CN100495853C - 电力系统继电保护的断路器操作接口模块 - Google Patents

Abstract

电力系统继电保护的断路器操作接口模块，由合闸保持继电器、跳闸保持继电器构成，合闸保持继电器和跳闸保持继电器由二极管桥、二极管组和直流继电器构成，通过一个二极管桥作为继电器输入端，连接同极相接的串联二极管组，直流继电器的线圈与二极管组并联，二极管组中二极管的个数满足下述条件：二极管组导通时产生的电压降大于等于驱动直流继电器的电压。另设有合闸闭锁继电器，由二极管桥、稳压管和直流继电器和限流电阻构成，通过一个二极管桥作为继电器输入端，连接稳压管，直流继电器的线圈与稳压管并联。本发明解决了常规断路器操作接口中存在的问题，断路器操作机构可以交直流通用、断路器操作接口的电流大小均能适应。

Description

电力系统继电保护的断路器操作接口模块

一、技术领域

本发明属于一种应用于电力的发电、变电或配电等紧急保护电路装置的零部件。尤其涉及电力系统继电保护的断路器操作接口模块或装置.

二、背景技术

电力系统的继电保护装置在检测到故障后将直接启动断路器跳闸以切除故障点，因此继电保护装置与断路器之间有一个接口的问题，以实现断路器的防跳闭锁功能，一般的接口电路如图1所示：其中：KM：控制电源，一般为220VDC。

FU：保险丝、空气开关或小型断路器。

HJ：继电保护装置合闸继电器。

TJ：继电保护装置跳闸继电器。

HBJ：合闸保持继电器(电流启动型)。

TBJ：跳闸保持继电器(电流启动型)。

HBJV：合闸闭锁继电器(电压启动型)。

QF：断路器辅助接点。

YC：断路器操作机构合闸线圈。

YT：断路器操作机构跳闸线圈。

其工作原理说明：

a.合闸过程

在合闸前，断路器应该在跳闸位置，则断路器QF1常闭接点是导通的。只要合闸继电器HJ闭合(即继电保护装置发出合闸命令)，则由+KM、FU1、HJ、HBJV(常闭接点)、HBJ(电流继电器)、QF1(常闭接点)、YC、FU2、—KM构成通路，产生电流(I＝控制电源电压/合闸线圈内阻)。该电流使HBJ电流继电器瞬时动作，其常开接点HBJ闭合，构成自保持回路，即之后即使HJ断开，则由+KM、FU1、HBJ(常开接点)、HBJV(常闭接点)、HBJ(电流继电器)、QF1(常闭接点)、YC、FU2、—KM仍能构成通路。电流流过YC并且持续几十个毫秒，则引起断路器合闸。一旦合闸成功，则QF1常闭接点自动打开，切断电流通路，使HBJ电流继电器释放，HBJ常开接点打开，合闸过程完成。

b.跳闸过程

在跳闸前，断路器应该在合闸位置，则断路器QF2常开接点是导通的。只要跳闸继电器TJ闭合(即继电保护装置发出跳闸命令)，则由+KM、FU1、TJ、TBJ(电流继电器)、QF2(常开接点)、YT、FU2、—KM构成通路，产生电流(I＝控制电源电压/跳闸线圈内阻)。该电流使TBJ电流继电器瞬时动作，其常开接点TBJ闭合，构成自保持回路，即之后即使TJ断开，则由+KM、FU1、TBJ(常开接点)、TBJ(电流继电器)、QF2(常开接点)、YT、FU2、—KM仍能构成通路。电流流过YT并且持续几十个毫秒，则引起断路器跳闸。一旦跳闸成功，则QF2常开接点自动打开，切断电流通路，使TBJ电流继电器释放，TBJ常开接点打开，跳闸过程完成。

c.防跳过程：假如在合闸过程中，合闸成功后但HJ未及时释放时保护装置发出跳闸命令，或在跳闸过程中，保护装置或外部合闸按钮突然发出合闸命令，均会引起断路器不停的快速合闸—跳闸—合闸—跳闸…的跳跃，这种快速跳跃往往使断路器频繁开断大的短路电流，引起断路器损坏，必须采取措施避免。因此采用HBJV电压继电器，一旦TBJ动作，只要此时有合闸命令(即HJ或HBJ闭合)，均能使HBJV动作并通过其常开接点构成自保持，从而其HBJV常闭接点将切断合闸回路，以防止再次合闸。只有合闸命令取消(即HJ和HBJ均断开)后，HBJV的自保持回路才能自动解除，允许再次合闸。

d.问题和不足：常规断路器操作接口原理经实践证明是成熟可靠的。但在使用过程中存在以下几个问题：

一般控制电源KM为直流220V，但在小型变电站或配电站中，考虑到成本问题，往往未安装直流屏，而使用交流220V电源，同时断路器配备的是交流操作机构。而HBJ、TBJ、HBJV一般针对直流或交流是不同的，因此必须考虑交直流通用的问题。

不同的断路器操作机构其合闸线圈和跳闸线圈的内阻是不同的，因此其合闸电流和跳闸电流也不同。而电流继电器HBJ、TBJ是电流启动型继电器，其额定电流选择太大将引起HBJ、TBJ不动作，太小的额定电流则会引起HBJ、TBJ线圈烧毁，因此必须先知道操作机构的合闸电流和跳闸电流后才能选择HBJ、TBJ的额定电流。由于断路器操作机构和继电保护装置由不同的供应商提供，这在实际应用中配合起来相当困难。因此必须考虑断路器操作接口的电流(合闸电流、跳闸电流)无关性问题。

同样，电压启动型继电器HBJV也存在额定电压(目前使用110VDC的控制电源将越来越多)的问题，因此必须考虑电压的通用性问题。

常规的HBJ、TBJ、HBJV的体积很大，若将该功能集成到微机型保护装置内，必然会增加装置的体积。因此在设计微机保护装置时，必须考虑用新型的小型继电器代替常规继电器。

三、发明内容

本发明目的是：针对常规断路器操作接口中存在的问题，提出一种便于对断路器操作机构交直流通用、断路器操作接口的电流大小均能适应、工作电压的通用和适应的用于电力系统继电保护的断路器操作接口模块；同时可以使小型继电器代替常规继电器。

本发明的技术解决方案是：电力系统继电保护的断路器操作接口模块，由合闸保持继电器、跳闸保持继电器构成，其特征是合闸保持继电器和跳闸保持继电器由二极管桥、二极管组和直流继电器构成，通过一个二极管桥作为继电器输入端，二极管桥输出端的正极连接同极相接的串联二极管组的正极，直流继电器的线圈与二极管组并联，二极管组中二极管的个数满足下述条件：二极管组导通时产生的电压降大于等于驱动直流继电器的电压；

本发明还包括：另设有合闸闭锁继电器，由第二二极管桥、稳压管、第二直流继电器和限流电阻构成，通过第二二极管输出端连接第二继电器线圈的输入端和稳压管，直流继电器的线圈与稳压管并联，稳压管额定稳定电压与直流继电器的工作电压相当，而且限流电阻串联在继电器线圈上或二极管桥上。限流电阻使直流继电器有合适的工作电流。

设有电容并联在直流继电器线圈上。并联电容取值5-20uF。

合闸闭锁继电器继电器采用适用面宽的24V直流继电器。

其工作机理如下：就合闸保持继电器和跳闸保持继电器而言：当二极管上有电流流过时，普通二极管的两端会产生约0.7V的压降，二极管组产生直流继电器工作所需的电压，将直接启动电压型小型继电器工作(使HBJ或TBJ动作)。

合闸闭锁继电器而言，只要此时有合闸命令(即HJ或HBJ闭合时使合闸闭锁继电器工作)，均能有电源加在二极管桥上，闭锁继电器有电流工作，即HBJV动作并通过其常开接点构成自保持，从而其HBJV常闭接点将切断合闸回路，以防止再次合闸。只有合闸命令取消(即HJ和HBJ均断开)后，HBJV的自保持回路才能自动解除，允许再次合闸。

本发明的特点是：解决了常规断路器操作接口中存在的问题，断路器操作机构可以交直流通用、断路器操作接口的电流大小均能适应、工作电压亦通用。可使小型继电器代替常规继电器。

四、附图说明

图1常规断路器操作接口原理图

图2本发明HBJ、TBJ构成的组合电路图

图3本发明合闸闭锁继电器组合电路图

图4使用本发明组合电路后的断路器操作接口原理图

图5本发明通用的断路器操作模块框图

图6是本发明断路器操作模块的电路图

五、具体实施方式

本发明主要采用了二极管组和小型直流继电器代替常规的HBJ、TBJ、HBJV。

a)HBJ、TBJ

HBJ、TBJ采用图2所示的组合电路代替。当电流回路接通是，电流从D1流入，经D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11，从D4流出；反向时，电流从D3流入，经D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11，从D2流出。因此，不管电流从左边流入，右边流出，还是从右边流入，左边流出，电流总是从D5流入，从D11流出，解决了交流直流通用的问题。二极管IN5408的特性是，当二极管上有电流流过时(一般要求电流大于0.2A，最大不大于10A，满足正常合闸电流和跳闸电流的范围)，在二极管的两端会产生约0.7V的压降，D5～D11共7个二极管，将产生7×0.7V＝4.9V的压降，通过电容C滤波后，将直接启动电压型小型继电器(原装进口NAIS的DSP2A-5V)。DSP2A-5V的接点可作为HBJ、TBJ的接点使用。采用二极管组D5～D11通过电流后产生压降的方式，解决了电流无关的问题，同时将大体积的电流启动继电器转化为小型的电压启动继电器。

b)HBJV

HBJV组合电路采用图3所示的组合电路代替。整流电路加分压电阻R，解决了交直流通用的问题。D5采用24V的稳压管，对不同电压220V或110V的电压均能适用。小型直流电压继电器采用原装进口NAIS的DS2Y-24V继电器。DS2Y-24V的工作电流为10mA，因此要求R>[110V-(24V+4×0.7V)]/10mA＝8.3k。

c)功能实现

将HBJ、TBJ、HBJV替换成二极管组和小型继电器后，同时将其制造成模块化的电路板，便于大批量生产，使微机继电保护装置的断路器操作电路具有交直流通用、110V～220V电压兼容、合闸电流分闸电流无关的通用的操作模块，而且体积得到缩小，能直接嵌入到微机保护装置内。

图4是在DMR系列数字式多功能继电器上使用的断路器操作接口模块的接线示意图。通过几千装置的实际运行，证明了该操作接口模块达到了设计目的，并且满足电力系统稳定性可靠性的要求。图4中：

KM：控制电源，一般为110V～220V交流或直流。

FU：保险丝、空气开关或小型断路器。

HJ：继电保护装置合闸继电器。

TJ：继电保护装置跳闸继电器。

HBJ：合闸保持继电器(电流启动型)。

TBJ：跳闸保持继电器(电流启动型)。

HBJV：合闸闭锁继电器(电压启动型)。

QF：断路器辅助接点。

YC：断路器操作机构合闸线圈。

YT：断路器操作机构跳闸线圈。

EC：外部合闸入口。

ET：外部跳闸入口。

R1：合闸回路断线检测限流电阻。

R2：跳闸回路断线检测限流电阻。R3：分压电阻。

为了提高该电路使用的灵活性和通用性，将其中必要的电路提取出来后制作成BOM模块的结构，如图5的BOM模块电路框图所示，实线部分为BOM模块内要实现的电路：

1L+等同于+KM，1L-等同于-KM。

其它部分(如HJ、TJ、R3及断线检测电路R1、R2等)通过使用该BOM模块的外部的电路实现。

图6BOM模块的电路图中集成了上述HBJ(合闸保持继电器)、TBJ(跳闸保持继电器)和HBJV(合闸闭锁继电器)，以及端口，具体见电路图6，BOM模块元器件清单如下：

 

材料名称	规格	封装	品牌	数量	元件编号	备注
							二极管	IN5408	DIP	HY	22	DWO5-DW26
二极管	IN4007	DIP	HY	4	DWO1-DWO4
							电解电容	1uF/400V	DIP	LSHC	1	C1
继电器	DSP2A-5VDC	DIP	松下	2	HBJ，TBJ
							继电器	DS2Y-24VDC	DIP	松下	1	TBJV

Claims (6)

1、电力系统继电保护的断路器操作接口模块，由合闸保持继电器、跳闸保持继电器构成，其特征是合闸保持继电器和跳闸保持继电器均由二极管桥、二极管组和直流继电器构成，二极管桥作为合闸保持或跳闸保持继电器输入端，二极管桥输出端的正极连接同极相接的串联二极管组的正极，直流继电器的线圈与二极管组并联，二极管组中二极管的个数满足下述条件：二极管组导通时产生的电压降大于等于驱动直流继电器的电压。

2、根据权利要求1所述的电力系统继电保护的断路器操作接口模块，其特征是；另设有合闸闭锁继电器，由第二二极管桥、稳压管、第二直流继电器和限流电阻构成，第二二极管桥输出端连接第二直流继电器线圈输入端和稳压管，第二直流继电器的线圈与稳压管并联，稳压管额定稳定电压与第二直流继电器的工作电压相同，而且限流电阻串联在第二直流继电器线圈上或第二二极管桥上。

3、根据权利要求1所述的电力系统继电保护的断路器操作接口模块，其特征是设有电容并联于直流继电器线圈。

4、根据权利要求2所述的电力系统继电保护的断路器操作接口模块，其特征是设有电容并联于第二直流继电器线圈。

5、根据权利要求2所述的电力系统继电保护的断路器操作接口模块，其特征是第二直流继电器采用24V直流继电器。

6、根据权利要求3或4所述的电力系统继电保护的断路器操作接口模块，其特征是电容取值5-20uF。

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