智能变电站分布式母线保护

1、智能变电站的分布式母线保护智能变电站的分布式母线保护母线保护的研究现状和发展趋势母线保护的研究现状和发展趋势分布式母线保护整体结构分布式母线保护整体结构瞬时值差动母线保护计算瞬时值差动母线保护计算母线保护的研究现状和发展趋势母线保护的研究现状和发展趋势 一、集中式母线保护一、集中式母线保护 定义：集中式母线保护是将被保护母线段上连接的各回路定义：集中式母线保护是将被保护母线段上连接的各回路电流互感器二次电流集中起来，进行计算和比较，集中控制母电流互感器二次电流集中起来，进行计算和比较，集中控制母线段上所有开关。线段上所有开关。 缺点：缺点： i i、当回路较多时，需要大量的二次电缆，并且当距离

2、较、当回路较多时，需要大量的二次电缆，并且当距离较远时，互感器的负载较大，易受电磁干扰远时，互感器的负载较大，易受电磁干扰 ii ii、当出现判断有误或其他情况造成保护误动时，将会跳、当出现判断有误或其他情况造成保护误动时，将会跳闸所有的回路开关，可靠性低闸所有的回路开关，可靠性低 iiiiii、难以自适应母线运行方式的变化（例如扩建，需要从、难以自适应母线运行方式的变化（例如扩建，需要从新整定保护值）新整定保护值）母线保护的研究现状和发展趋势母线保护的研究现状和发展趋势二、分布式母线保护二、分布式母线保护 定义定义：分布式母线保护是将传统的集中式母线保护分散成若：分布式母线保护是将传统的集中

3、式母线保护分散成若干个干个( (与被保护母线的回路数相同与被保护母线的回路数相同) )母线保护单元，分散装设在各母线保护单元，分散装设在各回路保护屏上，各保护单元用计算机网络联接起来回路保护屏上，各保护单元用计算机网络联接起来 特点特点： 1 1、每个保护单元只输入本回路的电流量，将其转换成数字、每个保护单元只输入本回路的电流量，将其转换成数字量后，通过量后，通过计算机网络计算机网络传送给其它所有回路的保护单元传送给其它所有回路的保护单元 2 2、各保护单元根据本回路的电流量和从计算机网络上获得、各保护单元根据本回路的电流量和从计算机网络上获得的其它所有回路的电流量，进行母线差动保护的计算的其

4、它所有回路的电流量，进行母线差动保护的计算 如果计算结果证明是母线内部故障则只跳开本回路断路器如果计算结果证明是母线内部故障则只跳开本回路断路器，将故障的母线隔离。在母线区外故障时，各保护单元都计算为，将故障的母线隔离。在母线区外故障时，各保护单元都计算为外部故障均不动作。外部故障均不动作。 优点优点： 这种用计算机网络实现的分布式母线保护原理，比传统的这种用计算机网络实现的分布式母线保护原理，比传统的集中式母线保护原理有较高的可靠性。因为如果一个保护单元受集中式母线保护原理有较高的可靠性。因为如果一个保护单元受到干扰或计算错误而误动时，只能错误地跳开本回路，不会造成到干扰或计算错误而误动时，

5、只能错误地跳开本回路，不会造成母线整个被切除的恶性事故，这对于具有超高压母线的系统枢纽母线整个被切除的恶性事故，这对于具有超高压母线的系统枢纽非常重要。非常重要。母线保护的研究现状和发展趋势母线保护的研究现状和发展趋势三、发展趋势三、发展趋势 随着电子互感器、智能断路器等设备的成功随着电子互感器、智能断路器等设备的成功研制及实用化，实现了变电站一次设备的数字化研制及实用化，实现了变电站一次设备的数字化和智能化，和智能化，IEC61850 IEC61850 的颁布、光纤通讯技术的的颁布、光纤通讯技术的发展加速了分布式母线保护的应用发展加速了分布式母线保护的应用 分布式母线保护可分为三个部分理解：

6、分布式母线保护可分为三个部分理解：分布式的保护计算分布式的保护计算分布式的数据共享分布式的数据共享分布式的数据采集分布式的数据采集结论：在智能化变电站时代，分布式母线保护必结论：在智能化变电站时代，分布式母线保护必将获得广泛应用。将获得广泛应用。分布式母线保护系统结构分布式母线保护系统结构一、分布式母线保护整体结构一、分布式母线保护整体结构 分布式母线保护系统分布式母线保护系统 DBPSDBPS（Distributed Distributed BusbaBusbar r Protection System Protection System）是指在智能变电站中）是指在智能变电站中 ，通过，通过

7、非传统互感器、合并单元非传统互感器、合并单元 MUMU（Merging UnitMerging Unit）、以）、以太网和分散在各智能开关柜或太网和分散在各智能开关柜或 GIS GIS 智能控制柜中的就智能控制柜中的就地母线保护单元，来实现变电站的分布式母线保护和地母线保护单元，来实现变电站的分布式母线保护和控制功能。控制功能。 DBPS DBPS 由由 3 3 部分组成。部分组成。 a. a. 过程层设备过程层设备 ：光电式互感器：光电式互感器 （ECT ECT EPTEPT）、）、智能开关、智能开关、MUMU。 b. b. 网络设备：光纤以太网、交换机等。网络设备：光纤以太网、交换机等。

8、c. c. 各回路就地母线保护单元：是各回路就地母线保护单元：是 DBPS DBPS 的核心，负的核心，负责判断母线是否发生故障，并控制本回路的智能开关责判断母线是否发生故障，并控制本回路的智能开关。合并单元控制单元合并单元控制单元合并单元控制单元间间隔交隔交换换机机间间隔交隔交换换机机间间隔交隔交换换机机GOOSEGOOSE6185061850间间隔隔 1 1间间隔隔 2 2间间隔隔 n nB UB UnB UB U2B UB U1母差母差专专用交用交换换机机C UC UIEC61850-9-2IEC61850-9-2分布式母线保护系统结构分布式母线保护系统结构ECTECTEPTEPT分布式

9、母线保护分布式母线保护系统结构分布式母线保护系统结构二、过程层网络选择二、过程层网络选择 保护单元与本间隔开关以及所有的保护单元与本间隔开关以及所有的 MU MU 都是通过过程层网都是通过过程层网络进行信息交换，因此，过程层网络的通信性能是分布式母线络进行信息交换，因此，过程层网络的通信性能是分布式母线保护实现的关键之一。保护实现的关键之一。 只有连接于母线上的各个间隔的采样值只有连接于母线上的各个间隔的采样值都在确定的要求时间内上送到每个母线保护单元中，才能进行都在确定的要求时间内上送到每个母线保护单元中，才能进行有效的保护计算，完成母线的分布式保护功能。有效的保护计算，完成母线的分布式保护

10、功能。 A.A.对通信网络的要求：对通信网络的要求： 1. 1.可靠性，指网络上传送的重要报文不会因各节点争发报文可靠性，指网络上传送的重要报文不会因各节点争发报文而发生碰撞或因其他原因而丢失而发生碰撞或因其他原因而丢失 2. 2.实时性，指单位时间内网络传输的信息量要满足变实时性，指单位时间内网络传输的信息量要满足变电站内通信需求（尤其是发生故障时对通信的要求）电站内通信需求（尤其是发生故障时对通信的要求）结论：结论：交换式以太网就满足了这种要求交换式以太网就满足了这种要求分布式母线保护系统结构分布式母线保护系统结构B.B.数据类型数据类型： 1 1、过程总线提供了光电互感器所采集的瞬时数据

11、、过程总线提供了光电互感器所采集的瞬时数据（SAVSAV）的传输）的传输 2 2、保护装置发给断路器的跳合闸命令及开关位置、保护装置发给断路器的跳合闸命令及开关位置等信息（等信息（GOOSEGOOSE）的传输）的传输 其中采样值报文（其中采样值报文（SAVSAV）是典型的周期性数据流，）是典型的周期性数据流，其到达周期就是过程层互感器的模拟量采样周期，数据其到达周期就是过程层互感器的模拟量采样周期，数据流量取决于局域网内的流量取决于局域网内的 MU MU 个数和采样率个数和采样率信息系统的通信模式：如下图所示信息系统的通信模式：如下图所示分布式母线保护系统结构分布式母线保护系统结构IEC618

12、50-9-1IEC61850-9-1 分布式母线保护系统结构分布式母线保护系统结构IEC61850-9-2IEC61850-9-2分布式母线保护系统结构分布式母线保护系统结构C.C.数据流量计算：数据流量计算： 单个单个 MU MU 传送的每帧采样值（传送的每帧采样值（SAVSAV）共有）共有 12 12 路（路（7 7路电流，路电流，5 5路电压），假如保护装置的采样周期为路电压），假如保护装置的采样周期为 0.5 ms0.5 ms（40 40 点点/ /周波），周波），每个间隔中每个间隔中 MU MU 发送的数据帧长度固定为发送的数据帧长度固定为 984Bit984Bit 保护装置与保护装

13、置与 MU MU 之间的数据流量为之间的数据流量为 （40 40 50 Hz50 Hz） 984 bit = 1.968 984 bit = 1.968 MbitMbit /s /s 以每条母线上连接以每条母线上连接 8 8个间隔单元为例，过程总线上传输的采样个间隔单元为例，过程总线上传输的采样值的数据流量为值的数据流量为 8 81.968=15.744 1.968=15.744 MbitMbit /s /s 当选用当选用 100 M 100 M 的以太网作为通信介质时，以太网上的负荷为的以太网作为通信介质时，以太网上的负荷为 15.744 15.744 100 = 15.744 %100 =

14、 15.744 %注：注：GOOSEGOOSE报文流量很小，故可以忽略不计报文流量很小，故可以忽略不计 由此分析，选用由此分析，选用 100 M 100 M 的以太网连接各个分布式母线保护子装的以太网连接各个分布式母线保护子装置和各个间隔的置和各个间隔的 MUMU，能够满足数据流量的通信要求，能够满足数据流量的通信要求瞬时值差动母线保护计算瞬时值差动母线保护计算 一、瞬时值差动母线保护 在智能变电站中，由于采用非常规互感器将不再出现电流互感器的饱和问题，同时非常规互感器直接传变系统一次值，不再出现互感器变比误配问题，电流差动保护的灵敏性和可靠性将得到极大提高。因此可将比率制动电流差动保护原理应

15、用于分布式母线保护中。 1.算法选择 选择瞬时值电流差动保护算法可以进一步提高保护的动作速度。 2.保护原理图 如下图所示瞬时值差动母线保护计算瞬时值差动母线保护计算母线差动保护基本原理母线差动保护基本原理1,.,im1,.,kl11母联.mlI I母母线线II II母母线线大差大差I I母小差母小差II II母小差母小差111mdiiII221ldkkII1njjII瞬时值差动母线保护计算瞬时值差动母线保护计算二、瞬时采样值电流比率差动保护的判据二、瞬时采样值电流比率差动保护的判据 考虑到不同互感器的传变特性仍存在差异，在动作判据中考虑到不同互感器的传变特性仍存在差异，在动作判据中可引入一个较小的比率制动系数，以此提高保护的可靠性，可可引入一个较小的比率制动系数，以此提高保护的可靠性，可获得：获得：10dIkIk其中：k k0 0差动电流启动定值差动电流启动定值 k k1 1比率制动系数比率制动系数 dII差动量，其中差动量，其中I Id d是各馈线电流的代数和是各馈线电流的代数和制动量，代表馈线电流的标量和制动量，代表馈线电流的标量和12.dnII II 1I2InIdI差动电流差动电流I制动制动电流电流12ndII动作区比率差动计算框图比率差动计算框图瞬时值差动母线保护计算瞬时值差动母线保护计算11mi1 mi