CN107317309A - 一种基于goose的接地方式协同控制转换方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于GOOSE的接地方式协同控制转换方法，步骤1：发生接地故障时经延时投入接地小电阻，同时发出小电阻投入GOOSE信号：步骤2：进行各线路的零序过流判别，自动跳闸隔离故障，同时发出切除小电阻GOOSE信号：步骤3：进行母线故障判别，与步骤2同时进行：步骤4：接收切除小电阻GOOSE信号快速切除小电阻。本发明还公开一种基于GOOSE的接地方式协同控制转换系统。本发明在永久性接地故障发生时能够快速判别并自动隔离故障线路；瞬时接地故障发生时不需动作，维持了小电流接地系统供电可靠性高的优势；能够快速实现小电阻的自动投切，小电阻投入的时间短，有效避免小电阻发热烧毁的风险。

Description

一种基于GOOSE的接地方式协同控制转换方法及系统

技术领域

本发明涉及一种电力系统输配电的接地故障保护方法，特别涉及一种接地方式转换方法。

背景技术

我国电网3-66kV电压等级的系统，其中性点一般采用小电流接地方式，包括中性点不接地、经消弧线圈接地、经高阻接地，以上三种方式又称为“中性点间接接地”或“中性点非有效接地”。小电流接地系统的特点在于，发生单相接地故障时，不构成短路回路，故障电流基本为电容电流，数值较小，并且系统三相线电压依旧保持对称，短时内对正常用电无明显影响，可带故障运行1-2小时。因此提高了系统运行的可靠性。特别是在瞬时故障条件下，短路点可以自行灭弧恢复绝缘，这对于减少用户短时停电次数具有积极意义。

对于中性点不接地系统，若系统的对地电容电流较大，在接地瞬间会形成接地电弧，引起弧光接地过电压，造成接地点热破坏、接地网电压升高、交流杂散电流、接地电弧引起瓦斯煤尘爆炸等危害。为了防止接地故障时电容电流过大所造成的危害，需要按照规定安装消弧线圈。消弧线圈的作用是当电网发生单相接地故障后，提供电感电流，补偿接地电容电流，使接地电流减小，也使得故障相接地电弧两端的恢复电压速度降低，达到熄灭电弧的目的。消弧线圈接地系统具备供电可靠性高、对人身及设备的安全性较好、接地电流小、对附近通讯线路的干扰极小、电弧重燃的次数大大降低等优点，因此得到了广泛应用。

小电流接地系统虽然可靠性高，但是由于单相接地故障时，非故障相电压会升高为线电压，长期带故障运行，系统内绝缘薄弱环节易被击穿，造成相间短路或三相短路，导致故障范围扩大，严重影响供电安全性和可靠性。因此，发生永久性单相接地故障时，有必要尽快定位故障线路并切除。但是由于小电流接地系统发生单相接地故障时，短路电流小，故障特征不明显，特别是经消弧线圈接地系统，消弧线圈对接地电容电流补偿后，导致故障线路与非故障线路的电流更加接近，难以从故障特征上进行区分。经过了国内外多年的研究，虽然现在已经有比幅法、比相法、谐波法、暂态分量法等多种接地选线方法，但实际应用中选线准确率都不高。

为了避免小电流接地系统难以准确接地选线引发的长期带故障运行的风险，一些新建的城市电网采用了中性点经小电阻接地系统，当发生接地故障时，会经由中性点小电阻形成短路回路，产生明显的故障电流，一般可达到几百安培以上，而小电流接地系统一般只有几十安培左右，这种情况继电保护装置可以进行准确判别并快速跳闸，实现故障的隔离。由于小电阻接地系统可以快速准确的隔离故障线路，具有一定的优势。但是，单相接地故障中有80％是瞬时性接地故障，全部采用直接跳闸的方式会造成频繁的停电事故，供电可靠性下降。针对瞬时性接地故障理论上可以通过自动重合闸来补救，但是对于城市电网而言都是以电缆为主，不能够进行自动重合闸操作，因此小电阻接地系统相对于小电流接地系统在供电可靠性上有所降低。

综上，当前的小电流接地系统和小电阻接地系统各有优点，但也都存在一些自身难以解决的问题。

发明内容

本发明的目的是：针对小电流接地系统，提供一种基于GOOSE的协同控制转换方法及系统，在发生接地故障时快速切换接地方式，可解决小电流接地系统的接地选线问题，同时不失其高可靠性的优势，同时通过GOOSE实现快速配合，保证运行方式切换的时间短，对系统的影响小。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种基于GOOSE的接地方式协同控制转换方法，其特征在于，对于中性点非有效接地系统，通过GOOSE信号系统控制小电阻的自动投切，快速判别并隔离故障，具体包括如下步骤：

步骤1：发生接地故障时经延时投入接地小电阻，同时发出小电阻投入GOOSE信号；

步骤2：进行各线路的零序过流判别，由快速零序过流保护和定时限零序过流保护相互配合，判别故障线路后自动跳闸隔离故障，同时发出切除小电阻GOOSE信号；

步骤3：进行母线故障的判别，与步骤2同时进行，由电源支路的保护装置接收各线路保护的零序过流启动GOOSE信号，结合电源支路自身是否零序过流，快速识别是否为母线故障，若为母线故障，发出母线故障报警信号，同时发出切除小电阻GOOSE信号，根据设置选择是否直接切除故障母线；

步骤4：接收切除小电阻GOOSE信号后切除小电阻，或者经固定延时后切除小电阻，恢复至中性点非有效接地方式。

其中，小电阻投切信号传输方法的特征在于，通过站控层或者过程层传输GOOSE信号，包括小电阻投入GOOSE信号、切除小电阻信号、线路零序过流启动GOOSE信号。

其中，步骤2中快速零序过流保护的特征在于，在接收到小电阻投入GOOSE信号后经短延时动作。

其中，步骤3中的母线故障识别方法的特征在于，在接收到小电阻投入GOOSE信号后，电源支路的零序电流大于定值，并且没有收到任何线路零序过流启动GOOSE信号，经可整定延时判定为母线故障。

本发明的方案还包括一种基于GOOSE的接地方式协同控制转换系统，其特征在于，由小电阻投切控制装置、线路保护装置、电源支路保护装置、并接小电阻、通信网络，小电阻投切控制装置、线路保护装置、电源支路保护装置通过通信网络相连，程序流程采用本发明基于GOOSE的接地方式协同控制转换方法。

采用上述方案后，本发明的有益效果是：

(1)永久性接地故障发生时能够快速判别并自动隔离故障线路；

(2)瞬时接地故障发生时不需动作，维持了小电流接地系统供电可靠性高的优势；

(3)能够快速实现小电阻的自动投切，小电阻投入的时间短，有效避免小电阻发热烧毁的风险。

附图说明

图1是本发明所应用的供电系统主接线示意图举例；

图2是本发明的基于GOOSE的接地方式协同控制转换方法的流程图；

图3是本发明的基于GOOSE的接地方式协同控制转换系统的配置图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

小电流接地系统包括中性点不接地、经消弧线圈接地、经高阻接地等形式，图1是以中性点经消弧线圈接地的典型情况为例。图1中L1-L5为该供电系统中的5条线路，实际系统中并不限于5条。接地故障发生时，如图1中L3发生了单相接地故障，三相之间的线电压仍然保持对称，但是健全相的对地电压会升高，金属性单相接地的情况下，健全相对地电压会升高至1.732倍正常相电压的水平，故障相对地电压降为0，此时全系统会产生显著的零序电压，因此一般会选取零序电压作为接地故障发生的判别条件。但是由于中性点为非有效接地，短路电流不能形成通路，在没有消弧线圈补偿时，非故障线路流过自身的对地电容电流，故障线路流过全系统非故障元件对地电容电流之和，虽然理论上有所差异，但是实际的故障电流仍然很小，特征不够明显，特别是存在消弧线圈时，会将故障线路中流过的零序电流补偿的更小，故障特征更加不明显，虽然可以根据零序电压判别出发生了接地故障，但是很难准确判别出具体是哪条线路。

为了在接地故障后快速准确地排除故障，图1中在中性点并联了一个接地小电阻，接地故障发生时，系统零序电压升高，小电阻投切控制装置探测到后经延时自动投入小电阻，之后故障线路会出现明显的零序电流，一般有几百安培的级别，故障线路保护装置的零序过流保护会动作，自动跳开故障实现，实现快速准确的判别和隔离故障。由于投入小电阻改变了系统的运行方式，不宜长期维持，特别是小电炉投入后自身会流过零序电流，存在发热烧毁的风险，为了减少小电阻的投入时间，本发明通过GOOSE信号进行协同控制，实现小电阻的快速投切，缩短小电阻的投入时间。

基于GOOSE的接地方式协同控制转换方法的流程参考图2，主要有如下四个步骤：

步骤1：发生接地故障时经延时投入接地小电阻，同时发出小电阻投入GOOSE信号：

正常运行时系统采用小电流接地方式，即中性点采用不接地、经消弧线圈接地或经高阻接地等非有效接地方式。当发生接地故障时，检测到零序电压升高达到定值时，则启动，经可整定延时后发出投入小电阻的命令。可整定延时的作用在于避开瞬时性接地故障。

对于没有装设消弧线圈的系统，发生单相接地后，有可能在电压过零点时电弧自动熄灭，接地故障自行消失，此时电压恢复正常，不需要投入小电阻，若经过整定延时后零序过压仍然存在，则为永久性接地故障，此时应投入小电阻。

对于消弧线圈接地系统，发生单相接地后，产生零序电压，消弧线圈在中性点电压偏移的作用下先动作，输出感性零序电流，与故障点的容性电流中和，实现灭弧，若成功灭弧，则接地故障很可能会自然消失，不再需要投入小电阻。若为永久性故障，则经整定延时投入小电阻，整定延时主要用于躲开消弧线圈的灭弧时间。

控制装置发出投入小电阻命令的同时，发出小电阻投入GOOSE信号，传输给各线路保护装置以及电源分支的保护装置，用于触发快速判别以及切除故障的流程。

步骤2：进行各线路的零序过流判别，由快速零序过流保护和定时限零序过流保护相互配合，判别故障线路后自动跳闸隔离故障，同时发出切除小电阻GOOSE信号：

各线路的保护装置收到小电阻投入GOOSE信号后，则进入快速零序过流保护流程。快速零序过流保护采用短延时，并且必须在收到小电阻投入GOOSE信号后才投入。若线路保护装置收到电阻投入GOOSE信号，并且零序电流大于定值，则启动，同时发出零序过流启动GOOSE信号，经短延时后判别本线路为故障线路，发出跳闸命令，实现故障隔离，跳闸的同时发出切除小电阻GOOSE信号。

各线路也同时投入定时限零序过流保护，定时限零序过流保护不依赖于是否收到小电阻投入GOOSE信号，采用相对较长的延时，延时可根据实际情况具体整定，用于防止通信链路故障导致无法收到GOOSE而无法启动。若线路保护装置未收到电阻投入GOOSE信号，而零序电流大于定值，则启动，同时发出零序过流启动GOOSE信号，经整定延时后判别本线路为故障线路，发出跳闸命令，实现故障隔离，跳闸的同时发出切除小电阻GOOSE信号。

快速零序过流保护和定时限零序过流保护启动时，都会发出线路零序过流启动GOOSE信号，发送给电源支路的保护装置，用于母线故障判别。

快速零序过流保护和定时限零序过流保护动作跳闸的同事，都会发出切除小电阻GOOSE信号，用于控制装置快速切除小电阻。

步骤3：进行母线故障的判别，与步骤2同时进行，由电源支路的保护装置接收各线路保护的零序过流启动GOOSE信号，结合电源支路自身是否零序过流，快速识别是否为母线故障：

电源支路的保护装置收到小电阻投入GOOSE信号，电源支路自身的零序电流大于定值，并且没有收到线路零序过流启动GOOSE信号，则经可整定延时判定为母线故障，发出母线故障报警信号，同时发出切除小电阻GOOSE信号，并可根据需要选择是否跳开电源支路开关切除故障母线。

步骤4：接收切除小电阻GOOSE信号后切除小电阻，或者经固定延时后切除小电阻，恢复至中性点非有效接地的运行方式：

小电阻投入后会流过故障零序电流，若长时间通过零序电流则可能会发热烧毁，为了防止这种情况发生，小电阻应尽可能短时间投入。为了实现小电阻投入后的快速切除，线路保护装置或者电源支路保护装置在判别故障后，会发出切除小电阻GOOSE信号，小电阻投切装置收到切除小电阻GOOSE信号后，立刻发出切除小电阻命令，快速切除小电阻，恢复至中性点非有效接地的运行方式。

为了防止小电阻投切控制装置收不到GOOSE信号的情况，设置固定延时切除小电阻的流程，小电阻投入后，经可整定延时后切除，该可整定延时应躲开线路保护的定时限零序过流保护的动作延时。

上述各步骤中使用GOOSE信号实现信息的实时交互，从而实现接地故障发生后小电阻投切过程的协同控制。GOOSE是符合IEC61850标准的标准协议，根据IEC61850标准的规定，GOOSE信号的通信延迟应小于4ms，因此GOOSE信号具有高实时性的特点。为了实现GOOSE信号的传输，小电阻投切控制装置、线路保护装置、电源支路保护装置之间应具备通信网络，常规变电站都具备站控层网络，可采用站控层GOOSE，智能化变电站具备过程层网络，还可以采用站控层GOOSE，不论常规变电站还是智能化变电站，都不需要单独再增加通信网络。通过GOOSE信号进行协同控制，可大大缩短小电阻的投入时间。小电阻投入后，通过小电阻投入GOOSE信号实现快速零序过流保护，加快故障判别和隔离时间；故障隔离后，又通过切除小电阻GOOSE信号实现快速切除小电阻，缩短小电阻的投入时间，小电阻的投入总时间可控制在300ms左右，这可以大大降低小电阻烧毁的风险。。

本发明还提出一种基于GOOSE的接地方式系统转换系统，其构成参考图3，由小电阻投切控制装置、线路保护装置、电源支路保护装置、并接小电阻、通信网络，小电阻投切控制装置、线路保护装置、电源支路保护装置通过通信网络相连。图3中，Pr为小电阻投切控制装置，P0为电源支路保护装置，P1-P5为线路保护装置，L1-L5为5条线路，L0为电源支路，图3仅为举例，实际不限于5条线路。图3中采用中性点经消弧线圈接地方式，仅为一种举例，实际该系统适用于中性点采用不接地、经消弧线圈接地或经高阻接地等非有效接地方式。该系统的程序流程采用本发明中提出的基于GOOSE的接地方式系统转换方法。当发生接地故障时，小电阻投切控制装置根据零序电压判别出接地故障发生，经整定延时投入并接小电阻，同时发出小电阻投入GOOSE信号。线路保护装置接收小电阻投入GOOSE信号，通过快速零序过流保护以及定时限零序过流保护进行故障判别以及跳闸，跳闸的同时发送切除小电阻GOOSE信号；电源支路保护装置根据小电阻投入GOOSE信号以及线路保护零序过流启动信号判别是否为母线故障，在判别为母线故障后发出切除小电阻GOOSE信号；小电阻投切控制装置收到切除小电阻GOOSE信号后快速切除小电阻或者经固定延时切除小电阻，完成整个接地方式协同控制转换流程。

综上，本发明的基于GOOSE的接地方式协同控制方法及系统可实现为小电流接地系统接地故障后的快速故障判别及隔离，大大提高系统的供电可靠性。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于GOOSE的接地方式协同控制转换方法，其特征在于：对于中性点非有效接地系统，通过GOOSE信号系统控制小电阻的自动投切，快速判别并隔离故障，具体包括如下步骤：

步骤1：发生接地故障时经延时投入接地小电阻，同时发出小电阻投入GOOSE信号；

步骤2：进行各线路的零序过流判别，由快速零序过流保护和定时限零序过流保护相互配合，判别故障线路后自动跳闸隔离故障，同时发出切除小电阻GOOSE信号；

步骤3：进行母线故障的判别，与步骤2同时进行，由电源支路的保护装置接收各线路保护的零序过流启动GOOSE信号，结合电源支路自身是否零序过流，快速识别是否为母线故障，若为母线故障，发出母线故障报警信号，同时发出切除小电阻GOOSE信号，根据设置选择是否直接切除故障母线；

步骤4：接收切除小电阻GOOSE信号后切除小电阻，或者经固定延时后切除小电阻，恢复至中性点非有效接地方式。

2.如权利要求1所述的一种基于GOOSE的接地方式协同控制转换方法，其特征在于：通过站控层或者过程层传输GOOSE信号，包括小电阻投入GOOSE信号、切除小电阻信号、线路零序过流启动GOOSE信号。

3.根据权利要求1所述的一种基于GOOSE的接地方式协同控制转换方法，其特征在于：在接收到小电阻投入GOOSE信号后经短延时动作。

4.如权利要求1所述的一种母线故障识别方法，其特征在于，在接收到小电阻投入GOOSE信号后，电源支路的零序电流大于定值，并且没有收到任何线路零序过流启动GOOSE信号，经可整定延时判定为母线故障。

5.一种基于GOOSE的接地方式协同控制转换系统，其特征在于：由小电阻投切控制装置、线路保护装置、电源支路保护装置、并接小电阻、通信网络，小电阻投切控制装置、线路保护装置、电源支路保护装置通过通信网络相连，对于中性点非有效接地系统，通过GOOSE信号系统控制小电阻的自动投切，快速判别并隔离故障。