本发明属于智能变电站领域，具体涉及一种智能变电站站域后备保护方法。
背景技术：
在电力系统(超)高压变电站中，为满足系统稳定要求、保证设备的安全运行，应采用独立、双重化的主保护加后备保护的配置方式。双重化的主保护一般采用电流差动原理或纵联方向(距离)原理，主保护应具备较好的速动性和选择性，能准确、迅速的切除各种形式的区内故障。后备保护(包括远后备和近后备两种)是主保护或断路器拒动时，用以切除故障设备的保护。后备保护一般采用基于单端电气量的阶段式距离保护原理或方向零序过流保护原理，通过定值整定、方向元件以及动作时限的配合来保证选择性，为保证选择性又常以牺牲速动性为代价。
传统的继电保护配置方式也存在固有缺陷，例如：远后备方式实现较困难，只能以近后备+失灵保护的方式部分替代；变压器中性点直接接地的变压器容量和台数随运行方式变化较大，无法保持系统零序阻抗相对稳定，使零序过电流保护整定配合困难；各种原理的后备保护均由本地电气量构成，在复杂电网特别是短线环网中的定值和时间配合关系整定更困难。中低压变电站和高压变电站中的低电压等级母线一般不配置单独的母线差动保护，因此一旦发生母线故障，只能依靠变压器的后备保护切除，一般至少带0.5s的延时，将给母线、变压器及断路器等一次设备带来较大危害。
更严重的，当断路器拒动时，将会威胁系统稳定，带来灾难性后果。此外，在某些特定结构的电网中，变压器高压侧后备保护为了保证对变压器内部故障有足够的灵敏度，保护范围往往要伸出变压器低压侧，致使变压器后备保护与下一级后备保护的动作延时相同。这种情况下，既要避免低压出线故障时后备保护的越级跳闸，又要求在低压侧故障而保护拒动时高后备能灵敏动作，这在目前的后备保护配置方案中没有很好的解决方法。
由于主保护双重化且与后备保护分别配置，导致传统变电站的二次接线十分复杂，不但经济性差，而且给施工维护带来不便，存在较大的安全隐患。据统计，在继电保护的不正确动作原因中，由于“检修维护不良”、“运行维护不良”和“设计接线错误”导致的占1/3以上。
以传统变电站中电流互感器二次绕组的配置为例，在变压器高压侧的间隔内，电流互感器需要配置变压器差动、母线差动、后备保护、失灵保护、故障录波、计量、测量等10组以上二次绕组，不仅硬件配置重复、信息不共享、投资成本大，而且复杂的接线将导致二次回路的可靠性降低，直接影响继电保护的正常运行。
技术实现要素：
本发明为了解决上述问题，提出了一种智能变电站站域后备保护方法，本发明具有高速动性、高灵敏性、高可靠性。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种智能变电站站域后备保护方法，包括以下步骤：
获取站内各合并单元采集的电压、电流采样值、站内断路器位置信息及所有主保护的动作信息，以及站间数据通道获取线路对端变电站的断路器位置信息、主保护动作信息及对端站域后备保护的动作信息；
将站域后备保护的保护范围划分为包括仅包含一个元件，与元件主保护范围一致的元件差动区，由若干相邻的元件差动区合并构成的扩展差动区，区分故障位于变电站内部还是位于变电站出线的变电站差动区；
判断电力系统是处于正常运行状态还是故障状态，当判断结果为故障状态时，通过变电站内差动区的动作情况确定是变电站内部故障还是外部故障；
若确定是变电站内部元件故障，依次逐个将元件差动区从变电站差动区去除并形成扩展差动区，若去除某元件差动区后差动判据由动作状态转为制动状态，则确定故障位于该元件差动区；如此循环执行，直至扩展差动区仅包含唯一元件差动区，此时定位故障位于该剩余元件差动区；
若确定是变电站外部故障，利用采集到的母线电压及出线电流进行方向元件的逻辑判断，同时通过站间数据通道获取各条出线对端变电站内站域后备保护的方向元件判断结果，将各条出线的方向元件判断结果进行综合分析；
确定故障元件后，延时等待主保护动作和断路器跳闸，在主保护拒动时由站域后备保护发跳闸令，在断路器拒动时由站域后备保护向扩大跳闸区域发失灵跳闸令直至故障隔离。
进一步的，站域后备保护通过变电站过程层的sv网获取站内各合并单元采集的电压、电流采样值；通过过程层的goose网获取站内断路器位置信息及所有主保护的动作信息；站域后备保护通过站间数据通道获取线路对端变电站的断路器位置信息、主保护动作信息及对端站域后备保护的动作信息。
进一步的，站域后备保护通过过程层网络获取站内的断路器位置信息和主保护动作信息；利用站间数据通道形成的扩展goose网络获取对端变电站的断路器位置信息、主保护动作信息及对端站域后备保护的动作信息。
进一步的，将站域后备保护的保护范围划分为变电站内部元件和变电站出线部分，对变电站内部元件应用电流差动原理进行故障定位的区域的划分，对变电站出线应用方向比较原理进行故障定位的区域的划分。
进一步的，故障启动元件动作确认系统发生故障后，若变电站差动区满足差动判据，即差动判据处于动作状态，则认定故障位于变电站内部；若变电站差动区不满足差动判据，即差动判据处于制动状态，则认定故障位于变电站之外。
进一步的，每个元件差动区仅包含一个元件，该元件或者是变压器或者是母线，若确定故障位于某个元件差动区后，故障点即为该区的元件。
进一步的，确定故障元件后，站域后备保护延时300ms等待主保护动作和断路器跳闸。
进一步的，确定故障元件后，站域后备保护延时同时不断检测以下信息：站域后备的启动元件动作信息、主保护动作goose信息以及各出线对端站域后备保护的动作goose信息。
进一步的，主保护拒动为在检测到故障300ms内没有主保护动作信息。
进一步的，在主保护发出跳闸令后，间隔200ms再次检测故障元件是否切除。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、通过变电站内的过程层sv网络获取站内各合并单元采集的电压、电流采样值，利用全局同步时钟实现采样值的同步采集和传输。直接采集到的模拟量采样值用于差动电流和制动电流的计算以及方向元件的判别。变电站内部的断路器位置信息、主保护动作信息、出线对端变电站的站域后备保护动作信息均以goose信息的形式进行传输。
2、站域后备保护不依赖于wams系统获得数据，非本地的信息仅包含本变电站出线对端变电站的goose信息。站间数据传输采用广域以太网扩展过程层网络的模式，利用以太网交换机、路由器等设备将对端变电站内站域后备保护判断结果的goose信息接入本地变电站的过程层网络，该模式将两个变电站之间的物理信道对上层应用做了透明处理。
3、将后备保护范围分区处理，改变了后备保护依靠故障电气量值和时限阶梯配合实现选择性的应用现状，提高了后备保护的动作速度。综合利用电流差动原理和方向比较原理进行故障定位，既利用了差动原理的绝对选择性，又利用了方向元件对采样值数据同步要求较低的优点，同时降低了对站间数据通道的性能要求。
4、本发明在检测到系统故障后，延时300ms等待主保护动作，因此，可在主保护拒动的情况下最快300ms发出后备跳闸命令，在断路器失灵时最快在500ms内发出失灵跳闸命令，相比传统后备保护采取阶梯延时(一个级差至少500ms)具有更快的动作速度，而且不需要多级后备保护的延时配合。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1-故障处理程序示意图；
图2-站域后备保护范围示意图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，一种智能变电站站域后备保护方法，包括以下步骤：
(1)站域后备保护通过变电站过程层的sv网获取站内各合并单元采集的电压、电流采样值；通过过程层的goose网获取站内断路器位置信息及所有主保护的动作信息。站域后备保护通过站间数据通道获取线路对端变电站的断路器位置信息、主保护动作信息及对端站域后备保护的动作信息。
(2)站域后备保护的保护范围可分为变电站内部元件和变电站出线两个部分，其中前者为应用电流差动原理进行故障定位的区域，后者为应用方向比较原理进行故障定位的区域。定义变电站差动区为包含变电站全部元件的区域；元件差动区仅包含一个元件，与元件主保护范围一致；扩展差动区是由若干相邻的元件差动区合并构成。变电站差动区用于区分故障位于变电站内部还是位于变电站出线；通过扩展差动区的搜索可以定位变电站内部的故障元件。
(3)、站域后备保护的故障启动元件用于判断电力系统是处于正常运行状态还是故障状态，如果判断结果为故障状态则转入步骤(4)进行故障处理程序。站域后备保护根据合并单元采集到的电流采样值进行故障启动判断，采用浮动门槛的电流突变量原理，可以灵敏反应系统中的各种类型故障。
(4)、在故障处理程序中(参见图1)，首先通过变电站内差动区的动作情况确定是变电站内部故障还是外部故障。若确定是变电站内部元件故障，则按步骤(5)处理，若是变电站外部故障，则按步骤(6)处理。具体的确定方法是：故障启动元件动作确认系统发生故障后，若变电站差动区满足差动判据，即差动判据处于动作状态，则认定故障位于变电站内部；若变电站差动区不满足差动判据，即差动判据处于制动状态，则认定故障位于变电站之外。
(5)、确定是变电站内部元件故障后，依次逐个将元件差动区从变电站差动区去除并形成扩展差动区，若去除某元件差动区后差动判据由动作状态转为制动状态，则确定故障位于该元件差动区。如此循环执行，直至扩展差动区仅包含唯一元件差动区，此时定位故障位于该剩余元件差动区。每个元件差动区仅包含一个元件，该元件或者是变压器或者是母线，若确定故障位于某个元件差动区后，故障点即为该区的元件(变压器或母线)。在遍历过程中通常是先去除与变压器相连的母线元件，若母线元件都去除后仅剩变压器元件，则判定故障发生在该变压器。
(6)、确定是变电站外部故障后，站域后备保护利用采集到的母线电压及出线电流进行方向元件的逻辑判断，同时通过站间数据通道(以goose信息的方式)获取各条出线对端变电站内站域后备保护的方向元件判断结果，然后将各条出线的方向元件判断结果进行综合分析。当出现本变电站内某条出线(以l3为例说明)判为正方向而其余出线全部为反方向，并且对端站域后备保护也判为l3出线为正方向故障时，则可确定故障位于l3出线。当出现本变电站内某条出线(以l3为例说明)判为正方向而其余出线全部为反方向，并且对端站域后备保护判为l3出线为反方向故障时，则可确定故障点位于站域后备保护区域之外，等待故障由其他保护切除。
(7)、站域后备保护通过过程层网络获取站内的断路器位置信息和主保护动作信息；利用站间数据通道形成的扩展goose网络获取对端变电站的断路器位置信息、主保护动作信息及对端站域后备保护的动作信息。站域后备保护检测到系统故障并确定故障元件后，延时等待主保护动作和断路器跳闸，在主保护拒动时由站域后备保护发跳闸令，在断路器拒动时由站域后备保护向扩大跳闸区域发失灵跳闸令直至故障隔离。在确定延时时间时，充分考虑主保护动作时间和断路器跳闸时间，保证主后备有足够的时间配合，并考虑到传统后备保护阶梯式时限通常为500ms，该时间要比这时间短，才能起到缩短后备保护动作时间的效果。优选的，由上述步骤确定故障元件后，站域后备保护可延时300ms等待主保护动作和断路器跳闸，期间不断检测以下信息：站域后备的启动元件动作信息、主保护动作goose信息以及各出线对端站域后备保护的动作goose信息。在检测到故障300ms内如果没有主保护动作信息，则认为主保护拒动，则发出后备保护跳闸令，跳开故障元件各侧断路器；在主保护发出跳闸令后，间隔200ms再次检测故障元件是否切除，如故障仍存在，则认为断路器拒动，由站域后备保护向扩大跳闸区域发失灵跳闸命令，直至故障消失。
为适应电流差动原理在站域后备保护中的应用，可参考变压器或母线差动保护中的一些技术，具体的，在进行电流差动判断时，本发明采用两段折线的稳态分相电流差动原理作为主判据，规定电流相量的正方向与主保护一致，即线路电流以母线流向线路为正方向，变压器各侧断路器电流以流入变压器为正方向。除主判据外，为提高反映不对称故障的灵敏度，本发明采用带延时确认的负序电流差动原理作为补充判据。为提高反映过渡电阻能力，本发明还采用带延时确认的零序电流差动原理作为接地故障的补充判据。
为适应方向比较原理在站域后备保护中的应用，可参考线路纵联保护中的一些技术，具体的，故障发生初期(60ms时间内)采用正序故障分量元件进行故障方向判别，由于站域后备保护需要较长时间延时，而此时故障分量已不易提取，因此在故障发生60ms之后采用过电流元件对正序故障分量元件的判断结果进行保持。为提高反映不对称故障的灵敏度，本发明采用负序方向元件作为补充判据；为提高反映过渡电阻能力，本发明还采用零序方向元件作为接地故障的补充判据。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。