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变电站分散采集与集中处理后备保护的研究,http://www.5idzw.com
摘要：提出了一个用于大中型变电站的分散采集与集中处理后备保护方案。此方案采用数字化变电站的结构，将采集单元分散安装于现场，在一个周波内将电流与电压信号传输到计算机，集中由计算机进行计算与分析找出事故点，然后再根据主保护的动作情况发出后备保护跳闸命令。它可以同时发出全站所有保护的后备保护跳闸命令，缩短了后备保护动作时间，提高了供电系统的稳定性。
大中型变电站及重要用电设备的继电保护处设置主保护外，还应设置后备保护。后备保护分为远后备与近后备两种方式。在传统的常规继电保护中，阶梯形时限是保证选择性的重要条件之一，后备保护动作时间比较长。采用微机保护后继电保护的速动性和动作时间精度都有所提高，后备保护动作时间有所缩短，但不会有本质上的改变。
要根本上缩短后备保护动作时间，应从保护原理上进行大的改变。计算机技术的发展，为这一改变提供了有利的条件。数字化变电站的出现将会给变电站继电保护带来大的变革。可以借鉴数字化变电站的结构模式，采用分散采集与集中处理的方法，改变后备保护的动作原理，最大限度缩短后备保护动作时间，还可以增加某些保护与监控功能。
1后备保护装置
1.1后备保护装置结构
后备保护装置由模拟量输入(测量)、开关量输人(信号)、电源与开关量输出(控制)以及CPU(中央处理器)与通信(主板)四种模块组成。采用全封闭金属结构，有利于抗干扰。并按照户外标准进行设计，分散安装在开关柜仪表室，或户外断路器操作箱内，便于安装与接线。
1.2后备保护装置功能
后备保护装置主要完成数据采集与处理、合分闸输出以及与计算机通信。分别采集三相测量电流、三相测量电压、一路零序电流与一路备用。并计算出电流、电压有效值和三相功率因数，及时传送到计算机。接收到计算机合分闸命令后，及时进行合分闸输出。
也可以将某些主保护由后备保护再执行一次，以提高保护动作的可靠性，这时就需要接收计算机传送来的某些主保护动作电流与动作时间定值，并保存到掉电保护区。
1.3后备保护装置的数据传输
后备保护装置与计算机之间可采用CAN总线或以太网通信。通信速率为500~1000kbps。11路模拟量测量，占用22个字节，再用两个字节传送功率因数。开关量输人信号有变化以及有报警信号时，再用传送功率因数的两个字节传送1~3次。一个后备保护装置每次需要传送的数据量共计24个字节。
如果采用CAN总线通信，1帧为10个字节，有效字节为8个。每个后备保护装置向上传送一次数据需要3帧。如果通信速率为500kbps，1ms可以传送5帧，传送完3帧需要的时间不到1ms。每个周波(20ms)可与30个后备保护装置通信一次。如果一个变电站内后备保护装置数量超过30个，就需要提高通信速率，或再增加一个通信通道。
2系统设计
2.1通信网络
后备保护装置与计算机统一接在一个CAN总线通信网上，采用双绞线或计算机用通信电缆。最好单独采用一根通信电缆进行通信，以便提高后备保护的独立性。
2.2系统组成
由若干台后备保护装置与一台计算机，组成一个独立的变电站后备保护系统。后备保护装置根据断路器数量与位置来设置与安装。大型变电站也可以再用一台计算机接在CAN总线通信网上，通过监听方式收集数据，专门进行数据处理。
3后备保护短路事故处理分析
3.1只有一路电源进线运行时，后备保护事故处理分析
3.1.1大中型变电站在检修或发生事故后，就有可能出现只有一路电源运行的情况。一路电源运行时，电源一旦断电，就会造成全站停电，如果不能尽快恢复影响更大，此时继电保护的可靠性更应该引起注意。
3.1.2变电站只有一路电源运行时，后备保护处理比较简单。电源进线断路器线路侧发生事故后，上一级变电站的出线保护会动作。当电源进线检测到线路无电压与无电流，进线断路器又为合闸时，适当延时后失压保护动作跳闸。失压保护跳闸后软件应建立标志并保存，然后及时检测线路有电压及有失压跳闸标志时自动合闸，可以缩短事故停电恢复时间。
3.1.3发生短路事故后，只有电源进线能够检测到短路电流，所有出线均检测不到短路电流时，为母线发生短路事故，电源进线电流速断后备保护加延时作为后备保护。
3.1.4发生短路事故后，有一路出线能够检测到短路电流时，为出线断路器线路侧发生短路事故，此路出线电流速断后备保护加延时作为后备保护。电源进线电流速断后备保护加第二级延时作为第二级后备保护。当电源进线发生越级跳闸时，经过分析后还可以进行一次后加速重合闸。
3.2有一路以上电源进线运行时，后备保护事故处理分析
3.2.1如果后备保护装置能够判断到短路电流的方向，利用短路电流最高位传送到计算机，计算机就可以利用短路电流的大小与方向来进行后备保护处理。为了简化后备保护装置软件，提高其采集速度，后备保护装置在现场只采集短路电流的大小，不判断短路电流的方向，此时计算机也可以利用短路电流的大小，通过各种计算与比较来进行后备保护处理。
3.2.2变电站一路以上电源在运行时，分别有电源进线断路器线路侧、母线与出线三处可能发生短路事故，母线分段时还需要判断出是哪一段母线发生短路事故。
3.2.3发生短路事故后，如果所有出线都检测不到短路电流，可能为某一路电源进线断路器线路侧或母线发生短路事故。如果短路事故只发生在某一路电源进线断路器线路侧，此路电源进线检测到短路电流应该与其它各路电源进线检测到短路电流之和再减去各路出线检测到电流之和基本相等。此路电源进线后备保护启动作为后备保护，其它电源进线后备保护再加一级延时作为第二级后备保护。如果为单母线分段，此路电源进线的母线上的其它电源进线与母线分段断路器后备保护再加一级延时，作为第二级后备保护，另外一段母线上的其它电源进线后备保护再加第二级延时，作为第三级后备保护。若出现越级跳闸时，经过分析后还可以进行一次后加速重合闸。
如果有两路电源进线断路器线路侧同时发生短路事故，情况就比较复杂。假如变电站就只有这两路电源在运行，在发生两相或单相对地短路事故后，会出现三相电流与电压差别较大的情况，两路电源进线的后备保护均应启动作为后备保护。如果同时发生三相短路事故，以及有三路以上电源时，情况就更为复杂。此时只能够在某些电源的上级变电站出线跳闸，失去电源后再按照一路或两路电源来重新进行计算与分析，此时后备保护的动作时间就要延长一些。由于计算机的运行速度非常高，计算与分析很快，后备保护的动作延长时间取决于上级变电站出线跳闸时间。
3.2.4发生短路事故后，如果所有出线都检测不到短路电流，又不满足3.2.3的条件时为母线发生短路事故。无母线分段断路器时，所有电源进线后备保护启动作为后备保护。如果有母线分段断路器，母线分段断路器检测到的短路电流等于某一段母线上所有电源进线检测到的短路电流之和时，此段母线上所有电源进线后备保护均加一级延时，作为第二级后备保护，母线分段断路器与另外一段母线上所有电源进线后备保护均启动作为后备保护。若出现越级跳闸时，经过分析后还可以进行一次后加速重合闸。
3.2.5发生短路事故后，如果某路出线也能够检测到短路电流，此路出线后备保护启动作为后备保护，电源进线后备保护再加一级延时，作为第二级后备保护。如果有母线分段断路器时，此路出线后备保护启动作为后备保护，此路出线所在的母线上所有电源进线与母线分段断路器后备保护再加一级延时作为第二级后备保护，另外一段母线上所有电源进线后备保
护再加第二级延时作为第三级后备保护。若出现越级跳闸时，经过分析后还可以进行一次后加速重合闸。
，变电站分散采集与集中处理后备保护的研究
摘要：提出了一个用于大中型变电站的分散采集与集中处理后备保护方案。此方案采用数字化变电站的结构，将采集单元分散安装于现场，在一个周波内将电流与电压信号传输到计算机，集中由计算机进行计算与分析找出事故点，然后再根据主保护的动作情况发出后备保护跳闸命令。它可以同时发出全站所有保护的后备保护跳闸命令，缩短了后备保护动作时间，提高了供电系统的稳定性。
大中型变电站及重要用电设备的继电保护处设置主保护外，还应设置后备保护。后备保护分为远后备与近后备两种方式。在传统的常规继电保护中，阶梯形时限是保证选择性的重要条件之一，后备保护动作时间比较长。采用微机保护后继电保护的速动性和动作时间精度都有所提高，后备保护动作时间有所缩短，但不会有本质上的改变。
要根本上缩短后备保护动作时间，应从保护原理上进行大的改变。计算机技术的发展，为这一改变提供了有利的条件。数字化变电站的出现将会给变电站继电保护带来大的变革。可以借鉴数字化变电站的结构模式，采用分散采集与集中处理的方法，改变后备保护的动作原理，最大限度缩短后备保护动作时间，还可以增加某些保护与监控功能。
1后备保护装置
1.1后备保护装置结构
后备保护装置由模拟量输入(测量)、开关量输人(信号)、电源与开关量输出(控制)以及CPU(中央处理器)与通信(主板)四种模块组成。采用全封闭金属结构，有利于抗干扰。并按照户外标准进行设计，分散安装在开关柜仪表室，或户外断路器操作箱内，便于安装与接线。
1.2后备保护装置功能
后备保护装置主要完成数据采集与处理、合分闸输出以及与计算机通信。分别采集三相测量电流、三相测量电压、一路零序电流与一路备用。并计算出电流、电压有效值和三相功率因数，及时传送到计算机。接收到计算机合分闸命令后，及时进行合分闸输出。
也可以将某些主保护由后备保护再执行一次，以提高保护动作的可靠性，这时就需要接收计算机传送来的某些主保护动作电流与动作时间定值，并保存到掉电保护区。
1.3后备保护装置的数据传输
后备保护装置与计算机之间可采用CAN总线或以太网通信。通信速率为500~1000kbps。11路模拟量测量，占用22个字节，再用两个字节传送功率因数。开关量输人信号有变化以及有报警信号时，再用传送功率因数的两个字节传送1~3次。一个后备保护装置每次需要传送的数据量共计24个字节。
如果采用CAN总线通信，1帧为10个字节，有效字节为8个。每个后备保护装置向上传送一次数据需要3帧。如果通信速率为500kbps，1ms可以传送5帧，传送完3帧需要的时间不到1ms。每个周波(20ms)可与30个后备保护装置通信一次。如果一个变电站内后备保护装置数量超过30个，就需要提高通信速率，或再增加一个通信通道。
2系统设计
2.1通信网络
后备保护装置与计算机统一接在一个CAN总线通信网上，采用双绞线或计算机用通信电缆。最好单独采用一根通信电缆进行通信，以便提高后备保护的独立性。
2.2系统组成
由若干台后备保护装置与一台计算机，组成一个独立的变电站后备保护系统。后备保护装置根据断路器数量与位置来设置与安装。大型变电站也可以再用一台计算机接在CAN总线通信网上，通过监听方式收集数据，专门进行数据处理。
3后备保护短路事故处理分析
3.1只有一路电源进线运行时，后备保护事故处理分析
3.1.1大中型变电站在检修或发生事故后，就有可能出现只有一路电源运行的情况。一路电源运行时，电源一旦断电，就会造成全站停电，如果不能尽快恢复影响更大，此时继电保护的可靠性更应该引起注意。
3.1.2变电站只有一路电源运行时，后备保护处理比较简单。电源进线断路器线路侧发生事故后，上一级变电站的出线保护会动作。当电源进线检测到线路无电压与无电流，进线断路器又为合闸时，适当延时后失压保护动作跳闸。失压保护跳闸后软件应建立标志并保存，然后及时检测线路有电压及有失压跳闸标志时自动合闸，可以缩短事故停电恢复时间。
3.1.3发生短路事故后，只有电源进线能够检测到短路电流，所有出线均检测不到短路电流时，为母线发生短路事故，电源进线电流速断后备保护加延时作为后备保护。
3.1.4发生短路事故后，有一路出线能够检测到短路电流时，为出线断路器线路侧发生短路事故，此路出线电流速断后备保护加延时作为后备保护。电源进线电流速断后备保护加第二级延时作为第二级后备保护。当电源进线发生越级跳闸时，经过分析后还可以进行一次后加速重合闸。
3.2有一路以上电源进线运行时，后备保护事故处理分析
3.2.1如果后备保护装置能够判断到短路电流的方向，利用短路电流最高位传送到计算机，计算机就可以利用短路电流的大小与方向来进行后备保护处理。为了简化后备保护装置软件，提高其采集速度，后备保护装置在现场只采集短路电流的大小，不判断短路电流的方向，此时计算机也可以利用短路电流的大小，通过各种计算与比较来进行后备保护处理。
3.2.2变电站一路以上电源在运行时，分别有电源进线断路器线路侧、母线与出线三处可能发生短路事故，母线分段时还需要判断出是哪一段母线发生短路事故。
3.2.3发生短路事故后，如果所有出线都检测不到短路电流，可能为某一路电源进线断路器线路侧或母线发生短路事故。如果短路事故只发生在某一路电源进线断路器线路侧，此路电源进线检测到短路电流应该与其它各路电源进线检测到短路电流之和再减去各路出线检测到电流之和基本相等。此路电源进线后备保护启动作为后备保护，其它电源进线后备保护再加一级延时作为第二级后备保护。如果为单母线分段，此路电源进线的母线上的其它电源进线与母线分段断路器后备保护再加一级延时，作为第二级后备保护，另外一段母线上的其它电源进线后备保护再加第二级延时，作为第三级后备保护。若出现越级跳闸时，经过分析后还可以进行一次后加速重合闸。
如果有两路电源进线断路器线路侧同时发生短路事故，情况就比较复杂。假如变电站就只有这两路电源在运行，在发生两相或单相对地短路事故后，会出现三相电流与电压差别较大的情况，两路电源进线的后备保护均应启动作为后备保护。如果同时发生三相短路事故，以及有三路以上电源时，情况就更为复杂。此时只能够在某些电源的上级变电站出线跳闸，失去电源后再按照一路或两路电源来重新进行计算与分析，此时后备保护的动作时间就要延长一些。由于计算机的运行速度非常高，计算与分析很快，后备保护的动作延长时间取决于上级变电站出线跳闸时间。
3.2.4发生短路事故后，如果所有出线都检测不到短路电流，又不满足3.2.3的条件时为母线发生短路事故。无母线分段断路器时，所有电源进线后备保护启动作为后备保护。如果有母线分段断路器，母线分段断路器检测到的短路电流等于某一段母线上所有电源进线检测到的短路电流之和时，此段母线上所有电源进线后备保护均加一级延时，作为第二级后备保护，母线分段断路器与另外一段母线上所有电源进线后备保护均启动作为后备保护。若出现越级跳闸时，经过分析后还可以进行一次后加速重合闸。
3.2.5发生短路事故后，如果某路出线也能够检测到短路电流，此路出线后备保护启动作为后备保护，电源进线后备保护再加一级延时，作为第二级后备保护。如果有母线分段断路器时，此路出线后备保护启动作为后备保护，此路出线所在的母线上所有电源进线与母线分段断路器后备保护再加一级延时作为第二级后备保护，另外一段母线上所有电源进线后备保
护再加第二级延时作为第三级后备保护。若出现越级跳闸时，经过分析后还可以进行一次后加速重合闸。
，变电站分散采集与集中处理后备保护的研究