一种基于GOOSE的防越级跳闸线路保护装置及保护系统的制作方法

一种基于goose的防越级跳闸线路保护装置及保护系统
技术领域
1.本发明涉及一种基于goose的防越级跳闸线路保护装置及保护系统，属于多级供电系统继电保护技术领域。


背景技术：

2.相比于高压输电网络，由于工厂、矿场等配电供电系统具有多级辐射纵向网络、各级间连接线路短、系统运行环境恶劣等特点，导致供电系统级间保护整定值差异小、漏电保护选择性低。使得供电系统下级开关感应到故障时跳闸，上级开关也会无选择性的动作，造成越级跳闸事故的发生，扩大电网停电范围，严重危害企业工作人员人身安全和供电设备安全。
3.为解决多级供电系统易发生越级跳闸事故，目前主要的研究方向：技术成熟的光纤电流纵差的防越级保护，基于can总线传输故障信息的集中控制式、基于goose传输防越级闭锁信号等方案。前两种方案存在造价高、电路设计复杂、也不符合电网智能化发展等缺点。现有技术中，各文献只是介绍goose应用有效性，没有基于goose传输防越级闭锁信号的方案，也没有及闭锁信号的处理措施。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于goose的防越级跳闸线路保护装置及保护系统，能够实现过流保护和漏电流保护防越级跳闸，实现多级供电系统可靠性。为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
5.第一方面，本发明提供了一种基于goose的防越级跳闸线路保护装置，包括电压互感器、电流互感器、以太网通信接口、防越级模块和保护模块，
6.所述防越级跳闸线路保护装置有多个、呈分布式配置，各防越级跳闸线路保护装置与多级供电系统的各级开关连接，下级的防越级跳闸线路保护装置通过goose报文的形式将goose信号传输至上级的防越级跳闸线路保护装置，所述goose报文通过以太网通信接口传输；
7.所述防越级模块接收下级防越级跳闸线路保护装置上传的goose信号，进行goose信号处理，驱动连接的开关动作执行保护；
8.所述保护模块根据电压互感器、电流互感器收集的电压采样值、电流采样值输出故障信息。
9.结合第一方面，进一步地，所述goose信号包括过流防越级闭锁信号和漏电防越级闭锁信号，所述以太网通信接口包括过流防越级goose开入和漏电防越级goose开入，
10.所述过流防越级闭锁信号通过过流防越级goose开入传输至上级防越级跳闸线路保护装置，所述漏电防越级闭锁信号通过漏电防越级goose开入传输至上级防越级跳闸线路保护装置。
11.结合第一方面，进一步地，所述防越级跳闸线路保护装置设置有过流防越级控制
字和漏电防越级控制字，
12.当过流防越级控制字或漏电防越级控制字投入后，防越级跳闸线路保护装置的最小动作延时自动设置为20ms。
13.结合第一方面，进一步地，所述goose信号处理，包括：
14.根据多级供电系统结构，确定防越级跳闸线路保护装置的上下级关系；
15.当供电系统发生小电流接地故障时，所有感应到小电流接地故障信息的防越级跳闸线路保护装置启动漏电保护，同时向对应的上级防越级跳闸线路保护装置发送goose信号，goose信号传输延时小于10ms，若离故障点最近的防越级跳闸线路保护装置未收到goose信号，经漏电保护延时后离故障点最近的防越级跳闸线路保护装置动作，驱动开关切除故障；
16.防越级跳闸线路保护装置动作200ms后，继续检测漏电故障信息，若故障信息依然存在，则认为开关拒动，停止发送goose信号，由上级的防越级跳闸线路保护装置动作切除故障，若防越级跳闸线路保护装置在收到goose信号超过400ms且检测到故障依然存在，判断二级开关拒动，防越级跳闸线路保护装置闭锁信号开放闭锁功能，防越级跳闸线路保护装置立即动作切除故障；
17.防越级跳闸线路保护装置接收下级的防越级跳闸线路保护装置发出的goose信号，将goose信号携带的状态、品质、检修信息传递给本级防越级跳闸线路保护装置的对应goose开入；
18.防越级跳闸线路保护装置单独处理每一个goose开入，当goose开入品质有效且检修一致，goose开入状态为1经一个中断δt延时后判断goose开入有效，进行闭锁逻辑判断；
19.当防越级跳闸线路保护装置goose开入置1的时间大于15s，保护装置判断所有goose开入是否存在任意一个置1、品质有效且检修一致、且没有闭锁goose信号，防越级跳闸线路保护装置闭锁漏电保护功能。
20.结合第一方面，进一步地，所述确定防越级跳闸线路保护装置的上下级关系，包括：
21.一条母线上，连接母线出线的防越级跳闸线路保护装置为下级，连接母线进线的防越级跳闸线路保护装置为上级；
22.两条分列运行的母线，连接母线联络开关的防越级跳闸线路保护装置是连接母线进线的防越级跳闸线路保护装置的下级保护装置、是连接母线出线的防越级跳闸线路保护装置的上级保护装置；
23.两条母线连接线路上，连接母线出线的防越级跳闸线路保护装置是连接母线进线的保护装的上级。
24.结合第一方面，进一步地，所述输出故障信息，采用启动继电器与暂态首半波能量选线原理结合。
25.结合第一方面，进一步地，所述启动继电器数学表达式如下：
26.δu0(t)＞u
0set
k1δu0t
ꢀꢀ
(1)
27.δ
i0
(t)＞i
0set
k1δi0t
ꢀꢀ
(2)
28.其中：u
0set
、i
0set
分别为零序电压突变定值、零序电流突变定值；
29.δi0(t)为电流突变量，通过下式表示：
30.δi0(t)＝||i0(t)-i0(t-t)|-|i0(t-t)-i0(t-2t)||
ꢀꢀ
(3)
31.δu0(t)为电压突变量，通过下式表示：
32.δu0(t)＝||u(t)-u0(t-t)|-|u0(t-t)-u(t-2t)||
ꢀꢀ
(4)
33.式(3)中，δi0t为零序电流突变量浮动门槛，取上一个周波的零序电流突变量；式(4)中，δu0t为零序电压突变量浮动门槛，取上一个周波的零序电压突变量；
34.式(1)、(2)中，k1为浮动门槛的可靠系数，取1.25；t为保护装置采样周期；
35.零序电流突变量δi0(t)连续m个采样点中有n个采样点满足式(2)，零序电流突变量启动元件动作。零序电压突变量δu0(t))连续m个采样点中有n个采样点满足式(1)，零序电压突变量启动元件动作，任意一个突变时启动元件动作时，则认为检测到故障。
36.结合第一方面，进一步地，所述暂态首半波能量选线原理，包括：
37.定义参数变量qk(t)为
38.qk(t)＝i0(t)*du0(t)/dt
ꢀꢀ
(5)
39.对于非故障线路qk(t)大于0，故障线路有qk(t)小于0；
40.对参数变量qk(t)从故障起始时刻开始进行积分，得到参数变量eq为
[0041][0042]
其中：t1为积分结束时刻，可设为t/2；
[0043]
非故障线路eq大于0，故障线路eq小于0，为防止在保护装置程序计算过程中误差引起误判断，因此保护判断可定为：
[0044]eq
＜ezꢀꢀ
(7)
[0045]
其中：ez为保护装置固定门槛值。
[0046]
第二方面，本发明提供一种防越级跳闸线路保护系统，包括：
[0047]
第一方面所述的基于goose的防越级跳闸线路保护装置和scd可视化配置工具；
[0048]
所述scd可视化配置工具用于将供电系统结构进行可视化展示。
[0049]
结合第二方面，进一步地，所述scd可视化配置工具包括goose信号虚端子和可视化配置显示器，所述goose信号虚端子的输入端连接所述防越级跳闸线路保护装置，输出端连接所述可视化配置显示器，将各防越级跳闸线路保护装置对应的下级、上级，以及装置间发送和接收goose信号的名称通过可视化配置显示器进行全局可视化展示。
[0050]
与现有技术相比，本发明实施例所提供的一种基于goose的防越级跳闸线路保护装置及保护系统，所达到的有益效果包括：
[0051]
本发明提供一种防越级跳闸线路保护装置，包括电压互感器、电流互感器、以太网通信接口、防越级模块和保护模块，所述防越级跳闸线路保护装置有多个、呈分布式配置，各防越级跳闸线路保护装置与多级供电系统的各级开关连接，下级的防越级跳闸线路保护装置通过goose报文的形式将goose信号传输至上级的防越级跳闸线路保护装置，所述goose报文通过以太网通信接口传输；所述防越级模块接收下级防越级跳闸线路保护装置上传的goose信号，进行goose信号处理，驱动连接的开关动作执行保护；goose信号的优先传输，具备防越级闭锁、开关拒动判别等完善的过流、小电流接地保护的防越级功能，无额外定值配置；防越级模块对goose信号超时发送可靠返回处理，防止长期闭锁导致上级拒动；对goose开入进行确认处理，提高信号可靠性。
[0052]
本发明保护模块根据电压互感器、电流互感器收集的电压采样值、电流采样值输出故障信息，能够实现配电网间隔的接地选线功能，具有不受不稳定电弧和消弧线圈的影响，灵敏度高，可靠性好，不增加硬件成本，后期维护成本低的优点；
[0053]
本发明提供基于goose的防越级跳闸保护系统，包括防越级跳闸线路保护装置和scd可视化配置工具；scd可视化配置工具用于将供电系统结构进行可视化展示，针对多级供电系统保护装置上下级间的闭锁关系，能够实现整站防越级系统的可视化操作，方便后续分析。
附图说明
[0054]
图1是本发明实施例中多级供电系统示意图；
[0055]
图2为本发明实施例中多级供电系统的防越级功能拓扑图；
[0056]
图3为本发明实施例中保护系统的结构框图。
[0057]
图4为本发明实施例的防越级闭锁信号发送处理逻辑；
[0058]
图5为本发明实施例的防越级goose开入处理逻辑图；
[0059]
图6为本发明实施例的防越级跳闸保护动作逻辑图；
具体实施方式
[0060]
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0061]
一种基于goose的防越级跳闸线路保护装置，包括电压互感器、电流互感器、以太网通信接口、防越级模块和保护模块。防越级跳闸线路保护装置有多个、呈分布式配置，各防越级跳闸线路保护装置与多级供电系统的各级开关连接，下级的防越级跳闸线路保护装置通过goose报文的形式将goose信号传输至上级的防越级跳闸线路保护装置，所述goose报文通过以太网通信接口传输；防越级模块接收下级防越级跳闸线路保护装置上传的goose信号，进行goose信号处理，驱动连接的开关动作执行保护；保护模块根据电压互感器、电流互感器收集的电压采样值、电流采样值输出故障信息。
[0062]
一种防越级跳闸保护系统，包括：防越级跳闸线路保护装置和scd可视化配置工具；scd可视化配置工具用于将供电系统结构进行可视化展示。
[0063]
goose信号包括过流防越级闭锁信号和漏电防越级闭锁信号，所述以太网通信接口包括过流防越级goose开入和漏电防越级goose开入，所述过流防越级闭锁信号通过过流防越级goose开入传输至上级防越级跳闸线路保护装置，所述漏电防越级闭锁信号通过漏电防越级goose开入传输至上级防越级跳闸线路保护装置。
[0064]
具体的，保护装置配置20个过流防越级goose开入、20个漏电防越级goose开入。
[0065]
防越级跳闸线路保护装置设置有过流防越级控制字和漏电防越级控制字，当过流防越级控制字或漏电防越级控制字投入后，防越级跳闸线路保护装置的最小动作延时自动设置为20ms。
[0066]
如图1所示为多级供电系统示意图，确定防越级跳闸线路保护装置的上下级关系，包括：
[0067]
一条母线上，连接母线出线的防越级跳闸线路保护装置为下级，连接母线进线的
防越级跳闸线路保护装置为上级；
[0068]
两条分列运行的母线，连接母线联络开关的防越级跳闸线路保护装置是连接母线进线的防越级跳闸线路保护装置的下级保护装置、是连接母线出线的防越级跳闸线路保护装置的上级保护装置；
[0069]
两条母线连接线路上，连接母线出线的防越级跳闸线路保护装置是连接母线进线的保护装的上级。
[0070]
具体的，供电系统k点发生接地漏电故障时，保护装置漏电保护投入，防越级功能投入，图1中防越级跳闸线路保护装置g-05、g-06、g-01、g-11、638、648在感应到漏电故障同时，向上级开关发送漏电防越级goose闭锁信号。
[0071]
具体为：g-05闭锁g-06、g-01；g-06闭锁g-11；g-01闭锁638；g-11闭锁648；g-05离故障点最近，未收到下级开关漏电防越级goose闭锁信号，经保护动作延时后g-05漏电保护动作，切除故障。
[0072]
使用scd可视化配置工具可作出图2的多级供电系统的防越级功能拓扑图。scd可视化配置工具包括goose信号虚端子和可视化配置显示器。goose信号虚端子的输入端连接所述防越级跳闸线路保护装置，输出端连接可视化配置显示器，将各防越级跳闸线路保护装置对应的下级、上级，以及装置间发送和接收goose信号的名称通过可视化配置显示器进行全局可视化展示。
[0073]
具体的，将g-01、g-02
…
648等线路保护开关对应装置的icd模型文件导入到scd可视化配置工具中，配置装置mac地址、appid、ip地址等常规通信配置。依据多级供电系统确定保护装置的上下级，进行防越级跳闸线路保护装置内部信号与外部信号的虚端子连线。在scd配置工具中将下一级保护装置发出的防越级闭锁信号拉入本级保护装置外部信号中，将本级保护装置防越级goose开入拉入到内部信号中，即完成goose信号虚端子配置，只有完成goose信号虚端子配置的防越级goose开入品质才是有效的。
[0074]
以g-01防越级跳闸线路保护装置小电流接地防越级功能为例，将g-02、g-03、g-04、g-05、g-06防越级跳闸线路保护装置发出的漏电防越级闭锁信号拉入g-01防越级跳闸线路保护装置外部信号中，将g-01的漏电防越级goose开入1、2、3、4、5对应拉入到防越级跳闸线路保护装置内部信号中。完成对g-01的漏电防越级goose闭锁配置。
[0075]
将供电系统中防越级跳闸线路保护装置goose信号虚端子配置完成后，打开scd工具可视化界面得到如图2所示的多级供电系统的防越级功能拓扑图。这种系统级的防越级可视化方便现场人员了解系统间的防越级闭锁关系，防止防越级功能漏配置及错配置。将scd配置工具导出的ccd文件下载到装置中，完成装置间goose信号虚端子的连线。
[0076]
以图1供电系统k点发生小电流接地故障为例，防越级跳闸线路保护装置漏电保护投入、漏电防越级功能投入，详述防越级跳闸线路保护装置发送/接收防越级goose信号的处理措施。
[0077]
如图3所示的基于goose的防越级跳闸保护系统框图，防越级跳闸线路保护装置接收多个下级防越级跳闸线路保护装置上送的goose信号，对信号进行初步处理后，由装置的防越级模块对每一个goose信号的置位、品质、检修状态进行判断，然后根据各个goose信号的判断结果，合成goose信号，参与到传统的小电流接地保护模块中去，实现防越级跳闸功能。
[0078]
goose信号处理，包括：
[0079]
根据多级供电系统结构，确定防越级跳闸线路保护装置的上下级关系；
[0080]
当供电系统发生小电流接地故障时，所有感应到小电流接地故障信息的防越级跳闸线路保护装置启动漏电保护，同时向对应的上级防越级跳闸线路保护装置发送goose信号，goose信号传输延时小于10ms，若离故障点最近的防越级跳闸线路保护装置未收到goose信号，经漏电保护延时后离故障点最近的防越级跳闸线路保护装置动作，驱动开关切除故障；
[0081]
防越级跳闸线路保护装置动作200ms后，继续检测漏电故障信息，若故障信息依然存在，则认为开关拒动，停止发送goose信号，由上级的防越级跳闸线路保护装置动作切除故障，若防越级跳闸线路保护装置在收到goose信号超过400ms且检测到故障依然存在，判断二级开关拒动，防越级跳闸线路保护装置闭锁信号开放闭锁功能，防越级跳闸线路保护装置立即动作切除故障；
[0082]
防越级跳闸线路保护装置接收下级的防越级跳闸线路保护装置发出的goose信号，将goose信号携带的状态、品质、检修信息传递给本级防越级跳闸线路保护装置的对应goose开入；
[0083]
防越级跳闸线路保护装置单独处理每一个goose开入，当goose开入品质有效且检修一致，goose开入状态为1经一个中断δt延时后判断goose开入有效，进行闭锁逻辑判断；
[0084]
当防越级跳闸线路保护装置goose开入置1的时间大于15s，保护装置判断所有goose开入是否存在任意一个置1、品质有效且检修一致、且没有闭锁goose信号，防越级跳闸线路保护装置闭锁漏电保护功能。
[0085]
具体的，如图4所示的防越级闭锁信号发送处理逻辑图，当g-05感应到k点发生小电流接地故障，g-05防越级跳闸线路保护装置任意段漏电保护启动元件动作、保护延时开始计时，同时向上级g-06、g-01保护装置发送防越级闭锁信号。g-05保护装置未收到闭锁信号保护延时达到整定时间定值后，立即动作切除故障。
[0086]
防越级跳闸线路保护装置可在20ms内检测出故障信息，驱动开关在80ms内切除故障，考虑到工矿企业运行环境的恶劣环境，确定2倍可靠系数后200ms时间确保防越级跳闸线路保护装置能切除故障。
[0087]
g-05防越级跳闸线路保护装置动作后，继续检测故障信息，若故障消失，g-05防越级跳闸线路保护装置停止发送漏电防越级闭锁信息；若漏电保护动作200ms后故障依然存在，认为开关拒动，g-05防越级跳闸线路保护装置闭锁信号返回，由上级防越级跳闸线路保护装置g-06、g-01动作切除故障。
[0088]
具体的，如图6所示的防越级跳闸保护动作逻辑图，不考虑上级防越级跳闸线路保护装置保护定值时间小于下级这种情况，上级防越级跳闸线路保护装置g-06、g-01在漏电防越级功能投入且被保护被闭锁时，g-06、g-01防越级跳闸线路保护装置故障开始时刻保护延时开始动作计时，若延时达到保护整定时间定值后继续延时400ms，此时下级开关已经切除故障或下级保护装置判断开关拒动延时200ms后goose信号返回。若g-06、g-01保护装置依然接收到漏电防越级goose信号，故障未被切除，判断保护装置间通信故障或二级开关拒动，此时允许保护装置无选择性立即动作切除故障。
[0089]
goose信号传输延时小于10ms，确定2倍可靠系数，g-05、g-06的“漏电防越级跳闸
功能”控制字投入后，漏电保护最小动作延时自动设置为20ms，保证goose信号能有效接收。
[0090]
具体的，如图5所示的防越级goose开入处理逻辑图，保护装置配置20个漏电防越级goose开入，独立判断每一个开入状态，g-06、g-01保护装置接收goose闭锁信息，保护装置漏电防越级goose开入1置1；漏电防越级goose开入1品质有效且检修一致情况下，延时一个保护中断2.5ms确定接收到下级发送的防越级goose闭锁信号，防止通信通道抖动造成的误动，防越级保护装置的任意一个漏电防越级goose开入置1、品质有效且检修一致且无漏电防越级goose开入异常，保护装置防越级闭锁收信标志置1，闭锁g-06、g-01保护装置的漏电保护功能。
[0091]
当故障消失防越级跳闸线路保护装置goose信号可靠返回。若防越级跳闸线路保护装置接收到任意下级goose信号超过15s，此时判断是防越级跳闸线路保护装置间通信出错开放防越级闭锁功能，防越级跳闸线路保护装置上送防越级goose开入异常信号。
[0092]
输出故障信息，采用启动继电器与暂态首半波能量选线原理结合。
[0093]
所述启动继电器数学表达式如下：
[0094]
δu0(t)＞u
0set
k1δu0t
ꢀꢀ
(1)
[0095]
δi0(t)＞i
0set
k1δi0t
ꢀꢀ
(2)
[0096]
其中：u
0set
、i
0set
分别为零序电压突变定值、零序电流突变定值；
[0097]
δi0(t)为电流突变量，通过下式表示：
[0098]
δi0(t)＝||i0(t)-i0(t-t)|-|i0(t-t)-i0(t-2t)||
ꢀꢀ
(3)
[0099]
δu0(t)为电压突变量，通过下式表示：
[0100]
δu0(t)＝||u0(t)-u0(t-t)|-|u0(t-t)-u(t-2t)||
ꢀꢀ
(4)
[0101]
式(3)中，δi0t为零序电流突变量浮动门槛，取上一个周波的零序电流突变量；式(4)中，δu0t为零序电压突变量浮动门槛，取上一个周波的零序电压突变量；
[0102]
式(1)、(2)中，k1为浮动门槛的可靠系数，取1.25；t为保护装置采样周期；
[0103]
零序电流突变量δi0(t)连续m个采样点中有n个采样点满足式(2)，零序电流突变量启动元件动作。零序电压突变量δu0(t))连续m个采样点中有n个采样点满足式(1)，零序电压突变量启动元件动作，任意一个突变时启动元件动作时，则认为检测到故障。
[0104]
所述暂态首半波能量选线原理，包括：
[0105]
定义参数变量qk(t)为
[0106]
qk(t)＝i0(t)*du0(t)/dt
ꢀꢀ
(5)
[0107]
对于非故障线路qk(t)大于0，故障线路有qk(t)小于0；
[0108]
对参数变量qk(t)从故障起始时刻开始进行积分，得到参数变量eq为
[0109][0110]
其中：t1为积分结束时刻，可设为t/2；
[0111]
非故障线路eq大于0，故障线路eq小于0，为防止在保护装置程序计算过程中误差引起误判断，因此保护判断可定为：
[0112]eq
＜ezꢀꢀ
(7)
[0113]
其中：ez为保护装置固定门槛值。
[0114]
本实施例将防越级模块和保护模块嵌入到防越级跳闸线路保护装置提供防越级功能和保护功能，能够实现过流保护和漏电流保护防越级跳闸，实现多级供电系统可靠性。
防越级跳闸线路保护装置支持iec61850标准的goose通信，goose信号的优先传输，具备防越级闭锁、开关拒动判别等完善的过流、小电流接地保护的防越级功能，无额外定值配置，各配置20个防越级goose开入，满足后续扩容需求。
[0115]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。