本發(fā)明涉及煤礦供電系統(tǒng)保護技術(shù)，尤其涉及一種基于GOOSE的分布式網(wǎng)絡(luò)保護方法。

背景技術(shù)：

我國煤礦供電系統(tǒng)大多是多級輻射狀供電模式，井下環(huán)境復雜，環(huán)境潮濕、空間狹窄，而且含有易燃易爆的瓦斯氣體，這對井下電氣設(shè)備安全可靠的工作構(gòu)成了威脅，因此井下發(fā)生供電事故的幾率很大。煤礦常見的供電故障有短路與接地故障，且普遍存在短路越級跳閘和接地無選擇性跳閘現(xiàn)象。

目前的煤礦供電系統(tǒng)的繼電保護級數(shù)較多，動作時限余地小，電力系統(tǒng)給煤礦電網(wǎng)的電源進線的保護時限值一般都不大，按照一般的時限階梯原則，下級保護的時限應(yīng)比上級保護的時限少0.5或0.7秒，由于煤礦電網(wǎng)線路的級數(shù)較多，因此繼電保護的選擇性很難保障。

而且繼電保護的整定方法不統(tǒng)一，繼電保護整定值的確定上往往是結(jié)合電網(wǎng)運行實際依靠經(jīng)驗來確定。但是隨著煤炭企業(yè)內(nèi)部供電系統(tǒng)的形成，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復雜，電壓等級增多，按照經(jīng)驗值整定的繼電保護裝置就顯得不可靠了，其主要缺陷是容易使繼電保護裝置失去選擇性，容易造成越級跳閘現(xiàn)象。

另外，國內(nèi)現(xiàn)有保護裝置大多按照裝置功能設(shè)計不同的硬件平臺，保護功能固定、單一，保護裝置多樣，造成硬件資源的浪費和重復工作，也不利于保護裝置硬件的標準化和保護的軟件化配置。井下保護裝置大多分布式布置，保護為就地式配置，尚無法實現(xiàn)遠程的集成配置功能?，F(xiàn)有保護裝置大多基于裝置本身采集的故障信息來實現(xiàn)繼電保護，這種方式控制簡單，易于實現(xiàn)，但可用故障信息單一，許多基于信息融合的保護原理無法應(yīng)用。且各開關(guān)間彼此獨立，無法通信，配合困難，繼電保護的選擇性難以得到保證。

隨著智能變電站的深入研究和全面建設(shè)，基于網(wǎng)絡(luò)傳輸式的繼電保護技術(shù)開始推廣應(yīng)用。保護裝置間通過GOOSE網(wǎng)對等交換開關(guān)量和模擬量故障信息，實現(xiàn)信息共享，并將基于信息融合的保護原理加以結(jié)合和應(yīng)用，實現(xiàn)煤礦電網(wǎng)的分布式網(wǎng)絡(luò)保護。采用GOOSE網(wǎng)互傳模擬量和開關(guān)量故障信息，將GOOSE信號作為內(nèi)在邏輯輸入?yún)⑴c邏輯判斷，保護可靠性、選擇性和速動性較高。利用智能變電站技術(shù)，開關(guān)支持保護功能就地配置，同時也可實現(xiàn)保護功能的SCL遠程化配置，在調(diào)度端即可對現(xiàn)場的保護裝置進行保護功能配置，在有效的提高了工作效率的同時，能夠保證配置的準確性與一致性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是設(shè)計一種保護方案，需要適應(yīng)于煤礦井下多級供電系統(tǒng)，保護方案在速動性、可靠性和選擇性方面應(yīng)較傳統(tǒng)繼電保護方案具有顯著優(yōu)勢，可有效解決煤礦供電線路越級跳閘事故和無選擇性跳閘事故。該保護方案還應(yīng)采用目前先進的智能變電站GOOSE保護技術(shù)。

為了解決上述問題，設(shè)計一種基于GOOSE的分布式網(wǎng)絡(luò)保護技術(shù)，包括分布式網(wǎng)絡(luò)線路保護、分布式網(wǎng)絡(luò)母線保護、分布式網(wǎng)絡(luò)差動保護和分布式網(wǎng)絡(luò)接地保護，其特征在于分布式配置的保護裝置通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)進行信息共享，根據(jù)保護邏輯對網(wǎng)絡(luò)GOOSE信號等輸入信號進行處理和邏輯判斷，輸出相應(yīng)保護GOOSE信號，實現(xiàn)分布式的網(wǎng)絡(luò)保護功能。

具體保護技術(shù)如下：1.SCL遠程配置工具，可以根據(jù)各保護裝置的不同的保護功能需求進行相應(yīng)的SCL設(shè)備配置，例如對于線路差動保護、母線保護、線路階段式電流保護、線路接地保護等煤礦電網(wǎng)常見保護，設(shè)計相應(yīng)的保護動作邏輯，將包含相應(yīng)的保護邏輯的SCL配置文件通過SCL遠程配置工具從調(diào)度端統(tǒng)一配置到現(xiàn)場的保護器中，而不必在現(xiàn)場進行配置，并可在調(diào)度端根據(jù)其配置情況對功能應(yīng)用實時更新。

2. 分布式網(wǎng)絡(luò)線路保護仍然采用過電流判據(jù)原理，采用電流突變量方式啟動，其保護邏輯為，保護啟動后，開關(guān)將啟動信息以GOOSE方式發(fā)送至上級開關(guān)，同時接收下級開關(guān)上傳的GOOSE信息，并進行邏輯判斷，決定是否需要進行跳閘，考慮到下級開關(guān)有失靈的可能，因此下級開關(guān)GOOSE信號包括線路保護啟動GOOSE信號和下級開關(guān)GOOSE失靈聯(lián)跳信號，與原有邏輯判斷不同的是，下級開關(guān)的GOOSE信號也作為邏輯輸入進行故障判斷。

3. 分布式網(wǎng)絡(luò)母線保護配置在進線開關(guān)中，線路發(fā)生短路故障時，進線和饋線智能開關(guān)均檢測到過電流，其保護邏輯為，進線和饋線智能開關(guān)功率方向元件判斷故障位于正方向，因此饋線智能開關(guān)會向進線開關(guān)保護裝置發(fā)送母線保護不啟動GOOSE信號，母線故障時，饋線智能開關(guān)則檢測到故障位于反方向，不發(fā)送母線保護不啟動GOOSE信號，同時，考慮到下級開關(guān)有失靈的可能，因此母線保護邏輯中也將GOOSE失靈聯(lián)跳信號作為邏輯輸入。

4. 分布式網(wǎng)絡(luò)接地保護技術(shù)，可以在同一開關(guān)中實現(xiàn)多信息，多判據(jù)的接地保護，單相接地保護由同一母線段上的所有饋線智能開關(guān)和進線智能開關(guān)共同完成，其保護邏輯為，發(fā)生接地故障后，各智能開關(guān)保護裝置通過GOOSE網(wǎng)共享所有支路的模擬量和開關(guān)量故障信息，每個智能開關(guān)保護裝置中有獨立的接地保護算法，獨立判斷本支路是否發(fā)生故障，并決定是否需要動作于跳閘。

5. 分布式網(wǎng)絡(luò)差動保護分為分布式網(wǎng)絡(luò)線路縱聯(lián)差動保護和分布式網(wǎng)絡(luò)變壓器差動保護，通過線路兩端的智能開關(guān)配合完成，線路縱聯(lián)差動保護邏輯為兩端智能開關(guān)線路縱聯(lián)保護啟動后，檢測功率方向，判斷故障方向，并將結(jié)果以GOOSE報文形式發(fā)送到線路對側(cè)開關(guān)，各智能開關(guān)將GOOSE信號作為邏輯輸入判斷是否需要跳閘；變壓器差動保護也通過兩側(cè)智能開關(guān)配合完成，通過GOOSE傳輸開關(guān)量或模擬量，其保護邏輯為故障發(fā)生后，變壓器保護啟動，智能開關(guān)判斷故障方向，若故障發(fā)生在區(qū)外，低壓側(cè)智能開關(guān)保護裝置向高壓側(cè)開關(guān)發(fā)送GOOSE防跳信號，若變壓器故障，低壓側(cè)智能開關(guān)保護裝置則不發(fā)送這種信號，則變壓器兩側(cè)開關(guān)跳閘，切除故障變壓器。

本發(fā)明的有益效果是：各分布式配置的保護裝置的控制功能軟件化、模塊化設(shè)計，根據(jù)煤礦電網(wǎng)的不同保護功能需要進行相應(yīng)的軟件配置，設(shè)計相應(yīng)的保護動作邏輯，將包含保護動作邏輯的配置文件配置到智能開關(guān)的保護裝置中，可實現(xiàn)不同的保護功能，而不需要對硬件進行更換和改造，因此節(jié)約成本也實現(xiàn)了硬件的標準化和功能的軟件化。利用智能變電站技術(shù)，智能開關(guān)支持保護功能就地配置，同時也可實現(xiàn)保護功能的SCL遠程化配置，可在調(diào)度端對現(xiàn)場各保護裝置進行集中配置，在有效的提高了工作效率的同時，能夠保證配置的準確性與一致性?；贕OOSE的分布式網(wǎng)絡(luò)保護技術(shù)遵循IEC 61850協(xié)議，智能開關(guān)的保護裝置間通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)通信，對等交換數(shù)據(jù)，能夠有效的實現(xiàn)信息實時共享，并將基于信息融合的保護原理加以結(jié)合和應(yīng)用，實現(xiàn)煤礦電網(wǎng)的分布式網(wǎng)絡(luò)保護。采用GOOSE網(wǎng)互傳模擬量和開關(guān)量故障信息，將GOOSE信號作為內(nèi)在邏輯輸入?yún)⑴c邏輯判斷，保護選擇性和速動性較高。智能開關(guān)保護裝置在支持分布式網(wǎng)絡(luò)保護的同時，也具備就地保護功能，若線路發(fā)生通信故障，就地保護發(fā)揮作用，及時準確的切除故障。通過智能開關(guān)的保護裝置，分布式網(wǎng)絡(luò)保護技術(shù)最終能夠有效的實現(xiàn)煤礦繼電保護的可靠性、速動性、選擇性和靈敏性，解決煤礦電網(wǎng)中常見的越級跳閘和接地故障無選擇性問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的技術(shù)方案主視圖。

圖2為保護功能遠程配置過程示意圖。

圖3為煤礦電網(wǎng)運行方式和功率方向示意圖。

圖4為分布式網(wǎng)絡(luò)線路保護動作邏輯圖。

圖5為分布式網(wǎng)絡(luò)母線保護動作邏輯圖。

圖6為分布式網(wǎng)絡(luò)單相接地保護動作邏輯圖。

圖7為分布式網(wǎng)絡(luò)單相接地保護算法流程圖。

圖8為分布式網(wǎng)絡(luò)差動保護的線路縱聯(lián)差動保護動作邏輯圖。

圖9為分布式網(wǎng)絡(luò)差動保護的變壓器差動保護動作邏輯圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明所述的基于GOOSE的分布式網(wǎng)絡(luò)保護方案是建立在各分布式配置的保護裝置通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)進行信息交互的基礎(chǔ)上的，各保護裝置支持IEC61850協(xié)議，對應(yīng)于各個保護間隔分布式配置，接入GOOSE+采樣值SV網(wǎng)絡(luò)，獲取網(wǎng)絡(luò)中GOOSE信號和各間隔電壓、電流等采樣值，根據(jù)保護裝置內(nèi)部的保護邏輯輸出GOOSE信號，實現(xiàn)分布式網(wǎng)絡(luò)保護；此技術(shù)構(gòu)造了新型的保護邏輯，將包含保護啟動、開關(guān)閉鎖、失靈、跳閘等信息的GOOSE信號作為內(nèi)在邏輯輸入?yún)⑴c邏輯判斷，事先通過SCL配置工具將新型保護邏輯配置于分布式配置的保護裝置中。基于GOOSE的分布式網(wǎng)絡(luò)保護方案主要包括線路保護、母線保護、接地保護和差動保護。

如圖2所示，根據(jù)保護器所需實現(xiàn)的保護控制功能，設(shè)計出相應(yīng)的保護邏輯，將保護邏輯通過SCL配置工具生成配置文件，將包含相應(yīng)的保護邏輯的配置文件通過SCL遠程配置工具配置到保護器中，保護器根據(jù)保護邏輯對網(wǎng)絡(luò)GOOSE信號等輸入信號進行處理和邏輯判斷，輸出相應(yīng)保護GOOSE信號，實現(xiàn)保護功能，SCL遠程配置功能可以實現(xiàn)在調(diào)度端將保護功能統(tǒng)一配置到現(xiàn)場的各保護裝置中。

如圖3所示，為煤礦電網(wǎng)變電所的運行方式以及功率方向示意圖，主接線方式為單母線分段接線方式，分為35kV I段母線和35kV II段母線，3DL和4DL為35kV I段母線和II段母線的進線斷路器，運行時母聯(lián)斷路器5DL處于分位，功率方向如箭頭所示。

如圖4所示，分布式網(wǎng)絡(luò)線路保護仍然采用過電流判據(jù)原理，采用電流突變量方式啟動，保護啟動后，開關(guān)將啟動信息以GOOSE方式發(fā)送至上級開關(guān)，同時接收下級開關(guān)上傳的GOOSE信息，并進行邏輯判斷，決定是否需要進行跳閘，考慮到下級開關(guān)有失靈的可能；因此下級開關(guān)GOOSE信號包括線路保護啟動GOOSE信號和下級開關(guān)GOOSE失靈聯(lián)跳信號；故障時，若下級開關(guān)沒有上傳開關(guān)啟動GOOSE信號或者下級開關(guān)上傳了開關(guān)失靈聯(lián)跳GOOSE信號，則本級開關(guān)跳閘，切除故障線路，與原有邏輯判斷不同的是，下級開關(guān)的GOOSE信號也作為邏輯輸入進行故障判斷。以圖3中發(fā)生K2短路故障為例，此時饋線斷路器8DL流過的相電流大于過流保護定值并且電壓滿足復壓條件后，接入GOOSE+采樣值SV網(wǎng)的保護裝置保護啟動，保護裝置將啟動信息以GOOSE報文發(fā)送至上級開關(guān)保護裝置，后在定值整定的延時時間內(nèi)如果沒有收到下級任意一個開關(guān)發(fā)送的“啟動GOOSE信號”則判斷為線路故障，延時一定時間后跳閘；若開關(guān)失靈，則將向上級開關(guān)保護裝置上傳開關(guān)失靈GOOSE信號，失靈GOOSE信號參與邏輯判斷，延時后跳閘，切斷故障線路。

如圖5所示，分布式網(wǎng)絡(luò)母線保護配置在進線開關(guān)保護裝置中，線路發(fā)生短路故障時，進線和饋線智能開關(guān)均檢測到過電流，進線和饋線智能開關(guān)功率方向元件判斷故障位于正方向，因此饋線智能開關(guān)保護裝置會向進線開關(guān)保護裝置發(fā)送“母線保護不啟動GOOSE信號”；母線故障時，饋線智能開關(guān)保護裝置則檢測到故障位于反方向，不發(fā)送“母線保護不啟動GOOSE信號”，同時，考慮到下級開關(guān)有失靈的可能，因此母線保護邏輯中也將GOOSE失靈聯(lián)跳信號作為邏輯輸入。圖3中35kV及以下電壓等級配電網(wǎng)中母線通常不裝設(shè)專用保護，一般通過變壓器后備保護來實現(xiàn)，以發(fā)生K1母線短路故障為例，進線開關(guān)3DL的保護裝置檢測到過電流，且故障功率方向位于正方向；各饋線智能開關(guān)6DL、7DL、8DL、9DL和10DL的保護裝置則檢測到功率方向位于反方向，不發(fā)送“母線保護不啟動GOOSE信號”，則3DL延時后跳閘；若3DL開關(guān)失靈，則將失靈GOOSE信號上傳至1DL保護裝置，開關(guān)1DL延時后跳閘。

如圖6所示為分布式網(wǎng)絡(luò)單相接地保護動作邏輯圖，可以在同一開關(guān)中實現(xiàn)多信息、多判據(jù)的接地保護，單相接地保護由同一母線段上的所有饋線智能開關(guān)和進線智能開關(guān)共同完成，發(fā)生接地故障后，各智能開關(guān)保護裝置通過GOOSE網(wǎng)共享所有支路的模擬量和開關(guān)量故障信息，每個智能開關(guān)保護裝置中有獨立的接地保護算法，獨立判斷本支路是否發(fā)生故障，并決定是否需要動作于跳閘；如圖7所示為保護裝置內(nèi)的接地保護流程圖，各支路開關(guān)保護裝置獲取GOOSE+采樣值SV網(wǎng)絡(luò)中本間隔的采樣值SV報文，提取零序電壓值，若超過整定零序電壓值，且判斷不是虛幻接地，則啟動接地保護程序，通過 GOOSE+采樣值SV網(wǎng)絡(luò)獲得本支路網(wǎng)絡(luò)零序電流和零序電壓故障信息，并收集其他支路的GOOSE故障信息，通過接地保護算法模塊對這些信息進行處理，判斷出故障線路，并最終發(fā)出跳閘和告警信號，跳開故障支路。以圖3的K3故障為例，此時各智能開關(guān)保護裝置通過GOOSE網(wǎng)共享所有支路的模擬量和開關(guān)量故障信息，開關(guān)6DL、7DL、8DL、9DL和10DL的保護裝置采樣本支路網(wǎng)絡(luò)零序電流和零序電壓故障信息，并收集其他支路的GOOSE故障信息，通過接地保護算法模塊對這些信息進行處理，判斷出開關(guān)10DL所在的線路發(fā)生故障，開關(guān)10DL跳閘切除故障線路。

如圖8所示為分布式網(wǎng)絡(luò)差動保護的線路縱聯(lián)差動保護動作邏輯圖，線路縱聯(lián)差動保護通過線路兩端的智能開關(guān)配合完成，兩端智能開關(guān)保護裝置的線路縱聯(lián)保護啟動后，檢測功率方向，判斷故障方向，并將開關(guān)啟動的GOOSE信號和流過開關(guān)的功率方向的GOOSE信號發(fā)送到線路對側(cè)開關(guān)，各智能開關(guān)保護裝置將GOOSE信號作為邏輯輸入判斷是否需要跳閘。

如圖9所示為分布式網(wǎng)絡(luò)差動保護的變壓器差動保護動作邏輯圖，兩側(cè)智能開關(guān)的保護裝置通過GOOSE傳輸開關(guān)量或模擬量，故障發(fā)生后，變壓器保護啟動，智能開關(guān)判斷故障方向，若故障發(fā)生在區(qū)外，低壓側(cè)智能開關(guān)向高壓側(cè)開關(guān)發(fā)送GOOSE防跳信號；若變壓器故障，低壓側(cè)智能開關(guān)則不發(fā)送這種信號。以圖3為例，變壓器1#內(nèi)部發(fā)生K5故障，此時變壓器兩側(cè)的開關(guān)1DL和3DL的保護裝置通過GOOSE＋采樣值SV網(wǎng)絡(luò)獲到了故障信息，并根據(jù)流過兩開關(guān)的功率方向相反判斷出故障發(fā)生在區(qū)內(nèi)，則兩開關(guān)的保護裝置輸出跳閘GOOSE信號使得開關(guān)1DL和3DL跳閘，將變壓器1#從線路中切除。