专利名称：变电站自动化中的保护闭锁的制作方法
技术领域：
本发明涉及过程控制系统领域，并且具体来说，涉及具有标准化配置表示的变电站自动化SA系统。更具体来说，它涉及实现分布式SA系统中的保护闭锁功能性的方法。
背景技术：
高压和中压电力网中的变电站包括一次装置，例如电缆、线路、汇流条、隔离开关、 断路器、电力变压器和仪表变压器，它们一般设置在开关场和/或间隔中。这些一次装置经由变电站自动化(SA)系统以自动化方式来操作。SA系统包括二次装置，其中智能电子装置 (IED)负责一次装置的保护、控制和监测。二次装置可分级地指配给SA系统的站级或间隔级。站级常常包括其中包括具有人机接口(HMI)的操作员工作站(OWS)并且运行站级监督控制和数据获取(SCADA)软件的监控计算机，和向网络控制中心(NCC)传递变电站的状态并且从其中接收命令的网关。间隔级上的IED也称作间隔单元，它们又相互连接以及经由间隔间或站母线(主要用于交换命令和状态信息)连接到站级上的IED。由国际电工委员会(IEC)作为标准IEC 61850的一部分(标题为“变电站中的通信网络和系统”)引入了变电站的二次装置之间的通信的通信标准。对于非时间关键报告消息，IEC 61850-8-1小节基于简化开放系统互连(OSI)协议栈来规定制造消息规范(MMS， IS0/IEC 9506)协议，其中具有分别在传输和网络层中的传输控制协议(TCP)和因特网协议(IP)以及作为物理介质的以太网和/或RS-232C。对于基于时间关键事件的消息、如跳闸命令，IEC 61850-8-1规定直接在通信栈的以太网链路层上的面向通用对象的变电站事件(GOOSE)。通过称作变电站配置描述(S⑶)的形式化系统描述或者标准化配置表示来配置基于IEC61850的SA系统。保护闭锁功能是典型保护相关功能，它阻止已跳闸断路器重新闭合，直到例如在已经检验开关场和二次设备以确保已经消除先前保护跳闸的原因之后，经授权人员明确去除了闭锁。典型地，闭锁功能用于变压器保护跳闸、汇流条跳闸和断路器故障跳闸。必须满足下列功能要求-分布到控制受影响断路器的多个继电器-对本地和远程操作员的状态的呈现-清除闭锁的标准操作规程-非易失性状态_必须按照与电力可用性无关的方式来存储闭锁状态-对同一个断路器的不同保护功能的多个闭锁的单独处理按常规，这种功能通过断路器的闭合电路中的双稳态继电器来解决，它们由保护跳闸来设置，并且一般手动复位。对于可使断路器跳闸的相应保护区的各保护功能，独立双稳态继电器设置在断路器处。但是，对于其中断路器由集成到其中的某些电子器件来控制的基于过程总线的解决方案，闭锁功能的电子复位将会优于双稳态继电器。具有GOOSE实时服务的IEC 61850的引入提供通过基于以太网的串行通信来对断路器更换配线的机会。R. Brantley、K. Donahoe、J. Theron和Ε. Udren的标题为“TheApplication of IEC61850 to Replace Auxiliary Devices Including Lockout relays，， 的论文(在 Distributech 上提供,2009-02-03)(在提交时可在 www. ge-energy. com/prod_ serv/plants_td/en/downloads/gtr_aiecradlrp. pdf 得到)提出如图 1 所示的基于通信总线的解决方案。闭锁功能在各断路器的断路器IED 13中实现，并且阻塞断路器闭合(CC) 通路。它由变压器保护IED 11中实现的变压器(差分)保护功能来触发，并且能够例如从变压器保护IED 11中的按钮或菜单来手动复位。跳闸命令经由串行总线12来传递。除了变压器保护功能的闭锁之外，由IED 13所控制的断路器还能够随来自断路器故障功能或汇流条保护功能的闭锁而跳闸，从而需要附加闭锁继电器(RS-触发器)并且使闭合电路的逻辑更为复杂。因此，经由总线、例如基于IEC 71850通信协议所实现的这种配置需要复杂工程以跨总线“逻辑地导线传输”跳闸信号，将闭锁继电器耦合到断路器闭合电路，并且还向操作员显示系统的闭锁状态。保护功能保护某个一次对象，可以是线路、变压器或汇流条。对象上的故障通过断开这个对象周围的所有断路器并且限定所谓的保护区来清除。保护区是开关场的电连接部分，它们一般受到断开的隔离开关以及断开或闭合的断路器来限制。在断路器故障保护由特定断路器的故障来触发的情况下，将跳闸指派给连接到出故障的断路器的左和右侧的保护区的断路器。任何闭合断路器处于两个保护区中，一个在其左侧而一个在其右侧。断路器与保护区之间的关系如同环形配置和11/2断路器配置中那样能够是静态的，或者例如在双汇流条配置中从单线级的开关场拓扑以及通过所有隔离开关的当前状态来动态确定。因此，断路器需要至少两个闭锁继电器，只要不考虑冗余保护即可。由于断路器故障功能通常将使断路器的右侧和左侧的两个区跳闸，所以断路器故障保护与代表相邻件的一次设备(变压器、线路、汇流条)的对象相关保护之间的区别可能要求另一个闭锁继电器实例。闭锁复位将必须单独为每个继电器实例来设置。在现有技术方式中，来自各区的跳闸必须物理地或者采用过程总线在逻辑上连线到保护区中的所有所涉及断路器。对于静态配置，如果两个以上断路器属于区边界，则这可能变得复杂。对于动态区，这甚至变得更复杂或者几乎不可能。EP 1819022 Al目的在于使负责计算、指配和存储与包括通过线路互连的诸如开关和连通性结点之类的开关场元件的高压或中压开关场的开关场区有关的信息的单中央智能电子装置(IED)的故障所引起的潜在损坏为最小。为此，引入分布式开关场区管理，包括关于开关场区的知识的分布式存储，其中对各种开关场区的个体开关场元件或部件的指配存储在若干IED上。主要考虑的开关场区是保护区或等电位区，其中第一个包括在一次装置的故障情况下将要同时隔离的多个开关场元件。保护区的边界或周边由断路器和断开的隔离开关来限定。同样公开了分布式区计算和复位消息传递的具体方式。
发明内容
本发明的一个目的是简化工程以及闭锁功能性的监控和测试。这个目的通过分别如权利要求1和6所述的实现变电站自动化(SA)系统中的保护闭锁功能性的方法以及通过智能电子装置(IED)来实现。其它优选实施例通过从属专利权利要求是显而易见的。按照本发明，上述目的通过去除配线复杂度以及监控相关工程并且改为通过将某种保护区相关智能包含在断路器IED处的闭锁功能块中来实现。因此，对于其中保护功能通过使用若干间隔控制或保护装置来使多个断路器跳闸的开关场配置和电力网，闭锁功能性的更有效实现是可能的。余下的主要配置工作量在于，向相应保护区指配闭锁功能实例，并且对各保护功能指定它将使哪一个(哪些)保护区跳闸和在闭锁之后复位。以此为基础，闭锁功能能够采用其区域标识来评估所有跳闸消息，以便确定是否将使断路器跳闸并且设置闭锁，或者是否将要复位断路器的闭锁功能。在系统修改、例如将附加间隔连接到汇流条的情况下，工程工作量再次降低，其中可保留旧的相应未改变的部分的区相关标识。虚拟闭锁继电器由闭锁功能块、实例或模块(简称为闭锁功能)来表示。各断路器则分配有用于断路器故障保护的两个闭锁功能，一个分配给其右侧而一个分配给其右侧， 并且可选地分配有代表相邻件的一次设备(变压器、线路、汇流条)的用于对象相关保护的另一闭锁功能。各区通过区ID或号来唯一地标识，其中各闭锁功能知道它所属的区。如果 IED向通信系统发出保护跳闸，则它伴随将要跳闸的保护区的区ID。如果发出断路器故障跳闸，则它寻址到受影响的断路器所连接到的两个区。这个区ID则由分配给界定相应保护区的断路器的断路器控制功能来读取和识别。另外，已跳闸断路器的闭锁功能被设置，即， 它们阻塞重新闭合。闭锁状态连同区ID —起能够传递给中央位置，供操作员获得关于被阻塞的区的概览以及去除阻塞的简易手段。在清除故障之后，通过包含区ID(在断路器故障的情况下为两个所涉及的区ID)的一个单一命令，能够广播适当的区闭锁复位消息。后者使区中的所有闭锁功能复位，并且可在断路器IED、保护IED或者甚至从站级HMI来本地生成。静态区标识(相应地，对于动态区计算的基本标识)能够从例如IEC 61850 S⑶文件中包含的单线图的形式化描述来自动确定。能够理解，各闭锁功能实现为IEC 61850逻辑结点实例，通过适当区标识符以及对应保护跳闸功能来自动配置(只要将这些功能分配给如IEC61850-6所限定的S⑶文件中的正确单线元件)。此外并且基于描述SA系统的符合SCL的信息，能够自动配置GOOSE类型跳闸和闭锁复位消息的数据流。
下文中将参照附图示出的优选示范实施例更详细地说明本发明主题，附图包括图1示意示出按照现有技术的电子闭锁继电器；以及图2示出具有四个保护区的开关场的单线图。附图所使用的参考标号及其含意在参考标号的列表中以概括形式列示。大体上， 附图中，相同部分提供有相同参考标号。
具体实施例方式图2示出具有示范双汇流条拓扑的开关场的电气单线图。该图包括表示诸如汇流条1、断路器2、隔离开关3、线路馈入或输出导体4、结点5和负载或发电机6之类的各种一次装置的项或图标。同类装置经由连续十进制数字来区分，即，5. 1和5. 2表示两个不同结点。一般来说，表示断开的开关(隔离开关和断路器)的图标以轮廓示出，而处于闭合状态的开关表示为实心图标，例如，闭合/断开的隔离开关通过黑/白菱形示出。显然，带有或没有旁路母线的其它拓扑是可设想的，并且拓扑可包括诸如电力变压器、发电机、接地隔离器和仪表变压器之类的其它一次装置，而没有限制本发明的适用性。下面忽略一次装置及其通过绘图板、计算机屏幕或其它显示器上的电气线路图中的图标或元件的表示之间的区另IJ。同样，元件或一次装置之间的消息或电报交换将被理解为SA系统的将元件分配到的相应IED(由此来处理一次装置对象的表示或实例)之间的通信。详细来说，所示的拓扑包括分隔两个汇流条1. 1U. 2的两个耦合断路器2. 1,2. 2， 汇流条1. 1、1. 2又通过分段断路器2. 3、2. 4分为两段。示出三个间隔，各包括经由导体4. 5、 4. 6,4. 7连接到远程负载6. 5,6. 6或发电机6. 7的间隔断路器2. 5,2. 6,2. 7。间隔断路器各经由两个隔离开关3. 1,3. 2,3. 3,3. 4和3. 5,3. 6可连接到两个汇流条。如上所述，保护区是开关场的电连接部分，它们由断开的隔离开关以及断开或闭合的断路器来界定。如图 2所示的隔离开关的状态产生本发明的意义上的四个保护区I、II、III、IV，它们通过紧邻黑体单线图的段的不同图案的虚线来表示。在断路器2. 3的断路器故障的示范情况下，属于与出故障的断路器相邻的两个保护区II和III的断路器2. 1,2. 5,2. 6以及2. 2必须跳闸或断开。对应的跳闸消息通过变电站通信网络传播到控制相应断路器的IED。如图2的框箭头所表示，出故障的断路器向所有断路器发送具有断路器故障触发和所涉及区的ID的电报TR II III。处于所涉及区的边界(断路器的左侧或右侧)的上述列举的断路器则将跳闸，而无需任何其它集中输入或动作(由于它们自己知道属于哪些保护区)。在跳闸时，设置断路器闭锁功能，直到接着清除断路器2. 3上的故障之后接收到具有先前区ID的闭锁复位消息LR II III。标号列表1汇流条2断路器3隔离开关4馈电或输出导体5 结点6 负载11 保护 IED12 SA通信网络13 断路器 IED
权利要求
1.一种对于具有由第一断路器(2. 1，2.3，2.5，2.6)所界定的第一保护区的电力系统的变电站在变电站自动化SA系统中实现保护闭锁功能性的方法，包括_对于所述第一断路器的每个生成通过指示所述第一保护区的区ID(II)所配置的闭锁功能块，-由SA保护功能来广播包括区ID的跳闸消息(TR II)，以及-在接收到所述跳闸消息时断开所述第一断路器，并且锁定所述第一断路器以防重新闭合。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述SA保护功能是所述变电站的第二断路器 (2.3)的断路器故障BF保护，包括-由所述BF保护功能来广播包括由所述第二断路器所界定的第一和第二保护区的区 ID(II，III)的跳闸消息(TR)。
3.如权利要求2所述的方法，包括-接着断路器故障清除之后，广播包括两个区ID(II，III)的闭锁复位消息(LR)。
4.如权利要求1所述的方法，包括-接着所述变电站的动态拓扑的变化之后，更新保护区标识。
5.如权利要求1所述的方法，包括-向操作员传递所述变电站的所有断路器的闭锁状态连同保护区标识以供显示。
6.一种用于控制电力系统的变电站中的断路器(2. 1)的智能电子装置IED(13)，适合接收和运行包括区ID(I，II)的跳闸消息(TR)以及闭锁复位消息(LR)，所述区ID(I，II) 指示由所述断路器所界定的所述变电站的保护区。
7.如权利要求6所述的IED，适合接收和运行来自不同SA保护功能并且包括相同区ID 的跳闸以及闭锁复位消息。
全文摘要
本发明涉及变电站自动化(SA)系统中的保护闭锁功能性的简化工程。通过将某种保护区相关智能包含在断路器IED处的闭锁功能块中来取代配线复杂度以及监控相关工程。主要配置工作量则在于向相应保护区指配闭锁功能实例，并且对各保护功能指定它将使哪一个(哪些)保护区跳闸和在闭锁之后复位。因此，对于其中保护功能通过使用若干间隔控制或保护装置来使多个断路器跳闸的开关场配置和电力网而言，闭锁功能性的更有效实现是可能的。
文档编号H02H1/00GK102460883SQ201080036190
公开日2012年5月16日 申请日期2010年5月25日 优先权日2009年6月12日
发明者W·维默尔 申请人:Abb技术有限公司