基于GOOSE网络的10kV母线快速保护系统

变电站的10kV母线是电力系统中的一个重要组成元件, 是输电与配电的连接点。它是否能正常运行直接影响到用户的工作和生活。与其他电气设备一样, 母线及其绝缘子也存在着由于绝缘老化、污秽等引起的短路故障, 也可能由于连接在母线上的电气设备发生故障而引起母线短路故障, 或者由老鼠等小动物引起的母线短路, 此外还可能发生由运行人员误操作而引起的人为母线故障。

10kV母线一般不装设母线差动保护, 而由变压器低后备保护切除母线故障。但由于要和馈线保护时间的配合, 低后备保护动作的时间整定一般较长, 这样会造成故障持续时间过长, 对10kV母线及其上面的电气设备造成损坏。

1 保护原理

面向通用对象的变电站事件 (GOOSE) 解决方案是基于61850标准数字化变电站的亮点之一, 其提供了快速和可靠的系统范围内传输输入输出数据值。基于分布的概念, GOOSE提供了一个高效的方法, 利用多路广播/广播服务向多个物理设备同时传输同一个通用变电站事件信息。考虑到其天然的分布性特点, 可以在IEC61850工程上利用GOOSE实现10kV分布式母线保护。

对于无小电源线路的10kV母线来说, 发生母线接地故障时, 只有大电流流经主变低压侧开关, 流经馈线开关的电流极小;而当馈线发生故障时, 馈线开关和主变低压侧开关都有较大的电流流过。

10kV分布式母线保护功能由10kV相关母线段上的所有馈线保护测控装置、分段断路器保护测控装置、变压器低压侧的保护测控装置来共同配合完成, 各间隔保护仅负责完成本间隔的的故障判断以及跳闸出口。

馈线保护测控装置:当闭锁元件投入且相电流满足动作条件时, 闭锁元件动作, 通过GOOSE报文发送闭锁信号给母线快速保护装置。

分段保护装置:在开关处于合位时闭锁两侧的主变低后备保护中的母线快速保护;开关处于分位时开放两侧的主变低后备保护中的母线快速保护。

变压器后备保护装置:当母线快速元件投入且满足电流动作条件, 未接收到任何母线闭锁跳闸的信号 (或逻辑) 就判断为母线故障, 快速切除主变低压侧开关。

2 技术实施

2.1 系统配置

为了确保GOOSE闭锁信息的实时性和可靠性, 各间隔单元的10kV分布式母线保护闭锁信息通过GOOSE网来传递、交换;GOOSE交换机可以就地安装在分段间隔或其他保护屏上。为确保通讯的可靠性, G O O S E网需采用光纤布缆, 装置采用100MBase-FX接口。

每个馈线保护、分段保护、主变低后备保护都装有GOOSE通信板, 各保护通过光纤连接到GOOSE交换机中, 以完成各闭锁信号传输及整个动作逻辑。

2.2 保护逻辑

2.2.1 闭锁信号的发送机制

各间隔的闭锁信号采用GOOSE方式来传递, 按照GOOSE机制来进行发送。

在平时, 各间隔装置定时发送本间隔闭锁信号的状态给其它间隔装置。在闭锁信号发生变化时, 立即发送最新的状态信息, 并以1ms、2ms、4ms……的间隔重复发送直至达到正常运行时的发送间隔位置为止。

2.2.2 馈线保护

在其装置内部设置瞬动的快速母线保护闭锁元件, 其闭锁功能可独立投退, 采用过流判据, 门槛电流值按躲过该线路正常运行时的最大负荷电流整定。当电流达到动作值时, 发送GOOSE信息闭锁母线速断保护。

2.2.3 分段保护

不判电流只判开关位置, 当开关处于合位时闭锁分段开关两侧的主变低后备保护中的母线快速保护;当开关处于分位时开放分段开关两侧的主变低后备保护中的母线快速保护。

2.2.4 主变低后备保护

主变低后备保护装置内部设置快速母线保护元件, 该元件可独立投退, 其门槛电流值和延时可独立整定。

后备保护装置中需接入本段母线上所有保护装置的闭锁信号, 若快速母线保护元件启动, 且未接收到任何闭锁跳闸的信号就判断为母线故障, 快速跳主变低侧开关, 见图1。

2.3 冗错方案

2.3.1 保护投入

为降低装置误动概率, 母线保护仅在保护启动的100ms内投入, 并统一延时为40ms。

若避免CT饱和导致母线保护误动, 亦可将延时提高到100ms (启动200ms内投入) 。

2.3.2 通讯中断闭锁

对于变压器后备保护装置, 实时对GOOSE网络的通讯状态进行监视。在给定时间内收不到母线上任何装置的GOOSE信息 (含心跳报文) 时则认为是GOOSE网络通讯中断, 此时闭锁本间隔的母线保护并告警;待正确收到相关报文后即时开放。

2.3.3 间隔检修处理

为检修方便, 增加检修压板。各间隔保护单元实时检测检修压板的状态。

在间隔检修停运时, 所发送的G OO S E信号均置Test品质描述标志, 或者屏蔽对所有间隔保护装置状态信号的发送 (仍发送心跳报文) , 从而确保正常运行的间隔保护不受任何影响。

3 功能扩展

以上介绍的只是最简单的10kV母线快速保护系统, 各地方可以根据自身的特点和各种运行方式, 对其接线及功能进行更改。以下介绍两种运行方式下的功能逻辑扩展。

3.1 小电源馈线

当10kV母线接有小电源线路 (如电厂出线) 时, 无论是该线路故障或者是母线故障, 都有较大的电流流经该线路开关, 此时闭锁元件都会起动。为了区分两者, 防止误闭锁, 需在该线路保护装置增加电流方向判断元件。

当小电源线路正向故障时, 电流方向为正方向, 发闭锁信号;当母线故障时, 流经该线路开关的电流方向为反方向, 不发闭锁信号。

3.2 分段开关合位运行不闭锁

如果分段开关在合位运行的情况下, 仍想具有10kV母线快速保护功能, 需要在分段开关保护内增加像主变低后备保护那样的判断逻辑, 并且将母联开关合闸位置闭锁主变低后备处的母线快速保护逻辑去掉, 而改为分段和低后备保护两者的配合。

对于分段开关保护, 若母线快速保护过流越限, 且未接收到任何母线闭锁跳闸的信号就判断为母线故障;经t1延时后跳开分段开关, 见图2。

对于主变低后备保护, 若母线保护快速过流越限, 且未接收到任何母线闭锁跳闸的信号就判断为母线故障。在母联开关处于分位时, 经t1延时后跳开主变低侧开关;在母联开关处于合位位时, 经t2延时后跳开主变低侧开关, 见图3。

4 结语

在当前创建一流先进供电单位的环境下, 对供电服务及电气设备提出了越来越高的要求, 这就要求我们对电力系统相关的工作技术进行不断的创新及改进。以上介绍了10kV母线的一种新的保护系统, 它能有效、快速地切除母线上的各种故障, 将母线及其他设备的受损害程度大大降低, 最终保证用户的正常用电。

摘要：本文介绍了GOOSE网络的10kV母线快速保护系统。

关键词：GOOSE网络,母线快速保护系统