一种智能变电站集成保护方法与流程

本发明涉及继电保护技术领域，是一种智能变电站集成保护方法。

背景技术：

随着经济快速发展，我国电网的规模以及复杂度都相应的扩大和提升，运行方式变得更加灵活，对智能变电站继电保护的要求越来越高，与传统变电站相比，智能变电站实现了全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化，可以方便地实现互操作。然而智能变电站信息共享的特点容易出现数据丢失或数据错误的情况。

传统的保护配置已经不再适应电网发展的要求，故障信息的共享，各保护之间有效协调配合才可以存在的这些问题，利用变电站的多点信息对故障进行快速可靠地切除。同时还可以考虑到故障切除后对系统的影响，并采用相应的控制措施将影响降到最低。因此，提出一种科学合理的技术方法来解决智能变电站存在的问题势在必行。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种科学合理，判别准确，适用性强，灵敏度高的智能变电站集成保护方法。

解决其技术问题采用的技术方法是，一种智能变电站集成保护方法，其特征是，它包括如下步骤：

1)利用故障元件两端的正序故障分量电流相位特点，进行相位比较构成故障判别原则，结合智能电子设备(IED)采集的相位信息判别故障元件

规定流过保护的正序故障分量电流正方向是从母线指向线路；当线路、母线、变压器发生区内故障时，其两端的正序故障电流相位相差不大；当发生区外故障时，其两端的正序故障电流相位相差接近180°；因此，利用正序故障分量电流的相位特点来区分故障和非故障元件；同时故障点的电流幅值也是最大的，将幅值信息用来增强相位判据的可靠性；

分别选取线路两端、变压器两端、母线靠近变压器一侧与其相连馈线和母联上的正序故障分量电流进行相位比较，若电流相位相差不大，则说明该元件路发生故障；若电流相位相差接近180°，则说明发生区外故障，判据为式(1)、式(2)；

式中：分别为元件两端的正序故障分量电流；

2)当智能电子设备(IED)采集的相位信息缺失或错误时，扩大智能电子设备(IED)的识别区域内的相位信息和电流幅值信息，结合预定的动作决策，仍能快速地切除故障元件；

(1)相位信息缺失

a)变压器一侧正序故障分量电流相位缺失

当变压器一侧的正序故障分量电流相位缺失时，将该侧所连母线的线路正序故障分量电流与变压器未缺失相位一侧的正序故障分量电流作相位比较，判别是否是变压器故障，若是侧跳开变压器另一侧断路器；

b)母线一端正序故障分量电流相位缺失

当高压母线靠近变压器侧的正序故障分量电流相位缺失时，将变压器低压侧的正序故障分量电流与高压侧母线所连线路的正序故障分量电流作相位比较；若相位都相反则说明是母线或变压器故障，先跳开母线和变压器之间断路器；再将变压器低压侧的正序故障分量电流与高压侧母线所连线路的正序故障分量电流作相位比较，判别是否是变压器故障，若是则跳开变压器另一侧断路器；当低压母线靠近变压器侧的正序故障分量电流相位缺失时，将变压器高压侧的正序故障分量电流与低压侧母线所连线路的正序故障分量电流作相位比较；若相位都相反则说明是母线或变压器故障，先跳开母线和变压器之间断路器；再将变压器高压侧的正序故障分量电流与低压侧母线所连线路的正序故障分量电流作相位比较，判别是否是变压器故障，若是则跳开变压器另一侧断路器；

c)线路一端正序故障分量电流相位缺失

线路本端的正序故障分量电流相位缺失，将该线路对端正序故障分量电流与其所连母线的正序故障分量电流和进行相位比较，若相位相反且电流幅值最大的线路则为故障线路；

线路对端的正序故障分量电流相位缺失，将该线路本端的正序故障分量电流和其他线路的正序故障分量电流进行相位比较，若相位与其他线路都相反且电流幅值最大的线路则为故障线路；

(2)相位信息错误

a)变压器故障时

变压器两端的某一端故障电流相位信息出现错误，导致误判为母线故障，先跳开故障母线与变压器之间的断路器；若两台变压器向同一条母线供电，则比较两台变压器与故障母线之间电流的幅值，先跳开电流幅值较大的一侧母线与变压器之间的断路器；再将故障电流相位信息未出现错误的一侧与故障母线所连线路的正序故障分量电流进行相位比较，若相位几乎相同，则说明是变压器故障，跳开变压器另一侧断路器；

b)高压母线故障时

高压母线靠近变压器侧故障电流相位信息出错，导致误判为变压器故障，比较变压器两侧电流幅值，优先跳开幅值较大的变压器高压侧断路器，再利用变压器低压侧与高压母线所连线路的故障电流相位作比较，若相位相差不大，说明是高压母线故障，跳开与高压母线相关的所有断路器；

高压母线进线相位错误，误判为进线故障，先跳开进线与高压母线之间断路器，再次进行故障判别，判别出高压母线故障，跳开与高压母线相关的所有断路器；

c)低压侧母线故障时

低压母线靠近变压器侧故障电流相位信息出错，导致误判为变压器故障，比较流过变压器两侧电流的幅值，先跳开电流幅值较大的低压侧断路器；再利用变压器高压侧与低压母线所连线路的故障电流分量进行相位比较，可以判别出低压母线故障，跳开与其相连的所有断路器；

低压侧线路故障电流相位信息错误时，判为线路故障，先跳开故障线路的断路器，再次进行故障判别，判别为低压母线故障，跳开与低压母线相关的所有断路器；

d)线路故障时科学合理，判别准确，适用性强，灵敏度高

线路故障电流相位信息错误时，先比较各条线路电流幅值，先切除幅值较大的线路，再进行故障判别。

本发明的一种智能变电站集成保护方法，利用故障元件两端的正序故障分量电流相位特点，进行相位比较构成故障判别原则，结合智能电子设备(IED)采集的相位信息判别故障元件。当智能电子设备(IED)采集的相位信息缺失或错误时，扩大智能电子设备(IED)的识别区域内的相位信息和电流幅值信息，结合预定的动作决策，仍能快速地切除故障元件。能够同时对智能变电站内的变压器、母线、线路做出故障元件判别，不同以往方法仅仅对一种故障元件判别，该方法科学合理，计算简单，简便易行，判别准确，适用性强，灵敏度高，具有一定的容错性。

附图说明

图1为一种智能变电站集成保护方法的一个故障判别的基本流程图；

图2为一种智能变电站集成保护方法应用的一个具体变电站系统图；

图3为实施例1的一种智能变电站集成保护方法，在变电站变压器T1发生故障并且数据传输正常情况时，IED输出的变压器T1两端正序故障分量电流相位比较值仿真图；

图4为实施例1的一种智能变电站集成保护方法，在变电站变压器T1发生故障并且数据传输正常情况时，IED输出的变压器T1两端断路器输出值的仿真图；

图5为实施例2的一种智能变电站集成保护方法，在变电站变压器T1发生故障并且IED30采集的故障电流相位信息缺失情况时；IED29输出的变压器T1高压侧与低压线路L9的正序故障分量电流相位比较值仿真图；

图6为实施例2的一种智能变电站集成保护方法，在变电站变压器T1发生故障并且IED30采集的故障电流相位信息缺失情况时；IED29输出的变压器T1高压侧与低压线路L10的正序故障分量电流相位比较值仿真图；

图7为实施例2的一种智能变电站集成保护方法，在变电站变压器T1发生故障并且IED30采集的故障电流相位信息缺失情况时；IED29输出的变压器T1高压侧与低压线路L11的正序故障分量电流相位比较值仿真图；

图8为实施例2的一种智能变电站集成保护方法，在变电站变压器T1发生故障并且IED30采集的故障电流相位信息缺失情况时；IED29输出的变压器T1高压侧与低压线路L12的正序故障分量电流相位比较值仿真图；

图9为实施例2的一种智能变电站集成保护方法，在变电站变压器T1发生故障并且IED30采集的故障电流相位信息缺失情况时；IED29输出的变压器低压侧断路器输出值仿真图；

图10为实施例2的一种智能变电站集成保护方法，在变电站变压器T1发生故障并且IED30采集的故障电流相位信息缺失情况时；跳开变压器T1低压侧断路器后，IED29输出的变压器高压侧与低压侧线路L9的正序故障分量电流相位比较值仿真图；

图11为实施例2的一种智能变电站集成保护方法，在变电站变压器T1发生故障并且IED30采集的故障电流相位信息缺失情况时；跳开变压器T1低压侧断路器后，IED29输出的变压器高压侧与低压侧线路L10的正序故障分量电流相位比较值仿真图；

图12为实施例2的一种智能变电站集成保护方法，在变电站变压器T1发生故障并且IED30采集的故障电流相位信息缺失情况时；跳开变压器T1低压侧断路器后，IED29输出的变压器高压侧与低压侧线路L11的正序故障分量电流相位比较值仿真图；

图13为实施例2的一种智能变电站集成保护方法，在变电站变压器T1发生故障并且IED30采集的故障电流相位信息缺失情况时；跳开变压器T1低压侧断路器后，IED29输出的变压器高压侧与低压侧线路L12的正序故障分量电流相位比较值仿真图；

图14为实施例2的一种智能变电站集成保护方法，在变电站变压器T1发生故障并且IED30采集的故障电流相位信息缺失情况时；跳开变压器T1低压侧断路器后，IED29输出的变压器高压侧断路器输出值的仿真图；

图15为实施例3的一种智能变电站集成保护方法，在变电站变压器T1发生故障并且IED30采集的故障电流相位信息错误时；IED29输出的低压母线与线路L9的正序故障分量电流相位比较值的仿真图；

图16为实施例3的一种智能变电站集成保护方法，在变电站变压器T1发生故障并且IED30采集的故障电流相位信息错误时；IED29输出的低压母线与线路L10的正序故障分量电流相位比较值的仿真图；

图17为实施例3的一种智能变电站集成保护方法，在变电站变压器T1发生故障并且IED30采集的故障电流相位信息错误时；IED29输出的低压母线与线路L11的正序故障分量电流相位比较值的仿真图；

图18为实施例3的一种智能变电站集成保护方法，在变电站变压器T1发生故障并且IED30采集的故障电流相位信息错误时；IED29输出的低压母线与线路L12的正序故障分量电流相位比较值的仿真图；

图19为实施例3的一种智能变电站集成保护方法，在变电站变压器T1发生故障并且IED30采集的故障电流相位信息错误时；IED29输出的低压母线断路器输出值的仿真图；

图20为实施例3的一种智能变电站集成保护方法，在变电站变压器T1发生故障并且IED30采集的故障电流相位信息错误时；跳开变压器T1低压侧断路器后，IED29输出的变压器高压侧与低压侧线路L9的正序故障分量电流相位比较值的仿真图；

图21为实施例3的一种智能变电站集成保护方法，在变电站变压器T1发生故障并且IED30采集的故障电流相位信息错误时；跳开变压器T1低压侧断路器后，IED29输出的变压器高压侧与低压侧线路L10的正序故障分量电流相位比较值的仿真图；

图22为实施例3的一种智能变电站集成保护方法，在变电站变压器T1发生故障并且IED30采集的故障电流相位信息错误时；跳开变压器T1低压侧断路器后，IED29输出的变压器高压侧与低压侧线路L11的正序故障分量电流相位比较值的仿真图；

图23为实施例3的一种智能变电站集成保护方法，在变电站变压器T1发生故障并且IED30采集的故障电流相位信息错误时；跳开变压器T1低压侧断路器后，IED29输出的变压器高压侧与低压侧线路L12的正序故障分量电流相位比较值的仿真图；

图24为实施例3的一种智能变电站集成保护方法，在变电站变压器T1发生故障并且IED30采集的故障电流相位信息错误时；跳开变压器T1低压侧断路器后，IED29输出的变压器T1高压侧断路器输出值的仿真图；

图25为实施例4的一种智能变电站集成保护方法，在变电站高压母线发生故障并且IED1采集的故障电流相位信息错误时；IED2输出的变压器两端的正序故障分量电流相位比较值的仿真图

图26为实施例4的一种智能变电站集成保护方法，在变电站高压母线发生故障并且IED1采集的故障电流相位信息错误时；IED2输出的变压器断路器输出值的仿真图；

图27为实施例4的一种智能变电站集成保护方法，在变电站高压母线发生故障并且IED1采集的故障电流相位信息错误时；跳开变压器T2高压侧断路器后，IED2输出的变压器低压侧与高压侧线路L1的正序故障分量电流相位比较值的仿真图；

图28为实施例4的一种智能变电站集成保护方法，在变电站高压母线发生故障并且IE1采集的故障电流相位信息错误时；跳开变压器T2高压侧断路器后，IED2输出的变压器低压侧与高压侧线路L2的正序故障分量电流相位比较值的仿真图；

图29为实施例4的一种智能变电站集成保护方法，在变电站高压母线发生故障并且IED1采集的故障电流相位信息错误时；跳开变压器T2高压侧断路器后，IED2输出的变压器T2低压侧断路器输出值的仿真图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明的智能变电站集成保护方法进行清楚、完整地描述。

实施例1：

实施例1提供一种智能变电站集成保护方法，在变电站变压器T1发生故障并且数据传输正常情况，包括如下步骤：

S1：利用故障元件两端的正序故障分量电流相位特点，进行相位比较构成故障判别原则，结合智能电子设备(IED)采集的相位信息判别故障元件；

步骤S1包括利用正序故障分量电流相位特点构成故障判别原则结合智能电子设备(IED)采集的相位信息判别故障元件，具体包括：

S11：规定流过保护的正序故障分量电流正方向是从母线指向线路；当线路、母线、变压器发生区内故障时，其两端的正序故障电流相位相差不大；当发生区外故障时，其两端的正序故障电流相位相差接近180°；因此，可以利用正序故障分量电流的相位特点来区分故障和非故障元件；同时故障点的电流幅值也是最大的，幅值信息可以用来增强相位判据的可靠性；

S12：分别选取线路两端、变压器两端、母线靠近变压器一侧与其相连馈线和母联上的正序故障分量电流进行相位比较，若电流相位相差不大，则说明该元件路发生故障；若电流相位相差接近180°，则说明发生区外故障，判据如式(1)、(2)所示；

式中：分别为元件两端的正序故障分量电流；

S2：当智能电子设备(IED)采集的相位信息缺失或错误时，扩大智能电子设备(IED)的识别区域内的相位信息和电流幅值信息，结合预定的动作决策，仍能快速地切除故障元件；

步骤S2包括当IED采集的相位信息缺失或错误时，扩大智能电子设备(IED)的识别区域内的相位信息和电流幅值信息，结合预定的动作决策，仍能快速地切除故障元件，具体包括：

(1)相位信息缺失

a)变压器一侧正序故障分量电流相位缺失

当变压器一侧的正序故障分量电流相位缺失时，将该侧所连母线的线路正序故障分量电流与变压器未缺失相位一侧的正序故障分量电流作相位比较；即：当变压器高压侧的正序故障分量电流缺失时，将变压器低压侧的正序故障分量电流与高压侧母线所连线路的正序故障分量电流作相位比较；若相位都相反则说明是母线或变压器故障，先跳开高压母线和变压器之间断路器；再次利用变压器低压侧的正序故障分量电流与高压母线所连线路的正序故障分量电流进行相位比较，判别是否是变压器故障，若是侧跳开变压器另一侧断路器；当变压器一侧的正序故障分量电流相位缺失时，将该侧所连母线的线路正序故障分量电流与变压器未缺失相位一侧的正序故障分量电流作相位比较；当变压器低压侧的正序故障分量电流缺失时，将变压器高压侧的正序故障分量电流与低压侧母线所连线路的正序故障分量电流作相位比较；若相位都相反则说明是母线或变压器故障，先跳开低压母线和变压器之间断路器；再次利用变压器高压侧的正序故障分量电流与低压母线所连线路的正序故障分量电流进行相位比较，判别是否是变压器故障，若是侧跳开变压器另一侧断路器；

b)母线一端正序故障分量电流相位缺失

当高压母线靠近变压器侧的正序故障分量电流相位缺失时，将变压器低压侧的正序故障分量电流与高压侧母线所连线路的正序故障分量电流作相位比较；若相位方向都相反则说明是母线或变压器故障，先跳开母线和变压器之间断路器；再将变压器低压侧的正序故障分量电流与高压侧母线所连线路的正序故障分量电流作相位比较，判别是否是变压器故障，若是则跳开变压器另一侧断路器；当低压母线靠近变压器侧的正序故障分量电流相位缺失时，将变压器高压侧的正序故障分量电流与低压侧母线所连线路的正序故障分量电流作相位比较；若相位方向都相反则说明是母线或变压器故障，先跳开母线和变压器之间断路器；再将变压器高压侧的正序故障分量电流与低压侧母线所连线路的正序故障分量电流作相位比较，判别是否是变压器故障，若是则跳开变压器另一侧断路器；

c)线路一端正序故障分量电流相位缺失

线路本端的正序故障分量电流相位缺失，将该线路对端正序故障分量电流与其所连母线的正序故障分量电流和进行相位比较，若相位相反且电流幅值最大的线路则为故障线路；

线路对端的正序故障分量电流相位缺失，将该线路本端的正序故障分量电流和其他线路的正序故障分量电流进行相位比较，若相位与其他线路都相反且电流幅值最大的线路则为故障线路；

(2)相位信息错误

a)变压器故障时

变压器两端的某一端故障电流相位信息出现错误，导致误判为母线故障，先跳开故障母线与变压器之间的断路器；若两台变压器向同一条母线供电，则比较两台变压器与故障母线之间电流的幅值，先跳开电流幅值较大的一侧母线与变压器之间的断路器；再将故障电流相位信息未出现错误的一侧与故障母线所连线路的正序故障分量电流进行相位比较，若相位几乎相同，则说明是变压器故障，跳开变压器另一侧断路器；

b)高压母线故障时

高压母线靠近变压器侧故障电流相位信息出错，导致误判为变压器故障，比较变压器两侧电流幅值，优先跳开幅值较大的变压器高压侧断路器，再利用变压器低压侧与高压母线所连线路的故障电流相位作比较，若方向相差不大，说明是高压母线故障，跳开与高压母线相关的所有断路器；

高压母线进线方向错误，误判为进线故障，先跳开进线与高压母线之间断路器，再次进行故障判别，判别出高压母线故障，跳开与高压母线相关的所有断路器；

c)低压侧母线故障时

低压母线靠近变压器侧故障电流相位信息出错，导致误判为变压器故障，比较流过变压器两侧电流的幅值，先跳开电流幅值较大的低压侧断路器；再利用变压器高压侧与低压母线所连线路的故障电流分量进行相位比较，可以判别出低压母线故障，跳开与其相连的所有断路器；

低压侧线路故障电流相位信息错误时，判为线路故障，先跳开故障线路的断路器，再次进行故障判别，判别为低压母线故障，跳开与低压母线相关的所有断路器；

d)线路故障时

线路故障电流相位信息错误时，先比较各条线路电流幅值，先切除幅值较大的线路，再进行故障判别；

根据上述步骤，判别出变压器故障，跳开变压器两端断路器。图3、图4分别为IED输出的变压器两端正序故障分量电流相位比较值、断路器输出值的仿真图。

实施例2：

实施例2提供一种智能变电站集成保护方法，在变电站变压器T1发生故障并且IED30采集的故障相位信息丢失时故障元件的判别，包括如下步骤：

采集正序故障分量电流信息，比较各元件两端的正序故障分量电流相位，根据故障元件判别原则判别为低压母线或变压器T1故障，先跳开变压器与低压母线之间的断路器。图5、图6、图7、图8为IED29输出的变压器高压侧与低压侧线路的正序故障分量电流相位比较值仿真图；图9为IED29输出的变压器低压侧断路器输出值的仿真图；

再次采集正序故障分量电流信息，利用变压器高压侧的正序故障分量电流与低压母线所连线路的正序故障分量电流进行相位比较，根据故障元件判别原则判别为变压器T1故障，跳开变压器T1高压侧断路器；图10、图11、图12、图13为跳开变压器T1低压侧断路器后，IED29输出的变压器高压侧与低压侧线路的正序故障分量电流相位比较值仿真图；图14为跳开变压器T1低压侧断路器后，IED29输出的变压器高压侧断路器输出值的仿真图。

实施例3：

实施例3提供一种智能变电站集成保护方法，在变电站变压器T1发生故障并且IED30采集的低压侧故障相位信息错误时故障元件的判别，包括如下步骤：

采集正序故障分量电流信息，比较各元件两端的正序故障分量电流相位，根据故障元件判别原则判别为低压母线故障，根据相位信息和故障电流幅值信息，先跳开低压母线与变压器T1之间的断路器。图15、图16、图17、图18为IED29输出的低压母线及其线路的正序故障分量电流相位比较值的仿真图；图19为IED29输出的低压母线断路器输出值的仿真图；

再次采集正序故障分量电流信息，利用变压器高压侧的正序故障分量电流与低压母线所连线路的正序故障分量电流进行相位比较，根据故障元件判别原则判别为变压器T1故障，跳开变压器T1高压侧断路器；图20、图21、图22、图23为跳开变压器T1低压侧断路器后，IED29输出的变压器高压侧与低压侧线路的正序故障分量电流相位比较值的仿真图；图24为IED29输出的变压器T1高压侧断路器输出值的仿真图。

实施例4：

实施例4提供一种智能变电站集成保护方法，在变电站高压母线发生故障并且IED1采集的相位信息出现错误时故障元件的判别，包括如下步骤：

采集正序故障分量电流信息，比较各元件两端的正序故障分量电流相位，根据故障元件判别原则判别为变压器T2故障，根据相位信息和故障电流幅值信息，先跳开高压母线与变压器T2之间的断路器。图25、图26分别为IED输出的变压器两端的正序故障分量电流相位比较值的仿真图以及断路器输出值的仿真图；

再次采集正序故障分量电流信息，利用变压器低压侧的正序故障分量电流与高压母线所连线路的正序故障分量电流进行相位比较，根据故障元件判别原则判别为高压母线故障，跳开与高压母线相关联的断路器；图27、图28为跳开变压器T2高压侧断路器后，IED2输出的变压器低压侧与高压侧线路的正序故障分量电流相位比较值的仿真图；图29为IED2输出的变压器T2低压侧断路器输出值的仿真图。

本发明的一种智能变电站集成保护方法，利用故障元件两端的正序故障分量电流相位特点，进行相位比较构成故障判别原则，结合智能电子设备(IED)采集的相位信息判别故障元件。当智能电子设备(IED)采集的相位信息缺失或错误时，扩大智能电子设备(IED)的识别区域内的相位信息和电流幅值信息，结合预定的动作决策，仍能快速地切除故障元件。能够同时对智能变电站内的变压器、母线、线路做出故障元件判别，不同以往方法仅仅对一种故障元件判别，该方法科学合理，计算简单，简便易行，判别准确，适用性强，灵敏度高，具有一定的容错性。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。