专利名称：网域继电保护的制作方法
技术领域：
本发明属于电力系统继电保护技术领域。本发明适用于发电厂和变电站主设备及电力线路的短路故障保护。
背景技术：
:在电力系统继电保护技术领域，主要是当代有两项重大技术发展进步，使本发明得以实施，成为可能。1，计算机继电保护装置的应用，并进入成熟阶段；2，IEC61850 (变电站网络与通信协议)新一代变电站网络通信体系的建立，使通信信息建模标准化。发明内容:网域继电保护是一个全新的概念，与传统的、分散的、独立的保护继电器或保护装置不同。网域继电保护是指，在包括发电机、变压器、母线、电抗器、电容器等主要电气设备及电力(或电缆)线路的电力网络中，按给定的区域，适当地配置电流互感器，(有/无)电压互感器，微机保护监测头，利用网络通信技术和计算机技术，形成的短路故障继电保护系统。该系统从原理构成上能够准确地、快速地判断短路故障或非故障，及故障发生的区间，使电力系统继电保护技术两个最重要的技术指标可靠性和快速性提高到一个新的水平。结构及各部分的主要功能:网域继电保护的结构主要分为四部分，见附图网域继电保护系统原理框图。I保护监测头；2保护计算机；3信号及跳闸指令执行部分(出口)；4网络通信。监测头的主要功能:监测头连接电流/电压互感器。判断该回路是正常运行电流(Z)、过负荷电流(G)、还是短路电流(D)。判断短路电流的方向，是运行负荷电流的方向(以下称为正向，或者称为A向)，还是与负荷电流的方向相反(以下称为反向，或者称为B向)。A, B，Z, G, D均为开关量，及作为监测量的模拟量，适时送往保护计算机。保护计算机的主要功能:接收各监测点监测头发来的A，B，Z, G, D开关量信息，通过计算和逻辑判断，确定发生短路故障及短路故障所在区间。并把确定结果信息送往出口执行部分。保护计算机还接受电流、电压量(模拟量)及断路器开/合位置等信息，完成计算机管理、计算、记录、报表等功能。信号及跳闸指令执行部分(出口):信号及跳闸指令执行部分接受来自计算机的信息，并以三中取二的原则，最终确定跳闸和信号的结果，并以“继电器接点”的形式，通过电缆送到相应的安装单位，或者以光纤通信把跳闸指令送到智能设备终端。网络通信:监测头到保护计算机的网络通信，推荐采用IEC61850(变电站网络与通信协议)网络通信规约。监测头具体实施方案一:以虚拟电流作为保护判据重要元素的监测头的说明。以虚拟电流作为保护判据重要元素的监测头，适时地监测电流波形，并与设计的虚拟电流相比较。依据设计的判据，经过计算、比较和逻辑推理，判断此时电流的方向，是运行负荷电流的方向(以下称为正向，或者称为A向)，还是与负荷电流的方向相反(以下称为反向，或者称为B向)。监测头适时地、连续地向保护计算机发送报告，主要是:1，关于电流是负荷电流、异常电流、或是短路故障电流的报告；2，关于短路故障电流方向的报告，是A或是B ; 网域继电保护系统自动进行时钟同步校准。检测元件电流值采样速率:36点/20ms。在电力系统正常运行时，监测头、网域继电保护系统的工作状态出现异常，立即报
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目O短路故障发生后，保护计算机统一发出“复归”指令 以虚拟电流作为保护判据重要元素的监测头的工作原理:
依据负荷电流的性质，变化规律，确定正常负荷电流的变化范围，异常负荷电流的变化范围，超出正常负荷电流和异常负荷电流属于短路故障电流。制定正常虚拟负荷电流波形曲线和虚拟异常负荷电流波形曲线，并与实测电流相比较。时间坐标统一调制。以虚拟电流作为保护判据重要元素的监测头的工作原理说明:1.实测电流，以A相电流正弦波形为例，设为YA (t);2.确定时间的起点，例如将正弦波形上升段的“0”点作为时间的起点。由主机时钟同步校准确定；3.连续作电流波形对时间的积分，时间间隔例如取2ms;4.去除干扰值。如某一点的值或大于前一点2倍的额定电流,或大于后一点2倍的额定电流，则取消这一点之值，以前后二点的平均值代替。或采取其它采样值纠错算法；
5.记忆和刷新:记忆和刷新的周期不小于60 ms；6.作虚拟异常负荷电流波形曲线的积分，积分时间间隔相同，对应的时刻也相同；7.将实测电流和虚拟异常负荷电流积分，按对应时间段作比较，判断电流是连续平稳的变化量，还是突变量，突变量的变化速率的大小，电流是原方向还是发生反方向；8.设以三个时间段积分值为比较单元，即可判断是正常负荷电流、异常运行电流、还是故障电流及故障电流的方向是A还是B ；9.电压量作为辅助判别量。正常运行情况下，电力网络各点电压量的分布是稳定有序的。发生短路故障情况下，电力网络各点电压量形成新的分布图，故障点电压量显著异常，以此鉴别故障点，综合前述电流量监测头的监测结果，发出监测报告。监测头具体实施方案二:以电流变量的积分作为保护判据主要参量的监测头的说明。以电流变量的积分作为保护判据主要参量的监测头，适时地监测电流波形，并比较电流波形故障前后的变化。依据设计的判据，经过计算、比较和逻辑推理，判断此时电流的方向，是运行负荷电流的方向(以下称为正向，或者称为A向)，还是与负荷电流的方向相反(以下称为反向，或者称为B向)。监测头适时地、连续地向保护计算机发送报告，主要是:1，关于电流是负荷电流、异常电流、或是短路故障电流的报告；2，关于短路故障电流方向的报告，是A或是B ;网域继电保护系统自动进行时钟同步校准。检测组件电流值采样速率:36点/20ms。在电力系统正常运行时，监测头、网域继电保护系统的工作状态出现异常，立即报
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目O短路故障发生后，保护计算机统一发出“复归”指令。以电流变量的积分为主要参量的监测头的工作原理说明:1.以A相电流正弦波形为例，设为YA (t);2.确定时间的起点，例如将正弦波形上升段的“0”点作为时间的起点。由主机时钟同步校准确定；3.连续作电流波形对时间的积分，时间间隔例如取2ms;4.去除干扰值。如某一点的值或大于前一点2倍的额定电流,或大于后一点2倍的额定电流，则取消这一点之值，以前后二点的平均值代替。或采取其它采样值纠错算法；5.记忆和刷新:记忆和刷新的周期不小于60 ms ；6.将每一个时间段的积分值与前一个相同时间段的积分值作比较，判断电流是连续平稳的变化量，还是突变量，突变量的变化速率的大小，电流是原方向还是发生反方向；7.设以三个时间段积分值为比较单元，即可判断是正常负荷电流、异常运行电流、还是故障电流及故障电流的方向是A还是B ;8.电压量作为辅助判别量。正常运行情况下，电力网络各点电压量的分布是稳定有序的。发生短路故障情况下，电力网络各点电压量形成新的分布图，故障点电压量显著异常，以此鉴别故障点，综合前述电流量监测头的监测结果，发出监测报告。保护计算机:保护计算机接收来自电力网络各安装单位(或称作“点”)主回路隔离开关、断路器位置的信息(开/合)；接收来自电力网络各安装单位(或称作“点”)监测头的
息，关于电流是负荷电流、异常电流、或是短路故障电流及短路故障电流方向的报告。综合各点电流量的变化，电流方向的变化，电流量变化的趋势，判断短路故障点的位置，同时发出断路器跳闸指令和报警信号。网域继电保护系统自动进行时钟同步校准。在电力系统正常运行时，网域继电保护系统的工作状态出现异常，立即报警。短路故障发生后，保护计算机统一发出“复归”指令。保护计算机配置各类应用软件:(1)数据采集及处理软件；(2)实时数据库管理软件；(3)历史数据库管理软件；(4)数据计算 软件；(5)人机联系及画面显示软件；(6)报警及操作记录软件；(7)语音报警功能软件；(8)网络通讯软件及其他通讯软件；(9)参数设置修正软件；(10)各种控制命令分析及操作闭锁软件；(11)综合计算统计及分析软件；
(12)报表生成及打印软件；(13)系统自检自恢复软件；(14)远程通讯处理模块；(15)其他软件
信号及跳闸指令执行部分(出口)；网域继电保护系统的出口有两种形式。1，与常规一次设备(断路器)或操作箱相接。网域继电保护系统的出口为无源常开接点。每一个断路器的跳闸回路对应一个保护出口装置，断路器有二个跳闸回路，则对应二个保护出口装置。保护出口装置在以太网与保护计算机通信，接受保护计算机的指令；2，与智能化设备终端相接。保护计算机在以太网直接与智能化设备终端通信，可不经过保护出口装置转换。保护出口逻辑采用三中取二原则。当出现任何一个单一的元件故障、一个误动作、一个拒动作、一个误判断……，都不会造成出口的误动或拒动。并有相应的报警、闭锁、处理措施。网域继电保护的通信:网域继电保护系统的信息采集、传输、处理、输出过程全部数字化，设备智能化、通信网络化、模型和通信协议统一。网域继电保护系统需要更高速度、更可靠的通信网络支持。推荐采用IEC61850通信规约，或其它先进的通信规约。IEC61850通信规约使用面向对象建模技术，使用分布、分层体系，使用抽象通信服务接口(ACSI )，特殊通信服务映射SCSM技术，具有互操作性，具有开放的体系结构。网域继电保护系统采用光纤通信及以太网技术。
:图1网域继电保护系统原理框图，1.电流互感器/电压互感器2.继电保护监测头3.保护计算机4.信号及跳闸出口 5.通信线6.电缆线。图1表示出网域继电保护系统及其相关部分的基本结构，主要包括电流互感器，电压互感器，继电保护监测头，保护计算机，信号及跳闸出口，监控计算机，时钟同步，通信网及控制电缆。其中电流互感器，电压互感器，是电气一次设备，监控计算机和时钟同步是发电厂、变电站自动化系统配置的设备。继电保护监测头，保护计算机，信号及跳闸出口及通信网络是网域继电保护系统的基本组成部分。通信网优先选用光纤通信，也可以串口通信如RS485，根据工程具体情况确定。按IEC61850规约建立的GOOSE网和SV网，可以分立成两个网，也可以合并成一个网，根据工程具体情况确定。控制电缆用于传递“强电”的开关量和模拟量。继电保护监测头采集电流量、电压量，按传统方式电流量电压量分别来自电流互感器，电压互感器。在智能化变电站中，继电保护监测头与含有电流量电压量的“合并单元”连接，本图是示意的。网域继电保护系统的特点:
1，电力网络是紧密相关的整体，当某一点发生短路故障，此点附近多点的电流的大小及波形都会发生相应的变化。以多点电流的“变化”作为判断是否发生故障及故障点所在区间的依据。2，网域继电保护系统所有重要判断均采用三中取二原则。3，网域继电保护系统从结构上保证，当系统某一个运行的元器件损坏，保护系统不至于产生“误动”或“拒动”的后果。4，当系统某一个运行的元器件受“干扰”而误动，保护系统不至于产生“误动”或“拒动”的后果。5，由于监测头工作原理及结构相对简化，保护计算机的逻辑判断及计算速度非常快，所以网域继电保护系统动作很快，系统开关量出口动作期望值10ms。
权利要求
1.域继电保护特征在于主要由四部分组成:保护监测头；保护计算机；信号及跳闸指令执行部分(出口)；网络通信。
2.护监测头特征在于采集电流、电压量，并判断该回路是正常运行电流、过负荷电流、还是短路电流，判断短路电流的方向，是运行负荷电流的方向，还是与负荷电流的方向相反，并将有/无故障电流，及故障电流的方向等信息送往保护计算机。
3.护计算机特征在于综合来自各保护监测头的信息，进行计算和逻辑判断，并将逻辑判断或计算结果的信息送到信号及跳闸指令执行部分(出口)。
4.号及跳闸装置是执行元件，其特征在于，接受保护计算机的信息，按三中取二原贝U，把信号及保护跳闸指令发送到相对应的“安装单位(断路器单元)”。
5.护监测头实施方案一特征在于，以采集的电流量为主要参量，以设计的虚拟电流量为判据的重要元素，按相同的计算时间段，计算采集的电流量和虚拟电流量对时间的积分，比较计算结果，判断有/无故障电流，及故障电流的方向。
6.护监测头实施方案二特征在于，以采集的电流量为主要参量，比较计算时刻前后某一时间段电流量对时间的积分值，判断有/无故障电流，及故障电流的方向。
全文摘要
本发明属于电力系统继电保护技术领域。与现代技术的保护继电器或保护装置不同，网域继电保护主要由四部分组成1，保护监测头。2，保护计算机。3，信号及跳闸指令执行部分(出口)。4，网络通信。保护计算机采集网络各点电流、电压量变化的信息，进行综合分析判断，确定短路故障点的位置，并发出信号及跳闸指令。保护监测头连接电流/电压互感器，并向保护计算机发送报告。本发明能够准确地、快速地判断短路故障或非故障，及故障发生的区间，使电力系统继电保护技术两个最重要的技术指标可靠性和快速性提高到一个新的水平。本发明从原理上有效地避免了现有技术因一个元件故障，一个电磁干扰都可能引起保护误动、拒动的问题。
文档编号H02H3/08GK103094880SQ20121055994
公开日2013年5月8日 申请日期2012年12月21日 优先权日2012年12月21日
发明者李元龙 申请人:李元龙