專利名稱：實現(xiàn)無中央單元分布式母線保護方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種高壓電力變電站母線繼電保護的方法及其裝置，尤其涉及一種高壓和超高壓電力系統(tǒng)分布式母線保護現(xiàn)地單元之間的數(shù)據(jù)傳輸和采樣同步實現(xiàn)的方法及其裝置。
分布式母線保護在電力系統(tǒng)中已有成功應用的先例，如ABB公司的REB500型母線保護(《REB500型數(shù)字母線和斷路器失效保護裝置》，ABB網(wǎng)絡控制與保護公司，1994年3月)及東京電力公司有人值班變電站系統(tǒng)(K.YANGIHASHI等，超高壓變電所中協(xié)調(diào)的控制、保護和運行支持系統(tǒng)的應用，CIGRE 34-105,1996SESSION PAPERS)，它們都是由中央單元和現(xiàn)地單元組成，而中央單元的存在，不利于變電站繼電保護現(xiàn)地安裝、下放。有中央單元的分布式母線保護結(jié)構(gòu)情況示意圖見附

圖1。在文獻《分布式微機母線保護的探討》(電力系統(tǒng)自動化，第23卷，第21期，1999年11月)一文中提出了利用環(huán)行通訊網(wǎng)實現(xiàn)無中央單元分布式母線保護的設想，但沒有具體的實施方案。利用環(huán)行通訊網(wǎng)實現(xiàn)無中央單元分布式母線保護的主要難點在于各現(xiàn)地單元之間大量的數(shù)據(jù)傳輸和現(xiàn)地單元之間采樣同步性問題。
本發(fā)明的目的是提出通過單向數(shù)據(jù)流的環(huán)行通訊網(wǎng)實現(xiàn)無中央單元分布式母線保護的方法，該方法解決無中央單元分布式母線保護各現(xiàn)地單元之間數(shù)據(jù)傳輸和采樣同步性問題。
本發(fā)明的目的由以下方案實現(xiàn)本發(fā)明是一種實現(xiàn)無中央單元分布式母線保護的方法，采用單向環(huán)網(wǎng)通訊方式，以累加方式完成現(xiàn)地單元之間的采樣數(shù)據(jù)交換，并結(jié)合采樣數(shù)據(jù)傳遞，進行現(xiàn)地單元之間數(shù)據(jù)采樣的對時與同步。環(huán)網(wǎng)上諸現(xiàn)地單元中定義的首單元除數(shù)據(jù)采集與傳遞外負責采樣同步時鐘及采樣同步監(jiān)測，中間各現(xiàn)地單元參與數(shù)據(jù)采集、累加計算與傳遞，末單元除數(shù)據(jù)采集外負責故障判斷，跳閘命令在網(wǎng)上傳遞實現(xiàn)。
在單向環(huán)網(wǎng)通訊完成各現(xiàn)地單元之間的采樣數(shù)據(jù)交換時，采用數(shù)據(jù)累加方式實現(xiàn)?，F(xiàn)地單元之間每傳遞一次數(shù)據(jù)即進行一次時鐘校對，從而實現(xiàn)現(xiàn)地單元之間的采樣同步；母線保護的選擇元件和大差動元件采用相互獨立的通訊網(wǎng)，即大差動和每個選擇元件都有獨立的通訊網(wǎng)絡，其中大差動可采用雙重化通訊網(wǎng)絡。上述方法是由與母線上連接元件對應的現(xiàn)地單元和環(huán)行通訊網(wǎng)絡組成的。
本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點在于采用本發(fā)明單向數(shù)據(jù)流的環(huán)行通訊的方法，可以實現(xiàn)無中央單元分布式母線保護，取消通訊量大硬件要求高的中央單元，進一步滿足繼電保護下放到間隔的要求。采用本發(fā)明分別累加傳遞制動量、差動量采樣數(shù)據(jù)的方法，減少了數(shù)據(jù)通訊量，硬件構(gòu)成簡單、可靠。由于分布式微機母線保護實現(xiàn)了保護裝置的完全就地分散安裝，解決了廠站自動化系統(tǒng)中母線保護不易下放的難題，減少了主控室的占地面積，節(jié)省了二次電纜的敷設費用。母線保護就地下放布置，CT二次負載明顯減少，CT飽和機會減少，提高了母線保護的安全性。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例加以詳述圖1為有中央單元分布式母線保護結(jié)構(gòu)示意2為本雙母線方式下無中央單元分布式母線保護結(jié)構(gòu)示意3為現(xiàn)地單元的主程序流程4為現(xiàn)地單元的子程序流程5為現(xiàn)地單元對外聯(lián)系示意圖如圖2所示
無中央單元分布式母線保護由與所保護母線上連接元件相對應的現(xiàn)地單元和環(huán)行通訊網(wǎng)絡組成，大差動和選擇元件分別采用獨立的通訊網(wǎng)絡，構(gòu)成應用于雙母線的無中央單元的分布式母線保護。圖中表明了現(xiàn)地單元在通訊網(wǎng)絡上的位置，指出了在環(huán)行通訊網(wǎng)絡上采用單向數(shù)據(jù)流向的實現(xiàn)方式。其中，各現(xiàn)地單元依次排列。當定義了第一號現(xiàn)地單元后，其它現(xiàn)地單元在環(huán)行通訊網(wǎng)絡上的位置即確定。為適應母線保護高可靠性的要求，大差動通訊網(wǎng)絡采用雙重化方式。
為提高通訊效率，減少數(shù)據(jù)傳輸量，在環(huán)行通訊網(wǎng)絡上可采用累加數(shù)據(jù)傳輸方式，對母線保護每一個采樣點數(shù)據(jù)進行傳遞。第一號現(xiàn)地單元將某一時刻采集數(shù)據(jù)傳遞給第二號現(xiàn)地單元；第二號現(xiàn)地單元將本單元與第一號現(xiàn)地單元傳送來的數(shù)據(jù)同一時刻采集的本單元數(shù)據(jù)和接收到的第一號現(xiàn)地單元傳送來的數(shù)據(jù)相累加，并將累加結(jié)果傳遞給下一個現(xiàn)地單元；第三號現(xiàn)地單元將本單元與第一號現(xiàn)地單元傳送的數(shù)據(jù)同一時刻采集的本單元數(shù)據(jù)和接收到的第二號現(xiàn)地單元傳送來的累加數(shù)據(jù)再累加后將新累加結(jié)果傳遞給下一個現(xiàn)地單元，依次類推。最后一個現(xiàn)地單元即第n個現(xiàn)地單元完成累加計算后得到母線保護故障判別所需全部電氣量，進行故障判斷，同時將接收n-1現(xiàn)地單元數(shù)據(jù)情況發(fā)給第一號現(xiàn)地單元，以對采樣同步情況進行監(jiān)測。故障判別結(jié)果，可以由最后一個現(xiàn)地單元通過第一個現(xiàn)地單元通知其他現(xiàn)地單元并執(zhí)行。
當采用比率制動原理時，應對母線保護的制動量和差動量分別進行累加計算并同時傳遞。此時，最后一個現(xiàn)地單元得到的是包含全部現(xiàn)地單元電氣量的制動量和差動量，可以同集中式母線保護一樣，構(gòu)成比率制動式母線保護，也可以利用制動量的變化量作為故障探測元件，提高可靠性。
本發(fā)明可以利用環(huán)行通訊網(wǎng)絡上對每一個采樣點數(shù)據(jù)進行通訊傳遞的同時，以第一個現(xiàn)地單元時鐘為基準，對各現(xiàn)地單元的時鐘進行對時，即每通訊一次，各現(xiàn)地單元與第一個單元的時鐘對一次時。第一個現(xiàn)地單元通過環(huán)行通訊網(wǎng)絡收到最后一個單元的對時結(jié)果，可以對環(huán)行通訊網(wǎng)絡的對時效果進行監(jiān)測。由于母線保護采樣間隔足夠小，這種對時方式可以滿足不同現(xiàn)地單元采樣同步性的要求。
具體實施例哈德威四方保護與控制有限公司研制的CSBD100A型分布式母線保護裝置采用了本發(fā)明所提出的方法。CSBD100A母線保護采取按間隔對應設計的思想，由與母線上連接元件相對應的若干個現(xiàn)地單元通過四個環(huán)型光纖通訊網(wǎng)連接構(gòu)成，每個現(xiàn)地單元的軟、硬件均相同，可互換。每個間隔單元的裝置采用19/2英寸4U機箱。
在CSBD100A型分布式母線保護裝置，采用比率制動原理，由兩個單片計算機分別完成母線保護的大差動和選擇元件功能，每個單片機均連接到兩個環(huán)型光纖通訊網(wǎng)，大差動用單片機所在的環(huán)型光纖通訊網(wǎng)上傳遞所有母線上連接元件三相電流的制動量和差動量，兩個環(huán)型光纖通訊網(wǎng)傳遞相同數(shù)據(jù)，以提高可靠性。選擇元件用單片機所在的兩個環(huán)型光纖通訊網(wǎng)傳遞的兩個選擇元件所對應母線上連接元件的三相電流的制動量和差動量，完成兩個選擇元件功能。由于采用累加數(shù)據(jù)傳遞技術(shù)，使得環(huán)型光纖通訊網(wǎng)傳遞的數(shù)據(jù)量大為減少，本例通訊網(wǎng)絡采用通用的計算機串行通訊口輔以光電、電光轉(zhuǎn)換器件實現(xiàn)。實現(xiàn)大差動和選擇元件功能的單片機及其外圍硬件構(gòu)成完全一致，不同的現(xiàn)地單元具有相同的軟件結(jié)構(gòu)，選擇元件根據(jù)本現(xiàn)地單元隔離開關位置判斷所在母線并確定在哪一個通訊網(wǎng)上參預累加計算?，F(xiàn)地單元軟件流程圖見附圖3、4，現(xiàn)地單元對外聯(lián)系示意圖見圖5。本實施例中，現(xiàn)地單元數(shù)據(jù)發(fā)送在主程序中完成，數(shù)據(jù)接收、累加計算和對時在中斷程序中完成，各現(xiàn)地單元采樣由專用定時器硬件控制。母線故障判別由定義的排號末尾的現(xiàn)地單元完成，該現(xiàn)地單元已得到構(gòu)成比率制動原理所需的制動量和差動量，可以采用成熟的方法來實現(xiàn)。母線保護的動作命令也在環(huán)型光纖通訊網(wǎng)上傳遞。
其中，圖5除指出了在雙母線方式下現(xiàn)地單元之間大差動和選擇元件分別通過光纖通訊網(wǎng)連接外，還注明了每一個現(xiàn)地單元需要接入的其它電氣量，包括CT來的電流量、PT來的電壓量，斷路器和隔離開關位置，斷路器失靈啟動接點，以及輸出的母線保護動作跳閘接點、母線保護動作和異常告警信號、去其它保護的接點(如用于線路縱聯(lián)保護聯(lián)動)、與變電站監(jiān)控計算機通訊等。
上述的方法是由流程圖現(xiàn)地單元主程序圖3和子程序圖4來實現(xiàn)的。
權(quán)利要求
1.一種實現(xiàn)無中央單元分布式母線保護的方法，其特征在于采用單向環(huán)網(wǎng)通訊方式，以累加方式完成現(xiàn)地單元之間的采樣數(shù)據(jù)交換，并結(jié)合采樣數(shù)據(jù)傳遞，進行現(xiàn)地單元之間數(shù)據(jù)采樣的對時與同步，環(huán)網(wǎng)中定義的首單元負責采樣同步時鐘及采樣同步監(jiān)測，中間各單元參與數(shù)據(jù)采集、累加計算與傳遞，末單元負責故障判斷、跳閘命令在網(wǎng)上傳遞實現(xiàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于在單向環(huán)網(wǎng)通訊完成各現(xiàn)地單元之間的采樣數(shù)據(jù)交換時，采用數(shù)據(jù)累加方式實現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于現(xiàn)地單元之間每傳遞一次數(shù)據(jù)即進行一次時鐘校對，從而實現(xiàn)現(xiàn)地單元之間的采樣同步。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的方法的裝置，其特征在于是由與母線上連接元件對應的現(xiàn)地單元和環(huán)行通訊網(wǎng)絡組成的，大差動和選擇元件分別采用相互獨立的通訊網(wǎng)絡，其中大差動可采用雙重化通訊網(wǎng)絡。
全文摘要
實現(xiàn)無中央單元分布式母線保護方法,母線保護由與母線上連元件對應的現(xiàn)地單元和單向環(huán)行通訊網(wǎng)絡組成,大差動和選擇元件均用獨立通訊網(wǎng)絡,環(huán)網(wǎng)采用單向通訊方式,現(xiàn)地單元以累加方式完成采樣數(shù)據(jù)交換,結(jié)合采樣數(shù)據(jù)傳遞,作現(xiàn)地單元間數(shù)據(jù)采樣對時與同步。環(huán)網(wǎng)中定義的首單元負責采樣時鐘、采樣同步監(jiān)測,中間各單元作數(shù)據(jù)采集、累加計算、傳遞,末單元作故障判斷,跳閘命令在網(wǎng)上傳遞。
文檔編號H02J13/00GK1320993SQ0111068
公開日2001年11月7日 申請日期2001年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月17日
發(fā)明者楊奇遜, 李營, 操豐梅, 黃少鋒 申請人:北京四方同創(chuàng)保護與控制設備有限公司