CN104052158A - 一种开关柜内死区故障的继电保护方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种开关柜内死区故障的继电保护方法，包括步骤光传感器将电弧光模拟信号传输至保护装置；保护装置将接收到的电弧光模拟信号转换为数字信号，作为电弧光信号判据，并结合电流信号判据综合判断；当电流信号判据和电弧光信号判据同时满足，保护装置判断出开关柜内发生死区故障；保护装置根据判断结果，发出命令将故障切除，并对故障点进行隔离。另外本发明还提供了相应的装置。本发明专门针对电流互感器和断路器之间发生的故障，可快速、可靠地检测出开关柜内发生的死区故障，并迅速完成故障的切除和故障点的隔离，从而降低故障对设备及人员的伤害，缩短停电范围，有利于供电系统快速恢复。

Description

一种开关柜内死区故障的继电保护方法和装置

技术领域

本发明属于电力系统领域，尤其适用于地铁中低压供电系统，特别涉及一种开关柜内死区故障的继电保护方法和装置。

背景技术

中低压供电系统中的开关柜多采用在断路器的一侧配置电流互感器。由于设备绝缘材料的老化，设计、制造、安装、维护的不良，以及检修人员的误操作等原因，开关柜内电流互感器和断路器之间发生故障是无法完全避免的。当断路器和电流互感器之间发生故障时，目前的保护装置虽然可以快速动作跳开本断路器，但仍无法有效切除故障电流，故障点无法被正确隔离，从而形成保护死区，这对于一次设备的保护和人员的安全构成严重威胁，极大影响了中低压供电系统的正常运行。

以地铁中低压供电系统为例，对于由若干个10kV或35kV牵引所串接构成的地铁中低压供电系统，如图1(a)、图1(b)所示，其中图1(a)正常运行方式指母联分开时供电运行方式，图1(b)非正常运行方式指母联合上时供电运行方式，这两种运行方式均为地铁系统的运行方式，为现有技术。现有的地铁中低压供电系统保护方法多采用故障发生时，保护装置之间互发闭锁信号来完成故障点的识别和切除，但是现有方案在发生开关柜内死区故障时，要么靠上级供电线路的后备保护来完成故障的切除，扩大了停电范围，增加了故障切除时间；要么无法真正将故障点进行隔离，使得供电系统无法快速恢复，并增加了后级供电系统合于故障的风险。现有地铁中低压供电系统保护方法处理死区故障，动作分析如下：

1)图1(a)中的K1点发生故障，保护装置会给进线301开关发出跳闸命令，并联跳出线303开关，但是故障点依然存在，只能通过上级开关的后备保护或301开关的失灵保护完成故障的切除，扩大了停电范围，增加了故障切除时间，不利于供电系统的快速恢复；

2)图1(a)中的K2点发生故障，保护装置会给进线301开关发出跳闸命令，并联跳出线303开关，不仅扩大了停电范围，导致本站母线停电，而且故障点未被隔离出供电系统，增加了后级供电系统合于故障的风险；

3)图1(a)中的K3点发生故障，保护装置会给进线300开关发出跳闸命令，并联跳进出线301、303开关，但是故障点依然存在，只能通过302开关的后备保护完成故障的切除，导致正常母线误停电，同时增加了故障切除时间；

4)图1(b)中的K4点发生故障，保护装置会给进线300开关发出跳闸命令，并联跳进出线301、303开关，但是故障点依然存在，只能通过302开关的后备保护完成故障的切除，扩大了停电范围，同时增加了故障切除时间。

综上所述，现有的保护方法无法识别出开关柜内电流互感器和断路器之间发生的故障，造成了故障不能被快速切除，停电范围扩大化等后果，无法实现供电系统的快速恢复。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种开关柜内死区故障的继电保护方法，专门针对电流互感器和断路器之间的发生的故障，其依靠故障发生时电流的突变，以及产生的电弧强光，快速、可靠地检测到开关柜内死区故障的存在，进而通过保护装置发出跳闸命令迅速切除故障，并将故障点隔离，降低故障对设备及人员的伤害，为供电系统的快速恢复提供条件。

为了达成上述目的，本发明的技术方案是：一种开关柜内死区故障的继电保护方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)光传感器将电弧光模拟信号传输至保护装置；

(2)保护装置将接收到的电弧光模拟信号转换为数字信号，作为电弧光信号判据，并结合电流信号判据综合判断；当电流信号判据和电弧光信号判据同时满足，保护装置判断出开关柜内发生死区故障；

(3)保护装置根据判断结果，发出命令将故障切除，并对故障点进行隔离。

上述方案中：所述光传感器安装于需要监视的开关柜小室内的电流互感器和断路器之间，对其间发生的故障时产生的电弧光进行监视。

上述方案中：所述步骤(2)中电流判据具体指：对于电源进、出线开关柜，电流信号判据根据本柜内电流互感器检测到的电流信号，以及同段母线其它进、出线开关柜内的电流信息综合判断；对于母联开关柜，电流信号判据根据本柜内电流互感器检测到的电流信号进行判断。

上述方案中：所述步骤(3)中，将故障切除，并对故障点进行隔离具体通过：保护装置向本柜内断路器发出跳闸命令，并根据需要，通过本保护装置或者其他保护装置对相关断路器发出联跳命令，从而实现所述的切除和隔离。

上述方案中：所述跳闸命令或所述联跳命令通过发出信号和/或空接点实现；其中，空接点是指继电器出口。

本发明还提供一种开关柜内死区故障的继电保护装置：包括弧光采集传输模块、光电转换模块、电流采样模块、计算模块、判断及动作模块，其中：

所述弧光采集传输模块用于继电保护装置持续识别获取安装在开关柜内电流互感器和断路器之间的弧光传感器所采集到的电弧光模拟信号；

所述光电转换模块用于将弧光采集传输模块所得到的电弧光的模拟信号转换为数字信号；

所述电流采样模块用于对开关柜内电流互感器采集到的电流信号进行采样处理；

所述计算模块用于根据电流采样模块和光电转换模块的结果，计算出电流信号判据和电弧光信号判据；

所述判断及动作模块用于根据计算模块的结果，判断开关柜内电流互感器和断路器之间是否发生死区故障，如果电流信号判据和电弧光信号判据同时满足，发出命令将故障切除，并对故障点进行隔离。

上述方案中：光传感器安装于开关柜内的电流互感器和断路器之间，对其间发生故障时产生的电弧光进行监视。

上述方案中：电流的计算用于故障特征的识别，所述计算的依据包括但不限于工频变化量原理、过量继电器原理。

上述方案中：对于电源进、出线开关柜，电流信号判据根据本柜内电流互感器检测到的电流信号，以及同段母线其它进、出线开关柜内的电流信息综合判断；同段母线电源进、出线开关柜之间共享的电流信息，是电流模拟量信号，或者是权利要求8中由保护装置计算出的故障判据开关量信号。

上述方案中：对于母联开关柜，电流信号判据根据本柜内电流互感器检测到的电流信号进行判断。

上述方案中：对故障的切除，以及故障点的隔离，由保护装置向本柜内断路器发出跳闸命令，并根据需要，通过本保护装置或者其他保护装置对相关断路器发出联跳命令来实现。

上述方案中，权利要求11中所述跳闸命令或所述联跳命令通过发出信号和/或空接点实现；其中，空接点是指继电器出口。

采用上述方案后，本发明的有益效果是：将光传感器安装于开关柜小室内的电流互感器和断路器之间，可以对其间发生的故障进行有效的监视；所采用的电流判据方式，既可以提高死区故障检测的可靠性，也使得本保护方案适应于地铁等供电系统的多种运行工况；通过保护装置向本柜内断路器发出跳闸命令，并通过本保护装置或者其他保护装置对相关断路器进行保护联跳，实现故障的快速切除，以及故障点的正确隔离，避免事故范围的扩大，为地铁等供电系统的快速恢复提供条件。

附图说明

图1(a)地铁中低压供电系统正常运行方式下发生的开关柜死区故障位置示意图；

图1(b)地铁中低压供电系统非正常运行方式下发生的开关柜死区故障位置示意图；

图2是本发明中所涉及的光传感器的典型结构示意图；

图3是根据本发明设计保护装置的应用配置图；

图4是本发明实施例的继电保护装置逻辑图；

图5是本发明实施例的装置结构图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明提供一种解决开关柜内死区故障的继电保护方法，包括如下步骤：

(1)通过光传感器获取电弧光模拟信号并传输至保护装置；

所述光传感器结构，参照图2，其中：

a.光传感器接收端，用于采集故障发生所产生的电弧光模拟信号。

b.传输光缆，用于将采集到的电弧光模拟信号传输至接收装置。

(2)保护装置将接收到的电弧光模拟信号转换为数字信号，作为电弧光信号判据，并与电流信号判据结合进行综合判断；当电流信号判据和电弧光信号判据同时满足，保护装置判断出开关柜内发生死区故障；

(3)保护装置根据判断结果，发出命令将故障切除，并对故障点进行隔离。

本发明步骤(1)中用来监视并检测死区故障发生时产生的电弧光模拟信号的光传感器，安装在需要监视的开关柜小室内的电流互感器和断路器之间。

所述的应用配置，参照图3，其中：

c.光传感器，用于采集故障发生所产生的电弧光模拟信号。

d.断路器，用于故障的切除和故障点的隔离。

e.电流互感器，用于采集电流模拟量。

f.应用本发明的继电保护装置，用于逻辑判断和断路器的控制。

本发明步骤(2)中所述的电流信号判据，对于电源进、出线开关柜，电流信号判据需根据本柜内电流互感器检测到的电流信号，以及同段母线的其它电源进、出线开关柜的保护装置所发出判据信号综合判断；对于母联开关柜内，电流信号判据根据本柜内电流互感器检测到的电流信号进行判断。

所述保护逻辑判断，参照图4，其中：

g.电弧光信号判据逻辑元件，条件满足时输出1，否则输出0。

h.电流信号判据逻辑元件，条件满足时输出1，否则输出0。

i.“与”门操作逻辑。

j.延时逻辑，当输入由0变1时，计时器开始计时，延时达到t_set时，逻辑输出1，当输入为0不变或由1变为0时，输出为0。

k.保护跳闸或保护联跳输出。

需要注意的是，图4给出的具体实施方式是较优的实施例，其中的延时逻辑可以去掉，也就是说当电弧光信号判据逻辑元件和电流信号判据逻辑元件输出，经过“与”门操作逻辑后，直接进行保护跳闸或保护联跳输出。

本发明步骤(3)中所述的故障切除和故障点隔离动作，通过本保护装置或者其他保护装置对相关断路器进行保护联跳，其中相关断路器可以根据需要进行灵活选择，以实现故障点的完全隔离；保护联跳功能既可以通过本保护装置向相关断路器发出跳闸命令实现，也可以通过给其他保护装置发出信号，由其他保护装置来给相关断路器发出跳闸命令来实现。上述命令可以通过发信号和/或发空接点完成。其中，空接点是指继电器出口。

采用本发明的方法后，可快速、可靠地检测到开关柜内发生的死区故障，并迅速完成故障的切除和故障点的隔离，从而降低故障对设备及人员的伤害，减小停电范围，有利于供电系统的快速恢复。

另外，本发明实施例还提供一种开关柜内死区故障的继电保护装置，如图5所示，包括弧光采集传输模块、光电转换模块、电流采样模块、计算模块、判断及动作模块，其中：

所述弧光采集传输模块用于继电保护装置持续识别获取安装在开关柜内的电流互感器和断路器之间的发生故障时产生的电弧光信号；

所述光电转换模块用于将弧光采集传输模块所得到的电弧光模拟信号转换为数字信号；

所述电流采样模块用于对开关柜内电流互感器采集到的电流信号进行采样处理；

所述计算模块用于根据电流采样模块和光电转换模块的结果，计算出电流信号判据和电弧光信号判据；

所述判断及动作模块用于根据计算模块的结果，判断开关柜内电流互感器和断路器之间是否发生短路故障，如果电流信号判据和电弧光信号判据同时满足，保护装置发出命令将故障切除，并对故障点进行隔离。

继电保护装置通过光传感器，获取开关柜内电流互感器和断路器之间发生故障时产生的电弧光模拟信号。

对于电源进、出线开关柜内的继电保护装置，电流信号判据根据本柜内电流互感器检测到的电流信号，以及同段母线其它进、出线开关柜内的电流信息综合判断；同段母线电源进、出线开关柜之间共享的电流信息，是电流模拟量信号，或者是由保护装置计算出的故障判据开关量信号。对于母联开关柜内的继电保护装置，电流信号判据根据本柜内电流互感器检测到的电流信号进行判断。

对故障的切除，以及故障点的隔离，由保护装置向本柜内断路器发出跳闸命令，并根据需要，通过本保护装置或者其他保护装置对相关断路器发出联跳命令来实现。所述跳闸命令或联跳命令通过发出信号和/或空接点实现。其中，空接点是指继电器出口。

为了阐述本发明的保护方法，特根据地铁供电系统举出以下实施例，但地铁供电系统结构仅作为本发明思想的一种实现形式，对于与其类似的供电系统结构，本发明同样适用。本保护方法处理图1(a)、图1(b)死区故障动作分析如下：

1)图1(a)中的K1点发生故障，保护装置快速检测到进线开关死区故障，保护装置给301开关发出跳闸命令，并联跳203开关，缩小了停电范围，缩短了故障切除的时间，实现了故障点的正确隔离，为地铁等供电系统的快速恢复提供条件；

2)图1(a)中的K2点发生故障，保护装置快速检测到出线开关死区故障，保护装置给303开关发出跳闸命令，并联跳401开关，缩小了停电范围，有效解决了现有保护方案下本站母线停电的问题，同时实现了故障点的正确隔离，避免了后级供电系统合于故障的风险；

3)图1(a)中的K3点发生故障，保护装置快速检测到母联开关死区故障，保护装置给300开关发出跳闸命令，并联跳与母联开关电流互感器相邻的302、304开关，缩小了停电范围，有效避免了现有保护方案下非故障母线误停电的问题，同时缩短了故障切除的时间，实现了故障点的正确隔离；

4)图1(b)中的K4点发生故障，保护装置快速检测到母联开关死区故障，保护装置给300开关发出跳闸命令，并联跳与母联开关电流互感器相邻的302、304开关，缩小了停电范围，同时缩短了故障切除的时间，实现了故障点的正确隔离。

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，本保护方案中电流信息的传输可以通过包括电缆、光纤、无线等多种介质；保护联跳信号的传输可以通过包括电缆、光纤、无线等多种介质。凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方法基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (12)

1.一种开关柜内死区故障的继电保护方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)光传感器将电弧光模拟信号传输至保护装置；

(2)保护装置将接收到的电弧光模拟信号转换为数字信号，作为电弧光信号判据，并结合电流信号判据综合判断；当电流信号判据和电弧光信号判据同时满足，保护装置判断出开关柜内发生死区故障；

(3)保护装置根据判断结果，发出命令将故障切除，并对故障点进行隔离。

2.如权利要求1所述的开关柜内死区故障的继电保护方法，其特征在于：所述光传感器安装于需要监视的开关柜小室内的电流互感器和断路器之间，对其间发生的故障时产生的电弧光进行监视。

3.如权利要求1所述的开关柜内死区故障的继电保护方法，其特征在于：所述步骤(2)中电流判据具体指：对于电源进、出线开关柜，电流信号判据根据本柜内电流互感器检测到的电流信号，以及同段母线其它进、出线开关柜内的电流信息综合判断；对于母联开关柜，电流信号判据根据本柜内电流互感器检测到的电流信号进行判断。

4.如权利要求1所述的开关柜内死区故障的继电保护方法，其特征在于：所述步骤(3)中，将故障切除，并对故障点进行隔离具体通过：保护装置向本柜内断路器发出跳闸命令，并根据需要，通过本保护装置或者其他保护装置对相关断路器发出联跳命令，从而实现所述的切除和隔离。

5.如权利要求4所述的开关柜内死区故障的继电保护方法，其特征在于：所述跳闸命令或所述联跳命令通过发出信号和/或空接点实现；其中，空接点是指继电器出口。

6.一种开关柜内死区故障的继电保护装置，其特征在于：包括弧光采集传输模块、光电转换模块、电流采样模块、计算模块、判断及动作模块，其中：

所述弧光采集传输模块用于继电保护装置持续识别获取安装在开关柜内电流互感器和断路器之间的弧光传感器所采集到的电弧光模拟信号；

所述光电转换模块用于将弧光采集传输模块所得到的电弧光的模拟信号转换为数字信号；

所述电流采样模块用于对开关柜内电流互感器采集到的电流信号进行采样处理；

所述计算模块用于根据电流采样模块和光电转换模块的结果，计算出电流信号判据和电弧光信号判据；

所述判断及动作模块用于根据计算模块的结果，判断开关柜内电流互感器和断路器之间是否发生死区故障，如果电流信号判据和电弧光信号判据同时满足，发出命令将故障切除，并对故障点进行隔离。

7.如权利要求6所述的开关柜内死区故障的继电保护装置，其特征在于：光传感器安装于开关柜内的电流互感器和断路器之间，对其间发生故障时产生的电弧光进行监视。

8.如权利要求6所述的开关柜内死区故障的继电保护装置，其特征在于：电流的计算用于故障特征的识别，所述计算的依据包括但不限于工频变化量原理、过量继电器原理。

9.如权利要求6或8所述的开关柜内死区故障的继电保护装置，其特征在于：对于电源进、出线开关柜，电流信号判据根据本柜内电流互感器检测到的电流信号，以及同段母线其它进、出线开关柜内的电流信息综合判断；同段母线电源进、出线开关柜之间共享的电流信息，是电流模拟量信号，或者是权利要求8中由保护装置计算出的故障判据开关量信号。

10.如权利要求6所述的开关柜内死区故障的继电保护装置，其特征在于：对于母联开关柜，电流信号判据根据本柜内电流互感器检测到的电流信号进行判断。

11.如权利要求6所述的开关柜内死区故障的继电保护装置，其特征在于：对故障的切除，以及故障点的隔离，由保护装置向本柜内断路器发出跳闸命令，并根据需要，通过本保护装置或者其他保护装置对相关断路器发出联跳命令来实现。

12.如权利要求11所述的开关柜内死区故障的继电保护装置，其特征在于：所述跳闸命令或所述联跳命令通过发出信号和/或空接点实现；其中，空接点是指继电器出口。