OC继电器协调的新方法

摘要

保护继电器的设计和制造也达到了一个新的先进水平;因此，最近出现了数字继电器。它们将所有的监视、控制和保护功能结合在一个设备中。此外，这些继电器具有基于IEC61850等通信协议使用GOOSE(通用面向对象变电站事件)消息相互通信以共享状态和命令的能力。本文根据数值继电器的多整定组特性和通信能力，提出了一种过流(OC)继电器协调方法。这个假设,馈线之间的协调工作,总线部分,和新来者保护继电器、单母线配置与总线的变电站分段隔离开关(即母线分段),取决于母线分段断路器的状态(CB)作为确定的标准积极继电器设置组,达到更快的脱扣动作。采用ETAP作为仿真软件环境。仿真结果表明，该方法在减少继电器清除电气故障所需的时间方面具有优越性。西门子SIPROTEC系列已被用作数字继电器的一个例子，具体为7SJ64作为OC继电器，存在于ETAP库中。

1.介绍

在微处理器和操作软件进入监控、控制和保护电力系统网络的设备制造之后，新的所谓的智能电网出现了。数字继电器是智能电网中最重要的部分，在这里它们可以执行以前由几个设备实现的高级功能，例如它们相互通信的能力，以提供一个完全控制的变电站。数值过流(OC)继电器具有OC继电器传统的故障状态检测功能，但速度更快，选择性更强，能够执行故障记录等多种功能[1］.

在不同类型的高压变电站中，交变保护被认为是馈线保护的一种主要保护继电器。变电站可以根据许多考虑因素进行分类，其中之一是母线配置;本工作中所考虑的是带有母线分段器(即母线分段)变电站的单母线，如图所示1．这种配置一般用于132/33/11 kV变电站的33、11 kV侧。它具有增加系统可靠性的优点，通过在任何缺陷期间保持潮流功率，通过关闭母线段提供负载连续性[2］.集成数字保护的智能电网为保护整定和协调提供了新方法;在[3.采用中央控制器的配电网与基于IEC 61850的ied进行通信，为继电器提供自适应设置，以减轻系统配置的变化。文献[4]提出改变预置继电器整定组，以适应继电器与配电发电机(dg)连接状态的协调。在[5，研究人员提出了一种方法，为继电器找到最佳设置以获得自适应继电器，从而在基于IEC 61850的通信的帮助下面对系统的重大变化。在[6提出了一种硬件在环在线自适应方法，使继电整定可与DG连接引起的系统变化互换性。[7的目的是通过借助可用的通信系统而不是使用有限数量的整定组来改变有源继电器整定的参数，从而提高继电器对更多系统状态的自适应能力。文献[8]使用高级功能的智能电网,以减轻影响DG的分销网络和模糊规则的优点基于预定的继电器设置组的计算,在遗传算法用于解决继电器由于DGs的存在协调问题。在另一项研究中[9，作者考虑改变继电器整定组，以使继电器协调适应DG连接导致的不同系统配置;采用遗传算法和线性规划的混合方法，将每个系统配置划分为几个可用的继电器整定组。论文(10- - - - - -12提出了一种基于不同优化算法的保护协调新方法。第一种是利用Lightning Flash算法为配电系统提供OC继电器协调，找出该继电器的最佳TMS和PS，并与其他算法(PSO和GA)进行比较。

第二步采用自然根树算法，以减少继电器清除故障所需的时间。基于遗传算法和粒子群算法，提出了一种基于中继网络的OC中继协调算法。在[13]，研究人员提出了一种利用IEC 61850 GOOSE消息进行微电网保护的方法，克服了多电源的协调困难，并通过测试系统进行了验证。另一项研究[14]提出了一种自适应方法，根据dg连接状态通过二进制输入改变继电器的整定组，仅针对基于所提出的灵敏度矩阵的dg关闭继电器。在[15研究了DG对方向过流继电器协调的影响，提出了一种基于微遗传算法和先进的数字继电器监测特征的自适应继电器整定方法来改变继电器整定。

本文提出了一种带有母线段的单母线系统中数值OC继电器协调的新方法;由于该方法依赖于代表保护继电器的IEDs (Intelligent Electronic Devices)之间的IEC 61850通信协议，新的协调方法主要依靠数字继电器处理多个整定组的能力，并根据具体的输入信号分配有功组。

2.SIPROTEC系列数字继电器

西门子公司拥有新一代保护装置“SIPROTEC系列”，其中包括多种类型的保护继电器:距离、差动、断路器故障、OC等。SIPROTEC 4系列中有不同版本的继电器;本文所考虑的7SJ64继电器，用于配电网的OC保护;并具有近20种功能的监控功能2显示继电器功能图和继电器输入从电力系统测量和开关设备。继电器有许多输入输出二进制元件，通过这些元件继电器可以接收和发送来自或发送其他设备的指令，并且二进制元件的数目因型号而异[16］.该继电器还具有在继电器运行过程中通过改变其有功整定组来适应系统条件的能力。通过二进制输入或串行通信协议，由于内部继电器决定或外部系统设备，设置组之间的切换可能发生。

数字3.显示7SJ64继电器的前视图，因为很明显，继电器有一个视觉交互的前显示。继电器背面包含通信端口，通过基于以太网的IEC61850协议与其他系统设备进行通信，这将在下一节详细说明。

SIPROTEC数字继电器的配置可以通过计算机在所谓的DIGSI软件的帮助下完成，该软件允许用户通过非常简单的人机界面软件设置、调试、控制和路由数字继电器，如图所示4．对于OC继电器的整定和协调，需要对系统中的每个继电器进行插头整定(PS)和时间乘法器整定(TMS)。PS取决于最大负荷，可以通过潮流研究确定，而TMS是根据继电器之间需要的区分时间裕度计算的。

OC继电器正反特性整定计算公式如下5显示继电器时间-电流曲线。

或者用time- psm曲线求出继电器的时间，再求出继电器的实际时间，如下所示:

时间裕度为0.2-0.4秒，用于提供继电器之间的选择性。

3.中继通信协议

技术的进步使得保护继电器自身之间以及与中央变电站控制器之间的通信更加可靠和容易。最著名和可用的全球通信协议之一是IEC 61850标准。有了这个协议，数据可以直接在各槽之间传输，以提供系统联锁。数字6通过以太网- iec61850协议显示继电器和系统控制器之间的连接，因为继电器能够为点对点中继通信发送“GOOSE”(通用的面向对象的变电站事件)消息[18，19］.

使用IEC61850协议带来了几个优点，特别是在降低成本方面，因为过去依赖电线连接和辅助接触器的应用现在通过局域网连接来实现高速。数字7显示了IEC61850应用程序的示例[20.］.

4.OC继电器协调的传统方法与建议方法

如前所述，新的OC协调方法基本上取决于数字继电器的两个高级特性;它们有能力通过通信协议IEC 61850和多个设置组相互通信，并且活动设置组可以通过通信协议控制的命令决定。让我们考虑一个单母线系统与母线分段配置如图所示8为了解释所提出的方法;该图显示了132/33/11 kV变电站的单线图，每个部分(即馈线(F)、进线(INC)、母线段(BS)和变压器馈线(TRF))都有保护继电器。在这种母线配置下，当一个变压器因任何原因(如内部故障或维修)而退出运行时，母线分段断路器(CB)可以设置为ON状态，以保持另一个在运行的变压器到馈线的电源连续性。

首先让我们开始展示继电器协调的常规方法;馈线继电器(F R)的TMS必须设置为最小适用值，然后BS继电器根据安全裕度得到下一个TMS值;在TMS的分级继续通过INC继电器，直到TRF继电器被认为是最后的后备保护。很明显，旧的协调方法没有考虑母线段CB状态，无论是否在运行，都会导致作为后备保护的INC继电器运行延迟。

所提出的协调方法考虑母线段CB状态，因为当母线段不工作时，是最可操作的情况，在协调中不需要考虑BS继电器，以加快INC继电器的运行。这可以通过使位于BS两侧的两个变压器的输入端有一个调整设置(即有两个设置组)的INC继电器来实现;主动整定组取决于母线区段CB的状态，通过将所有变电站继电器连接在一起的IEC 61850通信链路，由GOOES消息发送给INC继电器。如果母线区段CB接通，则INC继电器有功整定组可一个使继电器的协调与传统方法相同，否则主动整定组为B由于TMS分级将从F继电器开始对INC继电器进行分级，而不考虑BS继电器，因此通过忽略BS继电器的协同来加快INC继电器的运行。数字9给出了所提出的继电器协调方法与传统方法的TMS分级流程图。

5.仿真结果

为了验证所提出的协调方法的优越性，利用ETAP软件对Figure的学习系统进行了仿真8．所有系统继电器都使用ETAP配合表中继电器拾取电流进行协调1；本表数据仅用于验证11kv侧相关工艺继电器。仿真中使用的是ETAP库中已有的西门子7SJ64数字保护继电器。关于继电器整定的计算没有详细说明，因为本文只涉及继电器协调的研究，没有考虑继电器整定程序。

仿真故障分析考虑了11 kV馈线1和馈线6(即变压器1和变压器2)的三相故障，两种情况分别为BS OFF和ON。对于传统的方法，对于如图所示的两种BS情况，只有一个协调程序10．表格2显示继电器操作时间和数字11和12说明上述两种情况在故障情况下的继电器操作顺序。

现在，对于提出的协调方法，当母线区段CB是ON时，使INC继电器在组内。一个，因为在这种情况下，继电器的协调和运行时间与图中传统的协调方法相似10．表格3.显示F6故障时继电器的TMS和操作时间。但是，当母线区段CB为OFF时，INC继电器将激活组"B，这将导致不同的继电器协调，如图所示13并得到F1故障时INC继电器运行时间的加速情况如表所示3.．

其清晰形式为INC继电器操作时间结果表2和3.该协调方法提高了继电器的工作时间，从而减少了继电器的工作时间。

6.结论

电力系统产、输、配控制、监测、保护等领域加快发展;另一方面，我们的保护战略必须根据这一发展而改变。因此，本研究利用数字保护继电器的新特点，对保护继电器的协调程序进行了更新。该方法已经应用132/33/11 kV变电所的发育阶段使用仿真软件,结果显示减少约0.2秒的公司的操作时间继电器由于多个设置组的使用机制,需要更少的时间继电器的清除故障,在辊,对高压昂贵设备(如变压器、CBs等)的寿命有直接影响。该方法可适用于不同的变电站配置，但必须在继电协调和运行时间方面有所改进。

数据可用性

用于支持本研究结果的ETAP软件数据可根据要求从通讯作者处获得。

的利益冲突

作者声明他们没有利益冲突。

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