[發明專利]利用暫態故障信息的智能電子設備及繼電保護方法

有效

• 申請號: 201210000851.7
• 申請日: 2012-01-04
• 公開（公告）號: CN102694373A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 羅四倍;贠保記
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 陳浩

技術領域

本發明屬于電力系統自動化技術領域，涉及一種利用暫態故障信息的智能電子設備及繼電保護方法。

背景技術

減小繼電保護的動作時間是提高輸電線路傳送功率和增強系統暫態穩定性的有效措施之一。準確識別、處理和利用暫態故障信息，就能夠在故障發生后的極短時間內正確的判定故障，通常只需1~3ms的時間，因此可以實現繼電保護的超高速動作。但是，目前現場廣泛應用的繼電保護裝置所采用的保護原理是建立在工頻電氣量的基礎之上，通常采用濾波等方法來消除暫態過程對保護的影響，暫態故障信息往往被視為有害的干擾而被濾除掉，這樣就延長了保護的動作時間。而僅利用暫態故障信息的繼電保護仍停留在原理、算法研究階段，實用化難度較大。

隨著智能電網的興起與發展，光學電子式互感器、光纖以太網通信、高性能硬件平臺、IEC61850和IEEE1588標準在智能變電站的應用取得了長足進步。這些不僅使暫態故障信息的有效利用成為可能，而且可以實現智能電子設備的多功能一體化，降低設備成本和運行維護費用。光學電子式互感器具有良好的暫態響應特性，準確記錄暫態過程；動態范圍寬，可同時滿足高精度計量和保護的雙重需求。光纖以太網通信和IEC61850的應用為實現信息共享標準化、多種功能一體化提供了條件。高性能硬件平臺可滿足快速處理暫態信號、執行多種功能的要求。采用IEEE1588網絡對時，精度達1ms。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用暫態故障信息的智能電子設備及繼電保護方法，以減小繼電保護的動作時間，提高測距精度，實現多功能一體化。

為實現上述目的，本發明的利用暫態故障信息的智能電子設備包括通過過程層通信模塊、站控層通信模塊分別與過程層、站控層通信連接的測距錄波模塊、保護模塊和測控模塊，所述保護模塊和測距錄波模塊分別用于根據過程層上傳的暫態故障信息進行故障識別、線路保護和故障測距、錄波；所述站控層通信模塊還串行通信連接有人機接口模塊。

進一步的，所述保護模塊與過程層通信模塊之間設有FPGA,該FPGA分別通過并行總線與保護模塊、過程層通信模塊連接。

進一步的，所述過程層通信模塊和站控層通信模塊內均設有網絡對時模塊和以太網接口模塊。

進一步的，所述測距錄波模塊、保護模塊、測控模塊均采用100Mbps以太網與站控層通信模塊連接，測距錄波模塊、測控模塊均采用100Mbps以太網與過程層通信模塊連接。

進一步的，該智能電子設備對外通信均采用以太網，其中與過程層中合并單元之間的采樣值傳輸采用點對點光纖以太網，傳輸協議符合IEC61850-9-2，與智能終端之間的開關量傳輸采用GOOSE點對點以太網；與其它間隔層設備之間采用GOOSE網絡通信；與站控層設備之間采用MMS網絡通信；對時采用IEEE1588網絡對時。

本發明的利用暫態故障信息的繼電保護方法步驟如下：

（1）智能電子設備的保護模塊讀取過程層上傳的三相電壓、電流采樣數據；

（2）基于改進梯度算法的啟動元件動作后，提取啟動時刻后1~3ms的暫態故障分量；

（3）根據故障方向、極性、距離判據進行故障識別，若其中兩個或兩個以上判據判別出故障發生在被保護線路，則發出跳閘命令；若未判別出被保護線路故障，則切換進入反應工頻電氣量的傳統保護，進行相應的故障判別。

進一步的，所述步驟（2）中基于改進梯度算法的啟動元件啟動判據為：對電流故障分量進行相模變換，對所得到的線模量采用改進梯度算法，當前點后3個數據之和減去當前點前3個數據之和，得到當前點的梯度值，若該值大于啟動定值，則當前點所在的時刻即為啟動時刻，啟動元件動作。

進一步的，所述步驟（3）中保護模塊與線路對側智能電子設備通過通信通道連接構成縱聯保護，以獲取線路對側的暫態故障信息，故障方向、極性、距離的判據分別為：

a）使用電壓、電流暫態故障分量，利用經中值濾波后模量前、反行波的時域能量之比判別故障方向：若時域能量之比小于定值，為正向故障；否則，為反向故障；經通信通道得到線路對側的故障方向信息，若均為正向故障，則判別故障發生在被保護線路；

b）使用電流暫態故障分量，若線路兩端電流初始行波同極性，則判定為區內故障，異極性則判定為區外故障；

c）使用電流暫態故障分量標定電流初始行波到達本側智能電子設備安裝處的時間，經通信通道得到線路對側記錄的電流初始行波到達時間，若兩者時間之差大于或等于被保護線路長度與暫態電流波速的比值，則為區外故障，否則為區內故障。