專利名稱：一種基于多種傳統(tǒng)保護技術(shù)的集成保護系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)，更具體地說是涉及一種基于多種傳統(tǒng)保護技術(shù)的集成保護系統(tǒng)，屬于繼電保護技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著數(shù)字技術(shù)、檢測技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，在電力系統(tǒng)繼電保護技術(shù)領(lǐng)域中，集中的保護系統(tǒng)已經(jīng)越來越引起人們的關(guān)注。對于電力輸電線路、變壓器和發(fā)電機等來說，為了達到一定程度的集中，已經(jīng)有多種保護功能被集于一個保護設(shè)備中。例如，微機線路保護可以將距離或電流等具有不同功能的保護集成作為主保護，也可將方向保護以及過電流保護等集成作為后備保護。然而目前這些保護都是基于獨立電設(shè)備而安裝，雖然集成了不同的保護功能，但仍然只保護單段線路或單個設(shè)備。本發(fā)明提出的集成保護不僅為單段線路提供快速保護，而且可保護到與變電站相連的所有線路段和設(shè)備，乃至整個配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在滿足保護性能的各種要求外，相對于現(xiàn)有傳統(tǒng)的、基于獨立設(shè)備的保護技術(shù)，具有明顯的優(yōu)勢，特別結(jié)合采用先進國際標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議的現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)，該新型保護方案將會有美好的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了補充現(xiàn)有技術(shù)，豐富繼電保護領(lǐng)域的發(fā)展，滿足電力網(wǎng)絡(luò)的不斷擴張對快速清除故障以增強系統(tǒng)穩(wěn)定性的需求，而提出一種基于多種傳統(tǒng)保護技術(shù)的集成保護系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括故障線路選擇單元、瞬時跳閘單元、加速跳閘通道單元、無通道加速跳閘單元和INP直接跳閘單元，以及兩個通信接口I、II。本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的，包括以下步驟集成保護繼電器(IR)安裝于各變電站母線，同時IR與該母線的所有出線上的電流互感器(CT)和電壓互感器(PT)相連。IR裝置結(jié)合傳統(tǒng)的保護功能和配電系統(tǒng)保護的最新發(fā)展?fàn)顩r，構(gòu)成以下三個階段第一階段是瞬時跳閘階段，保護的功能主要包括過電流保護、電流差動保護(通信信道可用狀態(tài)下)或者距離保護。為實現(xiàn)多種保護功能的集成，每個繼電器裝置設(shè)置有多個保護整定值，以保護到與變電站相連的配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。同時，通過通信通道可發(fā)送方向信息給遠方繼電器和集成網(wǎng)絡(luò)保護(INP)單元。
如果基于多個保護整定值的繼電器未瞬時動作，即故障發(fā)生位置超出瞬時保護范圍，那么投入保護的第二階段。當(dāng)通信通道滿足要求時，利用配電系統(tǒng)的方向保護技術(shù)實現(xiàn)聯(lián)鎖跳閘；否則，利用配電系統(tǒng)的無通道技術(shù)進入無通道加速跳閘單元。
第三階段，集成網(wǎng)絡(luò)保護單元(INP)作為整個網(wǎng)絡(luò)保護系統(tǒng)的后備保護，收集網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有IR繼電器發(fā)出的故障信息和方向信息；通過執(zhí)行算法，與各故障信息比較，判斷出故障線路，直接發(fā)送跳閘命令給故障線路的繼電器裝置跳閘以快速切除故障，恢復(fù)系統(tǒng)正常線路的運行。
本發(fā)明基于多種傳統(tǒng)保護技術(shù)，通過分析來自每條保護線路的信息，構(gòu)成集成保護，可以用于推導(dǎo)新的保護原理和實現(xiàn)新的保護功能，該保護不僅為單段線路提供快速保護，而且可保護到與之相連的所有線路段和設(shè)備，乃至整個配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以實現(xiàn)集成網(wǎng)絡(luò)保護功能。隨著數(shù)字處理技術(shù)、測量、通信等技術(shù)的飛速發(fā)展，該方案相對于現(xiàn)有的基于單獨電設(shè)備的獨立保護技術(shù)，具有明顯的優(yōu)勢，不僅能夠全面提高保護性能，也易于管理和使用，以及具有經(jīng)濟性和可實用性，在電力系統(tǒng)領(lǐng)域?qū)⒕哂袕V闊的應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明基于多種傳統(tǒng)保護技術(shù)的集成保護方案示意圖。
圖2為本發(fā)明實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)示意圖。
圖3為本發(fā)明的繼電器單元功能框圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步描述。
如圖1所示，當(dāng)線路2上F1處發(fā)生故障時，IR繼電器，比如系統(tǒng)中的IR1、IR2和IR3均會檢測出故障。在這種情況下，IR1將不會立即對故障做出回應(yīng)，因為它超出了IR1瞬時動作的運行范圍；對于IR2，如果故障電流的幅值超過其瞬時段電流的整定值，IR2會瞬時跳閘，否則進入第二階段；在IR2跳開故障線路后，故障即被切除，IR1將返回繼續(xù)正常運行。
與此同時，在通信信道可用的情況下，IR2會發(fā)送故障方向信息給與之相連的各集成保護繼電器和INP單元，當(dāng)IR2和IR3間的通信信道滿足要求，IR3會通過分析比較當(dāng)?shù)毓收闲畔⒑褪盏降膩碜訧R2的故障方向信息，從而確定跳開相應(yīng)的故障線路。
當(dāng)IR2和IR3間的通信信道不滿足要求時，采用無通道加速保護技術(shù)中的低電壓方向元件，IR3會檢測到一個低電壓方向故障信息，在IR2跳開故障線路后也可提供一個加速跳閘功能。在這兩種情況下，故障均從故障線路的兩端切除，而對于傳統(tǒng)的保護方案而言，故障只能從線路有源端切除。
上述所有檢測到故障的繼電器都會將故障方向信息送至INP單元，該單元作為后備，比較來自IR1、IR2、IR3、IR4和IR5的方向信息，將清楚的判斷出故障段為線路2，并由INP單元直接發(fā)送跳閘命令給IR2和IR3，使得故障從線路兩端切除。
如圖2所示，交換式光纖環(huán)形以太網(wǎng)，采用標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議(如IEC 61850)通過通信網(wǎng)關(guān)與INP單元及控制中心通信，通過交換開關(guān)與集成保護繼電器裝置、網(wǎng)關(guān)以及人機界面等設(shè)備接口。所有接口設(shè)備均具有一定裕度和自適應(yīng)能力，從而提高系統(tǒng)的實時性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?；網(wǎng)絡(luò)包含一條具有綜合監(jiān)測功能的光纖通道，元件故障可以在幾毫秒內(nèi)被檢測到，并在不到一秒的時間內(nèi)顯示給操作員，如果一臺裝置出現(xiàn)故障，其它裝置間正常的通信能在網(wǎng)絡(luò)重組后的幾毫秒內(nèi)恢復(fù)；實施專門的監(jiān)測協(xié)議，繼電器裝置能夠有規(guī)律的檢查網(wǎng)絡(luò)狀況，并提供1ms的時間同步信號；由于全面的光纖設(shè)計，該單元消除了電磁干擾。網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議的使用將使不同廠商生產(chǎn)的設(shè)備易于面向系統(tǒng)。
如圖3所示，集成保護繼電器包括故障線路選擇單元、瞬時跳閘單元、聯(lián)鎖跳閘通道單元、無通道加速跳閘單元和INP直接跳閘單元。同時，還包含兩個通信接口。
“故障線路選擇單元”確定與IR安裝處母線相連的故障線路，該單元利用了傳統(tǒng)的方向元件或新的保護原理技術(shù)。一旦故障線路或方向被檢測到，“瞬時跳閘單元”會根據(jù)多電流整定值選擇與故障線路相對應(yīng)的定值進行比較，確定是否瞬時跳閘。
基于通信信道的“聯(lián)鎖跳閘單元”，利用專門用于配電系統(tǒng)的方向比較技術(shù)，一旦檢測到故障信息不在瞬時跳閘單元范圍內(nèi)，繼電器會通過通信接口I發(fā)送方向信息給與故障線路相連的各IR，同時等待來自遠端IR，所發(fā)來的方向信息；相應(yīng)的集成保護繼電器通過比較，判斷出故障方向和位置，則驅(qū)動對應(yīng)斷路器跳閘。
通信接口I是一個多信道通信單元，在通信技術(shù)滿足要求的情況下，負責(zé)發(fā)送和接收相關(guān)線路IR的信息。
“無通道加速跳閘單元”(NCA)，是在無通信信道情況下而加速跳閘。它會在瞬時跳閘命令失效時啟動，換句話說，是指故障不在瞬時跳閘單元控制范圍內(nèi)時啟動。無通道加速跳閘技術(shù)的基本原理是通過對遠端斷路器動作的情況檢測而決定是否加速跳閘。NCA單元有兩個特性首先，它能取代等候固定時間的延遲跳閘，NCA單元會加速跳開故障線路；再者，對于單電源的供電系統(tǒng)而言，NCA能夠從故障線路的負荷側(cè)跳閘，從而使故障從線路兩側(cè)切除。
“INP直接跳閘單元”通過通信裝置II，接收各IR的故障方向信息并發(fā)送直接跳閘命令。INP單元通過比較來自于網(wǎng)絡(luò)保護范圍內(nèi)的各繼電器(IR)發(fā)送的方向信息，很容易確定出故障線路。顯然，INP單元可以協(xié)調(diào)廣域控制和保護系統(tǒng)，以維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
本發(fā)明是一種基于多種保護技術(shù)的集成保護系統(tǒng)，可以用于復(fù)雜配電系統(tǒng)構(gòu)成新型的繼電保護系統(tǒng)。
本發(fā)明的其它變化和修改對本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的，本發(fā)明并不局限于所描述的具體實施方式
。因此，在本發(fā)明所公開內(nèi)容的真正實質(zhì)和基本原則范圍內(nèi)的任何/所有修改、變化或等效變換，都屬于本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于多種傳統(tǒng)保護技術(shù)的集成保護系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)包括故障線路選擇單元、瞬時跳閘單元、加速跳閘通道單元、無通道加速跳閘單元和INP直接跳閘單元，以及兩個通信接口I、II；集成保護繼電器(IR)安裝于變電站的各母線，同時IR與該母線的所有出線上的電流互感器(CT)和電壓互感器(PT)相連；IR裝置既有傳統(tǒng)保護功能，又具有新的保護特性，互相配合構(gòu)成了新型的三階段保護第一階段是瞬時跳閘階段，每個繼電器裝置設(shè)置有多個整定值，以保護到與變電站相連的配電網(wǎng)絡(luò)，同時，通過通信通道可發(fā)送方向信息給遠方繼電器和集成網(wǎng)絡(luò)保護(INP)單元；如果繼電器未瞬時動作，即故障發(fā)生位置超出瞬時保護范圍，那么投入保護第二階段，當(dāng)通信通道滿足要求時，利用配電系統(tǒng)的方向保護技術(shù)實現(xiàn)聯(lián)鎖跳閘；否則，利用配電系統(tǒng)的無通道技術(shù)進入無通道加速跳閘單元；第三階段，集成網(wǎng)絡(luò)保護單元(INP)作為整個網(wǎng)絡(luò)保護系統(tǒng)的后備保護，收集網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有IR繼電器發(fā)出的故障信息和方向信息，通過比較，判斷出故障線路，直接發(fā)送跳閘命令給故障線路繼電器裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多種傳統(tǒng)保護技術(shù)的集成保護系統(tǒng)，其特征在于“故障線路選擇單元”確定與母線相連的故障線路，其中IR繼電器安裝于變電站的各母線，該環(huán)節(jié)的實現(xiàn)利用了傳統(tǒng)方向元件和新的原理技術(shù)；一旦故障線路或方向被檢測到，“瞬時跳閘單元”會根據(jù)多個保護整定值，比較故障線路的對應(yīng)參數(shù)，確定是否瞬時跳閘；“加速跳閘單元”基于專門用于配電系統(tǒng)的方向比較技術(shù)，在通信通道I的不同狀態(tài)，實施不同方法進行故障判斷與隔離；“INP直接跳閘單元”通過通信通道II，接收并比較來自于網(wǎng)絡(luò)保護范圍內(nèi)的各IR繼電器發(fā)送的方向信息，確定出故障線路，發(fā)送直接跳閘命令；INP單元可以協(xié)調(diào)廣域控制和保護系統(tǒng)，以維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于多種傳統(tǒng)保護技術(shù)的集成保護系統(tǒng)。包括瞬時跳閘、加速跳閘與后備直接跳閘單元等多個環(huán)節(jié)。專用的集成保護繼電器(IR)安裝于變電站母線，與母線的所有出線上的電流、電壓互感器相連。IR結(jié)合傳統(tǒng)保護和配電保護的最新發(fā)展，構(gòu)成了新型三階段保護；第一階段(I段)是瞬時跳閘單元；第二階段(II段)是利用通信通道的方向比較技術(shù)或無通道技術(shù)實現(xiàn)的加速跳閘單元；第三階段(III段)，集成網(wǎng)絡(luò)保護單元(INP)根據(jù)所收集網(wǎng)絡(luò)中由IR發(fā)出的故障和方向信息，判斷出故障線路，直接發(fā)送相應(yīng)的跳閘命令。可為單段線路提供快速保護，可實現(xiàn)整個配電系統(tǒng)的集成保護功能。隨著測量、通信、處理等技術(shù)的發(fā)展，有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號H02H7/26GK1960106SQ20061011376
公開日2007年5月9日 申請日期2006年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月16日
發(fā)明者和敬涵, 薄志謙, 任穎莉, 安德魯.克萊門克 申請人:北京交通大學(xué)