实现无中央单元分布式母线保护方法及其装置 本发明涉及一种高压电力变电站母线继电保护的方法及其装置，尤其涉及一种高压和超高压电力系统分布式母线保护现地单元之间的数据传输和采样同步实现的方法及其装置。
分布式母线保护在电力系统中已有成功应用的先例，如ABB公司的REB500型母线保护(《REB500型数字母线和断路器失效保护装置》，ABB网络控制与保护公司，1994年3月)及东京电力公司有人值班变电站系统(K.YANGIHASHI等，超高压变电所中协调的控制、保护和运行支持系统的应用，CIGRE 34-105,1996SESSION PAPERS)，它们都是由中央单元和现地单元组成，而中央单元的存在，不利于变电站继电保护现地安装、下放。有中央单元的分布式母线保护结构情况示意图见附图1。在文献《分布式微机母线保护的探讨》(电力系统自动化，第23卷，第21期，1999年11月)一文中提出了利用环行通讯网实现无中央单元分布式母线保护的设想，但没有具体的实施方案。利用环行通讯网实现无中央单元分布式母线保护的主要难点在于各现地单元之间大量的数据传输和现地单元之间采样同步性问题。
本发明的目的是提出通过单向数据流的环行通讯网实现无中央单元分布式母线保护的方法，该方法解决无中央单元分布式母线保护各现地单元之间数据传输和采样同步性问题。
本发明的目的由以下方案实现：
本发明是一种实现无中央单元分布式母线保护的方法，采用单向环网通讯方式，以累加方式完成现地单元之间的采样数据交换，并结合采样数据传递，进行现地单元之间数据采样的对时与同步。环网上诸现地单元中定义的首单元除数据采集与传递外负责采样同步时钟及采样同步监测，中间各现地单元参与数据采集、累加计算与传递，末单元除数据采集外负责故障判断，跳闸命令在网上传递实现。
在单向环网通讯完成各现地单元之间的采样数据交换时，采用数据累加方式实现。现地单元之间每传递一次数据即进行一次时钟校对，从而实现现地单元之间的采样同步；母线保护的选择元件和大差动元件采用相互独立地通讯网，即大差动和每个选择元件都有独立的通讯网络，其中大差动可采用双重化通讯网络。上述方法是由与母线上连接元件对应的现地单元和环行通讯网络组成的。
本发明和现有技术相比具有的优点在于：
采用本发明单向数据流的环行通讯的方法，可以实现无中央单元分布式母线保护，取消通讯量大硬件要求高的中央单元，进一步满足继电保护下放到间隔的要求。采用本发明分别累加传递制动量、差动量采样数据的方法，减少了数据通讯量，硬件构成简单、可靠。由于分布式微机母线保护实现了保护装置的完全就地分散安装，解决了厂站自动化系统中母线保护不易下放的难题，减少了主控室的占地面积，节省了二次电缆的敷设费用。母线保护就地下放布置，CT二次负载明显减少，CT饱和机会减少，提高了母线保护的安全性。
以下结合附图对本发明的实施例加以详述：
图1为有中央单元分布式母线保护结构示意图
图2为本双母线方式下无中央单元分布式母线保护结构示意图
图3为现地单元的主程序流程图
图4为现地单元的子程序流程图
图5为现地单元对外联系示意图
如图2所示：
无中央单元分布式母线保护由与所保护母线上连接元件相对应的现地单元和环行通讯网络组成，大差动和选择元件分别采用独立的通讯网络，构成应用于双母线的无中央单元的分布式母线保护。图中表明了现地单元在通讯网络上的位置，指出了在环行通讯网络上采用单向数据流向的实现方式。其中，各现地单元依次排列。当定义了第一号现地单元后，其它现地单元在环行通讯网络上的位置即确定。为适应母线保护高可靠性的要求，大差动通讯网络采用双重化方式。
为提高通讯效率，减少数据传输量，在环行通讯网络上可采用累加数据传输方式，对母线保护每一个采样点数据进行传递。第一号现地单元将某一时刻采集数据传递给第二号现地单元；第二号现地单元将本单元与第一号现地单元传送来的数据同一时刻采集的本单元数据和接收到的第一号现地单元传送来的数据相累加，并将累加结果传递给下一个现地单元；第三号现地单元将本单元与第一号现地单元传送的数据同一时刻采集的本单元数据和接收到的第二号现地单元传送来的累加数据再累加后将新累加结果传递给下一个现地单元，依次类推。最后一个现地单元即第n个现地单元完成累加计算后得到母线保护故障判别所需全部电气量，进行故障判断，同时将接收n-1现地单元数据情况发给第一号现地单元，以对采样同步情况进行监测。故障判别结果，可以由最后一个现地单元通过第一个现地单元通知其他现地单元并执行。
当采用比率制动原理时，应对母线保护的制动量和差动量分别进行累加计算并同时传递。此时，最后一个现地单元得到的是包含全部现地单元电气量的制动量和差动量，可以同集中式母线保护一样，构成比率制动式母线保护，也可以利用制动量的变化量作为故障探测元件，提高可靠性。
本发明可以利用环行通讯网络上对每一个采样点数据进行通讯传递的同时，以第一个现地单元时钟为基准，对各现地单元的时钟进行对时，即每通讯一次，各现地单元与第一个单元的时钟对一次时。第一个现地单元通过环行通讯网络收到最后一个单元的对时结果，可以对环行通讯网络的对时效果进行监测。由于母线保护采样间隔足够小，这种对时方式可以满足不同现地单元采样同步性的要求。
具体实施例：
哈德威四方保护与控制有限公司研制的CSBD100A型分布式母线保护装置采用了本发明所提出的方法。CSBD100A母线保护采取按间隔对应设计的思想，由与母线上连接元件相对应的若干个现地单元通过四个环型光纤通讯网连接构成，每个现地单元的软、硬件均相同，可互换。每个间隔单元的装置采用19/2英寸4U机箱。
在CSBD100A型分布式母线保护装置，采用比率制动原理，由两个单片计算机分别完成母线保护的大差动和选择元件功能，每个单片机均连接到两个环型光纤通讯网，大差动用单片机所在的环型光纤通讯网上传递所有母线上连接元件三相电流的制动量和差动量，两个环型光纤通讯网传递相同数据，以提高可靠性。选择元件用单片机所在的两个环型光纤通讯网传递的两个选择元件所对应母线上连接元件的三相电流的制动量和差动量，完成两个选择元件功能。由于采用累加数据传递技术，使得环型光纤通讯网传递的数据量大为减少，本例通讯网络采用通用的计算机串行通讯口辅以光电、电光转换器件实现。实现大差动和选择元件功能的单片机及其外围硬件构成完全一致，不同的现地单元具有相同的软件结构，选择元件根据本现地单元隔离开关位置判断所在母线并确定在哪一个通讯网上参预累加计算。现地单元软件流程图见附图3、4，现地单元对外联系示意图见图5。本实施例中，现地单元数据发送在主程序中完成，数据接收、累加计算和对时在中断程序中完成，各现地单元采样由专用定时器硬件控制。母线故障判别由定义的排号末尾的现地单元完成，该现地单元已得到构成比率制动原理所需的制动量和差动量，可以采用成熟的方法来实现。母线保护的动作命令也在环型光纤通讯网上传递。
其中，图5除指出了在双母线方式下现地单元之间大差动和选择元件分别通过光纤通讯网连接外，还注明了每一个现地单元需要接入的其它电气量，包括CT来的电流量、PT来的电压量，断路器和隔离开关位置，断路器失灵启动接点，以及输出的母线保护动作跳闸接点、母线保护动作和异常告警信号、去其它保护的接点(如用于线路纵联保护联动)、与变电站监控计算机通讯等。
上述的方法是由流程图现地单元主程序图3和子程序图4来实现的。