一种智能变电站中低压侧母线速动保护系统及其方法
【专利摘要】本发明公开了一种智能变电站中低压侧母线速动保护系统及其方法，包括分布式采样接口及处理模块，自适应遥信数据采集模块，具备按照采集的分散化故障判断条件和组合逻辑的基于分布式故障识别的母线速动保护模块，实现变电站中低压侧母线故障快速切除的功能的自适应分析判断故障区域和故障类型，具备各类信息上传和母线故障快速切除出口控制功能的站控层MMS服务及其接口模块和自适应出口控制模块。本发明可用于智能变电站内，实现独立的中低压侧母线区内外各类故障的快速保护，实现了变电站内中低压侧母线故障的快速可靠切除，减少了设备损坏事故和故障影响范围，完善了变电站内中低压快速保护配置，有效提高了变电站系统运行的可靠性。
【专利说明】一种智能变电站中低压侧母线速动保护系统及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种智能变电站中低压侧母线速动保护系统及其方法，属于电力系统智能变电站【技术领域】。
【背景技术】
[0002]目前对于一般的IlOkV及以下终端变电站而言，主变高压进线、35kV、10kV出线部分均设有独立的保护，因此对于主变高压侧以外部分、35kV、10kV出线部分配置的保护动作定值一般在0.5^1.2秒之间，这部分的动作定值基本可满足外部的故障切除要求，且在故障切除或消失后，一次设备均可恢复正常运行。
[0003]但站内由于出线间隔多，延伸至每个间隔，中低压母线的总长度仍相对较长、且连接部件较多，由于绝缘击穿、局部放电、绝缘子过热老化等原因，出现故障的概率仍存在，特别是多年运行的中低压母线发生故障的风险较大。一旦母线短路故障发生，故障电流高达8000A以上，故障时产生的电磁应力和过热导致的一系列问题，对母线及开关柜设备损毁严重。
[0004]针对主变中低侧母线故障的常规解决方案是利用相应的后备保护动作切除，但后备保护是按逐级配合原则设置，一般定值在0.8^2.0秒之间，该保护的故障动作时间长，虽能切除故障，大电流导致的母线严重变形、设备烧毁、绝缘击穿或下降、或保护CT等故障问题造成的损失往往难以挽回，甚至可能导致开关柜设备无法继续使用，恢复供电可靠的时间周期、和停电的时间均较大。
[0005]对于主变开关死区故障或者分段死区故障，可能没有故障电流穿越低压侧CT，低后备难以检测到故障电流而启动动作，使得故障难以切除，此时只有依靠高后备保护检测到的故障电流动作切除；而高后备设计为低后备保护的后备保护，切除死区故障的时间更长，一般为1.5~2秒。在这样情况`下，即使故障被切除，造成的故障或留下更多的缺陷隐患更多，恢复供电前，必须仔细完成各项试验，否则会存在较大运行风险。
[0006]因此，需要设计一种智能变电站中低压侧母线速动保护系统，智能识别站内普通母线故障、主变中低开关死区故障、分段开关死区故障等各类母线故障类型，实现快速、准确地动作跳闸切除故障，保障站内一次设备的安全稳定运行。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题在于提供一种智能变电站中低压侧母线速动保护系统及其方法，完善智能变电站内中低压快速保护配置，实现智能变电站内中低压侧母线故障的快速可靠切除，减少设备损坏和故障影响范围，提高变电站系统运行的可靠性。
[0008]为实现上述发明目的，本发明采取以下的技术方案实现:
一种智能变电站中低压侧母线速动保护系统，包括
分布式采样接口及处理模块:具备可直接接收常规模拟量信号的接口和接收合并单元装置的数字SV采样值输出的光纤接口，分布式完成主变压器各侧保护测量电压电流数据的同步输入采集，以及变电站中低压侧各出线线路负荷的功能；
自适应遥信数据采集模块:通过双绞线以太网和专用光纤GOOSE网，对变电站内的低压出线间隔/电容器间隔/分段间隔以及主变中低压侧开关间隔的保护启动、保护跳闸、装置故障的GOOSE信号进行接收与处理；
基于分布式故障识别的母线速动保护模块:根据前级分布式采集的保护电量信息、低压出线/电容器/分段保护启动、装置故障和开关位置等信息，按照相应的分散化故障判断条件和其它条件组合逻辑，自适应分析故障，综合判断故障区域是否为中低压母线区内故障以及故障的类型，并执行相应的母线故障保护逻辑，实现变电站中低压侧母线故障的快速切除；
站控层MMS服务及其接口模块:提供基于IEC 61850的MMS服务，实现遥测信号、遥信信号、保护启动信号、母线故障信号、保护动作出口信号至站内后台及监控系统的信息上传服务；
自适应出口控制模块:提供基于常规开关量输出和基于IEC 61850G00SE服务的开出，并支持混合应用，实现各类应用场合下的保护动作跳闸出口功能。
[0009]所述分布式采样接口及处理模块和自适应遥信数据采集模块的输出端均与母线速动保护模块的输入端相连接，所述母线速动保护模块的输出端分别连接自适应出口控制模块和站控层MMS服务及其接口模块的输入端。
[0010]前述的一种智能变电站中低压侧母线速动保护系统，其特征在于:所述分布式采样接口及处理模块，具备常规模拟量信号和数字式光纤采样接口，根据现场应用需要，接收设备所需的电压电流量，完成主变压器各侧保护测量数据的同步输入采集解析或者变电站中低压侧各出线线路负荷采集功能。
[0011]前述的一种智能变电站中低压侧母线速动保护系统，其特征在于:所述遥信数据采集模块，包含以太网采集模块，直接接入站控层网络交换机，采集母线故障分析所需的低压出线/电容器/分段间隔的保护启动、保护跳闸、装置故障、开关位置信号。
[0012]前述的一种智能变电站中低压侧母线速动保护系统，其特征在于:所述遥信数据采集模块，包含光纤GOOSE采集模块，直接接入过程层GOOSE网络交换机，采集主变中低压侧开关位置、主变后备保护启动/保护动作信号。
[0013]前述的一种智能变电站中低压侧母线速动保护系统，其特征在于:所述基于分布式故障识别的母线速动保护模块，包含区内外故障分析模块:根据前级采集的保护电量信息以及低压出线间隔/电容器间隔/分段间隔保护启动和装置故障信息，按照相应的分散化故障判断条件和组合逻辑，分析判断系统故障是否为主变中低压侧母线上的区内故障。
[0014]前述的一种智能变电站中低压侧母线速动保护系统，其特征在于:所述基于分布式故障识别的母线速动保护模块，包含逻辑判别及保护控制模块:当故障为母线区外故障时，母线速动保护逻辑功能放电并闭锁保护出口 ；当故障为母线区内故障时，根据低压分段的保护启动、动作信号，低压出线/电容器启动信号，低后备电流保护启动信号以及分段开关、低侧主变开关的分合位信号的组合逻辑，判断区分故障类型为母线故障、分段失灵死区故障或者为低侧开关失灵死区故障，并执行相应的保护，快速切除相应故障节点，实现中低侧母线速动保护功能。
[0015]前述的一种智能变电站中低压侧母线速动保护系统，其特征在于:所述站控层MMS服务及其接口模块，提供基于IEC 61850的MMS服务，实现遥测信号、遥信信号、保护启动信号、母线故障信号、保护动作出口信号至站内后台及监控系统的信息上传服务。
[0016]前述的一种智能变电站中低压侧母线速动保护系统，其特征在于:所述自适应出口控制模块，提供基于常规继电器的开关量输出或基于光纤以太网GOOSE服务的开出，实现保护动作基于不同模式的跳闸出口控制功能，满足各类场景下的应用需求。
[0017]一种智能变电站中低压侧母线速动保护方法，其方法步骤包括如下:
(1)分布式采样接口及处理步骤；通过接收常规模拟量信号的接口和接收合并单元装置传送来的数字SV采样值信号的光纤接口，分布式完成主变压器各侧保护测量电压电流数据的同步输入采集以及变电站中低压侧各出线线路负荷的采集；
(2)自适应遥信数据采集步骤；通过以太网网络和专用GOOSE网络，对变电站内的低压出线间隔、电容器间隔、分段间隔以及主变中低压侧开关间隔的保护启动、保护跳闸、装置故障的GOOSE信号进行接收与处理；
(3)基于分布式故障识别的母线速动保护步骤；根据步骤(I)和步骤(2)采集的信息，按照相应的分散化故障判断条件和组合逻辑，自适应分析故障，综合判断故障区域是否为中低压母线区内故障以及故障的类型，并执行相应的母线故障保护逻辑，实现变电站中低压侧母线故障的快速切除；
(4)信号上传步骤；基于IEC61850的MMS服务，通过站控层MMS服务及其接口模块实现步骤(3)的遥测信号、遥信信号、保护启动信号、母线故障信号、保护动作出口信号至站内后台及监控系统的信息上传服务；
(5)自适应出口控制步骤；根据步骤(3)的输出信息，通过基于常规开关量输出和基于IEC 61850 GOOSE服务的开出，对各类应用场景下的保护动作跳闸出口的控制。
[0018]本发明的有益效果是:本发明提供了一种智能变电站中低压侧母线速动保护系统，可用于智能变电站内母线中低侧母线故障的快速切除，实现独立的中低压侧母线区内外各类故障的快速保护，是变电站中低侧后备保护的有益补充，减少了设备损坏事故和故障影响范围，完善了变电站内中低压快速保护配置，有效提高了变电站系统运行的可靠性。本发明为目前智能变电站中低侧母线故障时故障切除时间长，严重危及设备运行安全及人身安全的问题提供了 一种便捷有效的解决方案。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明智能变电站中低压侧母线速动保护系统的功能模块结构图。
【具体实施方式】
[0020]为使本发明实现的技术方案、技术特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合【具体实施方式】，进一步阐述本发明。
[0021]图1是本发明智能变电站中低压侧母线速动保护系统的功能模块结构图。该智能变电站中低压侧母线速动保护系统，包括:
分布式采样接口及处理模块:通过常规模拟量接口和数字式光纤采样接口，根据现场应用需要，接收设备所需的电压电流量，完成主变压器各侧保护测量数据的同步输入采集解析或者变电站中低压侧各出线线路负荷采集功能； 自适应遥信数据采集模块:通过双绞线以太网和专用光纤GOOSE网，对变电站内的低压出线间隔/电容器间隔/分段间隔以及主变中低压侧开关间隔的保护启动、保护跳闸、装置故障的GOOSE信号进行接收与处理；
母线区内外故障分析模块:根据前级采集的保护电量信息以及低压出线间隔/电容器间隔/分段间隔保护启动和装置故障信息，按照相应的分散化故障判断条件和组合逻辑，分析判断系统故障是否为主变中低压侧母线上的区内故障；
母线故障逻辑判别及保护控制模块:当故障为母线区外故障时，母线速动保护逻辑功能放电并闭锁保护出口 ；当故障为母线区内故障时，根据低压分段的保护启动、动作信号，低压出线/电容器启动信号，低后备电流保护启动信号以及分段开关、低侧主变开关的分合位信号的组合逻辑，判断区分故障类型为母线故障、分段失灵死区故障或者为低侧开关失灵死区故障，并执行相应的保护，快速切除相应故障节点，实现中低侧母线速动保护功倉泛;
站控层MMS服务及其接口模块:提供基于IEC 61850的MMS服务，实现遥测信号、遥信信号、保护启动信号、母线故障信号、保护动作出口信号至站内后台及监控系统的信息上传服务；
自适应出口控制模块:通过基于常规继电器的开关量输出或基于光纤以太网的GOOSE开出服务，实现保护动作基于不同模式的跳闸出口控制功能，满足各类场景下的应用需求。
[0022]上述分布式采样接口及处理模块和自适应遥信数据采集模块的输出端均与母线速动保护模块的输入端相连接，所述母线速动保护模块的输出端分别连接自适应出口控制模块和站控层MMS服务及其接口模块的输入端。
[0023]本实施例中，该自适应遥信数据采集模块包含以太网采集模块和光纤GOOSE采集模块；通过光纤GOOSE采集模块，直接接入过程层GOOSE网络交换机，采集主变中低压侧开关位置、主变后备保护启动/保护动作信号。并以太网采集模块直接接入站控层网络交换机，采集母线故障分析所需的低压出线/电容器/分段间隔的保护启动、保护跳闸、装置故障、开关位置信号。
[0024]上述分布式采样接口及处理模块，具备常规模拟量信号和数字式光纤采样接口，根据现场应用需要，接收设备所需的电压电流量，完成主变压器各侧保护测量数据的同步输入采集解析或者变电站中低压侧各出线线路负荷采集功能。基于分布式故障识别的母线速动保护模块，包含区内外故障分析模块:根据前级采集的保护电量信息以及低压出线间隔/电容器间隔/分段间隔保护启动和装置故障信息，按照相应的分散化故障判断条件和组合逻辑，分析判断系统故障是否为主变中低压侧母线上的区内故障。
[0025]所述基于分布式故障识别的母线速动保护模块，包含逻辑判别及保护控制模块:当故障为母线区外故障时，母线速动保护逻辑功能放电并闭锁保护出口 ；当故障为母线区内故障时，根据低压分段的保护启动、动作信号，低压出线/电容器启动信号，低后备电流保护启动信号以及分段开关、低侧主变开关的分合位信号的组合逻辑，判断区分故障类型为母线故障、分段失灵死区故障或者为低侧开关失灵死区故障，并执行相应的保护，快速切除相应故障节点，实现中低侧母线速动保护功能。
[0026]值得注意的是根据上述系统，本实施例提供了一种智能变电站中低压侧母线速动保护方法，其方法步骤包括如下: (I)分布式采样接口及处理步骤；根据分布式采样接口及处理模块中的接收常规模拟量信号的接口和接收合并单元装置传送来的数字SV采样值信号的光纤接口，分布式完成主变压器各侧保护测量电压电流数据的同步输入采集以及变电站中低压侧各出线线路负荷的米集。
[0027](2)自适应遥信数据采集步骤；通过自适应遥信数据采集模块利用以太网网络和专用GOOSE网络，对变电站内的低压出线间隔、电容器间隔、分段间隔以及主变中低压侧开关间隔的保护启动、保护跳闸、装置故障的GOOSE信号进行接收与处理。
[0028]本发明通过以太网采集模块采集母线故障分析所需的低压出线/电容器/分段间隔的保护启动、保护跳闸、装置故障、开关位置信号，通过光纤GOOSE采集模块采集主变中低压侧开关位置、主变后备保护启动/保护动作信号；以太网采集模块直接接入站控层网络交换机；所述光纤GOOSE采集模块直接接入过程层GOOSE网络交换机。
[0029](3)基于分布式故障识别的母线速动保护步骤；根据步骤(I)和步骤(2)采集保护电量信息以及低压出线间隔/电容器间隔/分段间隔保护启动和装置故障信息，基于分布式故障识别的母线速动保护模块按照相应的分散化故障判断条件和组合逻辑，自适应分析故障，分析判断系统故障是否为主变中低压侧母线上的区内故障，综合判断故障区域是否为中低压母线区内故障以及故障的类型，并执行相应的母线故障保护逻辑，实现变电站中低压侧母线故障的快速切除；
根据前级采集的，通过区内外故障分析模块按照相应的分散化故障判断条件和组合逻
辑，
(4)信号上传步骤；基于IEC61850的丽S服务，通过站控层丽S服务及其接口模块实现步骤(3)的遥测信号、遥信信号、保护启动信号、母线故障信号、保护动作出口信号至站内后台及监控系统的信息上传服务；
(5)自适应出口控制步骤；根据步骤(3)的输出信息，通过自适应出口控制模块的基于常规开关量输出和基于IEC 61850 GOOSE服务的开出，控制各类应用场景下的保护动作跳闸出口。
[0030]本发明通过分布式采样接口及处理模块和自适应遥信数据采集模块，具备分布式采集站内保护所需的保护电量、遥信信息的功能；基于分布式故障识别的母线速动保护模块，具备按照采集的分散化故障判断条件和组合逻辑，自适应分析判断故障区域和故障类型，实现变电站中低压侧母线故障快速切除的功能；站控层丽S服务及其接口模块和自适应出口控制模块，具备基于IEC 61850的系统各类信息上传和母线故障快速切除出口控制功能。
[0031]本发明可用于智能变电站内，实现独立的中低压侧母线区内外各类故障的快速保护，实现了变电站内中低压侧母线故障的快速可靠切除，减少了设备损坏事故和故障影响范围，完善了变电站内中低压快速保护配置，有效提高了变电站系统运行的可靠性。
[0032]上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采取等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种智能变电站中低压侧母线速动保护系统，其特征在于:其包括: 分布式采样接口及处理模块；用于分布式完成主变压器各侧保护测量电压电流数据的同步输入采集以及变电站中低压侧各出线线路负荷的采集； 自适应遥信数据采集模块；通过以太网网络和专用GOOSE网络，对变电站内的低压出线间隔、电容器间隔、分段间隔以及主变中低压侧开关间隔的保护启动、保护跳闸、装置故障的GOOSE信号进行接收与处理； 基于分布式故障识别的母线速动保护模块；根据前级分布式采样接口及处理模块采集的信息，按照相应的分散化故障判断条件和组合逻辑，自适应分析故障，综合判断故障区域是否为中低压母线区内故障以及故障的类型，并执行相应的母线故障保护逻辑，实现变电站中低压侧母线故障的快速切除； 站控层MMS服务及其接口模块；用于提供基于IEC 61850的MMS服务，实现遥测信号、遥信信号、保护启动信号、母线故障信号、保护动作出口信号至站内后台及监控系统的信息上传服务； 自适应出口控制模块；用于提供基于常规开关量输出和基于IEC 61850 GOOSE服务的开出，实现各类应用场景下的保护动作跳闸出口 ； 所述分布式采样接口及处理模块和自适应遥信数据采集模块的输出端均与母线速动保护模块的输入端相连接，所述母线速动保护模块的输出端分别连接自适应出口控制模块和站控层MMS服务及其接口模块的输入端。
2.根据权利要求1所述的一种智能变电站中低压侧母线速动保护系统，其特征在于:所述分布式采样接口及处理模块采集的信息为保护电量信息、低压出线/电容器/分段保护启动、装置故障和开关位置的信息；所述分布式采样接口及处理模块设置有可直接接收常规模拟量信号的接口和接收合并单元装置传送来的数字SV采样值信号的光纤接口，根据现场应用需要，接收设备所需的电压电流量，完成主变压器各侧保护测量数据的同步输入采集解析或者变电站中低压侧各出线线路负荷采集。
3.根据权利要求1所述的一种智能变电站中低压侧母线速动保护系统，其特征在于:所述遥信数据采集模块，包含用于采集母线故障分析所需的低压出线/电容器/分段间隔的保护启动、保护跳闸、装置故障、开关位置信号的以太网采集模块，所述以太网采集模块直接接入站控层网络交换机。
4.根据权利要求3所述的一种智能变电站中低压侧母线速动保护系统，其特征在于:所述自适应遥信数据采集模块，包含用于采集主变中低压侧开关位置、主变后备保护启动/保护动作信号的光纤GOOSE采集模块，所述光纤GOOSE采集模块直接接入过程层GOOSE网络交换机。
5.根据权利要求1所述的一种智能变电站中低压侧母线速动保护系统，其特征在于:所述基于分布式故障识别的母线速动保护模块包括:区内外故障分析模块，根据前级采集的保护电量信息以及低压出线间隔/电容器间隔/分段间隔保护启动和装置故障信息，按照相应的分散化故障判断条件和组合逻辑，分析判断系统故障是否为主变中低压侧母线上的区内故障。
6.根据权利要求5所述的一种智能变电站中低压侧母线速动保护系统，其特征在于:所述基于分布式故障识别的母线速动保护模块包含逻辑判别及保护控制模块:当故障为母线区外故障时，母线速动保护模块的逻辑功能放电并闭锁保护出口 ；当故障为母线区内故障时，根据低压分段的保护启动、动作信号，低压出线/电容器启动信号，低后备电流保护启动信号以及分段开关、低侧主变开关的分合位信号的组合逻辑，判断区分故障类型为母线故障、分段失灵死区故障或者为低侧开关失灵死区故障，并执行相应的保护，快速切除相应故障节点，实现中低侧母线速动保护。
7.一种智能变电站中低压侧母线速动保护系统，其特征在于:其方法步骤包括如下: (1)分布式采样接口及处理步骤；通过接收常规模拟量信号的接口和接收合并单元装置传送来的数字SV采样值信号的光纤接口，分布式完成主变压器各侧保护测量电压电流数据的同步输入采集以及变电站中低压侧各出线线路负荷的采集； (2)自适应遥信数据采集步骤；通过以太网网络和专用GOOSE网络，对变电站内的低压出线间隔、电容器间隔、分段间隔以及主变中低压侧开关间隔的保护启动、保护跳闸、装置故障的GOOSE信号进行接收与处理； (3)基于分布式故障识别的母线速动保护步骤；根据步骤(1)和步骤(2)采集的信息，按照相应的分散化故障判断条件和其它条件组合逻辑，自适应分析故障，综合判断故障区域是否为中低压母线区内故障以及故障的类型，并执行相应的母线故障保护逻辑，实现变电站中低压侧母线故障的快速切除； (4)信号上传步骤；基于IEC61850的MMS服务，通过站控层MMS服务及其接口模块实现步骤(3)的遥测信号、遥信信号、保护启动信号、母线故障信号、保护动作出口信号至站内后台及监控系统的信息上传服务； (5)自适应出口控制步骤；根据步骤(3)的输出信息，通过基于常规开关量输出和基于IEC 61850 GOOSE服务的开出，对各类应用场景下的保护动作跳闸出口的控制。
8.根据权利要求7所述的一种智能变电站中低压侧母线速动保护方法，其特征在于:在所述自适应遥信数据采集步骤中， 通过以太网采集模块采集母线故障分析所需的低压出线/电容器/分段间隔的保护启动、保护跳闸、装置故障、开关位置信号，通过光纤GOOSE采集模块采集主变中低压侧开关位置、主变后备保护启动/保护动作信号； 所述以太网采集模块直接接入站控层网络交换机；所述光纤GOOSE采集模块直接接入过程层GOOSE网络交换机。
9.根据权利要求8所述的一种智能变电站中低压侧母线速动保护方法，其特征在于:在所述基于分布式故障识别的母线速动保护步骤中，根据前级采集的保护电量信息以及低压出线间隔/电容器间隔/分段间隔保护启动和装置故障信息，通过区内外故障分析模块按照相应的分散化故障判断条件和组合逻辑，分析判断系统故障是否为主变中低压侧母线上的区内故障。
10.根据权利要求7至9任意一项所述的一种智能变电站中低压侧母线速动保护方法，其特征在于:在所述基于分布式故障识别的母线速动保护步骤中，当故障为母线区外故障时，母线速动保护逻辑功能放电并闭锁保护出口 ； 当故障为母线区内故障时，根据低压分段的保护启动、动作信号，低压出线/电容器启动信号，低后备电流保护启动信号以及分段开关、低侧主变开关的分合位信号的组合逻辑，判断区分故障类型为母线故障、分段失灵死区故障或者为低侧开关失灵死区故障，并执行相应的保护，快速切除相应故障节点。
【文档编号】H02J13/00GK103560493SQ201310549077
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月8日 优先权日:2013年11月8日
【发明者】李澄, 薛军, 陆玉军, 陈颢, 蒋莹, 王伏亮, 邹婷婷, 杨飞, 胡一书, 葛永高, 宁艳 申请人:国家电网公司, 江苏省电力公司, 江苏省电力公司扬州供电公司, 江苏方天电力技术有限公司