专利名称：一种变电所快速保护系统的制作方法
技术领域：
本申请涉及地电力系统继电保护技术领域，特别是涉及一种变电所快速保护系统。
背景技术：
中低压母线故障，特别是在采用馈线柜配电装置的情况下，电弧可能将馈线柜内的器件点燃，引起火灾，造成大面积配电设备烧毁，甚至破坏直流系统，造成更加严重的后果。如果装设快速保护，故障发生后保护立即动作，在电弧燃烧之前将故障清除，供电就可以迅速恢复，损失大大降低。根据继电保护快速性的要求，为了保证变压器及母联开关设备的安全运行，迫切需要配置中低压母线保护。而在电力系统中，按现行保护规程，IlOkV等级变电所一般不配置设中压母线保护，这使得变电所的馈线柜没有主保护。实践证明，馈线柜作为配电网的核心设备，短路故障的发生几率远大于变电所其它设备的短路故障。所以，一旦发生短路故障，因为未配备主保护，现在主要靠变压器后备保护(复合电压过流保护)切除，为了和中低压系统馈线保护在选择性上的配合，变压器后备保护往往带着很大的延时。这样使得馈线柜中的短路故障存在时间很长，常常造成严重破坏。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供一种变电所快速保护系统，以实现对变电所进行保护。为了实现上述目的，本申请实施例提供的技术方案如下:一种变电所快速保护系统，所述变电所包括主变压器、备用变压器、母线、母联柜和多个馈线柜，该系统包括:第一电流互感器、高压侧开关、低压侧开关、开关弧光探头、第一弧光继电器扩展器、第二弧光继电器扩展器、母联电流互感器和主控单元，其中:所述母联柜设置在所述母线上，所述母联柜内设置有开关室、母线室和电路互感器CT室，并且所述母联柜中开关室内设置有母联开关；所述母联开关串联在所述母线上，将所述母线分为第一段母线和第二段母线，并且所述主变压器与第一段母线相连接，备用变压器与第二段母线相连接；在所述母联柜中开关室、母线室和CT室内均设置有弧光探头，在母联柜内设置有与母联柜弧光探头相连接的第二弧光继电器，并且所述第二弧光继电器与母联开关相连接； 所述第一电流互感器位于所述主变压器低压侧，用于采集所述主变压器低压侧的电流；所述高压侧开关位于所述主变压器的高压侧，所述低压侧开关位于母线与所述主变压器之间的低压侧；在所述低压侧开关的开关室、CT室内均设置有用于检测其在故障时出现的弧光的开关弧光探头；所述母联电流互感器与所述母线相连接，用于检测所述母线上的母线电流；多个馈线柜分别与所述母线相连接，每个馈线柜内均设置有开关室、母线室和电缆室，在所述馈线柜中开关室内设置有馈线开关，并且在每个馈线柜内开关室、母线室和电缆室均设置有一个馈线柜弧光探头；每个馈线柜内均设置一个与该馈线柜内开关室、电缆室的弧光探头相连接的第一弧光继电器，并且所述第一弧光继电器与所述开关室内设置的馈线开关相连接；所述主控单元的输入端分别与所述第一电流互感器、开关弧光探头相连接，所述主控单元的输出端分别与高压侧开关、低压侧开关相连接，并且输出端与所述第一弧光继电器扩展器、第二弧光继电器扩展器相连接；所述主控单元用于根据所述第一电流互感器采集的电流以及开关探头、馈线柜弧光探头的检测结果分别控制所述高压侧开关、低压侧开关、母联开关以及多个馈线柜中馈线开关的导通或断开。优选地，所述主控单元包括:电流比较器、弧光信号接收电路和第一跳闸电路，其中，所述弧光信号接收电路用于接收所述开关弧光探头、馈线柜弧光探头以及母联柜弧光探头的弧光检测信号；所述电流比较器用于将所述第一电流互感器或母联互感器采集到的电流与给定的电流值相比较，判断是否出现异常；所述第一跳闸电路用于当所述第一电流互感器采集到的电流异常时，如果所述馈线柜的电缆室或开关室开关的负荷侧检测到弧光信号，则生成第一跳闸信号并发送给馈线开关，如果所述第一段母线上的馈线柜母线室或低压侧开关的母线侧检测到弧光信号，则生成第二跳闸信号并发送给低压侧开关，如果所述母联柜母线室检测到弧光信号，则生成第三跳闸信号并发送给母联开关。优选地，所述主控单元还包括:第二跳闸电路，其中，所述第二跳闸电路用于当所述第一电流互感器采集到的电流异常时，如果检测到第一跳闸信号，则生成第四跳闸信号并发送给所述低压侧开关和母联开关，如果检测到第二跳闸信号，则生成第五跳闸信号并发送给高压侧开关，如果检测到第三跳闸信号，则生成第六跳闸信号并发送给低压侧开关。优选地,所述主控单元还包括:失灵信号生成电路，所述失灵信号生成电路用于当所述第一电流互感器采集到的电流异常时，并且检测到所述第一跳闸信号、第二跳闸信号、第三跳闸信号、第四跳闸信号、第五跳闸信号或第六跳闸信号中的至少一个，则生成失灵信号并将失灵信号发送给与跳闸信号相对应开关的上一级开关。优选地，所述主控单元还包括:延时控制器，所述延时控制器用于按照预设时间延迟发送所述第四跳闸信号、第五跳闸信号、第六跳闸信号和失灵信号。由以上技术方案可见，本申请实施例提供的该变电所快速保护系统，由于在馈线柜和母联柜内的开关室、母线室和电缆室内均设置有弧光探头，所以当馈线柜或母联柜内的三个相互独立的空间中任意一个出现故障，均可以根据检测到的弧光信号配合检测到的电流对变电所进行断电保护。与现有技术相比，该变电所快速保护系统，由于馈线柜和母联柜中的各个隔室均是相互独立的，利用弧光探头精确定位的特点，考虑中压母线系统的每个隔室、每个死区，综合了吸收电流保护、弧光保护的特点设计一套基于弧光的中压母线快速保护的逻辑方案，最终形成了精确化的馈线柜以及母联柜全覆盖保护系统，填补了目前中压母线主保护缺失的配置现状。另外，该方案无需对现有变电所进行改造，即在不改变原有一、二次设备的前提下，达到保供电与保护设备的最大效益平衡点的目的。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请实施例提供的一种变电所快速保护系统的结构示意图；图2为本申请实施例提供的主控单元的一种结构示意图；图3为本申请实施例提供的主控单元的另一种结构示意图；图4为本申请实施例提供的主控单元的又一种结构示意图；图5为本申请实施例提供的主控单元的又一种结构示意图。
具体实施例方式为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。施例一:为了保证变电所的安全运行，通常变电所可以设置有两套高压线路，并且在变电所设置主变压器和备用变压器。下面以双变压器的变电所为例，对比本申请实施例提供的该变电所快速保护系统进行说明。图1为本申请实施例提供的一种变电所快速保护系统的结构示意图。如图2所示，图中变电所包括:主变压器CT1、备用变压器CT2、母线M、母联柜(图中未示出)和多个馈线柜(图中未示出)，其中，母线M分别与主变压器CT1、备用变压器CT2相连接，多个馈线柜(每个馈线柜包含开关Q6、Q7、Q8或Q9中的一个)分别与母线M相连接，用于将向用户输出低压电，母联柜(其内设置有母联开关Q10)位于母线上，用于将母线分成第一段母线I和第二段母线II，并且所述主变压器CTl与第一段母线I相连接，备用变压器CT2与第二段母线II相连接。。该变电所快速保护系统包括:主控单元1、第一电流互感器L1、高压侧开关(图中未示出)、低压侧开关Q2、开关弧光探头4、第一弧光继电器2、第一弧光继电器扩展器7、母联电流互感器L4、母联开关Q10、母联柜弧光探头6、第二弧光继电器8、第二弧光继电器扩展器9和多个馈线柜弧光探头3。第一电流互感器LI串联在主变压器CTl的低压侧，用于采集主变压器CTl低压侧的电流。当变电所内的馈线柜或其它位置出现故障时，第一电流互感器LI采集到的电流将会出现变化，通常为电流变大出现过流现象。高压侧开关位于主变压器CTl的高压侧，低压侧开关Q2串联在母线M与主变压器CTl之间，在低压侧开关Q2的CT (Current Transformer,电流互感器)室、开关室内均设置有开关弧光探头4，开关弧光探头用于检测低压侧开关Q2、第一电流互感器LI故障时出现的弧光。这样当低压侧开关Q2出现弧光故障时，利用开关弧光探头4就可以及时检测到弧光变化，进而将检测到的弧光情况发送给主控单元I。多个馈线柜分别与母线M相连接，现有的每个馈线柜内设置有三个相互独立的空间，即开关室、母线室和电缆室，为了避免馈线柜内出现检测死区，在本申请实施例中，优选地，在每个馈线柜内均设置有开关室、母线室和电缆室，其中，在开关室内设置有馈线开关(Q6、Q7、Q8或Q9)，馈线开关串联在母线M与用户侧之间。在每个馈线柜内开关室、母线室和电缆室均设置有一个馈线柜弧光探头3，用于检测每个馈线柜内开关室、母线室和电缆室内发生的弧光故障。并且每个馈线柜内还均设置有第一弧光继电器2，第一弧光继电器2与设置在馈线柜内开关室、电缆室的馈线柜弧光探头3相连接，而设置在馈线柜内母线室的馈线柜弧光探头3则可以与主控单元I相连接(如图1所示)。并且第一弧光继电器2与开关室内设置的馈线开关(Q6、Q7、Q8或Q9)相连接。另外，在本申请其他实施例中，多个馈线柜内母线室的馈线柜弧光探头3可以通过一个弧光探头扩展器后再与主控单元I相连接。第一弧光继电器扩展器7的作用是采集馈线柜弧光探头3 (仅指馈线柜开关室和电缆室内的馈线柜弧光探头)的检测信号并发送给主控单元I，接收主控单元I的控制信号控制馈线开关(06、07、08或09)的导通或关闭。母联柜设置在母线M上，母联柜内设置有开关室、母线室和CT室，并且母联柜中开关室内设置有母联开关Q10，母联开关QlO串联在母线M上，将母线M两段，母联电流互感器L4位于第一段母线I上，用于检测母线上的电流。在母联柜中开关室和CT室室内均设置有母联柜弧光探头6，在母联柜内设置有与母联柜弧光探头6相连接的第二弧光继电器9，并且第二弧光继电器9与母联开关QlO相连接，第二弧光继电器8用于控制母联开关QlO的导通或断开。第二弧光继电器扩展器9 一端与主控单元I相连接，另一端与第二弧光继电器8相连接，第二弧光继电器扩展器9用于采集母联柜弧光探头6的检测信号并发送给主控单元1，接收主控单元I的控制信号母联开关QlO的导通或关闭。在本申请实施中，主控单元I作为该保护系统的运算中心，主控单元I的输入端分别与第一电流互感器L1、开关弧光探头4相连接，用于接收第一电流互感器LI采集的电流信号，并接收开关弧光探头4、馈线柜弧光探头3检测到的弧光信号。主控单元I的输出端分别与高压侧开关、低压侧开关相连接，输出端通过第一弧光继电器扩展器7与每个馈线柜中的第一弧光继电器2相连接，并且通过第二弧光继电器扩展器9与母联柜内的第二弧光继电器8相连接。
主控单元的目的是根据第一电流互感器L1、母联电流互感器采集的电流以及开关探头4、馈线柜弧光探头3的检测结果分别控制高压侧开关、低压侧开关Q2、母联开关QlO以及多个馈线开关的导通或断开。图2所示为本申请实施例提供的主控单元的一种结构示意图。图中，主控单元包括:电流比较器11、弧光信号接收电路12和第一跳闸电路13，其中，第一跳闸电路分别与电流比较器11、弧光信号接收电路12相连接。弧光信号接收电路12用于接收所述开关弧光探头4、馈线柜弧光探头3以及母联柜弧光探头6的弧光检测信号。电流比较器11用于将第一电流互感器或者母联电流互感器采集到的电流与给定电流值相比较，判断是否出现异常。在具体实施方案中，当该变电所出现故障后，采集到的电流将会增大，即超过给定的电流值，出现过流异常；第一跳闸电路13用于当电流比较器11的比较结果为电流异常时，判断是否检测到弧光信号，当检测到某一个弧光探头的弧光信号时，生成跳闸信号，并将跳闸信号发送给检测到弧光信号的弧光探头位置的上一级开关，并将该开关断开。具体为:1、电流异常并且馈线柜的电缆室或开关室开关的负荷侧检测到弧光信号，则生成第一跳闸信号并发送给馈线开关；2、电流异常并且第一段母线上的馈线柜母线室或低压侧开关的母线侧检测到弧光信号，则生成第二跳闸信号并发送给低压侧开关；3、电流异常并且母联柜母线室或馈线柜母线室检测到弧光信号，则生成第三跳闸信号并发送给母联开关。具体可参见下表I中的序号1-3的内容。此外，在本申请实施例中，考虑到系统若是单变压器供电时，以备用变压器供电为例，此时母联开关QlO处于导通状态，若故障发生在母联开关QlO与母联电流互感器L4之间时，这种故障可称为母联死区故障，母联电流互感器L4可能采集不到母线上的故障电流，所以此时第二弧光继电器8的电流可以采用电源电流，关联至变压器低压侧的2个电源进线，即第一电流互感器LI的采集电流。母线上的其余隔室如母排室等采用主控单元I中的母联保护逻辑(启动方式为母联电流互感器L4的电流加所有馈线柜弧光探头的弧光信号)跳闸。在母联死区故障保护中，保护逻辑有两种运行模式，母联并列运行模式和母联分列运行模式，两种模式由主控单元I通过硬压板判断，硬压板可通过母联开关合位接入，方便装置自动判断。根据母联开关的分、合状态，母联柜的死区保护分下述两种运行模式:a)在母线并列运行时，若在母联开关室内发生故障，至少有I个电源进线电流判据满足，则由母联开关弧光继电器直接跳母联开关，在开关跳闸同时母联开关弧光继电器发送故障系统至主控单元，若在母联开关跳开后主控单元监测到故障电流仍然存在，经过70 150ms (可整定)后，根据主控单元整定的逻辑跳相应的变压器低压侧开关，此配置逻辑可以保证母联开关室内故障任何具体位置发生故障，均能有选择性切除故障。b)在母线分列运行时，主控单元识别运行状态后(硬压板)可直接通过母联开关弧光继电器采集母联开关室安装的母联开关弧光探头的状态，作为变压器低压保护模块的弧光采集点，并且不受母联开关弧光继电器闭锁，实现分列运行时若母联柜内发生弧光故障时保护快速动作。由以上技术方案可见，本申请实施例提供的该变电所快速保护系统，由于在馈线柜和母联柜内的开关室、母线室和电缆室内均设置有弧光探头，所以当馈线柜或母联柜内的三个相互独立的空间中任意一个出现故障，均可以根据检测到的弧光信号配合检测到的电流对变电所进行断电保护。与现有技术相比，该变电所快速保护系统，由于馈线柜和母联柜中的各个隔室均是相互独立的，利用弧光探头精确定位的特点，考虑中压母线系统的每个隔室、每个死区，综合了吸收电流保护、弧光保护的特点设计一套基于弧光的中压母线快速保护的逻辑方案，最终形成了精确化的馈线柜以及母联柜全覆盖保护系统，填补了目前中压母线主保护缺失的配置现状。另外，该方案无需对现有变电所进行改造，即在不改变原有一、二次设备的前提下，达到保供电与保护设备的最大效益平衡点的目的。实施例二:图3所示为本申请实施例提供的主控单元的另一种结构示意图。如图3所示，该主控单元还可以包括:第二跳闸电路14，其中:第二跳闸电路14分别与电流比较器11、第一跳闸电路13相连接。第二跳闸电路用于根据电流比较器11的比较结果以及第一跳闸电路13的输出的跳闸信号相应的开关断开。具体为:4、电流异常并且检测到第一跳闸信号，则生成第四跳闸信号并发送给所述低压侧开关和母联开关；5、电流异常并且检测到第二跳闸信号，则生成第五跳闸信号并发送给高压侧开关;6、电流异常并且检测到第三跳闸信号，则生成第六跳闸信号并发送给低压侧开关。具体可参见下表I中的序号4-6的内容。图4所示为本申请实施例提供的主控单元的又一种结构示意图。如图4所示，该主控单元还可以包括:失灵信号生成电路15。失灵信号生成电路16用于当所述第一电流互感器采集到的电流异常时，并且检测到所述第一跳闸信号、第二跳闸信号、第三跳闸信号、第四跳闸信号、第五跳闸信号或第六跳闸信号中的至少一个，则生成失灵信号并将失灵信号发送给与跳闸信号相对应开关的上一级开关。为了实现更好的控制，如图5所示，所述主控单元I还包括:延时控制器16。所述延时控制器16用于按照预设时间延迟发送所述第四跳闸信号、第五跳闸信号、第六跳闸信号和失灵信号。此外，在本申请实施例中，第一失灵开关Ql或第二失灵开关Q3，可以不是具体的机械或电动开关，而可以是主变压器或备用变压器的上层供电系统。下面以表格形式对本申请实施例提供的该系统的保护方案进行说明，参见表1:表1:
权利要求
1.一种变电所快速保护系统，所述变电所包括主变压器、备用变压器、母线、母联柜和多个馈线柜，其特征在于，该系统包括: 第一电流互感器、高压侧开关、低压侧开关、开关弧光探头、第一弧光继电器扩展器、第二弧光继电器扩展器、母联电流互感器和主控单元，其中: 所述母联柜设置在所述母线上，所述母联柜内设置有开关室、母线室和电路互感器CT室，并且所述母联柜中开关室内设置有母联开关； 所述母联开关串联在所述母线上，将所述母线分为第一段母线和第二段母线，并且所述主变压器与第一段母线相连接，备用变压器与第二段母线相连接； 在所述母联柜中开关室、母线室和CT室内均设置有母联柜弧光探头，在母联柜内设置有与母联柜弧光探头相连接的第二弧光继电器，并且所述第二弧光继电器与母联开关相连接； 所述第一电流互感器位于所述主变压器低压侧，用于采集所述主变压器低压侧的电流； 所述高压侧开关位于所述主变压器的高压侧，所述低压侧开关位于母线与所述主变压器之间的低压侧；在所述低压侧开关的开关室、CT室内均设置有用于检测其在故障时出现的弧光的开关弧光探头； 所述母联电流互感器与所述母线相连接，用于检测所述母线上的母线电流； 多个馈线柜分别与所述母线相 连接，每个馈线柜内均设置有开关室、母线室和电缆室，在所述馈线柜中开关室内设置有馈线开关，并且在每个馈线柜内开关室、母线室和电缆室均设置有一个馈线柜弧光探头； 每个馈线柜内均设置一个与该馈线柜内开关室、电缆室的弧光探头相连接的第一弧光继电器，并且所述第一弧光继电器与所述开关室内设置的馈线开关相连接； 所述主控单元的输入端分别与所述第一电流互感器、开关弧光探头相连接，所述主控单元的输出端分别与高压侧开关、低压侧开关相连接，并且输出端与所述第一弧光继电器扩展器、第二弧光继电器扩展器相连接； 所述主控单元用于根据所述第一电流互感器采集的电流以及开关探头、馈线柜弧光探头的检测结果分别控制所述高压侧开关、低压侧开关、母联开关以及多个馈线柜中馈线开关的导通或断开。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主控单元包括:电流比较器、弧光信号接收电路和第一跳闸电路，其中， 所述弧光信号接收电路用于接收所述开关弧光探头、馈线柜弧光探头以及母联柜弧光探头的弧光检测信号； 所述电流比较器用于将所述第一电流互感器或母联互感器采集到的电流与给定的电流值相比较，判断是否出现异常； 所述第一跳闸电路用于当所述第一电流互感器采集到的电流异常时，如果所述馈线柜的电缆室或开关室开关的负荷侧检测到弧光信号，则生成第一跳闸信号并发送给馈线开关，如果所述第一段母线上的馈线柜母线室或低压侧开关的母线侧检测到弧光信号，则生成第二跳闸信号并发送给低压侧开关，如果所述母联柜母线室或馈线柜母线室检测到弧光信号，则生成第三跳闸信号并发送给母联开关。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述主控单元还包括:第二跳闸电路，其中， 所述第二跳闸电路用于当所述第一电流互感器采集到的电流异常时，如果检测到第一跳闸信号，则生成第四跳闸信号并发送给所述低压侧开关和母联开关，如果检测到第二跳闸信号，则生成第五跳闸信号并发送给高压侧开关，如果检测到第三跳闸信号，则生成第六跳闸信号并发送给低压侧开关。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述主控单元还包括:失灵信号生成电路， 所述失灵信号生成电路用于当所述第一电流互感器采集到的电流异常时，并且检测到所述第一跳闸信号、第二跳闸信号、第三跳闸信号、第四跳闸信号、第五跳闸信号或第六跳闸信号中的至少一个，则生成失灵信号并将失灵信号发送给与跳闸信号相对应开关的上一级开关。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述主控单元还包括: 延时控制器，所述延时控制器用于按照预设时间延迟发送所述第四跳闸信号、第五跳闸信号、第六跳闸信 号和失灵信号。
全文摘要
本申请公开了一种变电所快速保护系统，变电所包括主变压器、备用变压器、母线、母联柜和多个馈线柜，其特征在于，该系统包括第一电流互感器、高压侧开关、低压侧开关、开关弧光探头、第一弧光继电器扩展器、第二弧光继电器扩展器、母联电流互感器和主控单元。该变电所快速保护系统，由于在馈线柜和母联柜内的开关室、母线室和电缆室内均设置有弧光探头，所以当馈线柜或母联柜内的三个相互独立的空间中任意一个出现故障，均可以根据检测到的弧光信号配合检测到的电流对变电所进行断电保护。
文档编号H02H7/22GK103208786SQ201310131969
公开日2013年7月17日 申请日期2013年4月16日 优先权日2013年4月16日
发明者董建达, 吴英俊, 丁北平, 陈琳灿, 王磊, 方云辉 申请人:国家电网公司, 浙江省电力公司, 宁波电业局