CN102722128B - 一种继电保护装置开关量跳闸控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种继电保护装置开关量跳闸控制方法，在CPU中动态生成跳闸序列表，所述跳闸序列表中保存着需要跳闸的继电器ID号；前述跳闸序列表中的继电器ID号，按优先级别从高到低顺次排序；每一个继电器ID号在一个周期内仅在跳闸序列表中出现一次。本发明可配合结构简单的硬件电路使用，提供一系列控制方法适应交流和直流电源，实现维护简单稳定的开关量采集及开关量故障跳闸。

Description

一种继电保护装置开关量跳闸控制方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统自动化控制技术领域中的开关量处理及跳闸的控制方法。

背景技术

开关量跳闸保护是电力系统中重要的继电保护，如轻瓦斯告警，重瓦斯跳闸，超温告警，高温跳闸等。开关量跳闸保护的基本原理是检测外部开关量状态，当检测到外部开关量状态由低电平变为高电平时，根据配置决定是否启动跳闸继电器。

现在保护装置需要接入的开关量越来越多，而开关量的检测和跳闸线程执行频率很高，对CPU压力也越来越大，因此提高开关量处理程序的效率，对于低端CPU意义重大，对于降低硬件成本也有很重要的意义。

开关量电源一般有交直流电源之分，当采用直流电源时开关量闭合时信号为恒定高电平，当采用交流电源时开关量闭合时为脉冲信号。一般采用内置整流桥和滤波电容对交流信号进整流滤波，将交流信号转换为直流信号进行采集，但增加了硬件复杂度和电路板面积，增加了故障点及硬件成本和维护成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有的保护装置需要接入的开关量越来越多，而开关量的检测和跳闸线程执行频率很高，对CPU压力也越来越大，低端CPU难以满足实际使用时的需要，且为保证CPU较少出现误操作，采用的硬件复杂度高、电路板面积大，故障点多、硬件成本和维护成本高。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种继电保护装置开关量跳闸控制方法，在CPU中动态生成跳闸序列表，所述跳闸序列表中保存着需要跳闸的继电器ID号；前述跳闸序列表中的继电器ID号，按优先级别从高到低顺次排序；每一个继电器ID号在一个周期内仅在跳闸序列表中出现一次。

开关量跳闸采用继电器跳闸序列的方式，将需要跳闸的继电器放入跳闸序列表中，CPU统一处理跳闸序列表，避免不同的地方不断调用跳闸函数，减轻了CPU负担，提高工作效率，实现稳定、可靠、高效的继电器跳闸；跳闸序列中一个周期中继电器只能出现一次，避免多次跳同一个继电器；动作继电器在加入跳闸序列时带有优先级，优先级高的继电器排在跳闸序列表的前端，这样，跳闸顺序就按照优先级排好，统一的跳闸处理只要按照跳闸序列表依次跳闸即可，保证了重要继电器的快速响应。

前述一个周期为1ms。

作为本发明的一种改进方案，前述跳闸序列表的动态生成步骤是：步骤一：CPU采集各个开关量状态；步骤二：一个周期内，CPU逐次检测所有开关量状态，当检测到某个开关量状态发生改变，即该开关量状态引起跳闸时，将需要跳闸的继电器对应的ID号放入跳闸序列表中，如果该继电器对应的ID已在跳闸序列表中，将不再放入跳闸序列表内。

为保证检测结果的准确性，前述检测包括以下步骤：步骤一：根据现场干扰情况及可靠性要求单独预设各个开关量的去抖时间，所述去抖时间为n个周期，n≥2；步骤二：读取开关量状态，并将每个时刻读取的开关量放入缓冲区内，所述缓冲区内可记录的开关量为n个，当记录数据个数大于n时，数据循环覆盖；步骤三：扫描缓冲区内记录的开关量状态，当n个开关量状态均为同一状态时，确认开关量状态为该状态。

本发明的优点是：可配合结构简单的硬件电路使用，提供一系列控制方法适应交流和直流电源，实现维护简单稳定的开关量采集及开关量故障跳闸。

附图说明

图1是本发明采用的硬件电路示意图。

图2是本发明中检测方法的流程示意图（直流电）。

图3是本发明中检测方法的流程示意图（交流电）。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

一种继电保护装置开关量跳闸控制方法，在CPU中动态生成跳闸序列表，所述跳闸序列表中保存着需要跳闸的继电器ID号；前述跳闸序列表中的继电器ID号，按优先级别从高到低顺次排序；每一个继电器ID号在一个周期内仅在跳闸序列表中出现一次，前述一个周期为1ms。

如图1所示，IN01为开关量输入端（直流电源时为正输入端），INCOM为开关量输入公共端（直流电源时为负输入端）；电阻RR1，RR2为限流电阻，使光耦导通时不会因电流过大而烧毁；IN01*上拉后接到CPU引脚上作为采集信号；电阻RK1在此电路中至关重要，电阻RK1两端分得的电压使得光耦导通，当RK1分得的电压大于光耦导通的电压时光耦才能导通，电阻RK1两端电压URK1计算公式如下：

式中：UIN为开关量输入电压

RRK1，RRR1，RRR2为电阻RK1，RR1，RR2的电阻值。

从上式可以当看出当电阻RK1，RR1，RR2电阻值不变，要维持UIN不变（即保证光耦能正常导通），电阻RK1的阻值RRK1与输入电压UIN成反比，即RRK1增大时，UIN减小，因此RRK1的阻值就决定了开关量输入的门槛电压。

当输入电源为直流时，CPU采集到的开关量信号如下：当外部开关量未闭合，电阻RK1两端无电压，光耦不导通，CPU采到高电平信号；当外部开关量合上时，电阻RK1两端电压超过光耦导通电压，光耦导通，CPU采到低电平信号。

当输入电源为交流时，CPU采集到的开关量信号如下：当外部开关量未闭合，电阻RK1两端无电压，光耦不导通，CPU采到高电平信号；当外部开关量合上时，电阻RK1两端电压随着交流电源慢慢升高，当电压超过光耦导通电压时，光耦导通；当交流电源过了峰值后电压慢慢下降，当电压降到光耦导通电压以下时，光耦重新关断，因此外部开关量闭合后，CPU采到脉冲信号，而脉冲宽度可通过调节电阻RK1的大小来调节，为确保开关量采集的可靠性一般要求有较高的导通电压，避免外部干扰，脉冲宽度也一般在5ms左右（1/4个周波）。

如上所述，针对输入电源为交流、直流这两种情况的不同特征，本发明采用了不同的滤波方式。

输入电源为直流时，本发明采用了去抖时间的方式，即在装置中保存有各个开关量的去抖时间，每个开关量的去抖时间可针对现场干扰情况及可靠性要求单独设置。

传统的方式一般检测到开关量变化后延时一段时间再读取开关量状态，如果与之前读到的一致则确认开关量状态。这种方法缺点在于，延时这段时间内，开关量的变化并不知道，延时后再读得到的值未必就是稳定的值，带有随机性，或许开关量仍在抖动。

因此，本发明采用的检测方法是：步骤一：根据现场干扰情况及可靠性要求单独预设各个开关量的去抖时间，所述去抖时间为n个周期，n≥2；步骤二：读取开关量状态，并将每个时刻读取的开关量放入缓冲区内，所述缓冲区内可记录的开关量为n个，当记录数据个数大于n时，数据循环覆盖；步骤三：扫描缓冲区内记录的开关量状态，当n个开关量状态均为同一状态时，确认开关量状态为该状态。

所述循环覆盖是指：当缓存区内已经记载n个开关量状态时，第n+1个开关量状态的数值记入时，将会覆盖掉第一个开关量状态的数值，以此向后类推；由于缓冲区中数据为循环覆盖，故在开关量状态确认后，能找出开关变位的准确时刻，并将开关量的变位事件添加到事件缓冲区中。

假设去抖时间为5ms，一周期为1ms，则实际操作时，开关量采集的次数为5次，而CPU缓冲区内可同时显示的开关量状态即为5个，通过这种方式，我们就有了开关量状态变化的原始数据；通过CPU对缓冲区内的5个开关量状态进行扫描，当在去抖时间内开关量状态均为同一状态时，例如，五个开关量状态均显示为1，即高电平，那么该开关量状态即为高电平状态，并且可确定这5ms之前的1ms为变位时刻。

当输入电源为交流时，开关量闭合的确认与直流时基本相似，在固定的去抖时间内，读取的开关量状态均为0，即低电平时，确认开关量闭合；但低电平的确认不能与闭合时的去抖时间相同，因为在开关量闭合时，仍有大部分时间光耦处于关断状态，因此开关量打开的去抖时间必须大于交流电源一个周期的时间，这样就需要开关量闭合和打开有各自的去抖时间。

稳定可靠的开关量检测，为可靠的开关量跳闸提供了保障。开关量跳闸采用继电器跳闸序列的方式，将需要跳闸的继电器放入跳闸序列中，CPU统一处理跳闸序列，实现稳定、可靠、高效的继电器跳闸。避免不同的地方不断调用跳闸函数，即加重CPU负担，又降低效率；同时，跳闸序列中一个周期中继电器只能出现一次，避免多次跳同一个继电器。

为了快速响应重要继电器的动作，动作继电器在加入跳闸序列时带有优先级，如设定保护跳闸继电器优先级大于信号继电器出口等，优先级高的继电器排在跳闸序列的前端，这样，跳闸序列就按照优先级排好，统一的跳闸处理只要按照跳闸序列依次跳闸即可，保证了重要继电器的快速响应。

Claims (4)

1.一种继电保护装置开关量跳闸控制方法，其特征是：在CPU中动态生成跳闸序列表，所述跳闸序列表中保存着需要跳闸的继电器ID号；前述跳闸序列表中的继电器ID号，按优先级别从高到低顺次排序；每一个继电器ID号在一个周期内仅在跳闸序列表中出现一次。

2.根据权利要求1所述的一种继电保护装置开关量跳闸控制方法，其特征是，前述一个周期为1ms。

3.根据权利要求1或2所述的一种继电保护装置开关量跳闸控制方法，其特征是，前述跳闸序列表的动态生成步骤是：

步骤一：CPU采集各个开关量状态；

步骤二：一个周期内，CPU逐次检测所有开关量状态，当检测到某个开关量状态发生改变，即该开关量状态引起跳闸时，将需要跳闸的继电器对应的ID号放入跳闸序列表中，如果该继电器对应的ID号已在跳闸序列表中，将不再放入跳闸序列表内。

4.根据权利要求3所述的一种继电保护装置开关量跳闸控制方法，其特征是，CPU检测所有开关量状态，并检测某个开关量状态是否发生改变包括以下步骤：

步骤一：根据现场干扰情况及可靠性要求单独预设各个开关量的去抖时间，所述去抖时间为n个周期，n≥2；

步骤二：读取开关量状态，并将每个时刻读取的开关量放入缓冲区内，所述缓冲区内可记录的开关量为n个，当记录数据个数大于n时，数据循环覆盖；

步骤三：扫描缓冲区内记录的开关量状态，当n个开关量状态均为同一状态时，确认开关量状态为该状态。