專利名稱：網(wǎng)域繼電保護(hù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明適用于發(fā)電廠和變電站主設(shè)備及電力線路的短路故障保護(hù)。
背景技術(shù)：
:在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，主要是當(dāng)代有兩項重大技術(shù)發(fā)展進(jìn)步，使本發(fā)明得以實(shí)施，成為可能。1，計算機(jī)繼電保護(hù)裝置的應(yīng)用，并進(jìn)入成熟階段；2，IEC61850 (變電站網(wǎng)絡(luò)與通信協(xié)議)新一代變電站網(wǎng)絡(luò)通信體系的建立，使通信信息建模標(biāo)準(zhǔn)化。發(fā)明內(nèi)容:網(wǎng)域繼電保護(hù)是一個全新的概念，與傳統(tǒng)的、分散的、獨(dú)立的保護(hù)繼電器或保護(hù)裝置不同。網(wǎng)域繼電保護(hù)是指，在包括發(fā)電機(jī)、變壓器、母線、電抗器、電容器等主要電氣設(shè)備及電力(或電纜)線路的電力網(wǎng)絡(luò)中，按給定的區(qū)域，適當(dāng)?shù)嘏渲秒娏骰ジ衅鳎?有/無)電壓互感器，微機(jī)保護(hù)監(jiān)測頭，利用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)，形成的短路故障繼電保護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)從原理構(gòu)成上能夠準(zhǔn)確地、快速地判斷短路故障或非故障，及故障發(fā)生的區(qū)間，使電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)兩個最重要的技術(shù)指標(biāo)可靠性和快速性提高到一個新的水平。結(jié)構(gòu)及各部分的主要功能:網(wǎng)域繼電保護(hù)的結(jié)構(gòu)主要分為四部分，見附圖網(wǎng)域繼電保護(hù)系統(tǒng)原理框圖。I保護(hù)監(jiān)測頭；2保護(hù)計算機(jī)；3信號及跳閘指令執(zhí)行部分(出口)；4網(wǎng)絡(luò)通信。監(jiān)測頭的主要功能:監(jiān)測頭連接電流/電壓互感器。判斷該回路是正常運(yùn)行電流(Z)、過負(fù)荷電流(G)、還是短路電流(D)。判斷短路電流的方向，是運(yùn)行負(fù)荷電流的方向(以下稱為正向，或者稱為A向)，還是與負(fù)荷電流的方向相反(以下稱為反向，或者稱為B向)。A, B，Z, G, D均為開關(guān)量，及作為監(jiān)測量的模擬量，適時送往保護(hù)計算機(jī)。保護(hù)計算機(jī)的主要功能:接收各監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測頭發(fā)來的A，B，Z, G, D開關(guān)量信息，通過計算和邏輯判斷，確定發(fā)生短路故障及短路故障所在區(qū)間。并把確定結(jié)果信息送往出口執(zhí)行部分。保護(hù)計算機(jī)還接受電流、電壓量(模擬量)及斷路器開/合位置等信息，完成計算機(jī)管理、計算、記錄、報表等功能。信號及跳閘指令執(zhí)行部分(出口):信號及跳閘指令執(zhí)行部分接受來自計算機(jī)的信息，并以三中取二的原則，最終確定跳閘和信號的結(jié)果，并以“繼電器接點(diǎn)”的形式，通過電纜送到相應(yīng)的安裝單位，或者以光纖通信把跳閘指令送到智能設(shè)備終端。網(wǎng)絡(luò)通信:監(jiān)測頭到保護(hù)計算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通信，推薦采用IEC61850(變電站網(wǎng)絡(luò)與通信協(xié)議)網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)約。監(jiān)測頭具體實(shí)施方案一:以虛擬電流作為保護(hù)判據(jù)重要元素的監(jiān)測頭的說明。以虛擬電流作為保護(hù)判據(jù)重要元素的監(jiān)測頭，適時地監(jiān)測電流波形，并與設(shè)計的虛擬電流相比較。依據(jù)設(shè)計的判據(jù)，經(jīng)過計算、比較和邏輯推理，判斷此時電流的方向，是運(yùn)行負(fù)荷電流的方向(以下稱為正向，或者稱為A向)，還是與負(fù)荷電流的方向相反(以下稱為反向，或者稱為B向)。監(jiān)測頭適時地、連續(xù)地向保護(hù)計算機(jī)發(fā)送報告，主要是:1，關(guān)于電流是負(fù)荷電流、異常電流、或是短路故障電流的報告；2，關(guān)于短路故障電流方向的報告，是A或是B ; 網(wǎng)域繼電保護(hù)系統(tǒng)自動進(jìn)行時鐘同步校準(zhǔn)。檢測元件電流值采樣速率:36點(diǎn)/20ms。在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時，監(jiān)測頭、網(wǎng)域繼電保護(hù)系統(tǒng)的工作狀態(tài)出現(xiàn)異常，立即報
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目O短路故障發(fā)生后，保護(hù)計算機(jī)統(tǒng)一發(fā)出“復(fù)歸”指令 以虛擬電流作為保護(hù)判據(jù)重要元素的監(jiān)測頭的工作原理:
依據(jù)負(fù)荷電流的性質(zhì)，變化規(guī)律，確定正常負(fù)荷電流的變化范圍，異常負(fù)荷電流的變化范圍，超出正常負(fù)荷電流和異常負(fù)荷電流屬于短路故障電流。制定正常虛擬負(fù)荷電流波形曲線和虛擬異常負(fù)荷電流波形曲線，并與實(shí)測電流相比較。時間坐標(biāo)統(tǒng)一調(diào)制。以虛擬電流作為保護(hù)判據(jù)重要元素的監(jiān)測頭的工作原理說明:1.實(shí)測電流，以A相電流正弦波形為例，設(shè)為YA (t);2.確定時間的起點(diǎn)，例如將正弦波形上升段的“0”點(diǎn)作為時間的起點(diǎn)。由主機(jī)時鐘同步校準(zhǔn)確定；3.連續(xù)作電流波形對時間的積分，時間間隔例如取2ms;4.去除干擾值。如某一點(diǎn)的值或大于前一點(diǎn)2倍的額定電流,或大于后一點(diǎn)2倍的額定電流，則取消這一點(diǎn)之值，以前后二點(diǎn)的平均值代替?；虿扇∑渌蓸又导m錯算法；
5.記憶和刷新:記憶和刷新的周期不小于60 ms；6.作虛擬異常負(fù)荷電流波形曲線的積分，積分時間間隔相同，對應(yīng)的時刻也相同；7.將實(shí)測電流和虛擬異常負(fù)荷電流積分，按對應(yīng)時間段作比較，判斷電流是連續(xù)平穩(wěn)的變化量，還是突變量，突變量的變化速率的大小，電流是原方向還是發(fā)生反方向；8.設(shè)以三個時間段積分值為比較單元，即可判斷是正常負(fù)荷電流、異常運(yùn)行電流、還是故障電流及故障電流的方向是A還是B ；9.電壓量作為輔助判別量。正常運(yùn)行情況下，電力網(wǎng)絡(luò)各點(diǎn)電壓量的分布是穩(wěn)定有序的。發(fā)生短路故障情況下，電力網(wǎng)絡(luò)各點(diǎn)電壓量形成新的分布圖，故障點(diǎn)電壓量顯著異常，以此鑒別故障點(diǎn)，綜合前述電流量監(jiān)測頭的監(jiān)測結(jié)果，發(fā)出監(jiān)測報告。監(jiān)測頭具體實(shí)施方案二:以電流變量的積分作為保護(hù)判據(jù)主要參量的監(jiān)測頭的說明。以電流變量的積分作為保護(hù)判據(jù)主要參量的監(jiān)測頭，適時地監(jiān)測電流波形，并比較電流波形故障前后的變化。依據(jù)設(shè)計的判據(jù)，經(jīng)過計算、比較和邏輯推理，判斷此時電流的方向，是運(yùn)行負(fù)荷電流的方向(以下稱為正向，或者稱為A向)，還是與負(fù)荷電流的方向相反(以下稱為反向，或者稱為B向)。監(jiān)測頭適時地、連續(xù)地向保護(hù)計算機(jī)發(fā)送報告，主要是:1，關(guān)于電流是負(fù)荷電流、異常電流、或是短路故障電流的報告；2，關(guān)于短路故障電流方向的報告，是A或是B ;網(wǎng)域繼電保護(hù)系統(tǒng)自動進(jìn)行時鐘同步校準(zhǔn)。檢測組件電流值采樣速率:36點(diǎn)/20ms。在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時，監(jiān)測頭、網(wǎng)域繼電保護(hù)系統(tǒng)的工作狀態(tài)出現(xiàn)異常，立即報
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目O短路故障發(fā)生后，保護(hù)計算機(jī)統(tǒng)一發(fā)出“復(fù)歸”指令。以電流變量的積分為主要參量的監(jiān)測頭的工作原理說明:1.以A相電流正弦波形為例，設(shè)為YA (t);2.確定時間的起點(diǎn)，例如將正弦波形上升段的“0”點(diǎn)作為時間的起點(diǎn)。由主機(jī)時鐘同步校準(zhǔn)確定；3.連續(xù)作電流波形對時間的積分，時間間隔例如取2ms;4.去除干擾值。如某一點(diǎn)的值或大于前一點(diǎn)2倍的額定電流,或大于后一點(diǎn)2倍的額定電流，則取消這一點(diǎn)之值，以前后二點(diǎn)的平均值代替?；虿扇∑渌蓸又导m錯算法；5.記憶和刷新:記憶和刷新的周期不小于60 ms ；6.將每一個時間段的積分值與前一個相同時間段的積分值作比較，判斷電流是連續(xù)平穩(wěn)的變化量，還是突變量，突變量的變化速率的大小，電流是原方向還是發(fā)生反方向；7.設(shè)以三個時間段積分值為比較單元，即可判斷是正常負(fù)荷電流、異常運(yùn)行電流、還是故障電流及故障電流的方向是A還是B ;8.電壓量作為輔助判別量。正常運(yùn)行情況下，電力網(wǎng)絡(luò)各點(diǎn)電壓量的分布是穩(wěn)定有序的。發(fā)生短路故障情況下，電力網(wǎng)絡(luò)各點(diǎn)電壓量形成新的分布圖，故障點(diǎn)電壓量顯著異常，以此鑒別故障點(diǎn)，綜合前述電流量監(jiān)測頭的監(jiān)測結(jié)果，發(fā)出監(jiān)測報告。保護(hù)計算機(jī):保護(hù)計算機(jī)接收來自電力網(wǎng)絡(luò)各安裝單位(或稱作“點(diǎn)”)主回路隔離開關(guān)、斷路器位置的信息(開/合)；接收來自電力網(wǎng)絡(luò)各安裝單位(或稱作“點(diǎn)”)監(jiān)測頭的
息，關(guān)于電流是負(fù)荷電流、異常電流、或是短路故障電流及短路故障電流方向的報告。綜合各點(diǎn)電流量的變化，電流方向的變化，電流量變化的趨勢，判斷短路故障點(diǎn)的位置，同時發(fā)出斷路器跳閘指令和報警信號。網(wǎng)域繼電保護(hù)系統(tǒng)自動進(jìn)行時鐘同步校準(zhǔn)。在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時，網(wǎng)域繼電保護(hù)系統(tǒng)的工作狀態(tài)出現(xiàn)異常，立即報警。短路故障發(fā)生后，保護(hù)計算機(jī)統(tǒng)一發(fā)出“復(fù)歸”指令。保護(hù)計算機(jī)配置各類應(yīng)用軟件:(1)數(shù)據(jù)采集及處理軟件；(2)實(shí)時數(shù)據(jù)庫管理軟件；(3)歷史數(shù)據(jù)庫管理軟件；(4)數(shù)據(jù)計算 軟件；(5)人機(jī)聯(lián)系及畫面顯示軟件；(6)報警及操作記錄軟件；(7)語音報警功能軟件；(8)網(wǎng)絡(luò)通訊軟件及其他通訊軟件；(9)參數(shù)設(shè)置修正軟件；(10)各種控制命令分析及操作閉鎖軟件；(11)綜合計算統(tǒng)計及分析軟件；
(12)報表生成及打印軟件；(13)系統(tǒng)自檢自恢復(fù)軟件；(14)遠(yuǎn)程通訊處理模塊；(15)其他軟件
信號及跳閘指令執(zhí)行部分(出口)；網(wǎng)域繼電保護(hù)系統(tǒng)的出口有兩種形式。1，與常規(guī)一次設(shè)備(斷路器)或操作箱相接。網(wǎng)域繼電保護(hù)系統(tǒng)的出口為無源常開接點(diǎn)。每一個斷路器的跳閘回路對應(yīng)一個保護(hù)出口裝置，斷路器有二個跳閘回路，則對應(yīng)二個保護(hù)出口裝置。保護(hù)出口裝置在以太網(wǎng)與保護(hù)計算機(jī)通信，接受保護(hù)計算機(jī)的指令；2，與智能化設(shè)備終端相接。保護(hù)計算機(jī)在以太網(wǎng)直接與智能化設(shè)備終端通信，可不經(jīng)過保護(hù)出口裝置轉(zhuǎn)換。保護(hù)出口邏輯采用三中取二原則。當(dāng)出現(xiàn)任何一個單一的元件故障、一個誤動作、一個拒動作、一個誤判斷……，都不會造成出口的誤動或拒動。并有相應(yīng)的報警、閉鎖、處理措施。網(wǎng)域繼電保護(hù)的通信:網(wǎng)域繼電保護(hù)系統(tǒng)的信息采集、傳輸、處理、輸出過程全部數(shù)字化，設(shè)備智能化、通信網(wǎng)絡(luò)化、模型和通信協(xié)議統(tǒng)一。網(wǎng)域繼電保護(hù)系統(tǒng)需要更高速度、更可靠的通信網(wǎng)絡(luò)支持。推薦采用IEC61850通信規(guī)約，或其它先進(jìn)的通信規(guī)約。IEC61850通信規(guī)約使用面向?qū)ο蠼＜夹g(shù)，使用分布、分層體系，使用抽象通信服務(wù)接口(ACSI )，特殊通信服務(wù)映射SCSM技術(shù)，具有互操作性，具有開放的體系結(jié)構(gòu)。網(wǎng)域繼電保護(hù)系統(tǒng)采用光纖通信及以太網(wǎng)技術(shù)。


:圖1網(wǎng)域繼電保護(hù)系統(tǒng)原理框圖，1.電流互感器/電壓互感器2.繼電保護(hù)監(jiān)測頭3.保護(hù)計算機(jī)4.信號及跳閘出口 5.通信線6.電纜線。圖1表示出網(wǎng)域繼電保護(hù)系統(tǒng)及其相關(guān)部分的基本結(jié)構(gòu)，主要包括電流互感器，電壓互感器，繼電保護(hù)監(jiān)測頭，保護(hù)計算機(jī)，信號及跳閘出口，監(jiān)控計算機(jī)，時鐘同步，通信網(wǎng)及控制電纜。其中電流互感器，電壓互感器，是電氣一次設(shè)備，監(jiān)控計算機(jī)和時鐘同步是發(fā)電廠、變電站自動化系統(tǒng)配置的設(shè)備。繼電保護(hù)監(jiān)測頭，保護(hù)計算機(jī)，信號及跳閘出口及通信網(wǎng)絡(luò)是網(wǎng)域繼電保護(hù)系統(tǒng)的基本組成部分。通信網(wǎng)優(yōu)先選用光纖通信，也可以串口通信如RS485，根據(jù)工程具體情況確定。按IEC61850規(guī)約建立的GOOSE網(wǎng)和SV網(wǎng)，可以分立成兩個網(wǎng)，也可以合并成一個網(wǎng)，根據(jù)工程具體情況確定。控制電纜用于傳遞“強(qiáng)電”的開關(guān)量和模擬量。繼電保護(hù)監(jiān)測頭采集電流量、電壓量，按傳統(tǒng)方式電流量電壓量分別來自電流互感器，電壓互感器。在智能化變電站中，繼電保護(hù)監(jiān)測頭與含有電流量電壓量的“合并單元”連接，本圖是示意的。網(wǎng)域繼電保護(hù)系統(tǒng)的特點(diǎn):
1，電力網(wǎng)絡(luò)是緊密相關(guān)的整體，當(dāng)某一點(diǎn)發(fā)生短路故障，此點(diǎn)附近多點(diǎn)的電流的大小及波形都會發(fā)生相應(yīng)的變化。以多點(diǎn)電流的“變化”作為判斷是否發(fā)生故障及故障點(diǎn)所在區(qū)間的依據(jù)。2，網(wǎng)域繼電保護(hù)系統(tǒng)所有重要判斷均采用三中取二原則。3，網(wǎng)域繼電保護(hù)系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上保證，當(dāng)系統(tǒng)某一個運(yùn)行的元器件損壞，保護(hù)系統(tǒng)不至于產(chǎn)生“誤動”或“拒動”的后果。4，當(dāng)系統(tǒng)某一個運(yùn)行的元器件受“干擾”而誤動，保護(hù)系統(tǒng)不至于產(chǎn)生“誤動”或“拒動”的后果。5，由于監(jiān)測頭工作原理及結(jié)構(gòu)相對簡化，保護(hù)計算機(jī)的邏輯判斷及計算速度非常快，所以網(wǎng)域繼電保護(hù)系統(tǒng)動作很快，系統(tǒng)開關(guān)量出口動作期望值10ms。
權(quán)利要求
1.域繼電保護(hù)特征在于主要由四部分組成:保護(hù)監(jiān)測頭；保護(hù)計算機(jī)；信號及跳閘指令執(zhí)行部分(出口)；網(wǎng)絡(luò)通信。
2.護(hù)監(jiān)測頭特征在于采集電流、電壓量，并判斷該回路是正常運(yùn)行電流、過負(fù)荷電流、還是短路電流，判斷短路電流的方向，是運(yùn)行負(fù)荷電流的方向，還是與負(fù)荷電流的方向相反，并將有/無故障電流，及故障電流的方向等信息送往保護(hù)計算機(jī)。
3.護(hù)計算機(jī)特征在于綜合來自各保護(hù)監(jiān)測頭的信息，進(jìn)行計算和邏輯判斷，并將邏輯判斷或計算結(jié)果的信息送到信號及跳閘指令執(zhí)行部分(出口)。
4.號及跳閘裝置是執(zhí)行元件，其特征在于，接受保護(hù)計算機(jī)的信息，按三中取二原貝U，把信號及保護(hù)跳閘指令發(fā)送到相對應(yīng)的“安裝單位(斷路器單元)”。
5.護(hù)監(jiān)測頭實(shí)施方案一特征在于，以采集的電流量為主要參量，以設(shè)計的虛擬電流量為判據(jù)的重要元素，按相同的計算時間段，計算采集的電流量和虛擬電流量對時間的積分，比較計算結(jié)果，判斷有/無故障電流，及故障電流的方向。
6.護(hù)監(jiān)測頭實(shí)施方案二特征在于，以采集的電流量為主要參量，比較計算時刻前后某一時間段電流量對時間的積分值，判斷有/無故障電流，及故障電流的方向。
全文摘要
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。與現(xiàn)代技術(shù)的保護(hù)繼電器或保護(hù)裝置不同，網(wǎng)域繼電保護(hù)主要由四部分組成1，保護(hù)監(jiān)測頭。2，保護(hù)計算機(jī)。3，信號及跳閘指令執(zhí)行部分(出口)。4，網(wǎng)絡(luò)通信。保護(hù)計算機(jī)采集網(wǎng)絡(luò)各點(diǎn)電流、電壓量變化的信息，進(jìn)行綜合分析判斷，確定短路故障點(diǎn)的位置，并發(fā)出信號及跳閘指令。保護(hù)監(jiān)測頭連接電流/電壓互感器，并向保護(hù)計算機(jī)發(fā)送報告。本發(fā)明能夠準(zhǔn)確地、快速地判斷短路故障或非故障，及故障發(fā)生的區(qū)間，使電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)兩個最重要的技術(shù)指標(biāo)可靠性和快速性提高到一個新的水平。本發(fā)明從原理上有效地避免了現(xiàn)有技術(shù)因一個元件故障，一個電磁干擾都可能引起保護(hù)誤動、拒動的問題。
文檔編號H02H3/08GK103094880SQ20121055994
公開日2013年5月8日 申請日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者李元龍 申請人:李元龍