智能變電站分布式母線保護

1、智能變電站的分布式母線保護智能變電站的分布式母線保護母線保護的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢母線保護的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢分布式母線保護整體結構分布式母線保護整體結構瞬時值差動母線保護計算瞬時值差動母線保護計算母線保護的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢母線保護的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 一、集中式母線保護一、集中式母線保護 定義：集中式母線保護是將被保護母線段上連接的各回路定義：集中式母線保護是將被保護母線段上連接的各回路電流互感器二次電流集中起來，進行計算和比較，集中控制母電流互感器二次電流集中起來，進行計算和比較，集中控制母線段上所有開關。線段上所有開關。 缺點：缺點： i i、當回路較多時，需要大量的二次電纜，并且當距離

2、較、當回路較多時，需要大量的二次電纜，并且當距離較遠時，互感器的負載較大，易受電磁干擾遠時，互感器的負載較大，易受電磁干擾 ii ii、當出現(xiàn)判斷有誤或其他情況造成保護誤動時，將會跳、當出現(xiàn)判斷有誤或其他情況造成保護誤動時，將會跳閘所有的回路開關，可靠性低閘所有的回路開關，可靠性低 iiiiii、難以自適應母線運行方式的變化（例如擴建，需要從、難以自適應母線運行方式的變化（例如擴建，需要從新整定保護值）新整定保護值）母線保護的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢母線保護的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢二、分布式母線保護二、分布式母線保護 定義定義：分布式母線保護是將傳統(tǒng)的集中式母線保護分散成若：分布式母線保護是將傳統(tǒng)的集中

3、式母線保護分散成若干個干個( (與被保護母線的回路數(shù)相同與被保護母線的回路數(shù)相同) )母線保護單元，分散裝設在各母線保護單元，分散裝設在各回路保護屏上，各保護單元用計算機網(wǎng)絡聯(lián)接起來回路保護屏上，各保護單元用計算機網(wǎng)絡聯(lián)接起來 特點特點： 1 1、每個保護單元只輸入本回路的電流量，將其轉換成數(shù)字、每個保護單元只輸入本回路的電流量，將其轉換成數(shù)字量后，通過量后，通過計算機網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡傳送給其它所有回路的保護單元傳送給其它所有回路的保護單元 2 2、各保護單元根據(jù)本回路的電流量和從計算機網(wǎng)絡上獲得、各保護單元根據(jù)本回路的電流量和從計算機網(wǎng)絡上獲得的其它所有回路的電流量，進行母線差動保護的計算的其

4、它所有回路的電流量，進行母線差動保護的計算 如果計算結果證明是母線內(nèi)部故障則只跳開本回路斷路器如果計算結果證明是母線內(nèi)部故障則只跳開本回路斷路器，將故障的母線隔離。在母線區(qū)外故障時，各保護單元都計算為，將故障的母線隔離。在母線區(qū)外故障時，各保護單元都計算為外部故障均不動作。外部故障均不動作。 優(yōu)點優(yōu)點： 這種用計算機網(wǎng)絡實現(xiàn)的分布式母線保護原理，比傳統(tǒng)的這種用計算機網(wǎng)絡實現(xiàn)的分布式母線保護原理，比傳統(tǒng)的集中式母線保護原理有較高的可靠性。因為如果一個保護單元受集中式母線保護原理有較高的可靠性。因為如果一個保護單元受到干擾或計算錯誤而誤動時，只能錯誤地跳開本回路，不會造成到干擾或計算錯誤而誤動時，

5、只能錯誤地跳開本回路，不會造成母線整個被切除的惡性事故，這對于具有超高壓母線的系統(tǒng)樞紐母線整個被切除的惡性事故，這對于具有超高壓母線的系統(tǒng)樞紐非常重要。非常重要。母線保護的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢母線保護的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢三、發(fā)展趨勢三、發(fā)展趨勢 隨著電子互感器、智能斷路器等設備的成功隨著電子互感器、智能斷路器等設備的成功研制及實用化，實現(xiàn)了變電站一次設備的數(shù)字化研制及實用化，實現(xiàn)了變電站一次設備的數(shù)字化和智能化，和智能化，IEC61850 IEC61850 的頒布、光纖通訊技術的的頒布、光纖通訊技術的發(fā)展加速了分布式母線保護的應用發(fā)展加速了分布式母線保護的應用 分布式母線保護可分為三個部分理解：

6、分布式母線保護可分為三個部分理解：分布式的保護計算分布式的保護計算分布式的數(shù)據(jù)共享分布式的數(shù)據(jù)共享分布式的數(shù)據(jù)采集分布式的數(shù)據(jù)采集結論：在智能化變電站時代，分布式母線保護必結論：在智能化變電站時代，分布式母線保護必將獲得廣泛應用。將獲得廣泛應用。分布式母線保護系統(tǒng)結構分布式母線保護系統(tǒng)結構一、分布式母線保護整體結構一、分布式母線保護整體結構 分布式母線保護系統(tǒng)分布式母線保護系統(tǒng) DBPSDBPS（Distributed Distributed Busbar Protection SystemBusbar Protection System）是指在智能變電站中）是指在智能變電站中 ，通過非傳統(tǒng)互

7、感器、合并單元，通過非傳統(tǒng)互感器、合并單元 MUMU（Merging UnitMerging Unit）、以太網(wǎng)和分散在各智能開關柜或）、以太網(wǎng)和分散在各智能開關柜或 GIS GIS 智能控制柜智能控制柜中的就地母線保護單元，來實現(xiàn)變電站的分布式母線中的就地母線保護單元，來實現(xiàn)變電站的分布式母線保護和控制功能。保護和控制功能。 DBPS DBPS 由由 3 3 部分組成。部分組成。 a. a. 過程層設備過程層設備 ：光電式互感器：光電式互感器 （ECT ECT EPTEPT）、）、智能開關、智能開關、MUMU。 b. b. 網(wǎng)絡設備：光纖以太網(wǎng)、交換機等。網(wǎng)絡設備：光纖以太網(wǎng)、交換機等。 c

8、. c. 各回路就地母線保護單元：是各回路就地母線保護單元：是 DBPS DBPS 的核心，負的核心，負責判斷母線是否發(fā)生故障，并控制本回路的智能開關責判斷母線是否發(fā)生故障，并控制本回路的智能開關。合并單元控制單元合并單元控制單元合并單元控制單元間間隔交隔交換換機機間間隔交隔交換換機機間間隔交隔交換換機機GOOSEGOOSE6185061850間間隔隔 1 1間間隔隔 2 2間間隔隔 n nB UB UnB UB U2B UB U1母差母差專專用交用交換換機機C UC UIEC61850-9-2IEC61850-9-2分布式母線保護系統(tǒng)結構分布式母線保護系統(tǒng)結構ECTECTEPTEPT分布式母

9、線保護分布式母線保護系統(tǒng)結構分布式母線保護系統(tǒng)結構二、過程層網(wǎng)絡選擇二、過程層網(wǎng)絡選擇 保護單元與本間隔開關以及所有的保護單元與本間隔開關以及所有的 MU MU 都是通過過程層網(wǎng)都是通過過程層網(wǎng)絡進行信息交換，因此，過程層網(wǎng)絡的通信性能是分布式母線絡進行信息交換，因此，過程層網(wǎng)絡的通信性能是分布式母線保護實現(xiàn)的關鍵之一。保護實現(xiàn)的關鍵之一。 只有連接于母線上的各個間隔的采樣值只有連接于母線上的各個間隔的采樣值都在確定的要求時間內(nèi)上送到每個母線保護單元中，才能進行都在確定的要求時間內(nèi)上送到每個母線保護單元中，才能進行有效的保護計算，完成母線的分布式保護功能。有效的保護計算，完成母線的分布式保護功

10、能。 A.A.對通信網(wǎng)絡的要求：對通信網(wǎng)絡的要求： 1. 1.可靠性，指網(wǎng)絡上傳送的重要報文不會因各節(jié)點爭發(fā)報文可靠性，指網(wǎng)絡上傳送的重要報文不會因各節(jié)點爭發(fā)報文而發(fā)生碰撞或因其他原因而丟失而發(fā)生碰撞或因其他原因而丟失 2. 2.實時性，指單位時間內(nèi)網(wǎng)絡傳輸?shù)男畔⒘恳獫M足變實時性，指單位時間內(nèi)網(wǎng)絡傳輸?shù)男畔⒘恳獫M足變電站內(nèi)通信需求（尤其是發(fā)生故障時對通信的要求）電站內(nèi)通信需求（尤其是發(fā)生故障時對通信的要求）結論：結論：交換式以太網(wǎng)就滿足了這種要求交換式以太網(wǎng)就滿足了這種要求分布式母線保護系統(tǒng)結構分布式母線保護系統(tǒng)結構B.B.數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型： 1 1、過程總線提供了光電互感器所采集的瞬時數(shù)據(jù)、

11、過程總線提供了光電互感器所采集的瞬時數(shù)據(jù)（SAVSAV）的傳輸）的傳輸 2 2、保護裝置發(fā)給斷路器的跳合閘命令及開關位置、保護裝置發(fā)給斷路器的跳合閘命令及開關位置等信息（等信息（GOOSEGOOSE）的傳輸）的傳輸 其中采樣值報文（其中采樣值報文（SAVSAV）是典型的周期性數(shù)據(jù)流，）是典型的周期性數(shù)據(jù)流，其到達周期就是過程層互感器的模擬量采樣周期，數(shù)據(jù)其到達周期就是過程層互感器的模擬量采樣周期，數(shù)據(jù)流量取決于局域網(wǎng)內(nèi)的流量取決于局域網(wǎng)內(nèi)的 MU MU 個數(shù)和采樣率個數(shù)和采樣率信息系統(tǒng)的通信模式：如下圖所示信息系統(tǒng)的通信模式：如下圖所示分布式母線保護系統(tǒng)結構分布式母線保護系統(tǒng)結構IEC6185

12、0-9-1IEC61850-9-1 分布式母線保護系統(tǒng)結構分布式母線保護系統(tǒng)結構IEC61850-9-2IEC61850-9-2分布式母線保護系統(tǒng)結構分布式母線保護系統(tǒng)結構C.C.數(shù)據(jù)流量計算：數(shù)據(jù)流量計算： 單個單個 MU MU 傳送的每幀采樣值（傳送的每幀采樣值（SAVSAV）共有）共有 12 12 路（路（7 7路電流，路電流，5 5路電壓），假如保護裝置的采樣周期為路電壓），假如保護裝置的采樣周期為 0.5 ms0.5 ms（40 40 點點/ /周波），周波），每個間隔中每個間隔中 MU MU 發(fā)送的數(shù)據(jù)幀長度固定為發(fā)送的數(shù)據(jù)幀長度固定為 984Bit984Bit 保護裝置與保護裝置

13、與 MU MU 之間的數(shù)據(jù)流量為之間的數(shù)據(jù)流量為 （40 40 50 Hz50 Hz） 984 bit = 1.968 Mbit /s 984 bit = 1.968 Mbit /s 以每條母線上連接以每條母線上連接 8 8個間隔單元為例，過程總線上傳輸?shù)牟蓸觽€間隔單元為例，過程總線上傳輸?shù)牟蓸又档臄?shù)據(jù)流量為值的數(shù)據(jù)流量為 8 81.968=15.744 Mbit /s1.968=15.744 Mbit /s 當選用當選用 100 M 100 M 的以太網(wǎng)作為通信介質時，以太網(wǎng)上的負荷為的以太網(wǎng)作為通信介質時，以太網(wǎng)上的負荷為 15.744 15.744 100 = 15.744 %100 =

14、 15.744 %注：注：GOOSEGOOSE報文流量很小，故可以忽略不計報文流量很小，故可以忽略不計 由此分析，選用由此分析，選用 100 M 100 M 的以太網(wǎng)連接各個分布式母線保護子裝的以太網(wǎng)連接各個分布式母線保護子裝置和各個間隔的置和各個間隔的 MUMU，能夠滿足數(shù)據(jù)流量的通信要求，能夠滿足數(shù)據(jù)流量的通信要求瞬時值差動母線保護計算瞬時值差動母線保護計算 一、瞬時值差動母線保護 在智能變電站中，由于采用非常規(guī)互感器將不再出現(xiàn)電流互感器的飽和問題，同時非常規(guī)互感器直接傳變系統(tǒng)一次值，不再出現(xiàn)互感器變比誤配問題，電流差動保護的靈敏性和可靠性將得到極大提高。因此可將比率制動電流差動保護原理應

15、用于分布式母線保護中。 1.算法選擇 選擇瞬時值電流差動保護算法可以進一步提高保護的動作速度。 2.保護原理圖 如下圖所示瞬時值差動母線保護計算瞬時值差動母線保護計算母線差動保護基本原理母線差動保護基本原理1,.,im1,.,kl11母聯(lián).mlI I母母線線II II母母線線大差大差I I母小差母小差II II母小差母小差111mdiiII221ldkkII1njjII瞬時值差動母線保護計算瞬時值差動母線保護計算二、瞬時采樣值電流比率差動保護的判據(jù)二、瞬時采樣值電流比率差動保護的判據(jù) 考慮到不同互感器的傳變特性仍存在差異，在動作判據(jù)中考慮到不同互感器的傳變特性仍存在差異，在動作判據(jù)中可引入一個較小的比率制動系數(shù)，以此提高保護的可靠性，可可引入一個較小的比率制動系數(shù)，以此提高保護的可靠性，可獲得：獲得：10dIkIk其中：k k0 0差動電流啟動定值差動電流啟動定值 k k1 1比率制動系數(shù)比率制動系數(shù) dII差動量，其中差動量，其中I Id d是各饋線電流的代數(shù)和是各饋線電流的代數(shù)和制動量，代表饋線電流的標量和制動量，代表饋線電流的標量和12.dnII II 1I2InIdI差動電流差動電流I制動制動電流電流12ndII動作區(qū)比率差動計算框圖比率差動計算框圖瞬時值差動母線保護計算瞬時值差動母線保護計算11mi1 mi