技术领域
[0001] 本
发明属于电
力系统保护技术领域，特别涉及一种中低压系统开关柜引发弧光故障时的
电弧光保护技术。
背景技术
[0002] 中低压开关柜由于结构紧凑，发生
短路故障时，往往伴随较强的弧光故障，在开关柜发生故障时，大多情况需要靠上一级的后备保护来
切除。如果故障无法及时切除，短时间内弧光故障释放出巨大的
能量，足以烧毁开关柜，导致供电恢复时间很长，造成很大的经济损失以及影响。弧光保护以弧光和
故障电流为双判据，在发生弧光短路故障时，可以在毫秒级切除故障，不会对开关柜造成很大的影响。随着配电
电网越来越受到重视，弧光保护在中低压开关柜中越来越被广泛地使用。
[0003] 传统弧光保护分为
母线弧光保护和间隔区弧光保护。母线弧光保护一般情况按照母线段进行配置。发生母线区弧光故障时，弧光保护需跳开母线进线或分段开关。母线弧光保护需要在开关柜母线区安装弧光
传感器，弧光传感器采集到弧光
信号通过弧
光信号传输光纤直接或间接地通过弧光扩展单元连接至弧光保护装置。这种情况下弧光
信号传输光纤的敷设往往需要在柜内和柜体之间布线，传感器数量较多时，传感器信号传输光纤敷设施工量会很大。
[0004] 在开关柜间隔区，即在开关柜
断路器下方发生弧光故障时，属于间隔区弧光故障，这种情况只需跳开本间隔开关就可以隔离弧光故障，若跳开母线进线或者分段开关会导致停电范围扩大。近些年来，国内有些学者或二次设备供应商提出将弧光保护功能融合在各间隔区综合保护装置当中，来实现间隔区弧光故障的快速隔离。并且这种技术也在工程中得到应用。间隔区综合保护装置以本间隔的负荷电流为辅助判据，结合安装在本间隔断路器下方的弧光传感器采集到的间隔区弧光信号，来判断本间隔是否发生弧光故障。当发生故障时，及时跳开本间隔开关来切除弧光故障。但弧光故障若发生在本间隔断路器与CT之间时，由于本间隔CT采集不到故障电流，往往导致弧光保护功能拒动而无法及时切除故障。
发明内容
[0005] 针对母线弧光保护和间隔区弧光保护现有方案的不足，本发明提出一种基于过程层GOOSE网络的中低压开关柜弧光保护系统及方法，通过使用间隔层综合保护装置实现开关柜母线区、间隔区弧光信号采集，以大大减少弧光信号传输光纤敷设的工作量；弧光主控单元根据间隔层综合保护装置采集到的弧光信号实现母线区和间隔区的弧光保护，使用母线进线或分段电流作为辅助判据，避免间隔区发生弧光死区故障导致装置拒动的影响，同时基于过程层GOOSE网络的信号传递可以减少
电缆的敷设。
[0006] 为了达成上述目的，本发明的解决方案是：一种中低压开关柜弧光保护方法，所述中低压开关柜安装有一套或者数套弧光传感器，所述方法包括如下步骤：
[0007] (1)弧光传感器将采集的弧光信号通过弧光信号传输光纤传输给本间隔的[0008] 间隔层综合保护装置；
[0009] (2)间隔层综合保护装置根据采集到的弧光信号，判断弧光信号是否动作；
[0010] (3)间隔层综合保护装置将弧光动作信号封装成符合IEC61850标准的[0011] GOOSE信号，并通过过程层GOOSE网络发送给弧光主控单元；
[0012] (4)弧光主控单元实时接收并解析间隔层综合保护装置发送的弧光动作信[0013] 号，结合辅助电流判据，进行逻辑判断，根据判断结果发出GOOSE跳令；
[0014] (5)间隔层综合保护装置在接收到弧光主控单元的GOOSE跳令后，执行进[0015] 线、分段或各支路间隔的开关跳闸指令。
[0016] 进一步地，所述间隔层综合保护装置首先将接入的弧光传感器进行分类，将监视母线区的弧光传感器采集到的信号划分为母线区弧光信号，将监视支路间隔区的弧光传感器采集到的信号划分为支路间隔区弧光信号。
[0017] 进一步地，所述间隔层综合保护装置对所有接入的弧光信号采集回路实时自检，若某个传感器损坏或弧光传输通道异常情况下，间隔层综合保护装置不对该路弧光信号进行动作逻辑判别，并及时发出报警信号，发生异常的弧光信号采集回路不影响其他回路的弧光信号采集以及
信号处理。
[0018] 进一步地，步骤(2)中，所述间隔综合保护装置将采集的弧光信号与预设的
门槛比较，或将采集的弧光信号变化量与预设的变化量门槛作比较，判断弧光信号是否动作。
[0019] 进一步地，所述步骤(2)中还包括，当判断有弧光信号动作时，所述间隔层综合保护装置对采集到的弧光信号进行录波。
[0020] 进一步地，步骤(4)中，在发生弧光故障时，所述弧光主控单元根据接收到的弧光GOOSE信号快速
定位至发生弧光故障的开关柜，并判断故障属于母线区故障还是支路间隔区故障；弧光主控单元采集中低压母线的进线和分段电流作为辅助判据，根据系统主接线以及运行方式判断跳开母线进线开关、分段开关或各支路间隔的开关，并发出GOOSE跳闸信号给间隔层综合保护装置。
[0021] 进一步地，步骤(5)中，进线综合保护装置接收到弧光主控单元的GOOSE跳闸命令后，跳开进线开关，分段综合保护装置接收到弧光主控单元的GOOSE跳闸命令后，跳开分段开关，各支路综合保护装置接收到弧光主控单元的GOOSE跳闸命令后，跳开各个支路间隔的开关。
[0022] 进一步地，在开关柜未配置综合保护装置情况下，设置弧光采集单元替代间隔层综合保护装置实现所述步骤(1)、(2)(3)、(5)的所有功能。
[0023] 本发明同时提出了一种中低压开关柜弧光保护系统，包括弧光主控单元、间隔层综合保护装置、弧光传感器、弧光信号传输光纤、过程层GOOSE网络其中：
[0024] 所述弧光传感器安装在开关柜中，用于采集弧光信号，弧光传感器通过弧光信号传输光纤连接至本间隔的间隔层综合保护装置，中低压开关柜根据需要安装一套或数套弧光传感器；
[0025] 所述间隔层综合保护装置对采集的弧光信号进行处理，判断弧光信号是否动作，并将处理后的弧光动作信号封装成符合IEC61850标准的GOOSE信号，通过过程层GOOSE网络发送给弧光主控单元；
[0026] 所述弧光主控单元实时接收并解析各个间隔层综合保护装置发送的弧光动作信号，结合辅助电流判据，进行逻辑判断，发出GOOSE跳令；
[0027] 所述间隔层综合保护装置在接收到弧光主控单元的GOOSE跳令后，执行进线、分段或各支路间隔的开关跳闸指令。
[0028] 进一步地，所述间隔层综合保护装置根据母线区和支路间隔区将接入的弧光传感器进行分类，对接入弧光传感器信号采集回路实时自检，在判断弧光信号动作时对采集到的弧光信号进行录波。
[0029] 进一步地，所述弧光主控单元接收各个间隔层综合保护装置发出的弧光GOOSE信号，结合中低压母线进线和分段电流辅助判据、系统主接线以及运行方式进行逻辑判断，选择跳开母线进线开关、分段开关或各支路间隔的开关，同时发出GOOSE跳闸信号给间隔层综合保护装置。
[0030] 进一步地，进线综合保护装置接收到弧光主控单元的GOOSE跳闸命令后，跳开进线开关，分段综合保护装置接收到弧光主控单元的GOOSE跳闸命令后，跳开分段开关，各支路综合保护装置接收到弧光主控单元的GOOSE跳令后，跳开各个支路间隔的开关。
[0031] 进一步地，所述系统还包括弧光采集单元，在开关柜未配置间隔层综合保护装置情况下，所述弧光采集单元替代间隔层综合保护装置实现其在低压开关柜弧光保护系统中的相关功能。
[0032] 本发明同时提出了一种弧光采集单元，所述弧光采集单元包括信号采集模
块、弧光信号处理模块、弧光GOOSE信号封装及发送模块、GOOSE跳令接收以执行模块，其中：
[0033] 所述信号采集模块，用于接收弧光传感器发送的弧光信号；
[0034] 所述弧光信号处理模块，用于对采集的弧光信号进行处理，判断弧光信号是否动作；
[0035] 所述弧光GOOSE信号封装及发送模块，用于将处理后的弧光动作信号封装成符合IEC61850标准的GOOSE信号，通过过程层GOOSE网络发送给弧光主控单元；
[0036] 所述GOOSE跳令接收机及执行模块，用于在接收到弧光主控单元的GOOSE跳令后，执行进线、分段或各支路间隔的开关跳闸指令。
[0037] 进一步地，所述弧光采集单元还包括弧光信号采集回路自检模块；所述弧光信号采集回路自检模块，用于对所有接入的弧光信号采集回路实时自检，检测是否有某个传感器损坏或弧光传输通道异常情况。
[0038] 进一步地，所述弧光采集单元还包括弧光信号分类模块；所述弧光信号分类模块用于，对接入的弧光传感器进行分类，将监视母线区的弧光传感器采集到的信号划分为母线区弧光信号，将监视支路间隔区的弧光传感器采集到的信号划分为支路间隔区弧光信号。
[0039] 进一步地，所述弧光采集单元还包括弧光信号录波模块；所述弧光信号录波模块，用于在弧光信号处理模块判断出弧光信号动作时对采集到的弧光信号进行录波。
[0040] 采用上述方案后，本发明有如下有益效果：弧光信号传输光纤敷设只需在柜内敷设，大大减少光纤敷设工作量；弧光主控单元可以实现母线区以及间隔区弧光保护，发生故障时可以选择性跳开进线开关、分段开关或各间隔开关，在隔离故障同时尽量缩小停电范围。采用该方案还可以避免开关柜CT与开关之间的死区发生弧光故障导致装置拒动的影响。弧光主控单元下发GOOSE跳闸指令由各间隔综合保护装置实现跳闸，可以有效较少电缆敷设，在减少施工量同时，有明显经济效益。
附图说明
[0041] 图1是本发明的中低压开关柜弧光保护方法具体
实施例；
[0042] 图2是本发明的整体架构图；
[0043] 图3是本发明的应用接线示意图。
具体实施方式
[0044] 以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
[0045] 如图1所示为本发明的中低压开关柜弧光保护方法具体实施例，本发明提供[0046] 一种中低压开关柜弧光保护方法在中低压开关柜安装一套或者数套弧光传[0047] 感器，本发明的方法具体实施例，包括如下步骤：
[0048] S1、弧光传感器将采集的弧光信号通过弧光信号传输光纤传输给本间隔的间[0049] 隔层综合保护装置；
[0050] S2、间隔层综合保护装置根据采集到的弧光信号，判断弧光信号是否动作；
[0051] S3、间隔层综合保护装置将弧光动作信号封装成符合IEC61850标准的GOOSE[0052] 信号，并通过过程层GOOSE网络发送给弧光主控单元；
[0053] S4、弧光主控单元实时接收并解析间隔层综合保护装置发送的弧光动作信号，[0054] 结合辅助电流判据，进行逻辑判断，根据判断结果发出GOOSE跳令；
[0055] S5、间隔层综合保护装置在接收到弧光主控单元的GOOSE跳令后，执行进[0056] 线、分段或各支路间隔的开关跳闸指令。
[0057] 间隔层综合保护装置首先将接入的弧光传感器进行分类，将监视母线区的弧光传感器采集到的信号划分为母线区弧光信号，将监视支路间隔区的弧光传感器采集到的信号划分为支路间隔区弧光信号。
[0058] 间隔层综合保护装置对所有接入的弧光信号采集回路实时自检，若某个传感器损坏或弧光传输通道异常情况下，间隔层综合保护装置不对该路弧光信号进行动作逻辑判别，并及时发出报警信号，发生异常的弧光信号采集回路不影响其他回路的弧光信号采集以及信号处理。
[0059] 步骤S2中，间隔综合保护装置将采集的弧光信号与预设的门槛比较，或将采集的弧光信号变化量与预设的变化量门槛作比较，判断弧光信号是否动作。
[0060] 步骤S2中还包括，当判断有弧光信号动作时，所述间隔层综合保护装置对采集到的弧光信号进行录波。
[0061] 步骤S4中，在发生弧光故障时，所述弧光主控单元根据接收到的弧光GOOSE信号快速定位至发生弧光故障的开关柜，并判断故障属于母线区故障还是支路间隔区故障；弧光主控单元采集中低压母线的进线和分段电流作为辅助判据，根据系统主接线以及运行方式判断跳开母线进线开关、分段开关或各支路间隔的开关，并发出GOOSE跳闸信号给间隔层综合保护装置。
[0062] 步骤S5中，进线综合保护装置接收到弧光主控单元的GOOSE跳闸命令后，跳开进线开关，分段综合保护装置接收到弧光主控单元的GOOSE跳闸命令后，跳开分段开关，各支路综合保护装置接收到弧光主控单元的GOOSE跳闸命令后，跳开各个支路间隔的开关。
[0063] 在开关柜未配置综合保护装置情况下，设置弧光采集单元替代间隔层综合保护装置实现上述步骤S1、S2、S3、S5的所有功能。
[0064] 本发明还提出了一种中低压开关柜弧光保护系统，包括弧光主控单元、间隔层综合保护装置、弧光传感器、弧光信号传输光纤、过程层GOOSE网络其中：
[0065] 所述弧光传感器安装在开关柜中，用于采集弧光信号，弧光传感器通过弧光信号传输光纤连接至本间隔的间隔层综合保护装置，中低压开关柜根据需要安装一套或数套弧光传感器；
[0066] 所述间隔层综合保护装置对采集的弧光信号进行处理，判断弧光信号是否动作，并将处理后的弧光动作信号封装成符合IEC61850标准的GOOSE信号，通过过程层GOOSE网络发送给弧光主控单元；
[0067] 所述弧光主控单元实时接收并解析各个间隔层综合保护装置发送的弧光动作信号，结合辅助电流判据，进行逻辑判断，发出GOOSE跳令；
[0068] 所述间隔层综合保护装置在接收到弧光主控单元的GOOSE跳令后，执行进线、分段或各支路间隔的开关跳闸指令。
[0069] 所述间隔层综合保护装置根据母线区和支路间隔区将接入的弧光传感器进行分类，对接入弧光传感器信号采集回路实时自检，在判断弧光信号动作时对采集到的弧光信号进行录波。
[0070] 所述弧光主控单元接收各个间隔层综合保护装置发出的弧光GOOSE信号，结合中低压母线进线和分段电流辅助判据、系统主接线以及运行方式进行逻辑判断，选择跳开母线进线开关、分段开关或各支路间隔的开关，同时发出GOOSE跳闸信号给间隔层综合保护装置。
[0071] 进线综合保护装置接收到弧光主控单元的GOOSE跳闸命令后，跳开进线开关，分段综合保护装置接收到弧光主控单元的GOOSE跳闸命令后，跳开分段开关，各支路综合保护装置接收到弧光主控单元的GOOSE跳令后，跳开各个支路间隔的开关。
[0072] 所述系统还包括弧光采集单元，在开关柜未配置间隔层综合保护装置情况下，所述弧光采集单元替代间隔层综合保护装置实现其在低压开关柜弧光保护系统中的相关功能。
[0073] 如图2所示，为本发明的低压开关柜弧光保护系统一个具体实施例，包括间隔层综合保护组装置10-20，弧光采集单元30，弧光主控单元40，GOOSE网络50，弧光传输光纤60，弧光传感器70。
[0074] 根据需要，在中低压开关柜安装一套或者数套弧光传感器70，弧光传感器70将采集的弧光信号通过弧光信号传输光纤60传输给本间隔综合保护装置10-20；
[0075] 所述间隔层综合保护装置10-20首先将接入的弧光传感器70进行分类，将监视母线区的弧光传感器采集到的信号划分为母线区弧光信号，将监视支路间隔区的弧光传感器采集到的信号划分为支路间隔区弧光信号。
[0076] 所述间隔层综合保护装置10-20对所有接入的弧光信号采集回路实时自检，若某个传感器损坏或弧光传输通道异常情况下，间隔层综合保护装置不对该路弧光信号进行动作逻辑判别，并及时发出报警信号，发生异常的弧光信号采集回路不影响其他回路的弧光信号采集以及信号处理。
[0077] 所述间隔综合保护装置10-20将采集的弧光信号与预设的门槛比较，或将采集的弧光信号变化量与预设的变化量门槛作比较，判断弧光信号是否动作。当判断有弧光信号动作时，所述间隔层综合保护装置10-20启动，对采集到的弧光信号进行录波。
[0078] 所述间隔层综合保护装置10-20将处理后的弧光动作信号封装成符合IEC61850标准的GOOSE信号，并通过过程层GOOSE网络50发送给弧光主控单元40。
[0079] 所述弧光主控单元40接收各间隔层综合保护装置10-20发出的弧光GOOSE信号，在发生弧光故障时，弧光主控单元40根据接收到的弧光GOOSE信号快速定位至发生弧光故障的开关柜，并判断故障属于母线区故障还是支路间隔区故障，所述弧光主控单元40采集中低压母线的进线和分段电流作为辅助判据，所述弧光主控单元40根据系统主接线以及运行方式判断跳开母线进线开关、分段开关或各间隔的开关，所述弧光主控单元发出GOOSE跳闸信号给间隔区综合保护装置10-20。
[0080] 所述间隔层综合保护装置10-20在接收到弧光主控单元40的GOOSE跳闸命令后，执行进线、分段或各个间隔的开关跳闸，进一步地，进线综合保护装置接收到弧光主控单元的GOOSE跳闸命令后，跳开进线开关，分段综合保护装置接收到弧光主控单元的GOOSE跳闸命令后，跳开分段开关，各支路综合保护装置接收到弧光主控单元的GOOSE跳令后，跳开各个支路间隔的开关。
[0081] 在某些开关柜未配置综合保护装置情况下，所述弧光采集单元可以替代间隔层综合保护装置实现上述间隔层综合保护装置描述的所有功能。
[0082] 本发明的中低压开关柜弧光保护系统的另一个具体实施例如参考图3。
[0083] 如图3所述，一种中低压开关柜弧光保护系统，包括进线1、2综合保护装置，
馈线1、2综合保护装置，分段综合保护装置，弧光采集单元，弧光主控单元，弧光传感器，弧光传输光纤，过程层GOOSE网络。
[0084] 进线1、2综合保护装置，馈线1、2综合保护装置，分段综合保护装置在实现各自间隔的综合保护功能之外，还具备弧光信号采集及信号处理的能力。在本实施例中，在各个间隔开关柜的母线室、断路器室以及电缆室均安装一套弧光传感器，弧光传感器采集各开关柜小室的弧光信号，并通过弧光传输光纤连接至本间隔综合保护装置。安装在开关柜母线室的弧光传感器采集到的信号为母线区弧光信号，安装在开关柜电缆室弧光传感器采集到的信号为间隔区弧光保护信号。若弧光故障发生在断路器室，有以下两种情况：若故障发生在开关机构下触头，断开本间隔开关即可隔离故障；若故障发生在开关柜上触头，需要切除本母线进线或分段开关才能切除故障。为防止开关柜上触头故障，断开本间隔开关无法及时隔离故障，而可能导致故障范围继续扩大，本文将断路器室的弧光传感器采集的弧光信号也归为母线区弧光信号。
[0085] 各间隔层综合保护装置对所有接入的弧光信号采集回路实时自检，若某个传感器损坏或弧光传输通道异常情况下，间隔层综合保护装置不对该路弧光信号进行动作逻辑判别，并及时发出报警信号，发生异常的弧光信号采集回路不影响其他回路的弧光信号采集以及信号处理。
[0086] 各间隔层综合保护装置在采集到本间隔所有弧光传感器的弧光信号后，进行
采样滤波，并将光强
模拟信号换算成对应的光照度(单位为Lux)。综合保护装置根据采集到的光照度与预设的门槛比较，或将采集的光照度变化量与预设的变化量门槛作比较，判断弧光信号是否动作。在该实施例中当弧光传感器采集的光强信号变化量大于设定的光照度变化量时，判定弧光信号动作。各综合保护装置将处理后的弧光动作信号封装成符合IEC61850标准的GOOSE信号。
[0087] 进线1、2综合保护装置，馈线1、2综合保护装置、分段综合保护装置和弧光主控单元通过以太网建立过程层GOOSE网络，各综合保护装置通过GOOSE网络将弧光GOOSE信号传送给弧光主控单元。
[0088] 本实施例中，弧光主控单元采集进线1和进线2的电流作为弧光保护的辅助电流判据。弧光主控单元实施监测各间隔综合保护装置的弧光GOOSE信号。发生弧光故障时，弧光主控单元根据弧光GOOSE信号快速定位至发生故障的开关柜，并确定弧光故障发生在母线区还是间隔区。
[0089] 发生弧光故障有以下情况：
[0090] 故障若发生在开关柜的母线室或开关室，即属于母线区故障。弧光主控单元根据辅助电流判据，发出GOOSE跳令，进线1、2综合保护装置或分段综合保护装置接收到弧光主控单元的GOOSE跳令后，跳开进线1进线开关，或进线2进线开关，或分段开关。
[0091] 故障若发生在馈线开关柜电缆室，即属于间隔区故障。弧光主控单元根据辅助电流判据。发出GOOSE跳令。发生故障的综合保护装置接收到弧光主控单元的GOOSE跳令，跳开本间隔开关。特别地，在馈线柜CT与断路器的死区之间发生弧光故障时，弧光主控单元可以接收到馈线发送的弧光GOOSE动作信号，结合弧光主控单元采集的进线电流，依然可以判断出发生弧光故障，从而发出GOOSE跳令，跳开馈线间隔开关。
[0092] 本发明还公开了一种弧光采集单元，所述弧光采集单元包括信号采集模块、弧光信号处理模块、弧光GOOSE信号封装及发送模块、GOOSE跳令接收以执行模块，其中：
[0093] 信号采集模块，用于接收弧光传感器发送的弧光信号；
[0094] 弧光信号处理模块，用于对采集的弧光信号进行处理，判断弧光信号是否动作；
[0095] 弧光GOOSE信号封装及发送模块，用于将处理后的弧光动作信号封装成符合IEC61850标准的GOOSE信号，通过过程层GOOSE网络发送给弧光主控单元；
[0096] GOOSE跳令接收机及执行模块，用于在接收到弧光主控单元的GOOSE跳令后，执行进线、分段或各支路间隔的开关跳闸指令。
[0097] 弧光采集单元还包括弧光信号采集回路自检模块；所述弧光信号采集回路自检模块，用于对所有接入的弧光信号采集回路实时自检，检测是否有某个传感器损坏或弧光传输通道异常情况。
[0098] 弧光采集单元还包括弧光信号分类模块；所述弧光信号分类模块用于，对接入的弧光传感器进行分类，将监视母线区的弧光传感器采集到的信号划分为母线区弧光信号，将监视支路间隔区的弧光传感器采集到的信号划分为支路间隔区弧光信号。
[0099] 弧光采集单元还包括弧光信号录波模块；所述弧光信号录波模块，用于在弧光信号处理模块判断出弧光信号动作时对采集到的弧光信号进行录波。
[0100] 在某些开关柜未配置间隔区综合保护装置或某些间隔区综合保护装置不具备采集弧光信号的功能情况下，所述弧光采集单元可以替代间隔层综合保护装置，实现上述间隔层综合保护装置所描述的所有功能，即弧光信号采集、弧光信号采集回路自检，弧光信号分类、弧光信号处理、弧光信号录波，弧光GOOSE信号封装、弧光GOOSE信号发送、弧光主控单元GOOSE跳令接收以及跳闸等功能。在本实施例中，由于PT柜不配综合保护装置，为实现PT柜弧光保护，可由本发明所述弧光采集单元实现弧光信号采集。弧光采集单元采集PT柜弧光信号，通
过采样、滤波，判断弧光保护是否动作。弧光采集单元将弧光动作信号封装为符合IEC61850标准的GOOSE信号，并通过GOOSE网络发送给弧光主控单元。当PT柜发生弧光故障时，弧光主控单元发出GOOSE跳令，跳开进线或者分段开关。
[0101] 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。
