CN107706891A - 一种用于环网柜的综合保护测控装置及方法 - Google Patents

一种用于环网柜的综合保护测控装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于环网柜的综合保护测控装置及方法,包括CPU;所述CPU与通讯模块、人机界面模块、保护模块、电源模块、电压电流采样模块、开入模块连接;所述保护模块包括采样线圈;所述采样线圈与所述CPU连接;所述CPU与过流保护软压板、过压保护软压板、重合闸软压板、低电压保护软压板、零序方向软压板、母线接地软压板、TV断线软压板、过负荷软压板通信。本发明可灵活实现各种保护与测控功能,适用于多种电压等级的线路保护。

Description

一种用于环网柜的综合保护测控装置及方法
技术领域
本发明涉及一种用于环网柜的综合保护测控装置及方法。
背景技术
我国配电网的发展是随城市建设规模及用电负荷增长和供电可靠性要求而提出的。由于城市规划脱节的历史原因,原有的配电网结构已经不能适应城市发展的需求,传统的配电方式是以辐射式为主,辐射式与树干式为辅的供电方式。由于多个用户接于一条电源线,一旦电源线发生故障或检修,必然造成干线线路后边的所有用户停电,供电可靠性差,为提高供电可靠性、减少架空支线接主线,目前主张方向是环网供电。
采用环网供电,此种方式使得供电可靠性大大提高,目前配电***供电损耗大、自动化程度低、故障处理回复慢,严重影响了供电企业的降耗和增效,远不能适应电力运行体制的市场化改革,对于逐步完善配电管理***,提高管理水平无疑具有重要意义。随着配电自动***的建设和发展,电缆环网供电将成为城市电网发展的方向。目前大多数的环网柜都还没有具备测控保护的功能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,针对现有技术不足,提供一种用于环网柜的综合保护测控装置及方法,灵活实现各种保护与测控功能。
为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:一种用于环网柜的综合保护测控装置,包括CPU;所述CPU与通讯模块、人机界面模块、保护模块、电源模块、电压电流采样模块、开入模块连接;所述保护模块包括采样线圈;所述采样线圈与所述CPU连接;所述CPU与过流保护软压板、过压保护软压板、重合闸软压板、低电压保护软压板、零序方向软压板、母线接地软压板、TV断线软压板、过负荷软压板通信。
相应地,本发明还提供了一种用于环网柜的综合保护测控方法,包括:
电流保护:当过流保护软压板在投入状态且电压电流采样模块采集的线路低压侧三相电流Ia、Ib、Ic其中一相电流大于电流设定值,且经过时延T后,保护出口控制外部断路器跳闸,从而起到保护作用;
过电压保护:当过压保护软压板在投入状态,电压电流采样模块采集的线路低压侧线电压Uab、Ubc、Uca其中一相电压大于电压设定值,且线路上电流大于0.2A,开入模块采集开关位置信号显示在合位时,经过时延T,若控制字过压保护动作投跳闸,则保护出口控制外部断路器跳闸,否则报警;
低电压保护:当低电压保护软压板在投入状态,Uab、Ubc、Uca其中一相电压小于设定值,且通过开入模块采集开关位置信号处于合位时,若线路上三相电流全部小于无门槛电流0.2A或低压保护没有经有流闭锁,则经过时延T后,保护出口控制外部短路器跳闸;
零序方向保护:在零序告警处于投入状态,零序电流和零序电压分别大于零序电流设定值、零序电压设定值,且零序电流和零序电压之间的夹角在195度到345度时,发出告警信号;
重合闸保护:
重合闸启动条件满足后,线路侧电压UL大于50V,当外部断路器两端的压差ΔU=│Um-UL│<2Uesin(φ/2)的持续时间大于重合闸延时时间,重合闸即发出合闸脉冲,其中φ为同期角度定值;
重合闸启动条件满足且持续时间大于重合闸延时后,若线路侧电压小于检无压定值,则重合闸发出合闸脉冲,如果任一相电压Ux大于检无压定值,则自动转为检同期重合闸,x=a,b,c;
当手动跳闸,遥控跳闸,过负荷,低周减载或低压减载动作时,自动闭锁重合闸功能;
母线接地告警:当母线接地告警软压板投入,且零序电压大于设定值,经过一段延时后,根据投退类型发出不同的告警信号;
TV断线告警及闭锁保护:TV断线告警投入时,当任意一相线电压小于70V,以及任意一相电流大于0.04In,经过一段延时后,根据投退类型发出不同的告警信号;
过负荷告警:当过负荷保护软压板投入,且任意一相电流大于设定值时,经过时延T后,根据投退类型发出不同的告警信号。
电流设定值为0.1~200.0A。
时延T为0~99s。
电压设定值为100.0~500.0V。
零序电流设定值为0.1~12.0A;零序电压设定值为1V~20V。
与现有技术相比,本发明所具有的有益效果为:本发明可灵活实现各种保护与测控功能,适用于多种电压等级的线路保护,实现了开闭所全面的测量、保护、监控以及电能质量分析的功能要求,能够快速切除故障,为电力***稳定运行提供重要的保障。
附图说明
图1为本发明实施例装置结构图;
图2为本发明实施例保护模块结构图;
图3为本发明实施例电流保护原理图;
图4为本发明过电压保护原理图;
图5为本发明低压保护原理图;
图6为本发明零序方向告警原理图;
图7为本发明重合闸原理图;
图8为本发明母线接地告警原理图;
图9为本发明TV断线告警原理图;
图10为本发明过负荷告警原理图。
具体实施方式
如图1所示,本发明装置包括MCU模块(CPU)、开入模块、液晶显示模块、保护模块、通讯模块、电源模块。
MCU模块采用美国微芯提供的高性能16位DSP芯片,数据处理功能强大,其主要功能为装置数据分析处理、逻辑功能判断、故障信息处理和动作及其与其他通信设备信息交互。
环网柜保护装测控置信号主要有两类,即开关量和模拟量信号。信号输入电路部分就是妥善处理这二类信号,完成单片微机***输入信号接口功能。通常输入的开关量信号不能满足单片微机的输入电平要求,因此需要信号电平转换。为了提高保护装置的抗干扰性能,通常还需要经整形、延时、光电隔离等处理。
保护模块为装置提供过流I段、过流II段、过流III段、低电压保护、过电压保护,包括过流I段、II段和III段定值整定和时间参数设置、低电压保护定值整定和时间参数设置等。
通讯模块主要功能为将装置采集的数据和开出动作信息转出,支持RS485串口通讯和TCP/IP工业以太网口通讯。
综合保护测控装置对电源要求较高,通常把交流整流为微机***所需的直流电压。电源模块把变电所的强电***的直流电源与微机的弱电***电源完全隔离开。通过逆变后的直流电源具有极强的抗干扰水平,对来自变电所中因断路器跳合闸等原因产生的强干扰可以完全消除掉。
1、保护原理
保护模块结构图如图2所示。
(1)三段电流保护
设三段电流保护,各段电流及时间定值可独立整定,通过分别设置保护软压板来控制这两段保护的投退。
图3所示为电流Ⅰ段原理图,电流Ⅱ、Ⅲ段类同。当过流保护软压板在投入状态且Ia、Ib、Ic其中一项电流大于设定值(0.1~200.0A在线可设),且经过一段延时(0~99s)后,保护动作于出口控制外部断路器跳闸,从而起到保护作用。
(2)过电压保护
装置设有可整定延时(整定值100.0~500.0V,延时0~99s)的一段过电压保护,可通过软压板投退,同时通过控制字可选择跳闸/告警。
本保护在断路器处于合位或有流时投入,以防止电容器未投时误动作或误发信号。有流元件判无流门槛取固定值0.2A(In=5A),
以下无流门槛同此。
当过压保护软压板在投入状态,Uab、Ubc、Uca其中一项电压大于设定值时且线路上电流大于0.2A且开入模块采集开关位置信号显示在合位时,经过一段延时,若控制字过压保护动作投跳闸,则装置出口控制外部断路器跳闸,否则装置会通过告警灯闪烁。
(3)低电压保护
为防止***故障后线路断开引起电容器组失去电源,而线路重合又使母线带电,使电容器组因电压累积而过电压损坏,装置设有可整定延时的一段低电压保护,可通过软压板投退。
本保护为避免TV三相断线引起低电压误动,增加了有流闭锁条件,并且该闭锁条件可以投/退控制。
当低电压保护软压板在投入状态,Uab、Ubc、Uca其中一相电压小于设定值时且通过开入模块采集开关位置信号处于合位时,若线路上三相电流全部小于无门槛电流0.2A或低压保护没有经有流闭锁,则经过一段延时后,装置保护动作于出口控制外部短路器跳闸。
(4)零序方向保护
中性点不接地***发生单相接地时,装置提供由零序套管TA供给的零序方向保护,用于单相接地告警或跳闸。中性点不接地***发生单相接地时,非故障线路流过其自身电容电流,方向由母线流向线路,零序电流超前零序电压90°。故障线路流过母线上所有非故障线路的电容电流之和,方向由线路流向母线,零序电流落后零序电压90°。
在零序告警处于投入状态时,零序电流和零序电压大于设定值(零序电流0.1~12.0A,零序电压1V~20V)时,且零序电流和零序电压之间的夹角在195度到345度时装置会发出告警信号。
三相一次重合闸
装置保护模块重合闸一般使用开入模块提供的断路器位置合位、跳位来判别,故控制回路断线应闭锁重合闸。
为了保证重合闸动作的一次性和在手动合闸于故障时不进行重合闸,重合闸需要有一个准备时间。在机械型继电器中,重合闸继电器由外部电容器的放电电流所激励,电容器的充电时间便是重合闸的准备时间。本装置则以软件逻辑模拟前述电容器的充放电时间。当重合闸功能投入、开关在合位20秒、外部断路器弹簧未储能接点断开三个条件都满足时,重合闸充电完成(即重合闸准备好,可以进行重合)。重合闸充电完成后,一旦保护跳闸或开关位置不对应,经过重合闸延时,重合闸启动。
重合闸的启动有两种方式:不对应启动和保护启动。保护启动方式在保护动作跳开断路器后启动重合闸,断路器偷跳时不能启动重合闸,保护启动开放时间为(2tcch+1秒),其中tcch为重合闸延时。不对应启动时是在断路器由合位变为跳位后(非就地手动跳闸及远方遥控跳闸)进行重合。因此本装置逻辑判断上以不对应启动方式优先。
重合闸启动后,根据投退选择检无压、检同期或不检。当线路两侧有电源时,装置可选检无压、检同期两种重合方式。以防止非同期合闸,在重合闸菜单中,可选择检同期线路电压为线电压或相电压,以便母线侧电压取相应电压。
a)检同期原理:重合闸启动条件满足后,装置采集模块通过电压互感器采集线路侧电压UL大于50V,当外部断路器两端的压差,也就是母线侧与线路侧差值ΔU=│Um-UL│<2Uesin(φ/2)的持续时间大于重合闸延时时间,重合闸即发出合闸脉冲。其中φ为同期角度定值。
检无压原理:重合闸启动条件满足且持续时间大于重合闸延时后,若线路侧电压小于检无压定值,则重合闸发出合闸脉冲,检无压在重合闸延时后检查主要是为了防止开关变位和线路电压消失的不同时性。如果Ux(任意一项电压)大于检无压定值,则自动转为检同期重合闸。
a)不检重合闸:不判别Ux(任意一项电压)的幅值或相角直接合闸。
当手动跳闸,遥控跳闸,过负荷,低周减载或低压减载动作时,装置自动闭锁重合闸功能。装置重合闸一般使用内部操作回路插件提供的断路器合位、跳位来判别,故控制回路断线应闭锁重合闸。
2、辅助告警原理
(1)母线接地告警
当装置接入PT开口三角电压时,该功能可判断小接地***的单相接地。装置共提供四种投退方式,即10kVⅠ母接地、10kVⅡ母接地、35kVⅠ母接地、35kVⅡ母接地。用户可根据该装置接入的开口三角电压,灵活整定。装置亦根据投退类型发出不同的告警信号。
当母线接地告警软压板投入时且零序电压大于设定值(20~60V)经过一段延时(0~99s)后装置可根据投退类型发出不同的告警信号
(2)TV断线告警及闭锁保护
装置根据如下两个判据来判断PT断线。
a.某一线电压小于70V同时任一相电流大于0.04In。
b.负序电压大于8V。
当TV断线告警投入时当任意一项线电压小于70V以及任意一项电流大于0.04In,经过一段延时(0~99s)后装置可根据投退类型发出不同的告警信号,当闭锁保护投入时会关闭相关保护功能。
(3)过负荷告警
过负荷元件监视任意相的电流,其动作条件为:
a.任意一相电流Ix>ISet
b.时间延时到。
其中Ix为任意一相电流,ISet为过负荷电流定值。
当过负荷保护软压板投入且任意一项电流大于设定值(0.1~200A)经过一段延时(0~99s)后,装置可根据投退类型发出不同的告警信号。

Claims (6)

1.一种用于环网柜的综合保护测控装置,其特征在于,包括CPU;
所述CPU与通讯模块、人机界面模块、保护模块、电源模块、电压电流采样模块、开入模块连接;所述保护模块包括采样线圈;
所述采样线圈与所述CPU连接;所述CPU与过流保护软压板、过压保护软压板、重合闸软压板、低电压保护软压板、零序方向软压板、母线接地软压板、TV断线软压板、过负荷软压板通信。
2.一种用于环网柜的综合保护测控方法,其特征在于,包括:
电流保护:当过流保护软压板在投入状态且电压电流采样模块采集的线路低压侧三相电流Ia、Ib、Ic其中一相电流大于电流设定值,且经过时延T后,保护出口控制外部断路器跳闸,从而起到保护作用;
过电压保护:当过压保护软压板在投入状态,电压电流采样模块采集的线路低压侧线电压Uab、Ubc、Uca其中一相电压大于电压设定值,且线路上电流大于0.2A,开入模块采集开关位置信号显示在合位时,经过时延T,若控制字过压保护动作投跳闸,则保护出口控制外部断路器跳闸,否则报警;
低电压保护:当低电压保护软压板在投入状态,Uab、Ubc、Uca其中一相电压小于设定值,且通过开入模块采集开关位置信号处于合位时,若线路上三相电流全部小于无门槛电流0.2A或低压保护没有经有流闭锁,则经过时延T后,保护出口控制外部短路器跳闸;
零序方向保护:在零序告警处于投入状态,零序电流和零序电压分别大于零序电流设定值、零序电压设定值,且零序电流和零序电压之间的夹角在195度到345度时,发出告警信号;
重合闸保护:
重合闸启动条件满足后,线路侧电压UL大于50V,当外部断路器两端的压差ΔU=│Um-UL│<2Uesin(φ/2)的持续时间大于重合闸延时时间,重合闸即发出合闸脉冲,其中φ为同期角度定值;
重合闸启动条件满足且持续时间大于重合闸延时后,若线路侧电压小于检无压定值,则重合闸发出合闸脉冲,如果任一相电压Ux大于检无压定值,则自动转为检同期重合闸,x=a,b,c;
当手动跳闸,遥控跳闸,过负荷,低周减载或低压减载动作时,自动闭锁重合闸功能;
母线接地告警:当母线接地告警软压板投入,且零序电压大于设定值,经过一段延时后,根据投退类型发出不同的告警信号;
TV断线告警及闭锁保护:TV断线告警投入时,当任意一相线电压小于70V,以及任意一相电流大于0.04In,经过一段延时后,根据投退类型发出不同的告警信号;
过负荷告警:当过负荷保护软压板投入,且任意一相电流大于设定值时,经过时延T后,根据投退类型发出不同的告警信号。
3.根据权利要求2所述的用于环网柜的综合保护测控方法,其特征在于,电流设定值为0.1~200.0A。
4.根据权利要求2所述的用于环网柜的综合保护测控方法,其特征在于,时延T为0~99s。
5.根据权利要求2所述的用于环网柜的综合保护测控方法,其特征在于,电压设定值为100.0~500.0V。
6.根据权利要求2所述的用于环网柜的综合保护测控方法,其特征在于,零序电流设定值为0.1~12.0A;零序电压设定值为1V~20V。
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