專利名稱：基于iec61850的變電站集成保護(hù)系統(tǒng)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)和自動化領(lǐng)域，具體涉及一種基于IEC61850的變電 站集成保護(hù)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
IEC61850標(biāo)準(zhǔn)是國際電工委員會(正C)發(fā)布的變電站自動化系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。中國己經(jīng)從 標(biāo)準(zhǔn)研究階段過渡到工程應(yīng)用階段，并已有多個基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站投入使用。 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)代表了變電站自動化技術(shù)的發(fā)展方向。
采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)后，變電站的所有信息都可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳遞和共享，使得 繼電保護(hù)裝置可以獲得更多的信息，從而為新型繼電保護(hù)原理的應(yīng)用創(chuàng)造必要的條件。 但對于在IEC61850標(biāo)準(zhǔn)體系下如何構(gòu)建繼電保護(hù)系統(tǒng)尚未有明確的技術(shù)方案。傳統(tǒng)的 繼電保護(hù)系統(tǒng)是面向電力元件的，諸如線路保護(hù)、變壓器保護(hù)、母線保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)、 電動機(jī)保護(hù)等等。各個保護(hù)設(shè)備之間缺乏有效的信息溝通和信息共享，使得傳統(tǒng)的繼電 保護(hù)系統(tǒng)常常顧此失彼，難以滿足日益增長的電力系統(tǒng)的要求?；谧冸娬救倦姎饬?和開關(guān)量信息的集成保護(hù)是未來變電站繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展方向。
未采用IEC61850的變電站內(nèi)的各個保護(hù)設(shè)備之間是空間上相互獨(dú)立，功能上的相 互配合通過二次電纜的電氣連接來實(shí)現(xiàn)的，這樣的做法導(dǎo)致裝置之間的二次電纜非常 多，而且為了保證彼此配合的可靠性和避免受到變電站內(nèi)的電磁干擾，識別這些電纜的 狀態(tài)信息需要一定的延時，這樣使得保護(hù)裝置的動作速度受到損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種基于正C61850變電站的集成繼電保護(hù)系統(tǒng)。 本發(fā)明采用具體采用以下技術(shù)方案
一種基于正C61850的變電站集成保護(hù)系統(tǒng)，該變電站集成保護(hù)系統(tǒng)包括兩臺主保 護(hù)主機(jī)A和B、兩臺后備保護(hù)主機(jī)A'和B'、第一過程總線l、第二過程總線2、多個合 并單元1一M、第一智能操作箱X、第二智能操作箱Y、 GPS授時裝置；其特征在于-
所述合并單元1一M的輸入端與變電站中各電壓互感器和電流互感器的二次側(cè)相連， 用于采集變電站的電壓電流狀態(tài)量；
所述智能操作箱的輸入端連接變電站各斷路器的輔助觸點(diǎn)，用于采集斷路器的開關(guān) 量，所述智能操作箱的輸出端與變電站各斷路器的合閘、跳閘控制裝置相連，用于實(shí)現(xiàn)對斷路器的合閘、跳閘控制；
所述GPS授時裝置對變電站內(nèi)所有的合并單元與智能操作箱進(jìn)行授時，對采集的模 擬量和開關(guān)量標(biāo)注GPS同步時標(biāo)；
所有合并單元1一M、第一智能操作箱X、第二智能操作箱Y、兩臺主保護(hù)主A和B、 兩臺后備保護(hù)主機(jī)A'和B'均同時與第一過程總線1和第二過程總線2相連，通過第一 過程總線1和第二過程總線2實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，主保護(hù)和后備保護(hù)從過程總線上獲取合并 單元上送的模擬量信息以及智能操作箱上送的開關(guān)量信息；
由兩臺主保護(hù)和兩臺后備保護(hù)主機(jī)根據(jù)基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)采集并通過過程總線上 送的模擬量和開關(guān)量信息來判定故障，若發(fā)生故障則通過第一過程總線1和第二過程總 線2組成的網(wǎng)絡(luò)給智能操作箱下達(dá)跳閘命令。
所述合并單元用于將一次PT和CT采集采集信號進(jìn)行集中處理，并將處理后的數(shù) 據(jù)發(fā)送到過程總線上，每一個一次設(shè)備間隔，配置一個合并單元。所述智能操作箱從網(wǎng) 絡(luò)接受對開關(guān)的跳合閘命令，閉合裝置內(nèi)的小繼電器已達(dá)到控制外部斷路器的功能。
過程總線由光纖以太網(wǎng)構(gòu)成，用于合并單元、智能操作箱與保護(hù)主站之間的數(shù)據(jù)通信。
GPS授時裝置對變電站內(nèi)所有的合并單元與智能操作箱進(jìn)行授時，確保保護(hù)主站獲 取的模擬量和開關(guān)量都是帶有GPS同步時標(biāo)的。主保護(hù)和后備保護(hù)從過程總線上獲取 合并單元上送的模擬量信息以及智能操作箱上送的開關(guān)量信息。
合并單元的采樣率為每周波80點(diǎn)，采樣的通信協(xié)議為IEC61850-9-2 (特定通信服 務(wù)映射(SCSM)通過ISO/IEC 8802-3的采樣值標(biāo)準(zhǔn))，通過該協(xié)議，合并單元將采集到的 模擬量信息發(fā)送到兩個過程總線上。
智能操作箱與保護(hù)主機(jī)之間的通信協(xié)議為GOOSE (面向通用對象的變電站事件)， 所有配置好的信息(如跳閘、互鎖、斷路器狀態(tài))能在過程總線上傳輸；智能操作箱X 和智能操作箱Y是功能完全相同的裝置，任意裝置收到保護(hù)主機(jī)的跳閘命令都可以去執(zhí) 行相應(yīng)的跳閘操作，兩個操作箱是完全相同且彼此獨(dú)立，都和相關(guān)的斷路器有控制聯(lián)系， 任何操作箱發(fā)出跳閘命令，都會跳開相應(yīng)的斷路器。這樣做的目的，是保證在跳閘控制 部分是雙重化的，不會因為一臺操作箱的故障而導(dǎo)致跳閘命令無法下達(dá)。
主保護(hù)A和主保護(hù)B是完全相同的保護(hù)主機(jī)，保證了國內(nèi)繼電保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)要求的主 保護(hù)雙重化的要求，任意保護(hù)主機(jī)檢測到故障，都可以快速地發(fā)出跳閘命令，確保變電 站集成保護(hù)系統(tǒng)可以快速可靠的切除故障。兩臺主保護(hù)之間是完全獨(dú)立的，沒有任何聯(lián) 系，這樣做的目的是，在一臺主保護(hù)發(fā)生故障或者因為檢修而退出的情況下，另外一個主保護(hù)可以繼續(xù)工作。
后備保護(hù)A'和后備保護(hù)B'是完全相同的保護(hù)主機(jī)，二者通過專用網(wǎng)絡(luò)連接。在正 常情況下，后備保護(hù)A'與后備保護(hù)B'每隔IO秒相互傳遞心跳報文，以檢測后備保護(hù)A' 與后備保護(hù)B'之間的信息是通暢的， 一旦超過10秒沒有收到心跳報文，則后備保護(hù)A' 和后備保護(hù)B'報"后備保護(hù)通信異常"告警信息。由于本發(fā)明的集成保護(hù)系統(tǒng)的主保護(hù) 是雙重化的，因此后備保護(hù)的動作可能性很低，為了避免后備保護(hù)的誤動作，要求當(dāng)后 備保護(hù)A'和后備保護(hù)B'同時檢測到故障的時候，才允許后備保護(hù)發(fā)送跳閘命令給智能 操作箱。主保護(hù)與后備保護(hù)的區(qū)別是主保護(hù)動作速度快， 一般是沒有判定邏輯上的延 時，而后備保護(hù)一般都有延時，需要持續(xù)判定一段時間才能認(rèn)為是有故障發(fā)生。關(guān)于主 保護(hù)與后備保護(hù)的功能劃分，在繼電保護(hù)行業(yè)內(nèi)有明確的規(guī)定，本發(fā)明沿用繼電保護(hù)傳 統(tǒng)的規(guī)定。
主保護(hù)主要完成變電站內(nèi)電力設(shè)備的主保護(hù)，這些主保護(hù)包括母線差動保護(hù)，變 壓器分相差動保護(hù)，變壓器零序差動保護(hù)，輸電線路距離保護(hù)，電動機(jī)差動保護(hù)；后備 保護(hù)主要完成變電站內(nèi)的電力設(shè)備的后備保護(hù)，這些后備保護(hù)包括母線備自投，母線 充電保護(hù)，變壓器復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)，變壓器過負(fù)荷保護(hù)，變壓器間隙過流保護(hù)， 變壓器間隙過電壓保護(hù)，線路過負(fù)荷保護(hù)，線路重合閘，線路過流保護(hù)；上述的所有保 護(hù)原理均是現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)存在的。這些保護(hù)功能在集成保護(hù)內(nèi)的體現(xiàn)是一個個獨(dú)立的 功能模塊，這些模塊之間可以通過集成保護(hù)的整體邏輯來相互配合，這些配合關(guān)系與傳 統(tǒng)的繼電保護(hù)類似。但傳統(tǒng)的變電站內(nèi)的各個保護(hù)設(shè)備之間是空間上相互獨(dú)立，功能上 的相互配合通過二次電纜的電氣連接來實(shí)現(xiàn)的，這樣的做法導(dǎo)致裝置之間的二次電纜非 常多，而且為了保證彼此配合的可靠性和避免受到變電站內(nèi)的電磁干擾，為了避免誤動 作，還要等待比較長的延時(一般是0.1 0.5秒)來識別這些電纜的狀態(tài)信息，這樣 使得保護(hù)裝置的動作速度受到損失。本發(fā)明所提出的集成保護(hù)內(nèi)部，所有保護(hù)元件之間 都可以在集成保護(hù)的框架體系下相互通信，各個保護(hù)元件的動作狀態(tài)都是透明的，相互 之間的配合延時可以縮短到0秒。


圖l、基于正C61850變電站的集成保護(hù)系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
過程總線1和過程總線2為光纖以太網(wǎng)構(gòu)成，用于合并單元、智能操作箱與保護(hù)主站之間的數(shù)據(jù)通信。GPS授時裝置對變電站內(nèi)所有的合并單元與智能操作箱進(jìn)行授時， 確保保護(hù)主站獲取的模擬量和開關(guān)量都是帶有GPS同步時標(biāo)的。主保護(hù)A和后備保護(hù) A'從過程總線1上獲取合并單元上送的模擬量信息以及智能操作箱上送的開關(guān)量信息， 主保護(hù)B和后備保護(hù)B'從過程總線2上獲取合并單元上送的模擬量以及智能操作箱上 送的開關(guān)量信息。
合并單元的采樣率為每周波80點(diǎn)，采樣的通信協(xié)議為IEC61850-9-2 (特定通信服 務(wù)映射(SCSM)通過ISO/IEC 8802-3的采樣值標(biāo)準(zhǔn))，通過該協(xié)議，合并單元將采集到的 模擬量信息發(fā)送到過程總線1和過程總線2上。
智能操作箱與保護(hù)主機(jī)之間的通信協(xié)議為GOOSE (面向通用對象的變電站事件)， 所有配置好的信息(如跳閘、互鎖、斷路器狀態(tài))能在過程總線1和過程總線2上傳輸； 智能操作箱X和智能操作箱Y是功能完全相同的裝置，任意裝置收到保護(hù)主機(jī)的跳閘 命令都可以去執(zhí)行相應(yīng)的跳閘操作。
主保護(hù)A和主保護(hù)B是完全相同的保護(hù)主機(jī)，保證了國內(nèi)繼電保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)要求的主 保護(hù)雙重化的要求，任意保護(hù)主機(jī)檢測到故障，都可以快速地發(fā)出跳閘命令，確保變電 站集成保護(hù)系統(tǒng)可以快速可靠的切除故障。
后備保護(hù)A'和后備保護(hù)B'是完全相同的保護(hù)主機(jī)，二者通過專用網(wǎng)絡(luò)連接。在正 常情況下，后備保護(hù)A'與后備保護(hù)B'每隔IO秒相互傳遞心跳報文，以檢測后備保護(hù)A' 與后備保護(hù)B'之間的信息是通暢的， 一旦超過10秒沒有收到心跳報文，則后備保護(hù)A' 和后備保護(hù)B，報"后備保護(hù)通信異常"告警信息。由于本發(fā)明的集成保護(hù)系統(tǒng)的主保護(hù) 是雙重化的，因此后備保護(hù)的動作可能性很低，為了避免后備保護(hù)的誤動作，要求當(dāng)后 備保護(hù)A，和后備保護(hù)B'同時檢測到故障的時候，才允許后備保護(hù)發(fā)送跳閘命令給智能 操作箱。
集成保護(hù)在運(yùn)行情況下，合并單元把各個被保護(hù)設(shè)備的電壓電流標(biāo)記GPS時間后 上送到過程總線1和過程總線2上，主保護(hù)A和主保護(hù)B根據(jù)獲取的模擬量完成所有 的主保護(hù)功能。
主保護(hù)主要完成變電站內(nèi)電力設(shè)備的主保護(hù)，這些主保護(hù)包括母線差動保護(hù)，變 壓器分相差動保護(hù)，變壓器零序差動保護(hù)，輸電線路距離保護(hù)，電動機(jī)差動保護(hù)；后備 保護(hù)主要完成變電站內(nèi)的電力設(shè)備的后備保護(hù)，這些后備保護(hù)包括母線備自投，母線 充電保護(hù)，變壓器復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)，變壓器過負(fù)荷保護(hù)，變壓器間隙過流保護(hù)， 變壓器間隙過電壓保護(hù)，線路過負(fù)荷保護(hù)，線路重合閘，線路過流保護(hù)；
上述保護(hù)功能在集成保護(hù)內(nèi)的體現(xiàn)是一個個獨(dú)立的功能模塊，這些模塊之間可以通 過集成保護(hù)的整體邏輯來相互配合，這些配合關(guān)系以及保護(hù)原理與傳統(tǒng)的繼電保護(hù)相同。但傳統(tǒng)的變電站內(nèi)的各個保護(hù)設(shè)備之間是空間上相互獨(dú)立，功能上的相互配合通過 二次電纜的電氣連接來實(shí)現(xiàn)的，這樣的做法導(dǎo)致裝置之間的二次電纜非常多，而且為了 保證彼此配合的可靠性和避免受到變電站內(nèi)的電磁干擾，為了避免誤動作，還要等待比 較長的延時(一般是0. 1 0.5秒)來識別這些電纜的狀態(tài)信息，這樣使得保護(hù)裝置的 動作速度受到損失。本發(fā)明所提出的集成保護(hù)內(nèi)部，所有保護(hù)元件之間都可以在集成保 護(hù)的框架體系下相互通信，各個保護(hù)元件的動作狀態(tài)都是透明的，相互之間的配合延時 可以縮短到0秒。
權(quán)利要求
1、一種基于IEC61850的變電站集成保護(hù)系統(tǒng)，該變電站集成保護(hù)系統(tǒng)包括兩臺主保護(hù)主機(jī)(A，B)、兩臺后備保護(hù)主機(jī)(A’，B’)、第一過程總線(1)、第二過程總線(2)、多個合并單元(1—M)、第一智能操作箱(X)、第二智能操作箱(Y)、GPS授時裝置；其特征在于所述多個合并單元(1—M)的輸入端與變電站中各電壓互感器和電流互感器的二次側(cè)相連，用于采集變電站的電壓電流狀態(tài)量；所述智能操作箱的輸入端連接變電站各斷路器的輔助觸點(diǎn)，用于采集斷路器的開關(guān)量，所述智能操作箱的輸出端與變電站各斷路器的合閘、跳閘控制裝置相連，用于實(shí)現(xiàn)對斷路器的合閘、跳閘控制；所述GPS授時裝置對變電站內(nèi)所有的合并單元與智能操作箱進(jìn)行授時，對采集的模擬量和開關(guān)量標(biāo)注GPS同步時標(biāo)；所有合并單元(1—M)、第一智能操作箱(X)、第二智能操作箱(Y)、兩臺主保護(hù)主機(jī)(A，B)、兩臺后備保護(hù)主機(jī)(A’，B’)均同時與第一過程總線(1)和第二過程總線(2)相連，通過第一過程總線(1)和第二過程總線(2)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，主保護(hù)和后備保護(hù)從過程總線上獲取合并單元上送的模擬量信息以及智能操作箱上送的開關(guān)量信息；由兩臺主保護(hù)和兩臺后備保護(hù)主機(jī)根據(jù)基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)采集并通過過程總線上送的模擬量和開關(guān)量信息來判定故障，若發(fā)生故障則通過第一過程總線(1)和第二過程總線(2)組成的網(wǎng)絡(luò)給智能操作箱下達(dá)跳閘命令。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于正C61850的變電站集成保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于 所述過程總線由光纖以太網(wǎng)構(gòu)成；所述系統(tǒng)的合并單元的采樣率為每周波80點(diǎn)，采樣的通信協(xié)議為正C61850-9-2; 所述系統(tǒng)的智能操作箱與保護(hù)主機(jī)之間的通信協(xié)議為GOOSE，任意智能操作箱收 到保護(hù)主機(jī)的跳閘命令都可以去執(zhí)行相應(yīng)的跳閘操作。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于IEC61850的變電站集成保護(hù)系統(tǒng)，其特征在 于所述系統(tǒng)的第一主保護(hù)(A)和第二主保護(hù)(B)是完全相同的保護(hù)主機(jī)，保證了 繼電保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)要求的主保護(hù)雙重化的要求，任意保護(hù)主機(jī)檢測到故障，都可以快速地發(fā) 出跳閘命令，確保變電站集成保護(hù)系統(tǒng)可以快速可靠的切除故障。
4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于正C61850的變電站集成保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于 所述系統(tǒng)的第一后備保護(hù)(A')和第二后備保護(hù)(B，)是完全相同的保護(hù)主機(jī)，二者通過專用網(wǎng)絡(luò)連接，在正常情況下，第一后備保護(hù)(A')和第二后備保護(hù)(B')每隔10 秒相互傳遞心跳報文，以檢測第一后備保護(hù)(A')和第二后備保護(hù)(B')之間的信息是 通暢的， 一旦超過10秒沒有收到心跳報文，則第一后備保護(hù)(A，)和第二后備保護(hù)(B，) 報"后備保護(hù)通信異常"告警信息。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于IEC61850的變電站集成保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于-當(dāng)?shù)谝缓髠浔Ｗo(hù)(A')和第二后備保護(hù)(B')同時檢測到故障的時候，才允許后備保護(hù) 發(fā)送跳閘命令給智能操作箱。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于正C61850的變電站集成保護(hù)系統(tǒng)，其特征在 于，在兩臺主保護(hù)主機(jī)(A， B)中設(shè)置以下主保護(hù)母線差動保護(hù)，變壓器分相差動 保護(hù)，變壓器零序差動保護(hù)，輸電線路距離保護(hù)，電動機(jī)差動保護(hù)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于正C61850的變電站集成保護(hù)系統(tǒng)，其特征在 于，兩臺后備保護(hù)主機(jī)(A'， B')中設(shè)置以下后備保護(hù)母線備自投，母線充電保護(hù)， 變壓器復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)，變壓器過負(fù)荷保護(hù)，變壓器間隙過流保護(hù)，變壓器間隙 過電壓保護(hù)，線路過負(fù)荷保護(hù)，線路重合閘，線路過流保護(hù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于IEC61850的變電站集成保護(hù)系統(tǒng)。將變電站的電壓電流等信息通過合并單元標(biāo)記GPS時鐘信息、將變電站的開關(guān)狀態(tài)信息通過智能操作箱采集，并標(biāo)記GPS時鐘信息，所述電壓電流以及開關(guān)狀態(tài)信息通過以太網(wǎng)上送給保護(hù)主站系統(tǒng)。保護(hù)主站根據(jù)上傳的信息來判斷該變電站是否有電力元件發(fā)生故障，如果發(fā)生故障則通過網(wǎng)絡(luò)下達(dá)跳閘命令給智能操作箱，由智能操作箱跳開相應(yīng)的斷路器，隔離故障。保護(hù)主站由四臺主機(jī)組成，其中兩臺作為變電站主保護(hù)，另外兩臺作為變電站后備保護(hù)。主保護(hù)兩臺主機(jī)的任意主機(jī)檢測出故障均可以下達(dá)跳閘命令。后備保護(hù)的兩臺主機(jī)通過專用網(wǎng)絡(luò)直連，為了避免后備保護(hù)誤動作，兩臺主機(jī)同時檢測出故障則發(fā)跳閘命令。
文檔編號H02J13/00GK101431230SQ20081024004
公開日2009年5月13日 申請日期2008年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月17日
發(fā)明者周紅陽, 斌 姚, 屠黎明, 楊晉柏, 王久玲, 祝朝暉, 暐 范, 趙曼勇, 陳朝暉, 龔建平 申請人:中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司;北京四方繼保自動化股份有限公司