专利名称：一种风电场集电线路保护系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力系统继电保护领域，尤其是关于风电场的集电线路的故障保护。
背景技术：
风电场集电线路一般采用一条线路并接多台箱变，每台箱变高压侧配熔断器的接线方式。此接线方式下的集电线路保护多数没有选择性。其原因是，受风电场集电线路的接线型式制约，风电场集电线路只能装设过电流保护，而风电场集电线路一般较短，只有十几公里，在集电线路首端和箱变高压侧短路时，短路电流变化不大，线路保护的速动段仅通过电流定值无法区分是线路故障还是箱变故障，不能有选择的切除故障，当箱变故障时， 保护会误动。为克服该问题，目前普遍采用的一种方案是，线路配短时限电流速断保护，电流定值按箱变低压侧两相短路时能可靠动作整定，时间定值与箱变熔断器的动作时间配合整定。现有的技术方案在一定程度上可以提高线路保护的选择性，但也有其不足之处。 由于熔断器保护具有反时限特性，其动作时间与短路电流的平方成反比，线路短时限速断的延时时间很难与其精确配合，当箱变发生故障时，线路保护有可能会越级动作，使整个线路上的所有箱变停电，扩大了停电范围。另外，当线路本身故障时，由于线路保护设有一定的延时(一般t ^ 0. 3S)，保护不能快速动作，延长了短路电流对系统的冲击，不利于风电场安全稳定运行。
发明内容本实用新型提出一种基于GOOSE网络传输的风电场集电线路保护系统，以达到在箱变发生故障时，线路保护不越级动作；而在集电线路本身发生故障时，线路保护能快速动作。GOOSE网络是符合IEC61850标准，为满足数字化变电站中快速、可靠通信要求的一种快速报文机制。GOOSE网络是智能开关的过程层接口与间隔层设备之间的网络，其数据内容是智能开关与间隔层设备之间以及间隔层设备之间的开入开出数据。GOSSE网络将传统的硬接点信号全部转换为网络信号进行传输。本实用新型将GOOSE网络应用于继电保护技术领域中，提高风电场集电线路保护的选择性。根据本实用新型的一种风电场集电线路保护系统的实施例，包括箱变模块、风电场GOOSE交换机模块、升压站GOOSE交换机模块，并且所述升压站内还包括具有嵌入式 IEC61850通信功能、支持高速GOOSE对等通信的线路数字化保护装置，所述箱变模块内还包括具有嵌入式IEC61850通信功能、支持高速GOOSE对等通信的箱变数字化保护装置，并且，所述数字化线路保护装置配置短时限方向电流速断、方向过电流保护的功能，方向指向风机侧；所述箱变数字化保护装置具有方向电流速断、方向过电流保护的功能，方向指向风机侧；所述数字化箱变保护装置和数字化线路保护装置经过风电场和升压站内的GOOSE交换机，通过以太网相连，利用GOOSE传输闭锁跳闸信号。根据本实用新型的一种风电场集电线路保护系统的实施例，在所述箱变的高压侧装设断路器，并将断路器组装成柜，所述箱变数字化保护装置装设于箱变断路器柜内，断路器柜内还设有电压互感器、电流互感器以及分别将电压互感器和电流互感器采集的模拟信号转换为数字信号再传送给所述箱变数字化保护装置的电压互感器合并单元、电流互感器合并单元。根据本实用新型的一种风电场集电线路保护系统的实施例，所述数字化线路保护装置装配于升压站配电室内的线路开关柜内，线路开关柜内还包括电压互感器、电流互感器以及分别将电压互感器和电流互感器采集的模拟信号转换为数字信号再传送给所述线路数字化保护装置的电压互感器合并单元、电流互感器合并单元。根据本实用新型的一种风电场集电线路保护系统的实施例，所述的升压站内的线路保护装置通过超五类线连接到升压站内的GOOSE网络交换机，所述的风电场内的GOOSE 交换机与箱变模块内的箱变数字化保护装置和升压站内的GOOSE交换机之间都通过光缆连接。
图1示出了根据本实用新型的具体实施方式
的风电场的集电线路的系统原理图， 图中的N是箱变的数量，M是集电线路的出线数量。附图标记说明[0012]1—一升压站配电室[0013]2——一线路数字化保护装置[0014]3——-PT合并单元[0015]4——-CT合并单元[0016]5——-PT[0017]6——-CT[0018]7——-GOOSE交换机A[0019]8——-GOOSE交换机B[0020]9——一线路1开关柜[0021]ΙΟ-一线路M开关柜[0022]Ι 1-一升压站GOOSE交换机柜[0023]12—一光缆[0024]13—一超五类线[0025]14-一风机塔筒[0026]1 δ-一线路1风电场GOOSE交换机柜[0027]16-一线路M风电场GOOSE交换机柜[0028]17——UPS电源[0029]1 δ-一箱变1低压室[0030]ι 9-一箱变数字化保护装置[0031]20—一智能加热器[0032]21——箱变1断路器柜22——箱变N低压室23——箱变N断路器柜24——光缆。
具体实施方式
下面参照图1，详细说明根据本实用新型的风电场集电线路保护系统的实施例。如图ι所示，该保护系统的总体配置包括箱变(每条集电线路包括箱变1到箱变N)模块、风机塔筒模块、升压站配电室模块。每个箱变的高压侧装设断路器，并且将断路器集中组柜，断路器柜内配置智能加热器、电压互感器(PT)、电流互感器(CT)、PT合并单元、CT合并单元以及箱变数字化保护装置。PT合并单元和CT合并单元将从电压互感器和电流互感器采集到的模拟信号转换为数字信号传送给箱变数字化保护装置，箱变的断路器的操作电源采用装配于箱变的低压室内的UPS电源。箱变数字化保护装置采用具有嵌入式IEC61850通信功能、支持高速GOOSE对等通信的数字化微机型箱变保护装置，并具有方向电流速断、方向过电流保护的功能，方向指向风机侧。对于每条集电线路，在风电场内设置两台GOOSE网络交换机，对于所有的集电线路，在升压站共设两台GOOSE网络交换机。升压站内还包括线路开关柜(线路开关柜1到线路开关柜M)，线路开关柜内包括具有嵌入式IEC61850通信功能、支持高速GOOSE对等通信的数字化微机型线路保护装置，电压传感器(PT)，电流传感器(CT) 以及PT合并单元、CT合并单元。PT合并单元和CT合并单元将从电压传感器和电流传感器采集到的模拟信号转换为数字信号送给线路保护装置，线路保护装置配置短时限方向电流速断、方向过电流保护的功能，方向指向风机侧，并且，线路短时限方向电流速断保护的电流定值与箱变方向电流速断保护的电流定值配合整定。箱变数字化保护装置和线路数字化保护装置经GOOSE交换机，通过以太网相连，利用GOOSE交换机传输闭锁跳闸信号。其中， 箱变数字化保护装置与风电场内的GOOSE交换机之间通过光缆连接来传送信息，风电场内的GOOSE交换机与升压站内的GOOSE交换机之间通过光缆来传送信息，集电线路的数字化保护装置通过超五类线同升压站内的GOOSE网络交换机进行通讯。再次参照图1，示出了各个模块的具体结构以及连接关系的原理图。断路器组柜安装在箱变的高压侧，箱变数字化保护装置、箱变保护用的电压互感器(PT)、电流互感器 (CT), PT合并单元、CT合并单元以及智能加热器安装在断路器柜上。集电线路的线路数字化保护装置、线路保护用的电压互感器(PT)、电流互感器(CT)、PT合并单元、CT合并单元安装在升压站内的线路开关柜里，风电场内的各条线路的GOOSE网络交换机与升压站GOOSE 网络交换机分别组柜安装在风机塔筒里和升压站配电室。UPS电源分别安装在箱变低压室和风电场GOOSE网络交换机柜内。每台箱变保护装置通过光缆连接到风电场GOOSE网络交换机上，每条集电线路的保护装置通过超五类线连接到升压站GOOSE网络交换机上，风电场GOOSE网络交换机与升压站GOOSE网络交换机与通过光缆相连，整个网络拓扑为星型网。 其中，风电场GOOSE交换机、箱变保护装置以及PT、CT合并单元的电源采用UPS供电；升压站GOOSE网络交换机、线路保护装置和PT、CT合并单元采用直流供电，由升压站统一考虑。 箱变数字化保护装置和线路数字化保护装置经GOOSE交换机，通过以太网相连，利用GOOSE 传输闭锁跳闸信号。整个保护系统的动作原理为箱变方向电流速断保护动作后，经0时限动作于箱变跳闸，同时箱变数字化保护装置向所在线路的线路数字化保护装置发送闭锁跳闸信号。线路短时限方向电流速断保护动作后，启动短延时(延时时间按躲过箱变方向电流速断保护的动作时间和网络响应时间之和整定)，同时查询所在线路上是否有箱变数字化保护装置发来的闭锁跳闸信号。在延时的时间内，如果线路数字化保护装置收到所在线路上任一箱变数字化保护装置发来的闭锁跳闸信号，则将闭锁线路短时限方向电流速断保护跳闸，否则，延时过后，动作于线路跳闸。箱变方向过电流保护(后备保护)动作后，经时间tl(tl >0.3S)，动作于箱变跳闸，不发闭锁跳闸信号。线路方向过电流保护(后备保护)动作后，经时间tl+ Δ t ( Δ t=0. 3S)动作于线路跳闸。 根据本实用新型的风电场集电线路保护系统，能准确地区分是集电线路故障还是箱变故障，提高了线路保护的选择性，避免了因一台箱变故障，而使整个线路跳闸的事故的发生，提高了风电场运行的可用性和经济性。另外，由于GOOSE的网络响应时间彡8ms，而箱变方向电流速断保护的动作时间< 40ms，线路短时限方向电流速断保护的延时可按躲过48ms来整定，线路故障时，保护的跳闸时间大大缩短，减小了故障对电网系统的影响，提高了系统的稳定性。
权利要求1.一种风电场集电线路保护系统，包括箱变模块、风电场GOOSE交换机模块、升压站 GOOSE交换机模块，并且所述升压站内还包括具有嵌入式IEC61850通信功能、支持高速 GOOSE对等通信的线路数字化保护装置，所述箱变模块内还包括具有嵌入式IEC61850通信功能、支持高速GOOSE对等通信的箱变数字化保护装置，其特征在于所述数字化线路保护装置配置短时限方向电流速断、方向过电流保护的功能，方向指向风机侧；所述箱变数字化保护装置具有方向电流速断、方向过电流保护的功能，方向指向风机侧；所述数字化箱变保护装置和数字化线路保护装置经过风电场和升压站内的GOOSE交换机，通过以太网相连， 利用GOOSE传输闭锁跳闸信号。
2.如权利要求1所述的风电场集电线路保护系统，其特征在于在所述箱变的高压侧装设断路器，并将断路器组装成柜，所述箱变数字化保护装置装设于箱变断路器柜内，断路器柜内还设有电压互感器、电流互感器以及分别将电压互感器和电流互感器采集的模拟信号转换为数字信号再传送给所述箱变数字化保护装置的电压互感器合并单元、电流互感器合并单元。
3.如权利要求1所述的风电场集电线路保护系统，其特征在于所述数字化线路保护装置装配于升压站配电室内的线路开关柜内，线路开关柜内还包括电压互感器、电流互感器以及分别将电压互感器和电流互感器采集的模拟信号转换为数字信号再传送给所述线路数字化保护装置的电压互感器合并单元、电流互感器合并单元。
4.如权利要求1所述的风电场集电线路保护系统，其特征在于所述的升压站内的线路保护装置通过超五类线连接到升压站内的GOOSE网络交换机，所述的风电场内的GOOSE 交换机与箱变模块内的箱变数字化保护装置和升压站内的GOOSE交换机之间都通过光缆连接。
专利摘要本实用新型公开了一种风电场集电线路保护系统，包括箱变模块、风电场GOOSE交换机模块、升压站GOOSE交换机模块，并且所述升压站内还包括具有嵌入式IEC61850通信功能、支持高速GOOSE对等通信的线路数字化保护装置，所述箱变模块内还包括具有嵌入式IEC61850通信功能、支持高速GOOSE对等通信的箱变数字化保护装置，所述数字化箱变保护装置和数字化线路保护装置经过风电场和升压站内的GOOSE交换机，通过以太网相连,利用GOOSE传输闭锁跳闸信号。提高了线路保护的选择性，避免了因一台箱变故障，而使整个线路跳闸的事故的发生，提高了风电场运行的可用性和经济性。
文档编号H02J13/00GK202076784SQ20112022211
公开日2011年12月14日 申请日期2011年6月28日 优先权日2011年6月28日
发明者徐广瑞, 王乐天, 白文光, 聂维新, 赵忠立 申请人:内蒙古电力勘测设计院