就地化元件保护环网多子机同步动作的方法与流程

本发明涉及一种继电保护方法，特别是一种就地化保护方法。

背景技术：

无防护、开关场安装的就地化保护装置已验证并进入试运行阶段，其中元件保护为解决二次设备设备小型化、回路及配置简洁化、动作快速性、电缆直接跳闸的要求，保护装置采用了分布式多子机(子机)结构，子机利用环网进行数据交互。以变压器为例，每个子机分别采集副边一侧的模拟量和开入量，同时负责该侧的跳闸接点输出，各子机通过环网对模拟量和开关量数据进行同步处理，即每个子机均独立完成自身采集数据及环网传输数据的汇总同步、独立运算和逻辑出口判别，每个子机只控制本子机所负责的跳闸输出。因此，现有技术的就地化元件保护装置，由分布式子机构成，各子机就地安装，子机之间通过双环网通信，各子机完成本间隔模拟量、开关量采集，通过环网通信进行信息交互，各子机独自完成保护功能。子机采用电缆直接跳闸方式，即保护保护装置与开关操作箱之间的回路采用电缆直接连接方式，就地化保护装置接收断路器位置，本间隔开入信息采用电缆传输，与其它装置之间的启动、闭锁信号采用goose网络传输。子机模拟量采样用的常规互感器用电缆接入方式。

上述保护装置对环网各子机的数据及动作同步性要求非常高，在故障情况下每个子机动作行为必须保持一致。现有技术各子机获取环网传输数据与自身采集数据进行插值同步并运行时，由于采样时刻及插值计算时刻的不同，导致不同子机数据传递和运行结果会存在一定的误差，如故障时，故障量恰好处于动作临界状态，则可能存在各子机动作行为不一致的情况，造成变压器所有侧别切除不完全相同或同一母线相邻间隔切除不全的情况，对电力系统的运行稳定性带来影响。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种就地化元件保护环网多子机同步动作的方法，要解决的技术问题是提高电力系统的运行稳定性。

本发明采用以下技术方案：一种就地化元件保护环网多子机同步动作的方法，包括以下步骤：

一、保护装置各子机采集本侧采样值：a、b、c三相电压瞬时值，三相电流瞬时值，开入量状态，保护动作状态数据；

二、子机将其采集得到的本侧电压瞬时值、电流瞬时值、开入量状态经模数转换成数字量，再与本子机的保护动作状态数据一起，形成约定的统一格式的数据报文信息。

三、子机实时将本子机的数据报文信息发送到环网中，通过环网发送给其他子机；同时，子机从环网中获取其他子机发送的数据报文信息；

四、子机分别将其他子机的数据报文信息按照环网报文约定的格式，获得其他子机采样电压瞬时值、电流瞬时值、开关量状态和保护动作状态的数据，保存到本子机指定内存中；

五、子机实时将其他侧电压电流瞬时值、开关量状态和保护动作状态的数据与本侧电压电流瞬时值、开关量状态和保护动作状态的数据进行数据同步；

六、子机保护同步动作

发生故障时，子机输出控制信号至本侧开关控制其跳闸，其他子机根据同步后的电压电流采样数据和汇总后的开关量状态数据，判断是否满足保护启动和保护动作条件，包括以下步骤：

(1)若满足保护启动和保护动作条件，其他子机将汇总后的保护动作状态数据发送至环网；

若其他子机保护未启动，进入保护协同动作逻辑判断步骤；

(2)对于不带延时保护，直接降低本保护动作门槛至80％门槛值；对于带延时保护，除降低本保护动作门槛至80％门槛值的同时，将动作延时降至原动作延时的80％；

(3)40ms后，其他子机仍未同步出口，其他子机发出保护动作不同步告警信号。

本发明的步骤一本侧为变压器副边一侧。

本发明的步骤一保护装置各子机按0.833ms的采样频率采集采样值。

本发明的步骤一的a、b、c三相电压瞬时值，三相电流瞬时值，开入量状态，保护动作状态数据为：

高压侧子机采集变压器副边高压侧的a、b、c三相电压瞬时值，三相电流瞬时值，高压侧开入量状态，高压侧各保护动作状态数据；

中压侧子机采集变压器副边中压侧的a、b、c三相电压瞬时值，三相电流瞬时值，中压侧开入量状态，中压侧各保护动作状态数据；

低压侧子机采集变压器副边低压侧的a、b、c三相电压瞬时值，三相电流瞬时值，低压侧开入量状态，低压侧各保护动作状态数据。

本发明的步骤三子机按0.833ms的频率实时将本子机的数据报文信息发送到环网中。

本发明的步骤四子机分别将其他子机采样电压瞬时值、电流瞬时值、开关量状态和保护动作状态的数据，保存到本子机指定内存中，形成变压器副边其他侧电压电流瞬时值、开关量状态和保护动作状态的数据信息。

本发明的步骤五数据同步，子机将本侧电压电流瞬时值数据与接收到的其他侧电压电流瞬时值数据缓存，按插值同步方法，算出指定时刻每个通道采样数据，得到本子机同步后的电压电流采样数据。

本发明的步骤五数据同步，子机将开关量状态数据相或进行汇总合并，形成本子机汇总后的开关量状态数据。

本发明的步骤五数据同步，子机将其他子机保护动作状态数据按照逻辑“或”进行汇总合并，形成本子机汇总后的保护动作状态数据。

本发明的步骤六进入保护协同动作逻辑判断步骤前，进行正反码校验。

本发明与现有技术相比，采用数据同步，子机保护同步，快速地判别出任意一个子机已经动作出口情况下，对其他子机逻辑判断进行调整，实现环网内所有子机动作行为的一致性，防止动作临界状态下环网元件保护子机出现动作行为差异，完成各保护逻辑，简单、安全、可靠，在故障情况下，保证环网多子机保护动作行为的一致性，提高了电力系统运行稳定性，保证了电力系统安全、可靠的运行。

附图说明

图1是本发明的环网变压器多子机保护配置示意图。

图2是本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。

本实施例中，本发明的就地化元件保护环网多子机同步动作的方法(方法)，采用就地化变压器多子机保护装置(保护装置)，如图1所示，保护装置设有高压侧子机、中压侧子机、低压侧子机和本体子机，采用基于双向冗余环形网络(环网)的分布式结构，各子机通过双向冗余环网a和双向冗余环网b通信网络串接。

高压侧子机负责采集变压器副边高压侧的二次电压电流模拟量和开关状态信息，负责高压侧开关出口跳闸接点的控制，并获得其保护动作状态数据信息。

中压侧子机负责采集变压器副边中压侧的二次电压电流模拟量和开关状态信息，负责中压侧开关出口跳闸接点的控制，并获得其保护动作状态数据信息。

低压侧子机负责采集变压器副边低压侧的二次电压电流模拟量和开关状态信息，负责低压侧开关出口跳闸接点的控制，并获得其保护动作状态数据信息。

各子机通过数据报文信息，将采集到的二次电压电流、开关状态信息和保护动作状态信息的数据经环网传输到环网内的其他子机，各子机通过环网获取变压器副边其他侧的二次电压电流、开关状态信息和其他子机保护动作状态信息的数据，进行数据同步，子机保护同步，完成各保护功能逻辑。

本发明的方法，如图2所示，包括以下步骤：

一、保护装置各子机按0.833ms的采样频率采集采样值：

高压侧子机采集变压器副边高压侧(高压侧)的a、b、c三相电压瞬时值：uha、uhb、uhc，高压侧a、b、c三相电流瞬时值:iha、ihb、ihc，高压侧开入量状态(开关状态，开关量状态)ki_h，高压侧各保护动作状态数据bhdz_h。

ki_h用8比特bit表示，每个bit代表一个开入量，bit位为1表示对应开入合(合闸)，0表示开入断(断开)。bhdz_h用32比特bit表示，每个bit代表一种保护，如差动速断保护、比率差动保护、高压侧过流保护、中压侧过流保护，bit位为1表示该保护已经动作，即该保护逻辑判别结果为满足保护逻辑条件，发出保护动作的事件，开出节点闭合；0表示该保护未动作。

中压侧子机采集变压器副边中压侧(中压侧)的a、b、c三相电压瞬时值：uma、umb、umc，中压侧a、b、c三相电流瞬时值:ima、imb、imc，中压侧开入量状态(开关状态，开关量状态)ki_m，中压侧各保护动作状态数据bhdz_m。

ki_m用8个bit表示，每个bit代表一个开入量，bit位为1表示对应开入合，0表示开入断。bhdz_m用32个bit表示，每个bit代表一个保护段，bit位为1表示该保护段动作，0表示该保护段未动作。

低压侧子机采集变压器副边低压侧(低压侧)的a、b、c三相电压瞬时值：ula、ulb、ulc，低压侧a、b、c三相电流瞬时值:ila、ilb、ilc，低压侧开入量状态(开关状态，开关量状态)ki_l，低压侧各保护动作状态数据bhdz_l。

ki_l用8个bit表示，每个bit代表一个开入，bit位为1表示对应开入合，0表示开入断。bhdz_l用32个bit表示，每个bit代表一个保护段，bit位为1表示该保护段动作，0表示该保护段未动作。

二、子机将其采集得到的本侧电压瞬时值、电流瞬时值、开入量状态经模数ad转换成数字量，再与本子机的保护动作状态数据一起，形成约定的统一格式的数据报文信息。

三、子机按0.833ms的频率实时将本子机的数据报文信息发送到环网中，通过环网发送给其他子机。同时，子机从环网中获取其他子机发送的数据报文信息。

四、子机分别将其他子机的数据报文信息按照环网报文约定的格式，获得报文内所携带的其他子机采样电压瞬时值、电流瞬时值、开关量状态和保护动作状态的数据，保存到本子机指定内存中，形成变压器副边其他侧电压电流瞬时值、开关量状态和保护动作状态的数据信息。

五、子机实时将其他侧电压电流瞬时值、开关量状态和保护动作状态的数据与本侧电压电流瞬时值、开关量状态和保护动作状态的数据进行同步(数据同步)。

子机将本侧电压电流瞬时值数据与接收到的其他侧电压电流瞬时值数据缓存n个采样点，本实施例n取8。随后按现有技术的插值同步方法，算出指定(相同)时刻每个通道(采样点)采样数据，uha’、uhb’、uhc’、uma’、umb’、umc’、ula’、ulb’、ulc’、iha’、ihb’、ihc’、ima’、imb’、imc’、ila’、ilb’、ilc’，得到本子机同步后的电压电流采样数据。

子机将开关量状态数据直接相或进行汇总合并，形成本子机汇总后的开关量状态数据ki_all。ki_all使用32个bit表示，将ki_l、ki_m和ki_h按逻辑“或”分别写入ki_all的不同bit位中，如：ki_l可以为ki_all的bit8～15，ki_m可以为ki_all的bit8～15，ki_h可以为ki_all的bit16～23。

子机将其他子机保护动作状态数据直接按照逻辑“或”进行汇总合并，形成本子机汇总后的保护动作状态数据bhdz_ax，x表示侧别。bhdz_ax用32个bit表示，其中，高压侧子机的bhdz_ah为bhdz_m与bhdz_l的“或”逻辑结果；中压侧子机的bhdz_am为bhdz_h与bhdz_l的“或”逻辑结果；低压侧子机的bhdz_al为bhdz_h与bhdz_m的“或”逻辑结果。

六、子机保护同步动作

发生故障时，子机输出控制信号至本侧开关控制其跳闸，其他的某个子机(该子机)根据同步后的电压电流采样数据和汇总后的开关量状态数据，判断是否满足保护启动和保护动作条件。

(1)若满足保护启动和保护动作条件，该子机将汇总后的保护动作状态数据发送至环网。

保护启动为进入保护动作逻辑判别流程。

保护动作条件为实施保护设定的整定值，保护装置根据同步后的电压电流采样数据和汇总后的开关量状态数据进行逻辑判别是否满足整定值，判别结果为满足或不满足保护逻辑设定的整定值。

若该子机保护已启动但未动作，该子机根据环网中接收到的保护动作状态数据，经正反码校验后，形成该子机保护动作状态数据bhdz_ax，当判断bhdz_ax中某个bit位非0，根据该bit位所代表的保护逻辑，标志保护协同动作为1，进入保护协同动作逻辑判断步骤。

保护协同动作为某个子机保护已动作出口，其他子机未动作出口情况下，将其他子机动作判别条件降低，使其他子机也满足动作条件，不会因为误差而出现各子机动作行为不一致情况。

(2)其他子机在进行保护逻辑判别时，若该保护已经启动且保护协同动作标志为1，进入保护协同动作逻辑步骤：对于不带延时保护，直接降低本保护动作门槛至80％门槛值；对于带延时保护，除降低本保护动作门槛至80％门槛值的同时，将动作延时降至原动作延时的80％。通过降低门槛，以减少延时，保证各子机动作一致性，同时避免其他某个子机误跳导致其他子机跟跳情况。

(3)40ms后，其他子机仍未同步出口，其他子机发出保护动作不同步告警信号。

以差动速断保护为例，说明子机差动速断保护同步动作。假设变压器高、中、低电流互感器ct变比均一致。

(1)高、中、低压侧子机每一相差流大小为：

ida＝iha’+ima’+ila’(1)

idb＝ihb’+imb’+ilb’(2)

idc＝ihc’+imc’+ilc’(3)

式(1)、(2)、(3)中，ida、idb、idc分别为高、中、低压侧子机每一相的差流值。

子机分别判断差流值是否满足差动速断保护动作条件：

式(4)中，icdsd为差动速断保护电流整定值。

(2)假设发生某个故障，满足高压侧子机差动速断保护动作条件，此时，高压侧该子机直接输出控制信号至本侧开关控制其跳闸(出口跳高压侧开关)，并将高压侧子机差动速断保护动作状态对应的bit置1。若差动速断保护动作为bhdz_h的第一个bit位，则将高压侧保护动作状态正码bhdz_h第一个bit置1，同时将bhdz_h的32位逐位取反，形成高压侧保护动作状态反码bhdz_hf，然后将bhdz_h与bhdz_hf实时发送至环网中，通过环网传递给其他子机。

保护动作状态正反码为数据发送方和接收方为保证数据准确性，发送方将一个32位数据(正码)传输的同时，把这个32位数据逐位取反后的值(反码)一起传过去。接收方收到正码和反码后，将反码数据逐位取反后的值与正码进行对比确认，所有bit位的值均完全一致。

(3)在上述故障情况下，若中压侧子机差动速断保护已动作，中压侧子机直接将中压侧子机的保护动作状态标志bhdz_am的第一个bit(对应差动速断保护)置1。

在上述故障情况下，若中压侧子机差动速断保护未动作，中压侧子机从环网中获取到高压侧保护动作状态正反码bhdz_h与bhdz_hf后，进行校验，将bhdz_hf逐位取反后与bhdz_h比较是否完全一致，一致表示校验正确；不一致表示校验失败，将bhdz_hf所有bit清除(清零)。

校验正确后，将bhdz_h与bhdz_l(中压侧子机差动速断保护未动作，为0)汇总，标记中压侧子机的保护协同动作标志bhdz_am，bhdz_am的第一个bit差动速断保护协同动作状态置1。

中压侧子机进行差动速断保护逻辑判断，若差动速断保护已启动，即进入保护动作逻辑判别流程，则直接将差动速断电流整定值icdsd降低至其80％，中压侧子机差动速断保护动作条件调整为：

若满足式(5)，中压侧子机差动速断保护动作，直接输出控制信号至本侧开关控制其跳闸(出口跳中压侧开关)。

不满足式(5)，持续40ms后，生成保护动作不同步告警信号。

(4)对于不带延时的差动速断保护，若差动速断保护已经启动，降低保护动作门槛定值至其80％。通过降低门槛，可保证各子机同步动作出口，避免各子机出口跳闸时间间隔太长。

对于带延时的差动速断保护，若差动速断保护已经启动，同时降低保护动作门槛定至80％槛定值，缩短动作延时至延时整定值的80％。

以上以高压侧→中压侧差动速断保护为例进行了说明，同理，高压侧→低压侧、中压侧→高压侧、中压侧→低压侧、低压侧→中压侧、低压侧→中压侧差动速断保护方法相同。

除差动速断保护外，其他保护类型保护方法也相同。

本实施例中，就地化变压器多子机保护装置采用长园深瑞继保自动化有限公司的zynq7000型变压器保护装置，采样频率为1200hz，cpu采用cortex-a9处理器，用prs-778保护软件v1.00实现。

本发明的方法，采用基于双向冗余环形网络的分布式结构的多子机元件保护装置，各子机各自负责一侧或一部分支路的二次电压电流、开关状态信息和保护动作状态数据的采集，通过环网将采集到的数据传输到网络内的其他子机，各子机通过从环网里获取其他子机的数据，进行数据同步，子机保护同步，在快速地判别出任意一个子机已经动作出口的情况下，通过环网通知其他子机，对其他子机逻辑判断进行调整，实现环网内所有子机动作行为的一致性，完成各保护逻辑。有效地解决就地化环网多子机中子机动作行为不一致或动作时间差异较大问题，提高元件多子机保护的协同性。

不需要对环网多子机原交流采样以及开入开出模拟量接线进行更改，不需要增加太多计算量，消耗的cpu资源较少，在故障情况下，保证环网多子机保护动作行为的一致性，提高了电力系统运行稳定性，保证了电力系统安全、可靠的运行。