CN104485645A - 使用在装设负荷开关的开关柜上的微机继电保护方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种使用在装设负荷开关的开关柜上的微机继电保护装置包括：主控制板、输入输出板和开入开出板，所述主控制板和所述输入输出板通过RS232接口进行连接，所述主控制板和所述开入开出板通过开关量端口以及开出量端口进行连接，所述主控制板用于实时监测采样的保护电流，分析线路的运行状态，当线路处于故障状态时，进一步判断所述线路是否处于短路故障状态，当线路处于短路故障状态时，则闭锁保护动作出口，禁止负荷开关跳闸，由外部熔断器熔断后切除故障，从而达到了既能保护线路又不损坏负荷开关的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统继电保护领域，尤其涉及一种使用在装设负荷开关的开关柜上的微机继电保护方法及装置。
背景技术
为了有效提高供电可靠性，近年来我国投入大量资金进行配电网改造，在城市建成由地埋电缆、露天箱式开闭所等组成的10KV环形配电网络。
该配电网络中的开闭所多以小型10KV开关柜(如XGN15系列SF6充气柜、环网柜、等)为基本开关单元。此类开关柜多采用熔断器+负荷开关的组合方式，由于负荷开关只能在过负荷情况下跳闸，不能在短路情况下跳闸，否则电路断开瞬间会在负荷开关触点两侧产生很大的弧光，造成负荷开关的永久性损坏。因此，出现短路电流时，应由熔断器动作，以实现对供电线路的短路保护。负荷开关则只能在线路过负荷时跳闸，实现线路的过负荷保护(即过流保护)。
传统微机继电保护装置以断路器为操作对象，在线路出现故障时，微机继电保护装置会在熔断器动作之前就发出跳闸信号，断开开关柜上的断路器，无法在出现短路电流时进行闭锁。所以，传统微机继电保护装置如果使用在装设负荷开关的开关柜上，在短路故障时断开负荷开关很容易导致其永久性损坏。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于：对于使用在装设负荷开关的开关柜上的微机继电保护方法或装置，该微机继电保护方法或装置在线路发生短路故障时既能保护线路又不损坏负荷开关。
为解决上述技术问题，本发明提出一种使用在装设负荷开关的开关柜上的微机继电保护装置，当线路发生故障时，该开关柜通过负荷开关或熔断器来实现对线路的保护，所述微机继电保护装置包括：主控制板、输入输出板和开入开出板，所述主控制板和所述输入输出板通过RS232接口进行连接，所述主控制板和所述开入开出板通过开关量端口以及开出量端口进行连接，所述主控制板用于实时检测采样的保护电流，分析线路的运行状态，当线路处于短路故障状态时，则禁止所述负荷开关跳闸，由熔断器熔断后断开故障线路。
优选地，所述主控制板用于实时检测采样的保护电流，分析线路的运行状态，当线路处于非短路故障状态时，则控制负荷开关跳闸，以断开故障线路。
优选地，所述主控制板包括DSP单元、AD转换单元、变换器、模拟量输入通道、第一光电隔离模块、RS485通讯模块、RS232接口、开关量端口和开出量端口，所述模拟量输入通道连接至所述变换器，所述变换器连接至所述AD转换单元，所述AD转换单元连接至所述DSP单元，所述RS485通讯模块连接至所述第一光电隔离模块，所述第一光电隔离模块连接至所述DSP单元，所述RS232接口、开关量端口、开出量端口均连接至所述DSP单元。
优选地，所述主控制板还包括时钟模块，所述时钟模块通过I2C总线连接至所述DSP单元，用以产生系统运行时需要的参考时钟频率。
优选地，所述主控制板还包括看门狗及复位电路，所述看门狗及复位电路连接至所述DSP单元，所述看门狗及复位电路用于监测系统状态，当DSP单元的系统程序出现异常状态，所述看门狗及复位电路产生复位信号复位所述DSP单元。
优选地，所述主控制板还包括电源模块，所述电源模块包括了电源接口、低通滤波模块以及AC/DC变换器，所述电源接口连接至低通滤波模块，所述低通滤波模块连接至所述AC/DC变换器，交流电源经所述电源接口，并经过低通滤波后，再经所述AC/DC变换器转换成预定电压输出，对所述主控制板进行供电。
优选地，所述输入输出板包括液晶显示器、键盘以及输入/输出模块，所述液晶显示器连接至所述输入/输出模块，所述键盘连接至所述输入/输出模块，所述输入输出模块将键盘输入的用户指令转换成RS232协议数据并通过所述RS232接口传输至所述主控制板上的DSP单元，并将DSP单元通过所述RS232接口输出的数据转换成显示数据在所述液晶显示器上显示。
优选地，所述开入开出板包括第二光电隔离模块、8开关量端口、第三光电隔离模块和4开出量端口，所述8开关量端口连接至所述第二光电隔离模块，所述第二光电隔离模块连接至所述开关量端口，并通过所述开关量端口连接至主控制板上的所述DSP单元，所述主控制板上的DSP单元连接至开出量端口，并通过所述开出量端口连接至所述第三光电隔离模块，所述第三光电隔离模块连接至4开出量端口。
本发明还提出一种使用在装设负荷开关的开关柜上的微机继电保护方法，当线路发生故障时，该开关柜通过负荷开关或熔断器来实现对线路的保护，所述微机继电保护方法包括：实时监测采样的电流数据；将采样的电流数据与基准电流阈值进行比较，判断线路是否处于故障状态；当线路处于故障状态时，进一步判断所述线路是否处于短路故障状态；如果线路处于短路故障状态，则禁止所述负荷开关跳闸，由外部熔断器熔断后断开故障线路以完成线路保护功能，同时发出事故信号，并上传故障信息到后台系统；如果线路处于非短路故障状态，则控制负荷开关跳闸断开故障线路以完成线路保护功能，同时发出事故信号，并上传故障信息到后台系统。
优选地，在判断线路是否处于故障状态的步骤之后还包括：当线路处于正常状态即非故障状态时，在液晶显示器上实时显示采样的电流数据，同时通过RS485通讯接口上传至后台系统，由后台系统完成对线路的远程监控。
本发明的技术方案结构简单，可靠性高。采用DSP单元对采样电流数据进行实时监测，分析线路的运行状态，当线路处于故障状态时，进一步判断所述线路是否处于短路故障状态，当线路处于短路故障状态时，则闭锁保护动作出口，禁止负荷开关跳闸，由外部熔断器熔断后切除故障，从而达到了既能保护线路又不损坏负荷开关的技术效果。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明提出的使用在装设负荷开关的开关柜上的微机继电保护装置的结构框图；
图2是本发明提出的使用在装设负荷开关的开关柜上的微机继电保护装置中的主控制板的内部结构图；
图3是本发明提出的使用在装设负荷开关的开关柜上的微机继电保护装置中的输入输出板的内部结构图；
图4是本发明提出的使用在装设负荷开关的开关柜上的微机继电保护装置中的开入开出板的内部结构图；
图5是本发明提出的使用在装设负荷开关的开关柜上的微机继电保护方法的流程图
图中附图标记表示为：10-主控制板；20-输入输出板；30-开入开出板；101-DSP单元；102-AD转换单元；103-变换器；104-模拟量输入通道；105-光电隔离模块；106-RS485通讯模块；107-时钟模块；108-看门狗及复位电路；109-RS232接口；110-开关量端口；111-开出量端口；112-电源模块；1121-电源接口；1122-低通滤波模块；1123-AC/DC变换器；201-液晶显示器；202-键盘；203-输入/输出模块；301-光电隔离模块；302-8开关量端口；303-光电隔离模块；304-4开出量端口
具体实施方式
以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。需要注意的是，为了帮助理解本发明，图示的实施方式的各构成要素的比例尺有时会从实际用的比例尺被变更。
请参考图1，本发明所述的微机继电保护装置使用在装设负荷开关的开关柜上，当线路发生故障时，该开关柜通过负荷开关或熔断器来实现对线路的保护，该微机继电保护装置包括：主控制板10、输入输出板20和开入开出板30。所述主控制板10和所述输入输出板20通过RS232接口109进行连接，所述主控制板10和所述开入开出板30通过开关量端口110以及开出量端口111进行连接。
图2描述了所述主控制板10的内部结构图，其中所述主控制板10包括DSP(Digi tal Signal Processor，数字信号处理器)单元101、AD(AnalogDigi tal，模数)转换单元102、变换器103、模拟量输入通道104、光电隔离模块105、RS485通讯模块106、时钟模块107、看门狗及复位电路108、RS232接口109、开关量端口110、开出量端口111以及电源模块112。其中所述模拟量输入通道104包括至多8个模拟量输入端口(Ua，Ub，Uc，Uo，Ia，Ib，Ic，Io)，所述模拟量输入通道104连接至所述变换器103，所述变换器103连接至所述AD转换单元102，所述AD转换单元102连接至所述DSP单元101。所述RS485通讯模块106连接至所述光电隔离模块105，所述光电隔离模块105连接至所述DSP单元101。所述时钟模块107通过I2C总线连接至所述DSP单元101。所述看门狗及复位电路108连接至所述DSP单元101。所述RS232接口109、开关量端口110、开出量端口111均连接至所述DSP单元101。所述电源模块112包括了电源接口1121、低通滤波模块1122以及AC/DC变换器1123。所述电源接口1121连接至低通滤波模块1122，所述低通滤波模块1122连接至所述AC/DC变换器1123。交流电源经所述电源接口1121，并经过低通滤波后，经所述AC/DC变换器1123转换成5v电压和24v电压输出，对所述主控制板10进行供电。
图3描述了所述输入输出板20的详细结构。所述输入输出板20包括液晶显示器201、键盘202以及输入/输出模块203。所述液晶显示器201连接至所述输入/输出模块203；所述键盘202连接至所述输入/输出模块203。所述输入输出模块将键盘输入的用户指令转换成RS232协议数据并通过所述RS232接口109传输至所述主控制板10上的DSP单元101，并将DSP单元101通过所述RS232接口109输出的数据转换成显示数据在所述液晶显示器201上显示。
图4描述了所述开入开出板30的详细结构。所述开入开出板30包括光电隔离模块301、8开关量端口302、光电隔离模块303和4开出量端口304。所述8开关量端口302连接至所述光电隔离模块301，所述光电隔离模块301连接至所述开关量端口110，并通过所述开关量端口110连接至主控制板10上的所述DSP单元101。所述主控板上的DSP单元101连接至开出量端口111，并通过所述开出量端口111连接至所述光电隔离模块303，所述光电隔离模块303连接至4开出量端口304。所述4开出量端口304中的一个端口产生负荷开关的控制信号，用以控制该负荷开关是否进行跳闸动作。
所述模拟量输入通道104输入的保护电流Ia，Ib，Ic经所述变换器103隔离后变换成0～1.414V交流电压，该电压经所述AD转换单元102进行AD转换后成相对应的数字信号后，将数据送至所述DSP单元101，完成保护电流信号的采样过程；
所述DSP单元101实时监测采样的电流数据，将采样的电流数据与基准电流阈值进行比较，判断线路是否处于故障状态。当线路处于正常状态即非故障状态时，所述DSP单元101将采样的电流数据通过RS232通讯接口109送至输入/输出模块203，运行数据在液晶显示器201上实时显示，同时通过RS485通讯接口106上传至后台系统，由后台系统完成对线路的远程监控；当线路处于故障状态时，所述DSP单元101进一步判断所述线路是否处于短路故障状态。如果线路处于短路故障状态，则闭锁保护动作出口，即禁止所述4开出量端口304中的用于控制负荷开关的那个端口发出跳闸信号，禁止所述负荷开关跳闸，由外部熔断器熔断后断开故障线路，完成线路保护功能，同时发出事故信号，并上传故障信息到后台系统。如果线路处于非短路故障状态，则由所述4开出量端口304中的用于控制负荷开关的那个端口发出跳闸信号，控制负荷开关跳闸以断开故障线路，完成线路保护功能，同时发出事故信号，并上传故障信息到后台系统。
所述时钟模块107连接至所述DSP单元101，用以产生系统运行时需要的参考时钟频率。所述DSP单元101通过I2C总线将时钟配置信息写入所述时钟模块107，从而控制所述时钟模块107的输出频率。
所述看门狗及复位电路108连接至所述DSP单元101，用于监测系统状态，当DSP系统程序跑飞或进入死循环等异常状态，看门狗计时器超时，产生复位信号复位所述DSP单元101。
图5描述了本发明提出的使用在装设负荷开关的开关柜上的微机继电保护方法的流程图。
S1：实时监测采样的电流数据；
S2：将采样的电流数据与基准电流阈值进行比较，判断线路是否处于故障状态；
S3：当线路处于正常状态即非故障状态时，在液晶显示器201上实时显示采样的电流数据，同时通过RS485通讯接口106上传至后台系统，由后台系统完成对线路的远程监控；
S4：当线路处于故障状态时，进一步判断所述线路是否处于短路故障状态。
S5：如果线路处于短路故障状态，则闭锁保护动作出口，即禁止所述4开出量端口304中的用于控制负荷开关的那个端口发出跳闸信号，禁止所述负荷开关跳闸，由外部熔断器熔断后断开故障线路以完成线路保护功能，同时发出事故信号，并上传故障信息到后台系统。
S6：如果线路处于非短路故障状态，则由所述4开出量端口304中的用于控制负荷开关的那个端口发出跳闸信号，控制负荷开关跳闸以断开故障线路，完成线路保护功能，同时发出事故信号，并上传故障信息到后台系统。
本发明的技术方案结构简单，可靠性高。采用DSP单元对采样电流数据进行实时监测，分析线路的运行状态，当线路处于故障状态时，进一步判断所述线路是否处于短路故障状态，当线路处于短路故障状态时，则闭锁保护动作出口，禁止负荷开关跳闸，由外部熔断器熔断后切除故障，从而达到了既能保护线路又不损坏负荷开关的技术效果。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种使用在装设负荷开关的开关柜上的微机继电保护装置，当线路发生故障时，该开关柜通过负荷开关或熔断器来实现对线路的保护，其特征在于，所述微机继电保护装置包括：主控制板(10)、输入输出板(20)和开入开出板(30)，所述主控制板(10)和所述输入输出板(20)通过RS232接口(109)进行连接，所述主控制板(10)和所述开入开出板(30)通过开关量端口(110)以及开出量端口(111)进行连接，所述主控制板(10)用于实时检测采样的保护电流，分析线路的运行状态，当线路处于短路故障状态时，则禁止所述负荷开关跳闸，由熔断器熔断后断开故障线路。
2.根据权利要求1所述的使用在装设负荷开关的开关柜上的微机继电保护装置，其特征在于，所述主控制板(10)用于实时检测采样的保护电流，分析线路的运行状态，当线路处于非短路故障状态时，则控制负荷开关跳闸，以断开故障线路。
3.根据权利要求1所述的使用在装设负荷开关的开关柜上的微机继电保护装置，其特征在于，所述主控制板(10)包括DSP单元(101)、AD转换单元(102)、变换器(103)、模拟量输入通道(104)、第一光电隔离模块(105)、RS485通讯模块(106)、RS232接口(109)、开关量端口(110)和开出量端口(111)，所述模拟量输入通道(104)连接至所述变换器(103)，所述变换器(103)连接至所述AD转换单元(102)，所述AD转换单元(102)连接至所述DSP单元(101)，所述RS485通讯模块(106)连接至所述第一光电隔离模块(105)，所述第一光电隔离模块(105)连接至所述DSP单元(101)，所述RS232接口(109)、开关量端口(110)、开出量端口(111)均连接至所述DSP单元(101)。
4.根据权利要求3所述的使用在装设负荷开关的开关柜上的微机继电保护装置，其特征在于，所述主控制板(10)还包括时钟模块(107)，所述时钟模块(107)通过I2C总线连接至所述DSP单元(101)，用以产生系统运行时需要的参考时钟频率。
5.根据权利要求3所述的使用在装设负荷开关的开关柜上的微机继电保护装置，其特征在于，所述主控制板(10)还包括看门狗及复位电路(108)，所述看门狗及复位电路(108)连接至所述DSP单元(101)，所述看门狗及复位电路(108)用于监测系统状态，当DSP单元(101)的系统程序出现异常状态，所述看门狗及复位电路(108)产生复位信号复位所述DSP单元(101)。
6.根据权利要求3所述的使用在装设负荷开关的开关柜上的微机继电保护装置，其特征在于，所述主控制板(10)还包括电源模块(112)，所述电源模块(112)包括了电源接口(1121)、低通滤波模块(1122)以及AC/DC变换器(1123)，所述电源接口(1121)连接至低通滤波模块(1122)，所述低通滤波模块(1122)连接至所述AC/DC变换器(1123)，交流电源经所述电源接口(1121)，并经过低通滤波后，再经所述AC/DC变换器(1123)转换成预定电压输出，对所述主控制板(10)进行供电。
7.根据权利要求1所述的使用在装设负荷开关的开关柜上的微机继电保护装置，其特征在于，所述输入输出板(20)包括液晶显示器(201)、键盘(202)以及输入/输出模块(203)，所述液晶显示器(201)连接至所述输入/输出模块(203)，所述键盘(202)连接至所述输入/输出模块(203)，所述输入输出模块(20)将键盘(202)输入的用户指令转换成RS232协议数据并通过所述RS232接口(109)传输至所述主控制板(10)上的DSP单元(101)，并将DSP单元(101)通过所述RS232接口(109)输出的数据转换成显示数据在所述液晶显示器(201)上显示。
8.根据权利要求1所述的使用在装设负荷开关的开关柜上的微机继电保护装置，其特征在于，所述开入开出板(30)包括第二光电隔离模块(301)、8开关量端口(302)、第三光电隔离模块(303)和4开出量端口(304)，所述8开关量端口(302)连接至所述第二光电隔离模块(301)，所述第二光电隔离模块(301)连接至所述开关量端口(110)，并通过所述开关量端口(110)连接至主控制板(10)上的所述DSP单元(101)，所述主控制板(10)上的DSP单元(101)连接至开出量端口(111)，并通过所述开出量端口(111)连接至所述第三光电隔离模块(303)，所述第三光电隔离模块(303)连接至4开出量端口(304)。
9.一种使用在装设负荷开关的开关柜上的微机继电保护方法，当线路发生故障时，该开关柜通过负荷开关或熔断器来实现对线路的保护，其特征在于，所述微机继电保护方法包括：
实时监测采样的电流数据；
将采样的电流数据与基准电流阈值进行比较，判断线路是否处于故障状态；
当线路处于故障状态时，进一步判断所述线路是否处于短路故障状态；
如果线路处于短路故障状态，则禁止所述负荷开关跳闸，由外部熔断器熔断后断开故障线路以完成线路保护功能，同时发出事故信号，并上传故障信息到后台系统；
如果线路处于非短路故障状态，则控制负荷开关跳闸断开故障线路以完成线路保护功能，同时发出事故信号，并上传故障信息到后台系统。
10.根据权利要求9所述的使用在装设负荷开关的开关柜上的微机继电保护方法，其特征在于，在判断线路是否处于故障状态的步骤之后还包括：
当线路处于正常状态即非故障状态时，在液晶显示器上实时显示采样的电流数据，同时通过RS485通讯接口上传至后台系统，由后台系统完成对线路的远程监控。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150401 |