电力监控系统防越级跳闸方案分析

摘 要：由于单一防越级跳闸方案不能有效解决电力系统电网越级跳闸故障的问题，因此，本文提出了一种电力监控系统解决电力系统电网越级跳闸故障的方案，来有效解决电力系统电网出现的越级跳闸。

关键词：电网；电力监控系统；越级跳闸；方案

引言

越级跳闸是电力系统电网经常出现的问题，严重威胁着供电安全。越级跳闸现象虽然在电力系统电网一直引起广泛关注，对这方面的研究也一直没有停止，而产生越级跳闸的原因多种多样，单一的方案并不能从根本上解决越级跳闸现象。因此，可以采用电力监控系统，可有效解决越级跳闸问题。

1产生越级跳闸的原因

电力系统电网供电产出现越级跳闸的主要原因有以下几个方面：（l）电力系统电网供电线路较短，速断定值整定不开，线路发生短路后，开关各级变电所之间检测到的电流基本相同，造成哪个开关先检测到哪个开关先跳闸，引起越级跳闸。（2）电压波动引起大面积跳闸，由于开关内的失压保护是瞬动的，没有延时，当线路电压波动时会此起大面积开关跳闸。雷雨天气，打雷造成电压闪动，引起大面积跳闸；短路，由于短路电流较大，会引起电压急剧下降；大型设备启动，一些大型设备不加任何措施启动时会引起线路电压波动较大；（3）保护误动，由于保护器电磁兼容性差或性能指标差造成误动。电力系统电网使用的保护安装于开关本体内部，电源取自开关本身的PT，电源受电源供电线路影响较大。电力系统电网使用变频器、软启动等非线性设备，而这些设备对电网的污染是巨大的，会产生非常强的二次谐波，而保护装置如果电磁兼容性不好，造成误动、精度下降等问题。（4）开关拒动：开关机械原因，或保护器算法原因保护器不动。

2简单供电系统防越级跳闸方案分析

2.1时间级差方案

适用于长距离供电系统，对馈电线路继电保护范围的确定是通过对各级保护整定不同的电流值和延时动作值来实现的。如果将时间级差方案应用在电力系统电网短线路供电上会存在非常大的弊端：第一，由于供电距离较短，本级保护和下级保护的短路电流相差不大，无法用短路电流值的大小来确定保护范围，只能通过不同的延时动作值来确定保护范围，要求每相邻的两级保护之间有个时间级差，当保护级数较多时，为了保证保护的选择性，线路首端的保护的延时就会很大，无法满足继电保护快速性的要求，如果保证了首端的快速性则无法保证末端动作的选择性。对于一个电力系统电网，如果每一级延时级差为150 ms，变电所要给出大于0.6 s的时间，否则将直接导致地面变电所跳闸。考虑变电所总分开关为一级的话，对于普通供电级数要远大于三级，这样延时时间会更长，当发生短路故障时可能直接烧毁设备，使事故扩大。第二，设置繁琐，实用性差，每个总开关、馈线开关均需进行不同的设置，只要有一个错误将直接导致越级跳闸。因此，时间级差方案不适于在井下使用。

2.2光纤纵差方案

实现光纤纵差保护需要两端的保护采样必须严格同步，靠两端电流的矢量差来判断故障是否發生在本段线路的保护范围之内，主要适用于纵向一对一的2个开关之间。对电力系统电网供电系统来说，一般是一条进线带多条出线，如果实现纵差保护，则需要实现一对多，采样同步非常困难，即使实现采样同步，一个开关的电流矢量值和多个开关的电流矢量值比较的过程也会造成采样不同步。光纤纵差保护主要用于输电线路，对于这种场合来说，上下级开关之间的电流差别是非常小的，不考虑线路的损耗，电流之差应该接近于0。但对于一对多的配电线路，进线开关和每个出线开关的电流相差的大小主要表现在出线的多少和每条出线所带负荷的大小，这种方式使光纤纵差的判断依据失效，所以光纤纵差方案也不适用于井下供电场合。

3电力监控系统防越级跳闸方案分析

3.1解决短线路供电发生短路时引起的越级跳闸

该系统提供一种通过网络通讯方式确定继电保护范围的方法，在保证馈电线路末端故障动作选择性的同时保证线路首端故障的快速性。

第一，工业以太环网+本安型现场总线技术。利用现有的千兆工业以太环网可以为自动化系统提供足够的带宽，并提供vLAN、Qos优先级、IGMP等功能配置，确保监控系统数字量信息传输的实时性。利用CAN总线即控制器局域网，因为其有以下特点：以N为多主方式工作。节点损坏后会自动关闭输出。对总线上其他节点无影响，不会造成整个总线通讯瘫痪，而且可以直接发现故障节点。采用短帧结构进行数据传输，每帧数据都有CCR校验及其他检错措施，抗干扰性强，确保数据传输可靠性。CNA采用非破坏性总线仲裁技术，在网络负载很重的情况下也不会出现网络瘫痪情况。CNA可实现点对点、一点对多点及全局广播等多种方式传送接收数据。以N的直接通信距离最远可达10km，不加中继有7km的实际应用。

“零延时”传输概念基于工业以太环网十工业现场总线做为数据平台，我们提出了“零延时”传输概念，即实现数据传输Oms延时，在整个系统内，任意节点发送的数据网络内的其他节点均内无延时的收到，但是“零延时”只是一种理想，由于专输速率、数据转发都会对信息产生延时，经过大量深入研究和测试，可以实现对速断信号在40ms内发送到网络内任意节点，即系统内的所有开关在发生短路后的40ms均内识别出短路点所在位置而确定自己是否直接动作还是投入后备保护，从而实现真正的预防越级跳闸。采用特殊的软件算法，能确保发生短路后综保出口时间为2Oms左右，而加上系统判断时间40ms，即可认为综保出口时间为6Oms，小于规程规定的1OOms，且在线路末端采用无延时速断保护，故采用本方案能保证整个电力系统电网安全供电。

第二，实现方法。本方法步骤如下：馈电线路各级保护装置通过CAN总线连接至相应的通讯分站，通讯分站通过以太网方式连接至交换机，经交换机连接至主站监系统；在主站监控系统中根据网络拓扑设置馈电开关各级保护装置之间的关联关系，只在一条馈线上的各级保护装置之间相互关联，不同馈线上的保护装置之间没有关联关系，馈线首端保护不设关联，馈线上其他保护只关联他的上一级保护装置；设置关联延时，馈电线路末端保护关联延时为零，其他保护均设置关联延时Tgl；保护装置检测到电流满足动作条件时主动向通讯分站发送检测到故障信号，关联延时开始计数，并在关联延时时间内等待闭锁动作信号；分站收到保护装置送出的故障信号后立即向上传送，主站收到后根据预设的关联关系向被关联的装置发送闭锁信号；保护装置如果收到闭锁信号则证明故障发生在它的下一级保护之后则闭锁速断保护出口，如果在Tgl延时范围内没有收到闭锁信号，则在Tgl延时到时立即发送跳闸出口命令切断故障。这种方法无论该馈电线路上有多少级保护，只需要一个时间级差用于躲过保护判断时间、继电器出口时间和开关机械机构动作时间就能确定故障范围并及时切除故障从而保证保护动作的选择性和快速性。

3.2解决由于电压波动引起的越级跳闸

取消开关内部无延时的失压脱扣装置，使用具有失压延时的保护装置。根据电力系统电网相关设计手册，设置0.5s-1s的失压延时，解决由于电压波动引起的越级跳闸。采用本方案要求保护装置的后备延时切实可靠，对保护装置内部器件选型有严格的要求。

3.3当开关发生拒动时的解决方案

系统要充分考虑当开关由于机械故障引起拒动时产生的越级跳闸，当发生这种不可抗拒的原因引起越级跳闸时，系统应能准确、迅速定位故障点，使无故障的开关能及时送电，故障开关送不上电，防止试送电引起二次故事故。同时系统应考虑多级开关同进发生拒动时的情况，针对不同的情况采用不同的后备方案，将事故缩小到最小范围。

结语

总之，电力系统电网监控系统防越级跳闸非常重要，随着电力系统电网的不断发展，电力监控系统还要不断地扩展和完善，最终实现电力系统电网电力监控自动化的目标，保证供电安全。

参考文献

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