本發(fā)明涉及一種多端線路差動(dòng)保護(hù)方法及系統(tǒng)，屬于智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)中高壓的輸電線路大都是采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)輸電方式，兩個(gè)變電站之間或者電廠與變電站之間均采用輸電線路直接相連。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力需求量逐漸增大，就需要建設(shè)新的變電站以滿足電力供應(yīng)。出于經(jīng)濟(jì)性考慮隨之就出現(xiàn)了三端輸電線路或稱t接輸電線路，t接輸電線路可以配置三端差動(dòng)保護(hù)，而三端差動(dòng)保護(hù)需要主從端配合、壓板投退策略復(fù)雜。目前中高壓線路還有四端及以上線路接線，在這種接線形式下，一般沒(méi)有配置差動(dòng)保護(hù)，而是僅采用基于單端電氣量的保護(hù)，而單端電氣量保護(hù)難以做到全線速動(dòng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種多端線路差動(dòng)保護(hù)方法及系統(tǒng)，用于解決目前多端線路無(wú)法實(shí)現(xiàn)全線速動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)的問(wèn)題。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種多端線路差動(dòng)保護(hù)方法，包括以下步驟：

步驟1，多端線路的保護(hù)子機(jī)采集各自對(duì)應(yīng)端線路的電氣量數(shù)據(jù)并發(fā)送給保護(hù)主機(jī)；

步驟2，保護(hù)主機(jī)接收保護(hù)子機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的電氣量數(shù)據(jù)，進(jìn)行差動(dòng)保護(hù)計(jì)算，若發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，則將跳閘命令發(fā)送給保護(hù)子機(jī)；

步驟3，保護(hù)子機(jī)根據(jù)跳閘命令控制跳開(kāi)本端的斷路器以切除故障。

進(jìn)一步的，保護(hù)主機(jī)進(jìn)行差動(dòng)保護(hù)判斷前采用同步算法對(duì)接收到的電氣量數(shù)據(jù)進(jìn)行同步。

進(jìn)一步的，所述同步算法為拉格朗日二元插值算法。

進(jìn)一步的，保護(hù)主機(jī)進(jìn)行差動(dòng)保護(hù)計(jì)算的計(jì)算公式如下：

其中，動(dòng)作電流icdφ為經(jīng)過(guò)基礎(chǔ)變比折合后的各保護(hù)子機(jī)對(duì)應(yīng)端線路的電流矢量和的幅值，isetφ為差動(dòng)動(dòng)作的電流設(shè)定值，制動(dòng)電流ir為經(jīng)過(guò)基礎(chǔ)變比折合后的各保護(hù)子機(jī)對(duì)應(yīng)端線路的電流矢量幅值的和，k為比率制動(dòng)系數(shù)。

進(jìn)一步的，步驟3中保護(hù)子機(jī)根據(jù)跳閘命令并結(jié)合自身用于配合保護(hù)主機(jī)跳閘命令的第一整定值控制跳開(kāi)本端的斷路器以切除故障。

進(jìn)一步的，步驟3中還包括保護(hù)子機(jī)在沒(méi)有接收到保護(hù)主機(jī)發(fā)送的跳閘指令的情況下，則根據(jù)自身用于后備保護(hù)的第二整定值開(kāi)放跳閘出口。

本發(fā)明還提供了一種多端線路差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)，包括一臺(tái)保護(hù)主機(jī)，所述保護(hù)主機(jī)連接至少三個(gè)設(shè)置在線路終端的用于控制連接本端斷路器的保護(hù)子機(jī)；所述保護(hù)子機(jī)用于采集本端線路的電氣量數(shù)據(jù)并發(fā)送給所述保護(hù)主機(jī)，接收所述保護(hù)主機(jī)發(fā)送的跳閘命令，并根據(jù)所述跳閘命令控制跳開(kāi)本端的斷路器以切除故障；所述保護(hù)主機(jī)用于接收所述保護(hù)子機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的電氣量數(shù)據(jù)，進(jìn)行差動(dòng)保護(hù)計(jì)算，若發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，則將跳閘命令發(fā)送給保護(hù)子機(jī)。

進(jìn)一步的，所述保護(hù)主機(jī)還用于進(jìn)行差動(dòng)保護(hù)判斷前采用同步算法對(duì)接收到的電氣量數(shù)據(jù)進(jìn)行同步。

進(jìn)一步的，所述同步算法為拉格朗日二元插值算法。

進(jìn)一步的，所述保護(hù)主機(jī)進(jìn)行差動(dòng)保護(hù)計(jì)算的計(jì)算公式如下：

其中，動(dòng)作電流icdφ為經(jīng)過(guò)基礎(chǔ)變比折合后的各保護(hù)子機(jī)對(duì)應(yīng)端線路的電流矢量和的幅值，isetφ為差動(dòng)動(dòng)作的電流設(shè)定值，制動(dòng)電流ir為經(jīng)過(guò)基礎(chǔ)變比折合后的各保護(hù)子機(jī)對(duì)應(yīng)端線路的電流矢量幅值的和，k為比率制動(dòng)系數(shù)。

進(jìn)一步的，所述保護(hù)子機(jī)用于根據(jù)跳閘命令并結(jié)合自身用于配合保護(hù)主機(jī)跳閘命令的第一整定值控制跳開(kāi)本端的斷路器以切除故障。

進(jìn)一步的，所述保護(hù)子機(jī)還用于在沒(méi)有接收到保護(hù)主機(jī)發(fā)送的跳閘指令的情況下，則根據(jù)自身用于后備保護(hù)的第二整定值開(kāi)放跳閘出口。

本發(fā)明的有益效果是：

通過(guò)在各端線路的終端設(shè)置一臺(tái)保護(hù)子機(jī)，并在某一端線路設(shè)置線路保護(hù)主機(jī)，保護(hù)子機(jī)采集對(duì)應(yīng)端線路的電氣量數(shù)據(jù)并發(fā)送至保護(hù)主機(jī)；保護(hù)主機(jī)采集各保護(hù)子機(jī)上送的數(shù)據(jù)，進(jìn)行差流計(jì)算確定區(qū)內(nèi)外故障，當(dāng)發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)，發(fā)送跳閘命令至各保護(hù)子機(jī)，保護(hù)子機(jī)根據(jù)跳閘指令通過(guò)自身的跳閘回路跳開(kāi)本端斷路器，從而完成故障的隔離。

進(jìn)一步的，采用同步算法對(duì)保護(hù)主機(jī)接收到的電氣量數(shù)據(jù)進(jìn)行同步，保證了參與差動(dòng)保護(hù)計(jì)算的為同一時(shí)刻的數(shù)據(jù)，同時(shí)使得整體系統(tǒng)不依賴于各端對(duì)時(shí)，從而擺脫了對(duì)授時(shí)系統(tǒng)的依賴，避免了因?qū)r(shí)問(wèn)題可能導(dǎo)致的系統(tǒng)停用。

進(jìn)一步的，保護(hù)子機(jī)還可以根據(jù)本端的電氣量數(shù)據(jù)完成后備保護(hù)功能，該保護(hù)功能不需要保護(hù)主機(jī)的參與即可完成就地跳閘，防止保護(hù)子機(jī)與保護(hù)主機(jī)通信中斷時(shí)線路無(wú)保護(hù)運(yùn)行。

附圖說(shuō)明

圖1是多端線路差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是保護(hù)子機(jī)的硬件原理示意圖；

圖3是保護(hù)子機(jī)的插件及背板接線示意圖；

圖4是保護(hù)主機(jī)的硬件原理示意圖；

圖5是保護(hù)主機(jī)的插件及背板接線示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖以及具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1所示，本實(shí)例為一個(gè)七端線路差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)，在每條線路終端分別設(shè)置一套保護(hù)子機(jī)，在某個(gè)變電站設(shè)置一臺(tái)保護(hù)主機(jī)，該保護(hù)主機(jī)可以單獨(dú)設(shè)置，也可采用集中到某臺(tái)保護(hù)子機(jī)的模式，保護(hù)主機(jī)與所有的保護(hù)子機(jī)通信連接。

具體的，各保護(hù)子機(jī)通過(guò)專用光纖專用通道與保護(hù)主機(jī)相連，不采用復(fù)用通道，避免了sdh等在不同傳輸路徑時(shí)所造成的傳輸延時(shí)不確定性。各個(gè)保護(hù)子機(jī)以光纖以太網(wǎng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式向保護(hù)主機(jī)發(fā)送采樣信息，信息傳輸遵循iec61850通信規(guī)約，具體采用iec61850-9-2通信方式。保護(hù)主機(jī)采用iec61850goos方式向各端保護(hù)子機(jī)發(fā)送跳閘命令，goose跳閘命令中的參數(shù)標(biāo)識(shí)了發(fā)出跳閘命令的主機(jī)參數(shù)以供保護(hù)子機(jī)識(shí)別。

此外，各端保護(hù)子機(jī)還將本地狀態(tài)信息，包括檢修壓板投退狀態(tài)、斷路器位置狀態(tài)等以iec61850goose方式送至保護(hù)主機(jī)，以供保護(hù)主機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的邏輯處理。保護(hù)主機(jī)采用同步算法對(duì)接收到的電氣量數(shù)據(jù)進(jìn)行同步，例如拉格朗日二元插值同步算法，對(duì)各端數(shù)據(jù)同步采樣，使得整體系統(tǒng)不依賴于各端對(duì)時(shí)，從而擺脫了對(duì)授時(shí)系統(tǒng)的依賴，避免了因?qū)r(shí)問(wèn)題可能導(dǎo)致的系統(tǒng)停用。

下面對(duì)該差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)中的保護(hù)主機(jī)以及保護(hù)子機(jī)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

各保護(hù)子機(jī)的硬件原理結(jié)構(gòu)如圖2所示，包含裝置電源插件、面板指示燈、開(kāi)入插件(包含擴(kuò)展模塊)、交流插件、adc插件、cpu插件、goose\sv插件(npi插件)以及開(kāi)出插件等，各保護(hù)子機(jī)中插件及背板的接線示意圖如圖3所示。其中，裝置電源插件為保護(hù)子機(jī)內(nèi)部的各個(gè)模塊包括adc、cpu等提供所需電源，為保證供電可靠性，該裝置電源采用雙電源供電；面板指示燈顯示本保護(hù)子機(jī)的運(yùn)行、告警與跳閘狀態(tài)等；開(kāi)入插件加擴(kuò)展模塊用于采集狀態(tài)量信息；交流插件將電壓和電流互感器輸出的二次電壓和電流變換為適于數(shù)字采樣的小電壓信號(hào)；adc插件完成交流插件變換后的電壓信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換；cpu插件采集模擬量與狀態(tài)量信息，用于邏輯計(jì)算分析處理，然后封裝成幀，并通過(guò)goose/sv插件(npi插件)的光纖以太網(wǎng)口發(fā)送出去；goose/sv插件(npi插件)接收來(lái)自保護(hù)主機(jī)的跳閘信號(hào)，送給cpu插件，cpu經(jīng)解幀分析后，若滿足跳閘條件，則發(fā)送跳閘命令至開(kāi)出插件，動(dòng)作跳開(kāi)本端斷路器。

另外，各保護(hù)子機(jī)還可以接收irig-b碼對(duì)時(shí)命令，用以滿足事件分析需要的全網(wǎng)統(tǒng)一時(shí)鐘。各保護(hù)子機(jī)還具有基于單端電氣量完成帶延時(shí)段的保護(hù)功能，單端電氣量保護(hù)不需要保護(hù)主機(jī)的參與即可完成就地跳閘，設(shè)置此單端保護(hù)的目的是防止保護(hù)子機(jī)與主機(jī)通信中斷時(shí)線路無(wú)保護(hù)運(yùn)行。

保護(hù)主機(jī)的硬件原理結(jié)構(gòu)如圖4所示，包含裝置電源插件、面板指示燈、開(kāi)入插件(包含擴(kuò)展模塊)、cpu插件、goose\sv插件(npi插件)以及信號(hào)插件等，保護(hù)主機(jī)中的插件及背板接線示意圖如圖5所示。其中，裝置電源插件為保護(hù)主機(jī)內(nèi)部各模塊包括goose\sv插件(npi插件)、cpu等提供所需電源，為保證供電可靠性，該電源采用雙電源供電；面板指示燈顯示本保護(hù)主機(jī)的運(yùn)行、告警和跳閘等信息；開(kāi)入插件加擴(kuò)展模塊用于采集狀態(tài)信息；cpu插件采集通過(guò)goose/sv插件(npi插件)發(fā)送過(guò)來(lái)的各保護(hù)子機(jī)的模擬量與狀態(tài)量信號(hào)，經(jīng)過(guò)邏輯計(jì)算分析處理，然后封裝成幀，再把跳閘信息通過(guò)goose/sv插件(npi插件)的光纖以太網(wǎng)口發(fā)送給各個(gè)保護(hù)子機(jī)；本保護(hù)主機(jī)自身的一些告警信號(hào)可以通過(guò)信號(hào)插件輸出接點(diǎn)給站內(nèi)測(cè)控。

另外，保護(hù)主機(jī)還可以接收irig-b碼對(duì)時(shí)命令，用以滿足事件分析需要的全網(wǎng)統(tǒng)一時(shí)鐘。保護(hù)主機(jī)還具備遠(yuǎn)方管理功能，能夠?qū)崟r(shí)展示各保護(hù)子機(jī)采樣數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)值，能夠?yàn)g覽和修改各保護(hù)子機(jī)后備保護(hù)定值。

上述多端線路差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)的工作原理如下：

各個(gè)保護(hù)子機(jī)中的開(kāi)入插件加擴(kuò)展模塊采集對(duì)應(yīng)端線路的本地狀態(tài)信息并發(fā)送給保護(hù)子機(jī)的cpu插件，本地狀態(tài)信息包括檢修壓板狀態(tài)、斷路器位置狀態(tài)等。各個(gè)保護(hù)子機(jī)中的交流插件采集電壓互感器和電流互感器輸出的二次電壓和二次電流，將其變換為適于數(shù)字采樣的小電壓信號(hào)后發(fā)送給adc插件。adc插件接收交流插件發(fā)送過(guò)來(lái)的小電壓信號(hào)，將小電壓信號(hào)模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量后發(fā)送給子機(jī)cpu插件。各個(gè)保護(hù)子機(jī)中的cpu插件采集本地狀態(tài)信息以及采樣數(shù)字量，進(jìn)行邏輯計(jì)算以及分析處理，并將處理后的信息封裝成幀，然后通過(guò)goose/sv插件(npi插件)的光纖以太網(wǎng)口發(fā)送給保護(hù)主機(jī)。

保護(hù)主機(jī)的goose/sv插件(npi插件)采用iec61850goos方式采集各個(gè)保護(hù)子機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的本地狀態(tài)信息以及采樣數(shù)字量，并發(fā)送給保護(hù)主機(jī)的cpu插件，主機(jī)的cpu插件對(duì)接收到的各端線路的本地狀態(tài)信息以及采樣數(shù)字量進(jìn)行解幀、并進(jìn)行差動(dòng)保護(hù)計(jì)算，保護(hù)主機(jī)分相穩(wěn)態(tài)量差動(dòng)保護(hù)的計(jì)算公式如下：

其中，動(dòng)作電流為經(jīng)過(guò)基礎(chǔ)變比折合后的各保護(hù)子機(jī)對(duì)應(yīng)端線路的電流的矢量和的幅值，分別為經(jīng)過(guò)基礎(chǔ)變比折合后的各端電流；isetφ為差動(dòng)動(dòng)作的電流設(shè)定值，整定時(shí)考慮最小方式下區(qū)內(nèi)故障差流值有足夠的靈敏度，整定值應(yīng)大于1.5倍線路全長(zhǎng)電容電流，整定值的取值范圍是0.05in-2in，其中in為二次額定電流；制動(dòng)電流為經(jīng)過(guò)基礎(chǔ)變比折合后的各保護(hù)子機(jī)對(duì)應(yīng)端線路的電流的矢量幅值的和；k為比率制動(dòng)系數(shù)，其取值范圍為0.0-1.0。

保護(hù)主機(jī)零序電流差動(dòng)保護(hù)計(jì)算公式與分相穩(wěn)態(tài)量差動(dòng)保護(hù)計(jì)算公式一樣，但需把經(jīng)過(guò)基礎(chǔ)變比折合后的各端電流改為即可，其中分別表示多端線路的m端、n端、p端……的零序電流。

若保護(hù)主機(jī)的cpu插件判斷出區(qū)內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，將跳閘信息封裝成幀，并通過(guò)主機(jī)goose/sv插件(npi插件)的光纖以太網(wǎng)口發(fā)送給各個(gè)保護(hù)子機(jī)。各個(gè)保護(hù)子機(jī)的goose/sv插件(npi插件)接收來(lái)自保護(hù)主機(jī)的跳閘信號(hào)，并送給cpu插件，cpu經(jīng)解幀分析后，判斷是否滿足跳閘條件；若滿足跳閘條件，則根據(jù)自身用于配合主機(jī)跳閘命令的第一整定值發(fā)送跳閘命令至開(kāi)出插件，動(dòng)作跳開(kāi)本端斷路器，從而完成故障的隔離。第一整定值根據(jù)電壓和電流在故障發(fā)生時(shí)的變化特征進(jìn)行確定，其確定方法屬于現(xiàn)有技術(shù)，此處不再贅述。

另外，由于各保護(hù)子機(jī)數(shù)據(jù)采樣計(jì)算需要一定的時(shí)間，該時(shí)間可在保護(hù)主機(jī)發(fā)送的iec61850-9-2報(bào)文中給出，以供保護(hù)主機(jī)在采樣同步時(shí)，進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)倒推。為了防止保護(hù)子機(jī)與保護(hù)主機(jī)通信中斷時(shí)線路無(wú)保護(hù)運(yùn)行，各保護(hù)子機(jī)還可以完成基于單端電氣量的后備保護(hù)功能，如距離保護(hù)、零序電流保護(hù)等功能，這些功能不依賴于通道即可完成跳閘，也就是保護(hù)子機(jī)可直接根據(jù)用于后備保護(hù)的第二整定值開(kāi)放跳閘出口。

在線路擴(kuò)建時(shí)，例如由七端線路擴(kuò)為八端線路時(shí)，則只需要增加一臺(tái)保護(hù)子機(jī)及子機(jī)與主機(jī)之間的光纖連接即可，在保護(hù)主機(jī)端完成新增保護(hù)子機(jī)的參數(shù)設(shè)置，其他各保護(hù)子機(jī)不需要配置改動(dòng)。

該保護(hù)主機(jī)具有可適應(yīng)各終端電流互感器變比不同的特點(diǎn)，通過(guò)在保護(hù)主機(jī)上整定各終端的變比定值，將保護(hù)子機(jī)的采樣值歸一到基準(zhǔn)變比下的采樣值，再參與邏輯運(yùn)算，從而提高了該差動(dòng)保護(hù)裝置的適用性。

最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不是對(duì)其進(jìn)行限制，盡管上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，未脫離本發(fā)明范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。