一种多端输电线路差动保护系统及方法与流程

1.本发明涉及电力系统继电保护技术领域，具体涉及一种多端输电线路差动保护的系统及方法。


背景技术：

2.随着光伏风电的大量接入电网，多端输电线路越来越多地出现在高压输电线路中。对于多端输电线路，采用纵联电流差动保护成为首选。目前已有采用主从式拓扑结构的多端差动保护系统，主机和多个从机之间通过光纤通道连接，从机之间无通道连接；这种方式节点扩展简单，差动动作时间仅和最大通道延时有关；缺点是任一通道故障差动保护需退出，此外，整个系统仅单台主机进行差动逻辑运算，对于重要的系统，可靠性偏低。


技术实现要素：

3.本发明的目的是针对以上问题，提出了一种多端输电线路差动保护的系统及方法，在不牺牲多端线路差动保护的速动性、拓展的灵活性前提下，提高了多端线路差动保护的可靠性。
4.为了达成上述目的，本技术采用以下技术方案：
5.本技术第一方面，提出了一种多端输电线路差动保护系统，所述多端输电线路的各侧均配置一台差动保护装置，选择其中任意两台差动保护装置作为主机，其他差动保护装置作为从机；主机与各侧从机之间采用单通道连接，主机之间采用双通道连接；当主机与从机的通道均正常时，两台主机均进行差动运算，主机满足差动动作条件则保护跳闸出口，从机在收到两台主机的跳闸信号时才执行跳闸出口；在主机和从机任一通道故障时，该主机退出差动运算，退出差动计算的主机收到另一侧主机的跳闸信号时跳闸出口，从机收到一侧主机跳闸信号和另一侧主机差动计算退出信号时，跳闸出口。
6.优选地，所述差动保护装置设置有主机压板，当主机压板投入时，作为主机运行，当压板退出时，作为从机运行。
7.优选地，所述差动保护装置设置有主机控制字，当主机控制字置位则作为主机运行，当主机控制字复位则作为从机运行。
8.优选地，所述主机和从机之间采用专用光纤通道或者采用复用通道连接；所述主机之间采用专用光纤通道或者复用通道连接。
9.优选地，所述差动保护装置均包括：采集模块、通道信息处理模块、故障启动模块、差动运算模块和跳闸模块，各模块通过总线互相连接；
10.所述采集模块：完成本侧模拟量和开关量的数据采集；
11.所述通道信息处理模块：完成采样同步，监测投入通道的状态，完成本侧与通道对侧的数据交互；
12.所述故障启动模块：基于采集模块的本侧电流数据判断本侧是否满足本侧启动判据，是则将本侧启动信号由通道信息处理模块发送至通道对侧；主机还基于通道信息处理
模块汇总的各侧启动信号判断是否满足多端差动启动条件，是则将多端差动启动信号送至差动运算模块；
13.所述差动运算模块：对于从机，差动运算模块固定退出；对于主机，接收到故障启动模块多端差动启动信号后，基于采集模块和通道信息处理模块的同步采样电流数据，完成差动逻辑运算，当满足差动动作判据，发送跳闸信号至其他差动保护装置；当主机与任一从机通道故障时，差动运算模块退出计算，并发送差动计算退出信号至其他差动保护装置；
14.所述跳闸模块：根据跳闸信号及主机差动计算退出信号控制跳闸出口。
15.作为本技术的第二方面，提出了一种多端输电线路差动保护系统的保护方法，包括：
16.步骤1，运行方式确定环节：任意选择两台差动保护装置作为主机运行，其他差动保护装置作为从机运行；
17.步骤2，各侧数据采集环节：主机和从机分别对本侧模拟量和开关量进行数据采集；
18.步骤3，各侧采样同步和数据交换环节：选择任意一侧主机作为采样参考端，另一侧主机和所有从机调整采样与采样参考端同步；两台主机之间交互同步处理后的采样数据，设置为从机的差动保护装置将本侧同步后的采样数据分别发送至两台主机；
19.步骤4，通道状态监视环节：实时监测主机和从机的通道状态，若主机与从机通道状态均正常，则直接进入步骤5，若任意一侧主机与任一从机之间通道故障时，该主机退出差动计算，并将与该从机的通道故障信号发送至其他侧差动保护装置，然后进入步骤5；
20.步骤5，启动判断环节：主机和从机根据本侧电流数据进行本侧启动判断，若满足本侧启动判据，则发送本侧故障启动信号至通道对侧差动保护装置；当主机与从机的通道均正常时，两侧主机汇总各侧启动信号判断是否满足多端差动启动条件；当任意一侧主机与任一从机间通道故障时，发送主机差动计算退出信号给其他差动保护装置，另外一侧主机汇总各侧启动信号判断是否满足多端差动启动条件；
21.当满足多端差动启动条件时，主机进入步骤6进行差动故障判断，否则主机和从机均返回至步骤1；
22.步骤6，差动故障判断环节：当主机与从机的通道均正常时，两台主机基于汇总的各侧采样数据进行差动运算，若均满足差动动作判据，则满足动作条件；当一侧主机收到另一侧主机的差动计算退出信号，同时本侧满足差动动作判据，则满足动作条件；当满足动作条件时进入步骤7，否则经延时返回至步骤1；
23.步骤7，跳闸判断环节：根据跳闸信号及主机差动计算退出信号控制跳闸出口。
24.优选地，所述步骤4中，如果与从机之间通道故障的主机为采样参考端，在进入步骤5之前还需要另外一侧主机作为采样参考端，其他差动保护装置根据新的采样参考端调整采样同步。
25.优选地，所述步骤5中，至少n-1侧差动保护装置启动信号置位，判断为满足多端差动启动条件。
26.优选地，所述步骤7中，所述根据跳闸信号及主机差动计算退出信号控制跳闸出口具体包括：主机发送跳闸信号至其他差动保护装置，并跳闸出口；若主机退出差动计算，则退出差动计算的主机收到另一侧主机的跳闸信号时，跳闸出口；从机收到两台主机的跳闸
信号，或一侧主机跳闸信号和另一侧主机差动计算退出信号时，跳闸出口。
27.优选地，所述步骤7还包括，当从机收到双主机的跳闸信号时，不经延时直接跳闸出口；当从机收到单个主机的跳闸信号和另一侧主机差动计算退出信号时，经固定延时跳闸出口。
28.本发明的有益效果是：提出了一种多端输电线路差动保护的系统及方法，在任一保护通道出现故障时，通过冗余的主机和通道设计保证多端差动保护功能不退出；通过双主机同时进行差动逻辑运算，差动保护装置在有两台主机的跳闸信号时执行跳闸出口，保证了系统的可靠性。
附图说明
29.图1是多端输电线路差动保护系统示意图。
30.图2是差动保护装置的结构示意图。
31.图3是多端输电线路差动保护方法的示意图。
具体实施方式
32.为了提高多端线路差动保护的可靠性，本技术提供了一种多端输电线路差动保护系统，多端输电线路的各侧均配置一台差动保护装置，选择其中任意两台差动保护装置作为主机，其他差动保护装置作为从机；主机与各侧从机之间采用单通道连接，主机之间采用双通道连接。如图1所示，为一个五端输电线路的输电系统，在各端均配置一台差动保护装置，可任意选择两台差动保护装置作为主机，其他差动保护装置作为从机。本实施例中，选择电源e1侧和e5侧的差动保护装置分别作为主机1和主机2；电源e2、e3、e4侧的差动保护装置分别作为从机1、从机2和从机3，主机与各侧从机之间采用单通道连接，两台主机之间采用双通道连接。当主机与从机的通道均正常时，两台主机均进行差动运算，主机满足差动动作条件则保护跳闸出口，从机在收到两台主机的跳闸信号时才执行跳闸出口，提升多端差动计算的可靠性。在主机和从机任一通道故障时，该主机退出差动运算，退出差动计算的主机收到另一侧主机的跳闸信号时跳闸出口，从机收到一侧主机跳闸信号和另一侧主机差动计算退出信号时，跳闸出口。通过冗余的通道设计，保证多端差动保护功能不退出。本方案在不牺牲多端线路差动保护的速动性、拓展的灵活性前提下，有效提升多端差动保护运行的可靠性，且工程易实现。
33.优选的实施例中，关于主机和从机的区分可以采用以下两种方式之一。
34.方案一，通过在差动保护装置设置有主机压板来识别主机和从机，当主机压板投入时，作为主机运行，当压板退出时，作为从机运行。
35.方案二，通过在差动保护装置中设置主机控制字来识别主机和从机，当主机控制字置位则作为主机运行，当主机控制字复位则作为从机运行。
36.一些实施例中，主机和从机之间采用专用光纤通道或者采用复用通道连接；主机之间采用专用光纤通道或者复用通道连接。
37.如图2所示，差动保护装置均包括：采集模块、通道信息处理模块、故障启动模块、差动运算模块和跳闸模块，各模块通过总线互相连接。其中：
38.采集模块：用于完成本侧模拟量和开关量的数据采集。本侧模拟量数据包括三相
电压和电流。本侧开关量数据包括断路器位置信号。
39.通道信息处理模块：用于完成采样同步，监测投入通道的状态，完成本侧与通道对侧的数据交互。
40.故障启动模块：基于采集模块的本侧电流数据判断本侧是否满足本侧启动判据，是则将本侧启动信号由通道信息处理模块发送至通道对侧。常用的启动判据包括电流变化量、零序电流判据等。电流变化量启动具体为判断电流变化量的半波积分值是否大于设定的门槛值，是则判断满足启动判据；零序电流启动具体为判断零序电流是否大于设定的门槛值，是则判断满足启动判据。主机还基于通道信息处理模块汇总的各侧启动信号判断是否满足多端差动启动条件，是则将多端差动启动信号送至差动运算模块。
41.所述差动运算模块：对于从机，差动运算模块固定退出；对于主机，接收到故障启动模块多端差动启动信号后，基于采集模块和通道信息处理模块的同步采样电流数据，完成差动逻辑运算，当满足差动动作判据，发送跳闸信号至其他差动保护装置；当主机与任一从机通道故障时，差动运算模块退出计算，并发送差动计算退出信号至其他差动保护装置。具体的，对于从机，仅基于采集模块的本侧电流数据判断是否满足本侧启动判据，满足后将本侧启动信号置位发送给通道对侧装置，对于主机，一方面基于采集模块的本侧电流数据判断是否满足本侧启动判据，满足后将本侧启动信号置位发送给通道对侧装置，同时结合通道信息处理对侧启动信号，判断是否满足多端差动启动条件，满足后将多端差动启动信号置位发送给差动运算模块。
42.所述跳闸模块：根据跳闸信号及主机差动计算退出信号控制跳闸出口。具体的，主机根据本机的跳闸信号控制跳闸出口，若主机退出差动计算，则退出差动计算的主机收到另一侧主机的跳闸信号时，跳闸出口；从机收到两台主机的跳闸信号，或一侧主机跳闸信号和另一侧主机差动计算退出信号时，跳闸出口。
43.本技术还提出了多端输电线路保护方法的实施例，以应用在上述多端输电线路差动保护系统，如图3所示包括以下步骤，
44.步骤1，运行方式确定环节：任意选择两台差动保护装置作为主机运行，其他差动保护装置作为从机运行。具体的，可以通过差动保护装置设置主机压板，主机投入主机压板运行，从机退出主机压板运行；也可以在差动保护装置中设置主机控制字来识别主机和从机，当主机控制字置位则作为主机运行，当主机控制字复位则作为从机运行。
45.步骤2，各侧数据采集环节：主机和从机分别对本侧模拟量和开关量进行数据采集。具体的，包括三相电压、电流和断路器位置信号。
46.步骤3，各侧采样同步和数据交换环节：选择任意一侧主机作为采样参考端，另一侧主机和所有从机调整采样与采样参考端同步；两台主机之间交互同步处理后的采样数据，设置为从机的差动保护装置将本侧同步后的采样数据分别发送至两台主机。例如，当主机1作为采样参考端，主机2和所有从机调整采样与主机1采样同步，所有从机将本侧的同步的采样数据发送至主机1和主机2，同时主机1和主机2之间交换本侧采样数据。
47.步骤4，通道状态监视环节：实时监测主机和从机的通道状态，若主机与从机通道状态均正常，则直接进入步骤5，若任意一侧主机与任一从机之间通道故障时，该主机退出差动计算，并将与该从机的通道故障信号发送至其他侧差动保护装置，然后进入步骤5。例如，若主机与从机通道状态均正常则直接进入步骤5，假设主机2与从机通道发生故障时，主
机2退出差动计算，并将该信号发送至主机1和所有从机。
48.优选的实施例中，在步骤4中，如果与从机之间通道故障的主机为采样参考端，在进入步骤5之前还需要另外一侧主机作为采样参考端，其他差动保护装置根据新的采样参考端调整采样同步。例如，在主机1为采样参考端时，当主机1与从机1之间发生通道故障时，主机1退出差动计算，并将该信号发送至主机2和所有从机，主机2则切换为采样参考端，主机1和从机均调整采样与主机2同步；当主机2与从机通道发生故障时，主机2退出差动计算，并将该信号发送至主机1和所有从机，主机1继续为采样参考端，无需切换采样参考端。
49.步骤5，启动判断环节：主机和从机根据本侧电流数据进行本侧启动判断，若满足本侧启动判据，则发送本侧故障启动信号至通道对侧差动保护装置。常用的启动判据包括电流变化量、零序电流判据等。电流变化量启动具体为判断电流变化量的半波积分值是否大于设定的门槛值，是则判断满足启动判据；零序电流启动具体为判断零序电流是否大于设定的门槛值，是则判断满足启动判据。
50.当主机与从机的通道均正常时，两侧主机汇总各侧启动信号判断是否满足多端差动启动条件。优选的，至少n-1侧差动保护装置启动信号置位，判断为满足多端差动启动条件。
51.当任意一侧主机与任一从机间通道故障时，发送主机差动计算退出信号给其他差动保护装置，另外一侧主机汇总各侧启动信号判断是否满足多端差动启动条件。
52.当满足多端差动启动条件时，主机进入步骤6进行差动故障判断，否则主机和从机均返回至步骤1。
53.步骤6，差动故障判断环节：当主机与从机的通道均正常时，两台主机基于汇总的各侧采样数据进行差动运算，若均满足差动动作判据，则满足动作条件；当一侧主机收到另一侧主机的差动计算退出信号，同时本侧满足差动动作判据，则满足动作条件；当满足动作条件时进入步骤7，否则经延时返回至步骤1。
54.常用的差动动作判据有多种，包括基于工频正弦量的全电流相量差动，零序电流差动、全电流差动等多种类型。
55.以基于工频正弦量的全电流相量差动判据为例，表达式如下：
[0056][0057]
其中，i
cd
为差流，i
set
为整定的差动动作门槛值，i
res
为制动电流，k为设定的制动系数，在0和1之间。差流为各端电流矢量和；制动电流为各端电流的标量和。
[0058]
当主机计算差流满足式(1)时，则判断满足差动动作判据。
[0059]
步骤7，跳闸判断环节：根据跳闸信号及主机差动计算退出信号控制跳闸出口。
[0060]
具体包括：主机发送跳闸信号至其他差动保护装置，并跳闸出口；若主机退出差动计算，则退出差动计算的主机收到另一侧主机的跳闸信号时，跳闸出口；从机收到两台主机的跳闸信号，或一侧主机跳闸信号和另一侧主机差动计算退出信号时，跳闸出口。
[0061]
可选的，当从机收到双主机的跳闸信号时，不经延时直接跳闸出口；当从机收到单个主机的跳闸信号和另一侧主机差动计算退出信号时，经固定延时跳闸出口。
[0062]
本发明不受上述实施例子的限制，上述实施例中的描述只用于帮忙理解本发明的核心思想，凡是依据本发明的思想，对本发明进行修改或等同替换，在具体实施方式及应用范围上所做的任何改动，都应该属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种多端输电线路差动保护系统，其特征在于：所述多端输电线路的各侧均配置一台差动保护装置，选择其中任意两台差动保护装置作为主机，其他差动保护装置作为从机；主机与各侧从机之间采用单通道连接，主机之间采用双通道连接；当主机与从机的通道均正常时，两台主机均进行差动运算，主机满足差动动作条件则保护跳闸出口，从机在收到两台主机的跳闸信号时才执行跳闸出口；在主机和从机任一通道故障时，该主机退出差动运算，退出差动计算的主机收到另一侧主机的跳闸信号时跳闸出口，从机收到一侧主机跳闸信号和另一侧主机差动计算退出信号时，跳闸出口。2.如权利要求1所述的一种多端输电线路差动保护系统，其特征在于：所述差动保护装置设置有主机压板，当主机压板投入时，作为主机运行，当压板退出时，作为从机运行。3.如权利要求1所述的一种多端输电线路差动保护系统，其特征在于：所述差动保护装置设置有主机控制字，当主机控制字置位则作为主机运行，当主机控制字复位则作为从机运行。4.如权利要求1所述的一种多端输电线路差动保护系统，其特征在于：所述主机和从机之间采用专用光纤通道或者采用复用通道连接；所述主机之间采用专用光纤通道或者复用通道连接。5.如权利要求1所述的一种多端输电线路差动保护系统，其特征在于：所述差动保护装置均包括：采集模块、通道信息处理模块、故障启动模块、差动运算模块和跳闸模块，各模块通过总线互相连接；所述采集模块：完成本侧模拟量和开关量的数据采集；所述通道信息处理模块：完成采样同步，监测投入通道的状态，完成本侧与通道对侧的数据交互；所述故障启动模块：基于采集模块的本侧电流数据判断本侧是否满足本侧启动判据，是则将本侧启动信号由通道信息处理模块发送至通道对侧；主机还基于通道信息处理模块汇总的各侧启动信号判断是否满足多端差动启动条件，是则将多端差动启动信号送至差动运算模块；所述差动运算模块：对于从机，差动运算模块固定退出；对于主机，接收到故障启动模块多端差动启动信号后，基于采集模块和通道信息处理模块的同步采样电流数据，完成差动逻辑运算，当满足差动动作判据，发送跳闸信号至其他差动保护装置；当主机与任一从机通道故障时，差动运算模块退出计算，并发送差动计算退出信号至其他差动保护装置；所述跳闸模块：根据跳闸信号及主机差动计算退出信号控制跳闸出口。6.基于权利要求1至5任一项所述的一种多端输电线路差动保护系统的保护方法，其特征在于，包括：步骤1，运行方式确定环节：任意选择两台差动保护装置作为主机运行，其他差动保护装置作为从机运行；步骤2，各侧数据采集环节：主机和从机分别对本侧模拟量和开关量进行数据采集；步骤3，各侧采样同步和数据交换环节：选择任意一侧主机作为采样参考端，另一侧主机和所有从机调整采样与采样参考端同步；两台主机之间交互同步处理后的采样数据，设置为从机的差动保护装置将本侧同步后的采样数据分别发送至两台主机；步骤4，通道状态监视环节：实时监测主机和从机的通道状态，若主机与从机通道状态
均正常，则直接进入步骤5，若任意一侧主机与任一从机之间通道故障时，该主机退出差动计算，并将与该从机的通道故障信号发送至其他侧差动保护装置，然后进入步骤5；步骤5，启动判断环节：主机和从机根据本侧电流数据进行本侧启动判断，若满足本侧启动判据，则发送本侧故障启动信号至通道对侧差动保护装置；当主机与从机的通道均正常时，两侧主机汇总各侧启动信号判断是否满足多端差动启动条件；当任意一侧主机与任一从机间通道故障时，发送主机差动计算退出信号给其他差动保护装置，另外一侧主机汇总各侧启动信号判断是否满足多端差动启动条件；当满足多端差动启动条件时，主机进入步骤6进行差动故障判断，否则主机和从机均返回至步骤1；步骤6，差动故障判断环节：当主机与从机的通道均正常时，两台主机基于汇总的各侧采样数据进行差动运算，若均满足差动动作判据，则满足动作条件；当一侧主机收到另一侧主机的差动计算退出信号，同时本侧满足差动动作判据，则满足动作条件；当满足动作条件时进入步骤7，否则经延时返回至步骤1；步骤7，跳闸判断环节：根据跳闸信号及主机差动计算退出信号控制跳闸出口。7.基于权利要求6所述的保护方法，其特征在于：所述步骤4中，如果与从机之间通道故障的主机为采样参考端，在进入步骤5之前还需要另外一侧主机作为采样参考端，其他差动保护装置根据新的采样参考端调整采样同步。8.基于权利要求6所述的保护方法，其特征在于：所述步骤5中，至少n-1侧差动保护装置启动信号置位，判断为满足多端差动启动条件。9.基于权利要求6所述的保护方法，其特征在于：所述步骤7中，所述根据跳闸信号及主机差动计算退出信号控制跳闸出口具体包括：主机发送跳闸信号至其他差动保护装置，并跳闸出口；若主机退出差动计算，则该主机收到另一侧主机的跳闸信号时，跳闸出口；从机收到两台主机的跳闸信号，或一侧主机跳闸信号和另一侧主机差动计算退出信号时，跳闸出口。10.如权利要求6所述的保护方法，其特征在于：所述步骤7还包括，当从机收到双主机的跳闸信号时，不经延时直接跳闸出口；当从机收到一侧主机的跳闸信号和另一侧主机差动计算退出信号时，经固定延时跳闸出口。

技术总结
本发明公开了一种多端输电线路差动保护系统及方法，该系统为主从式通道拓扑下，系统中存在两台主机，主机与从机之间均有通道连接，主机从机间的通道正常时，两台主机均进行差动逻辑运算，差动保护装置在有两台主机的跳闸信号时才执行跳闸出口，提升多端差动计算的可靠性；在主机和从机任一通道故障时，通过冗余的通道设计，保证多端差动保护功能不退出。本发明在不牺牲多端线路差动保护的速动性、拓展的灵活性前提下，有效提升多端差动保护运行的可靠性，且工程易实现。且工程易实现。且工程易实现。


技术研发人员：谈浩 徐晓春 李奔 戴光武 赵青春
受保护的技术使用者：南京南瑞继保工程技术有限公司
技术研发日：2022.03.15
技术公布日：2023/9/22