專利名稱：網(wǎng)域繼電保護的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)繼電保護技術領域。本發(fā)明適用于發(fā)電廠和變電站主設備及電力線路的短路故障保護。
背景技術：
:在電力系統(tǒng)繼電保護技術領域，主要是當代有兩項重大技術發(fā)展進步，使本發(fā)明得以實施，成為可能。1，計算機繼電保護裝置的應用，并進入成熟階段；2，IEC61850 (變電站網(wǎng)絡與通信協(xié)議)新一代變電站網(wǎng)絡通信體系的建立，使通信信息建模標準化。發(fā)明內(nèi)容:網(wǎng)域繼電保護是一個全新的概念，與傳統(tǒng)的、分散的、獨立的保護繼電器或保護裝置不同。網(wǎng)域繼電保護是指，在包括發(fā)電機、變壓器、母線、電抗器、電容器等主要電氣設備及電力(或電纜)線路的電力網(wǎng)絡中，按給定的區(qū)域，適當?shù)嘏渲秒娏骰ジ衅鳎?有/無)電壓互感器，微機保護監(jiān)測頭，利用網(wǎng)絡通信技術和計算機技術，形成的短路故障繼電保護系統(tǒng)。該系統(tǒng)從原理構成上能夠準確地、快速地判斷短路故障或非故障，及故障發(fā)生的區(qū)間，使電力系統(tǒng)繼電保護技術兩個最重要的技術指標可靠性和快速性提高到一個新的水平。結構及各部分的主要功能:網(wǎng)域繼電保護的結構主要分為四部分，見附圖網(wǎng)域繼電保護系統(tǒng)原理框圖。I保護監(jiān)測頭；2保護計算機；3信號及跳閘指令執(zhí)行部分(出口)；4網(wǎng)絡通信。監(jiān)測頭的主要功能:監(jiān)測頭連接電流/電壓互感器。判斷該回路是正常運行電流(Z)、過負荷電流(G)、還是短路電流(D)。判斷短路電流的方向，是運行負荷電流的方向(以下稱為正向，或者稱為A向)，還是與負荷電流的方向相反(以下稱為反向，或者稱為B向)。A, B，Z, G, D均為開關量，及作為監(jiān)測量的模擬量，適時送往保護計算機。保護計算機的主要功能:接收各監(jiān)測點監(jiān)測頭發(fā)來的A，B，Z, G, D開關量信息，通過計算和邏輯判斷，確定發(fā)生短路故障及短路故障所在區(qū)間。并把確定結果信息送往出口執(zhí)行部分。保護計算機還接受電流、電壓量(模擬量)及斷路器開/合位置等信息，完成計算機管理、計算、記錄、報表等功能。信號及跳閘指令執(zhí)行部分(出口):信號及跳閘指令執(zhí)行部分接受來自計算機的信息，并以三中取二的原則，最終確定跳閘和信號的結果，并以“繼電器接點”的形式，通過電纜送到相應的安裝單位，或者以光纖通信把跳閘指令送到智能設備終端。網(wǎng)絡通信:監(jiān)測頭到保護計算機的網(wǎng)絡通信，推薦采用IEC61850(變電站網(wǎng)絡與通信協(xié)議)網(wǎng)絡通信規(guī)約。監(jiān)測頭具體實施方案一:以虛擬電流作為保護判據(jù)重要元素的監(jiān)測頭的說明。以虛擬電流作為保護判據(jù)重要元素的監(jiān)測頭，適時地監(jiān)測電流波形，并與設計的虛擬電流相比較。依據(jù)設計的判據(jù)，經(jīng)過計算、比較和邏輯推理，判斷此時電流的方向，是運行負荷電流的方向(以下稱為正向，或者稱為A向)，還是與負荷電流的方向相反(以下稱為反向，或者稱為B向)。監(jiān)測頭適時地、連續(xù)地向保護計算機發(fā)送報告，主要是:1，關于電流是負荷電流、異常電流、或是短路故障電流的報告；2，關于短路故障電流方向的報告，是A或是B ; 網(wǎng)域繼電保護系統(tǒng)自動進行時鐘同步校準。檢測元件電流值采樣速率:36點/20ms。在電力系統(tǒng)正常運行時，監(jiān)測頭、網(wǎng)域繼電保護系統(tǒng)的工作狀態(tài)出現(xiàn)異常，立即報
m
目O短路故障發(fā)生后，保護計算機統(tǒng)一發(fā)出“復歸”指令 以虛擬電流作為保護判據(jù)重要元素的監(jiān)測頭的工作原理:
依據(jù)負荷電流的性質，變化規(guī)律，確定正常負荷電流的變化范圍，異常負荷電流的變化范圍，超出正常負荷電流和異常負荷電流屬于短路故障電流。制定正常虛擬負荷電流波形曲線和虛擬異常負荷電流波形曲線，并與實測電流相比較。時間坐標統(tǒng)一調制。以虛擬電流作為保護判據(jù)重要元素的監(jiān)測頭的工作原理說明:1.實測電流，以A相電流正弦波形為例，設為YA (t);2.確定時間的起點，例如將正弦波形上升段的“0”點作為時間的起點。由主機時鐘同步校準確定；3.連續(xù)作電流波形對時間的積分，時間間隔例如取2ms;4.去除干擾值。如某一點的值或大于前一點2倍的額定電流,或大于后一點2倍的額定電流，則取消這一點之值，以前后二點的平均值代替?；虿扇∑渌蓸又导m錯算法；
5.記憶和刷新:記憶和刷新的周期不小于60 ms；6.作虛擬異常負荷電流波形曲線的積分，積分時間間隔相同，對應的時刻也相同；7.將實測電流和虛擬異常負荷電流積分，按對應時間段作比較，判斷電流是連續(xù)平穩(wěn)的變化量，還是突變量，突變量的變化速率的大小，電流是原方向還是發(fā)生反方向；8.設以三個時間段積分值為比較單元，即可判斷是正常負荷電流、異常運行電流、還是故障電流及故障電流的方向是A還是B ；9.電壓量作為輔助判別量。正常運行情況下，電力網(wǎng)絡各點電壓量的分布是穩(wěn)定有序的。發(fā)生短路故障情況下，電力網(wǎng)絡各點電壓量形成新的分布圖，故障點電壓量顯著異常，以此鑒別故障點，綜合前述電流量監(jiān)測頭的監(jiān)測結果，發(fā)出監(jiān)測報告。監(jiān)測頭具體實施方案二:以電流變量的積分作為保護判據(jù)主要參量的監(jiān)測頭的說明。以電流變量的積分作為保護判據(jù)主要參量的監(jiān)測頭，適時地監(jiān)測電流波形，并比較電流波形故障前后的變化。依據(jù)設計的判據(jù)，經(jīng)過計算、比較和邏輯推理，判斷此時電流的方向，是運行負荷電流的方向(以下稱為正向，或者稱為A向)，還是與負荷電流的方向相反(以下稱為反向，或者稱為B向)。監(jiān)測頭適時地、連續(xù)地向保護計算機發(fā)送報告，主要是:1，關于電流是負荷電流、異常電流、或是短路故障電流的報告；2，關于短路故障電流方向的報告，是A或是B ;網(wǎng)域繼電保護系統(tǒng)自動進行時鐘同步校準。檢測組件電流值采樣速率:36點/20ms。在電力系統(tǒng)正常運行時，監(jiān)測頭、網(wǎng)域繼電保護系統(tǒng)的工作狀態(tài)出現(xiàn)異常，立即報
m
目O短路故障發(fā)生后，保護計算機統(tǒng)一發(fā)出“復歸”指令。以電流變量的積分為主要參量的監(jiān)測頭的工作原理說明:1.以A相電流正弦波形為例，設為YA (t);2.確定時間的起點，例如將正弦波形上升段的“0”點作為時間的起點。由主機時鐘同步校準確定；3.連續(xù)作電流波形對時間的積分，時間間隔例如取2ms;4.去除干擾值。如某一點的值或大于前一點2倍的額定電流,或大于后一點2倍的額定電流，則取消這一點之值，以前后二點的平均值代替?；虿扇∑渌蓸又导m錯算法；5.記憶和刷新:記憶和刷新的周期不小于60 ms ；6.將每一個時間段的積分值與前一個相同時間段的積分值作比較，判斷電流是連續(xù)平穩(wěn)的變化量，還是突變量，突變量的變化速率的大小，電流是原方向還是發(fā)生反方向；7.設以三個時間段積分值為比較單元，即可判斷是正常負荷電流、異常運行電流、還是故障電流及故障電流的方向是A還是B ;8.電壓量作為輔助判別量。正常運行情況下，電力網(wǎng)絡各點電壓量的分布是穩(wěn)定有序的。發(fā)生短路故障情況下，電力網(wǎng)絡各點電壓量形成新的分布圖，故障點電壓量顯著異常，以此鑒別故障點，綜合前述電流量監(jiān)測頭的監(jiān)測結果，發(fā)出監(jiān)測報告。保護計算機:保護計算機接收來自電力網(wǎng)絡各安裝單位(或稱作“點”)主回路隔離開關、斷路器位置的信息(開/合)；接收來自電力網(wǎng)絡各安裝單位(或稱作“點”)監(jiān)測頭的
息，關于電流是負荷電流、異常電流、或是短路故障電流及短路故障電流方向的報告。綜合各點電流量的變化，電流方向的變化，電流量變化的趨勢，判斷短路故障點的位置，同時發(fā)出斷路器跳閘指令和報警信號。網(wǎng)域繼電保護系統(tǒng)自動進行時鐘同步校準。在電力系統(tǒng)正常運行時，網(wǎng)域繼電保護系統(tǒng)的工作狀態(tài)出現(xiàn)異常，立即報警。短路故障發(fā)生后，保護計算機統(tǒng)一發(fā)出“復歸”指令。保護計算機配置各類應用軟件:(1)數(shù)據(jù)采集及處理軟件；(2)實時數(shù)據(jù)庫管理軟件；(3)歷史數(shù)據(jù)庫管理軟件；(4)數(shù)據(jù)計算 軟件；(5)人機聯(lián)系及畫面顯示軟件；(6)報警及操作記錄軟件；(7)語音報警功能軟件；(8)網(wǎng)絡通訊軟件及其他通訊軟件；(9)參數(shù)設置修正軟件；(10)各種控制命令分析及操作閉鎖軟件；(11)綜合計算統(tǒng)計及分析軟件；
(12)報表生成及打印軟件；(13)系統(tǒng)自檢自恢復軟件；(14)遠程通訊處理模塊；(15)其他軟件
信號及跳閘指令執(zhí)行部分(出口)；網(wǎng)域繼電保護系統(tǒng)的出口有兩種形式。1，與常規(guī)一次設備(斷路器)或操作箱相接。網(wǎng)域繼電保護系統(tǒng)的出口為無源常開接點。每一個斷路器的跳閘回路對應一個保護出口裝置，斷路器有二個跳閘回路，則對應二個保護出口裝置。保護出口裝置在以太網(wǎng)與保護計算機通信，接受保護計算機的指令；2，與智能化設備終端相接。保護計算機在以太網(wǎng)直接與智能化設備終端通信，可不經(jīng)過保護出口裝置轉換。保護出口邏輯采用三中取二原則。當出現(xiàn)任何一個單一的元件故障、一個誤動作、一個拒動作、一個誤判斷……，都不會造成出口的誤動或拒動。并有相應的報警、閉鎖、處理措施。網(wǎng)域繼電保護的通信:網(wǎng)域繼電保護系統(tǒng)的信息采集、傳輸、處理、輸出過程全部數(shù)字化，設備智能化、通信網(wǎng)絡化、模型和通信協(xié)議統(tǒng)一。網(wǎng)域繼電保護系統(tǒng)需要更高速度、更可靠的通信網(wǎng)絡支持。推薦采用IEC61850通信規(guī)約，或其它先進的通信規(guī)約。IEC61850通信規(guī)約使用面向對象建模技術，使用分布、分層體系，使用抽象通信服務接口(ACSI )，特殊通信服務映射SCSM技術，具有互操作性，具有開放的體系結構。網(wǎng)域繼電保護系統(tǒng)采用光纖通信及以太網(wǎng)技術。


:圖1網(wǎng)域繼電保護系統(tǒng)原理框圖，1.電流互感器/電壓互感器2.繼電保護監(jiān)測頭3.保護計算機4.信號及跳閘出口 5.通信線6.電纜線。圖1表示出網(wǎng)域繼電保護系統(tǒng)及其相關部分的基本結構，主要包括電流互感器，電壓互感器，繼電保護監(jiān)測頭，保護計算機，信號及跳閘出口，監(jiān)控計算機，時鐘同步，通信網(wǎng)及控制電纜。其中電流互感器，電壓互感器，是電氣一次設備，監(jiān)控計算機和時鐘同步是發(fā)電廠、變電站自動化系統(tǒng)配置的設備。繼電保護監(jiān)測頭，保護計算機，信號及跳閘出口及通信網(wǎng)絡是網(wǎng)域繼電保護系統(tǒng)的基本組成部分。通信網(wǎng)優(yōu)先選用光纖通信，也可以串口通信如RS485，根據(jù)工程具體情況確定。按IEC61850規(guī)約建立的GOOSE網(wǎng)和SV網(wǎng)，可以分立成兩個網(wǎng)，也可以合并成一個網(wǎng)，根據(jù)工程具體情況確定?？刂齐娎|用于傳遞“強電”的開關量和模擬量。繼電保護監(jiān)測頭采集電流量、電壓量，按傳統(tǒng)方式電流量電壓量分別來自電流互感器，電壓互感器。在智能化變電站中，繼電保護監(jiān)測頭與含有電流量電壓量的“合并單元”連接，本圖是示意的。網(wǎng)域繼電保護系統(tǒng)的特點:
1，電力網(wǎng)絡是緊密相關的整體，當某一點發(fā)生短路故障，此點附近多點的電流的大小及波形都會發(fā)生相應的變化。以多點電流的“變化”作為判斷是否發(fā)生故障及故障點所在區(qū)間的依據(jù)。2，網(wǎng)域繼電保護系統(tǒng)所有重要判斷均采用三中取二原則。3，網(wǎng)域繼電保護系統(tǒng)從結構上保證，當系統(tǒng)某一個運行的元器件損壞，保護系統(tǒng)不至于產(chǎn)生“誤動”或“拒動”的后果。4，當系統(tǒng)某一個運行的元器件受“干擾”而誤動，保護系統(tǒng)不至于產(chǎn)生“誤動”或“拒動”的后果。5，由于監(jiān)測頭工作原理及結構相對簡化，保護計算機的邏輯判斷及計算速度非?？欤跃W(wǎng)域繼電保護系統(tǒng)動作很快，系統(tǒng)開關量出口動作期望值10ms。
權利要求
1.域繼電保護特征在于主要由四部分組成:保護監(jiān)測頭；保護計算機；信號及跳閘指令執(zhí)行部分(出口)；網(wǎng)絡通信。
2.護監(jiān)測頭特征在于采集電流、電壓量，并判斷該回路是正常運行電流、過負荷電流、還是短路電流，判斷短路電流的方向，是運行負荷電流的方向，還是與負荷電流的方向相反，并將有/無故障電流，及故障電流的方向等信息送往保護計算機。
3.護計算機特征在于綜合來自各保護監(jiān)測頭的信息，進行計算和邏輯判斷，并將邏輯判斷或計算結果的信息送到信號及跳閘指令執(zhí)行部分(出口)。
4.號及跳閘裝置是執(zhí)行元件，其特征在于，接受保護計算機的信息，按三中取二原貝U，把信號及保護跳閘指令發(fā)送到相對應的“安裝單位(斷路器單元)”。
5.護監(jiān)測頭實施方案一特征在于，以采集的電流量為主要參量，以設計的虛擬電流量為判據(jù)的重要元素，按相同的計算時間段，計算采集的電流量和虛擬電流量對時間的積分，比較計算結果，判斷有/無故障電流，及故障電流的方向。
6.護監(jiān)測頭實施方案二特征在于，以采集的電流量為主要參量，比較計算時刻前后某一時間段電流量對時間的積分值，判斷有/無故障電流，及故障電流的方向。
全文摘要
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)繼電保護技術領域。與現(xiàn)代技術的保護繼電器或保護裝置不同，網(wǎng)域繼電保護主要由四部分組成1，保護監(jiān)測頭。2，保護計算機。3，信號及跳閘指令執(zhí)行部分(出口)。4，網(wǎng)絡通信。保護計算機采集網(wǎng)絡各點電流、電壓量變化的信息，進行綜合分析判斷，確定短路故障點的位置，并發(fā)出信號及跳閘指令。保護監(jiān)測頭連接電流/電壓互感器，并向保護計算機發(fā)送報告。本發(fā)明能夠準確地、快速地判斷短路故障或非故障，及故障發(fā)生的區(qū)間，使電力系統(tǒng)繼電保護技術兩個最重要的技術指標可靠性和快速性提高到一個新的水平。本發(fā)明從原理上有效地避免了現(xiàn)有技術因一個元件故障，一個電磁干擾都可能引起保護誤動、拒動的問題。
文檔編號H02H3/08GK103094880SQ20121055994
公開日2013年5月8日 申請日期2012年12月21日 優(yōu)先權日2012年12月21日
發(fā)明者李元龍 申請人:李元龍