暢的， 一旦超過10秒沒有收到心跳報文，則後備保護A' 和後備保護B，報"後備保護通信異常"告警信息。由於本發明的集成保護系統的主保護 是雙重化的，因此後備保護的動作可能性很低，為了避免後備保護的誤動作，要求當後 備保護A，和後備保護B'同時檢測到故障的時候，才允許後備保護髮送跳閘命令給智能 操作箱。
集成保護在運行情況下，合併單元把各個被保護設備的電壓電流標記GPS時間後 上送到過程總線1和過程總線2上，主保護A和主保護B根據獲取的模擬量完成所有 的主保護功能。
主保護主要完成變電站內電力設備的主保護，這些主保護包括母線差動保護，變 壓器分相差動保護，變壓器零序差動保護，輸電線路距離保護，電動機差動保護；後備 保護主要完成變電站內的電力設備的後備保護，這些後備保護包括母線備自投，母線 充電保護，變壓器複合電壓閉鎖過流保護，變壓器過負荷保護，變壓器間隙過流保護， 變壓器間隙過電壓保護，線路過負荷保護，線路重合閘，線路過流保護；
上述保護功能在集成保護內的體現是一個個獨立的功能模塊，這些模塊之間可以通 過集成保護的整體邏輯來相互配合，這些配合關係以及保護原理與傳統的繼電保護相同。但傳統的變電站內的各個保護設備之間是空間上相互獨立，功能上的相互配合通過 二次電纜的電氣連接來實現的，這樣的做法導致裝置之間的二次電纜非常多，而且為了 保證彼此配合的可靠性和避免受到變電站內的電磁幹擾，為了避免誤動作，還要等待比 較長的延時(一般是0. 1 0.5秒)來識別這些電纜的狀態信息，這樣使得保護裝置的 動作速度受到損失。本發明所提出的集成保護內部，所有保護元件之間都可以在集成保 護的框架體系下相互通信，各個保護元件的動作狀態都是透明的，相互之間的配合延時 可以縮短到0秒。
權利要求
1、一種基於IEC61850的變電站集成保護系統，該變電站集成保護系統包括兩臺主保護主機(A，B)、兩臺後備保護主機(A』，B』)、第一過程總線(1)、第二過程總線(2)、多個合併單元(1—M)、第一智能操作箱(X)、第二智能操作箱(Y)、GPS授時裝置；其特徵在於所述多個合併單元(1—M)的輸入端與變電站中各電壓互感器和電流互感器的二次側相連，用於採集變電站的電壓電流狀態量；所述智能操作箱的輸入端連接變電站各斷路器的輔助觸點，用於採集斷路器的開關量，所述智能操作箱的輸出端與變電站各斷路器的合閘、跳閘控制裝置相連，用於實現對斷路器的合閘、跳閘控制；所述GPS授時裝置對變電站內所有的合併單元與智能操作箱進行授時，對採集的模擬量和開關量標註GPS同步時標；所有合併單元(1—M)、第一智能操作箱(X)、第二智能操作箱(Y)、兩臺主保護主機(A，B)、兩臺後備保護主機(A』，B』)均同時與第一過程總線(1)和第二過程總線(2)相連，通過第一過程總線(1)和第二過程總線(2)實現數據通信，主保護和後備保護從過程總線上獲取合併單元上送的模擬量信息以及智能操作箱上送的開關量信息；由兩臺主保護和兩臺後備保護主機根據基於IEC61850標準採集並通過過程總線上送的模擬量和開關量信息來判定故障，若發生故障則通過第一過程總線(1)和第二過程總線(2)組成的網絡給智能操作箱下達跳閘命令。
2、 根據權利要求1所述的基於正C61850的變電站集成保護系統，其特徵在於 所述過程總線由光纖乙太網構成；所述系統的合併單元的採樣率為每周波80點，採樣的通信協議為正C61850-9-2; 所述系統的智能操作箱與保護主機之間的通信協議為GOOSE，任意智能操作箱收 到保護主機的跳閘命令都可以去執行相應的跳閘操作。
3、 根據權利要求1或2所述的基於IEC61850的變電站集成保護系統，其特徵在 於所述系統的第一主保護(A)和第二主保護(B)是完全相同的保護主機，保證了 繼電保護標準要求的主保護雙重化的要求，任意保護主機檢測到故障，都可以快速地發 出跳閘命令，確保變電站集成保護系統可以快速可靠的切除故障。
4、根據權利要求3所述的基於正C61850的變電站集成保護系統，其特徵在於 所述系統的第一後備保護(A')和第二後備保護(B，)是完全相同的保護主機，二者通過專用網絡連接，在正常情況下，第一後備保護(A')和第二後備保護(B')每隔10 秒相互傳遞心跳報文，以檢測第一後備保護(A')和第二後備保護(B')之間的信息是 通暢的， 一旦超過10秒沒有收到心跳報文，則第一後備保護(A，)和第二後備保護(B，) 報"後備保護通信異常"告警信息。
5、 根據權利要求4所述的基於IEC61850的變電站集成保護系統，其特徵在於-當第一後備保護(A')和第二後備保護(B')同時檢測到故障的時候，才允許後備保護 發送跳閘命令給智能操作箱。
6、 根據權利要求1或2所述的基於正C61850的變電站集成保護系統，其特徵在 於，在兩臺主保護主機(A， B)中設置以下主保護母線差動保護，變壓器分相差動 保護，變壓器零序差動保護，輸電線路距離保護，電動機差動保護。
7、 根據權利要求1或2所述的基於正C61850的變電站集成保護系統，其特徵在 於，兩臺後備保護主機(A'， B')中設置以下後備保護母線備自投，母線充電保護， 變壓器複合電壓閉鎖過流保護，變壓器過負荷保護，變壓器間隙過流保護，變壓器間隙 過電壓保護，線路過負荷保護，線路重合閘，線路過流保護。
全文摘要
本發明公開了一種基於IEC61850的變電站集成保護系統。將變電站的電壓電流等信息通過合併單元標記GPS時鐘信息、將變電站的開關狀態信息通過智能操作箱採集，並標記GPS時鐘信息，所述電壓電流以及開關狀態信息通過乙太網上送給保護主站系統。保護主站根據上傳的信息來判斷該變電站是否有電力元件發生故障，如果發生故障則通過網絡下達跳閘命令給智能操作箱，由智能操作箱跳開相應的斷路器，隔離故障。保護主站由四臺主機組成，其中兩臺作為變電站主保護，另外兩臺作為變電站後備保護。主保護兩臺主機的任意主機檢測出故障均可以下達跳閘命令。後備保護的兩臺主機通過專用網絡直連，為了避免後備保護誤動作，兩臺主機同時檢測出故障則發跳閘命令。
文檔編號H02J13/00GK101431230SQ20081024004
公開日2009年5月13日 申請日期2008年12月17日 優先權日2008年12月17日
發明者周紅陽, 斌 姚, 屠黎明, 楊晉柏, 王久玲, 祝朝暉, 暐 範, 趙曼勇, 陳朝暉, 龔建平 申請人:中國南方電網有限責任公司;北京四方繼保自動化股份有限公司