CN104779705A - 线路保护测控方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种线路保护测控方法及装置，采用32位DSP芯片作为装置的微处理器，与微处理器连接的外围模块包括开入控制模块、开出控制模块、16位A/D采样控制模块、液晶显示模块、按键输入模块、电源控制模块和通讯模块；交流采样板采集三相交流电压电流信号，输出连接至16位A/D采样控制模块，开入板采集开入信号连接至开入控制模块，微处理器输出跳闸告警信号连接至开出控制模块、开出板；电源控制模块控制电源板输出直流电源；微处理器输出显示信号连接液晶显示模块；微处理器通过以太网/485/CAN光纤通讯；微处理器还连接按键输入模块，实现友好人机界面。本发明集控制、保护、测量、计量和通信于一体，对输电线路进行全面的保护和监控，实现智能电网电气部分的集中维护和管理。

Description

线路保护测控方法及装置

技术领域

本发明属于智能电网技术领域，具体涉及一种智能电网的线路保护测控方法及装置。

背景技术

智能电网是电网技术发展的必然趋势，它的提出推动了各相关技术的迅猛发展。目前，我国数字式继电保护和安全自动装置已获得广泛应用，成为在合理电网结构前提下，保障电力系统安全、稳定运行不可或缺的重要设备，在科研、设计、制造、试验、施工和运行中已积累了不少经验。但在确定继电保护和安全自动装置方案时，应根据可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求，优先选用具有成熟运行经验的数字式装置，包括以电流、电压保护及三相重合闸为基本配置的成套线路保护装置，以保证线路的安全可靠运行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：根据智能电网可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求，而提供一种集控制、保护、测量、计量和通信于一体的线路保护测控方法及装置，配置高性能平台对输电线路进行全面的保护和监控，实现智能电网电气部分的集中维护和管理。

本发明采用的技术方案是：

一种线路保护测控装置，采用32位DSP芯片作为装置的微处理器，与微处理器连接的外围模块包括开入控制模块、开出控制模块、16位A/D采样控制模块、液晶显示模块、按键输入控制模块、电源控制模块和通讯模块；交流采样板的电流互感器和电压互感器的初级连接三相交流电压电流端，交流采样板的电流互感器和电压互感器的次级连接至16位A/D采样控制模块，16位A/D采样控制模块输出的交流数字信号连接至微处理器；开入板采集的开入信号连接至开入控制模块，开入控制模块输出连接至微处理器；微处理器基于上述交流信号和开入信号进行处理而输出跳闸告警信号连接至开出控制模块，开出控制模块输出连接开出板，开出板输出连接系统跳闸警告；微处理器输出电源信号连接电源控制模块，电源控制模块输出连接电源板，电源板输出直流电源；微处理器输出显示信号连接液晶显示模块；微处理器通过通讯模块与以太网/485/CAN光纤通讯；微处理器还连接按键输入模块，实现友好人机界面。

上述技术方案中，所述的开入板采集的开入信号包括压力信号、温度信号、远方/就地信号、跳位信号和/或合位信号。

上述技术方案中，所述的32位PSP芯片作为装置的微处理器，拥有大容量的FLASH程序空间、RAM、I/0信号以及CAN和RS232接口。

上述技术方案中，所述的跳闸告警信号包括压力信号闭锁跳合闸、三相一次重合闸、一路遥控、一路手跳/遥跳开出、通用继电器开出控制、零序告警、电流越限告警和母线接地告警。

一种基于上述线路保护测控装置的线路保护测控方法，包括：

(1)三段式复合电压闭锁方向电流保护：

电流超过定值，相关线电压小于低电压定值，或者负序电压超过负序电压定值，同时方向元件满足条件二个周波后，程序即判为保护启动条件满足，此时方向检查自动退出。低电压闭锁，负序电压闭锁和方向闭锁可分别投退；

(2)后加速保护：

后加速开放时间为(2thjs+2秒)，即在断路器由跳位变合位后，无论手合或自动重合闸，后加速均开放2thjs+2秒，其中thjs为后加速延时；后加速保护应躲过线路外带用户变压器的励磁涌流，当其动作电流按躲过最大负荷电流整定时，应延时躲过励磁涌流，延时约200ms；

(3)三相一次重合闸：

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，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，即在手动和自动合闸后，都需要经过20s的充电时间，重合闸功能才有效，断路器因故障跳闸或偷跳后，若重合闸已“充电”，则重合闸启动，经过重合闸延时后，就进行重合闸；

(4)低周低压减载：

低周减载逻辑中加入了断路器合位判据，若母线电压小于欠压闭锁定值或频率超出42－52Hz的有效范围，低周减载自动闭锁，低压减载主要是为了防止系统无功不足引起电压下降时，减去一部分负荷，从而提高系统的电压质量；

(5)过负荷告警：

装置独立设立过负荷告警段，可投退；

(6)零序方向告警或跳闸，中性点经电阻接地系统选线跳闸：

对中性点经电阻接地系统装置只需更换不同于小接地系统的零序TA，零序电流接线时，零序TA一次二次同名端均靠近母线侧，零序电压可计算或外接；

(7)母线接地告警：

当装置接入TV开口三角电压时，该功能可判断小接地系统的单相接地，装置共提供四种投退方式，可根据投退类型发出不同的告警信号。

(8)TV断线告警及闭锁保护：

装置根据如下两个判据来判断TV断线；判据一：某一线电压小于70V同时任一相电流大于0.04In；判据二：负序电压大于8V；

(9)断路器失灵告警：

当装置发出跳闸脉冲2s后，开关仍无变位且保护没返回，则装置发断路器失灵告警信息；

(10)电流越限告警：

电流越限告警的投退和定值是由程序自动完成的，随三段式电流保护的投入而自动投入，同时取三段式电流保护电流定值最小者的90％，作为告警电流定值；

(11)保护电流回路异常：

正常情况下，保护采集两相电流或三相电流幅值不应有较大偏差。当不同相的电流相差超过20％，且超过10s延时时，则装置发电流回路异常自检信息。

本发明的TPS-6612线路保护测控装置根据国家标准《GB14285-2006继电保护和安全自动装置技术规程》中所提要求设计和研制。该装置是由微机实现的保护、测控一体化装置，为110kV以下各电压等级的线路间隔单元，提供完善的保护、测量、控制、录波、通信、监视、信息记录、打印功能，为电力行业设备安全、可靠、稳定运行提供保障。

本发明结构单元化、全密封、单元内各模件独立金属腔体、自检和冗余措施完善，抗干扰性能好；面向控制对象开放式设计，实现模块化，可查询CPU状态及保护中间过程；采用多CPU智能插件设计，开入开出插件实现实时完全自检；32位微处理器和16位AD宽幅模数转换，24点/周波采样，运算速度快，采样精度高；通讯可采用CAN网、485、光纤、以太网等介质通讯速度快、可靠性高，支持IEC60870-5-103标准；人机接口由大屏幕液晶显示器和薄膜按键组成，信息显示汉化。

本发明特别适用于110kV及以下电压等级的线路，实现其保护、测量及断路器控制等功能。

优点效果

本发明的TPS-6612线路保护测控装置配备有高性能硬件平台和高可靠性软件平台，适用于各种场合的馈线保护测控，单元化设计，可扩充性强，具有完备的遥控与中央信号输出功能，保护测控功能一体化，具有高精度的测量功能。

该装置还具有以下几大优势：大容量的故障录波记录，可存储最近16次故障录波记录；完善的事件记录存储，可存储最近1024条事件记录；高精度时钟芯片，支持IRIG-B、分脉冲、秒脉冲、SNTP对时方式；完善的通信功能，配置3个以太网口，支持IEC61850、IEC60870-5-103等多种通信协议，装置可按需要配置2个RS-485串口/CAN网接口，支持IEC60870-5-103/CAN通信协议。

附图说明

图1为本发明电路模块原理图；

图2为本发明树形菜单结构图。

具体实施方式

本发明的线路保护测控装置，采用32位DSP芯片作为装置的微处理器，与微处理器连接的外围模块包括开入控制模块、开出控制模块、16位A/D采样控制模块、液晶显示模块、按键输入控制模块、电源控制模块和通讯模块；交流采样板的电流互感器和电压互感器的初级连接三相交流电压电流端，交流采样板的电流互感器和电压互感器的次级连接至16位A/D采样控制模块，16位A/D采样控制模块输出的交流数字信号连接至微处理器；开入板采集的开入信号连接至开入控制模块，开入控制模块输出连接至微处理器；微处理器基于上述交流信号和开入信号进行处理而输出跳闸告警信号连接至开出控制模块，开出控制模块输出连接开出板，开出板输出连接系统跳闸警告；微处理器输出电源信号连接电源控制模块，电源控制模块输出连接电源板，电源板输出直流电源；微处理器输出显示信号连接液晶显示模块；微处理器通过通讯模块与以太网/485/CAN光纤通讯；微处理器还连接按键输入模块，实现友好人机界面。

上述开入板采集的开入信号包括压力信号、温度信号、远方/就地信号、跳位信号和/或合位信号。

上述32位PSP芯片作为装置的微处理器，拥有大容量的FLASH程序空间、RAM、I/0信号以及CAN和RS232接口。

上述跳闸告警信号包括压力信号闭锁跳合闸、三相一次重合闸、一路遥控、一路手跳/遥跳开出、通用继电器开出控制、零序告警、电流越限告警和母线接地告警。

一种基于上述线路保护测控装置的线路保护测控方法，包括：

(1)三段式复合电压闭锁方向电流保护：

电流超过定值，相关线电压小于低电压定值，或者负序电压超过负序电压定值，同时方向元件满足条件二个周波后，程序即判为保护启动条件满足，此时方向检查自动退出。低电压闭锁，负序电压闭锁和方向闭锁可分别投退；

(2)后加速保护：

后加速开放时间为(2thjs+2秒)，即在断路器由跳位变合位后，无论手合或自动重合闸，后加速均开放2thjs+2秒，其中thjs为后加速延时；后加速保护应躲过线路外带用户变压器的励磁涌流，当其动作电流按躲过最大负荷电流整定时，应延时躲过励磁涌流，延时约200ms；

(3)三相一次重合闸：

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，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，即在手动和自动合闸后，都需要经过20s的充电时间，重合闸功能才有效，断路器因故障跳闸或偷跳后，若重合闸已“充电”，则重合闸启动，经过重合闸延时后，就进行重合闸；

(4)低周低压减载：

低周减载逻辑中加入了断路器合位判据，若母线电压小于欠压闭锁定值或频率超出42－52Hz的有效范围，低周减载自动闭锁，低压减载主要是为了防止系统无功不足引起电压下降时，减去一部分负荷，从而提高系统的电压质量；

(5)过负荷告警：

装置独立设立过负荷告警段，可投退；

(6)零序方向告警或跳闸，中性点经电阻接地系统选线跳闸：

对中性点经电阻接地系统装置只需更换不同于小接地系统的零序TA，零序电流接线时，零序TA一次二次同名端均靠近母线侧，零序电压可计算或外接；

(7)母线接地告警：

当装置接入TV开口三角电压时，该功能可判断小接地系统的单相接地，装置共提供四种投退方式，可根据投退类型发出不同的告警信号。

(8)TV断线告警及闭锁保护：

装置根据如下两个判据来判断TV断线；判据一：某一线电压小于70V同时任一相电流大于0.04In；判据二：负序电压大于8V；

(9)断路器失灵告警：

当装置发出跳闸脉冲2s后，开关仍无变位且保护没返回，则装置发断路器失灵告警信息；

(10)电流越限告警：

电流越限告警的投退和定值是由程序自动完成的，随三段式电流保护的投入而自动投入，同时取三段式电流保护电流定值最小者的90％，作为告警电流定值；

(11)保护电流回路异常：

正常情况下，保护采集两相电流或三相电流幅值不应有较大偏差。当不同相的电流相差超过20％，且超过10s延时时，则装置发电流回路异常自检信息。

参见图1，本发明的线路保护测控装置所具有的数据采集处理、计算、逻辑判断、信息记录功能、录波功能、定值管理功能都在微处理器中完成，系统采用32位DSP芯片作为装置的微处理器，该类芯片拥有大容量的FLASH程序空间、RAM、I/O信号以及CAN、RS232接口，减少了外围存储和辅助芯片，提高了系统的可靠性。微处理器的外围模块包括开入控制模块、开出控制模块、A/D采样控制模块、液晶显示模块、电源控制模块、通讯模块等。A/D采样控制模块主要功能是将交流采样板电流互感器、电压互感器二次值转化为微处理器可以接受处理的数字信号，该模块采用了16位A/D转换电路，能够完成对保护线路电压、电流值、频率、功率因素、有功、无功等的精确测量；开入控制模块主要功能是完成开入板23路位置YX采集，包括压力信号、温度信号、远方/就地信号,跳位信号、合位信号等；开出控制模块是微处理器基于对系统交流信号和开入信号采集基础上实施的保护跳闸告警类输出，包括压力信号闭锁跳合闸、三相一次重合闸、一路遥控、一路手跳/遥跳开出、通用继电器开出控制、零序告警、电流越限告警、母线接地告警等；电源控制模块主要是功能为系统提供电源变换，包括5V，12V，24V直流电源输出；通讯模块为系统提供2路可扩展的以太网通信，1路485通信功能，并且支持IEC103规约，1路CAN通信功能，支持CAN2.0B规约，1路串口打印和IRGB对时等。液晶显示模块主要功能是完成液晶显示驱动，按键信号采集，为用户提供简便的人机操作界面，方便对开入信号，交流采样信号及其记录的历史信息，故障波形，定值设置等的查询和导出。

本发明的硬件平台以32位带浮点功能微处理器和16位AD作为核心，微处理器、AD均采用工业控制领域的主流制造厂商并已有成功应用的、形成系列化的主导产品；微处理器除具有常规的高速计算功能外，还包含了大容量的程序FLASH、RAM、I/O接口、SCI、SPI、CAN等资源，大大的简化了硬件的复杂程度，提高了硬件的可靠性。

保护测控装置的硬件板件包括CPU板、MMI板、AC板、COM板、DC板、SWI板，各功能板件按功能合理划分，采用了模块化、功能化、通用化的设计思想，使功能板件的功能明确、便于互换。

装置结构设计新颖，主要功能包括：数据采集功能、控制功能、通讯功能、调试功能、对时功能、自检功能、信息记录功能、录波功能、定值管理功能、保护出口继电器配置功能、打印功能、口令管理功能等。装置采用类计算机工作站功能设计，既能单独作为数字保护装置使用，又可以组成各种不同结构的系统使用。

装置技术参数如下：

额定参数：

直流电源：220V或110V，允许偏差+15％、-20％

直流电压：+5V、±12V

输入交流电压：100V或57.7V

输入交流电流：5A或1A

输入交流频率：50Hz

功率消耗：

直流电源回路：正常：＜20W，保护动作：＜30W

交流电流回路：＜1.0VA/相(In＝5A)，＜0.5VA/相(In＝1A)

过载能力：

直流电源回路：80％—110％额定电压连续运行

交流电压回路：1.4倍额定电压连续运行

交流电流回路：2倍额定电流连续运行，10倍额定电流允许工作10S，40倍额定电流允许工作1S

允许环境温度：

正常工作温度：-10℃～+55℃

极限工作温度：-25℃～+60℃

运输和贮存温度：-40℃～+70℃

测量元件精度：

刻度误差：不大于±2％

温度误差：在工作环境温度范围内不大于±3％

综合误差：不大于±5％

绝缘性能：

绝缘耐压：满足电力行业标准,DL4/8

线路保护主要技术参数：

Claims (5)

1.一种线路保护测控装置，其特征在于，采用32位DSP芯片作为装置的微处理器，与微处理器连接的外围模块包括开入控制模块、开出控制模块、16位A/D采样控制模块、液晶显示模块、按键输入模块、电源控制模块和通讯模块；交流采样板的电流互感器和电压互感器的初级连接三相交流电压电流端，交流采样板的电流互感器和电压互感器次级连接至16位A/D采样控制模块，16位A/D采样控制模块输出的交流信号连接至微处理器；开入板采集的开入信号连接至开入控制模块，开入控制模块输出连接至微处理器；微处理器基于上述交流信号和开入信号进行处理而输出跳闸告警信号连接至开出控制模块，开出控制模块输出连接开出板，开出板输出连接系统跳闸警告；微处理器输出电源信号连接电源控制模块，电源控制模块输出连接电源板，电源板输出直流电源；微处理器输出显示信号连接液晶显示模块；微处理器通过通讯模块与以太网/485/CAN光纤通讯；微处理器还连接按键输入模块实现友好人机界面。

2.根据权利要求1所述的线路保护测控装置，其特征在于，所述的开入板采集的开入信号包括压力信号、温度信号、远方/就地信号、跳位信号和/或合位信号。

3.根据权利要求1所述的线路保护测控装置，其特征在于，所述的32位PSP芯片作为装置的微处理器，拥有大容量的FLASH程序空间、RAM、I/O信号以及CAN和RS232接口。

4.根据权利要求1所述的线路保护测控装置，其特征在于，所述的跳闸告警信号包括压力信号闭锁跳合闸、三相一次重合闸、一路遥控、一路手跳/遥跳开出、通用继电器开出控制、零序告警、电流越限告警和母线接地告警。

5.一种基于权利要求1线路保护测控装置的线路保护测控方法，其特征在于，包括：

(1)三段式复合电压闭锁方向电流保护

电流超过定值，相关线电压小于低电压定值，或者负序电压超过负序电压定值，同时方向元件满足条件二个周波后，程序即判为保护启动条件满足，此时方向检查自动退出。低电压闭锁，负序电压闭锁和方向闭锁可分别投退；

(2)后加速保护：

后加速开放时间为(2thjs+2秒)，即在断路器由跳位变合位后，无论手合或自动重合闸，后加速均开放2thjs+2秒，其中thjs为后加速延时；后加速保护应躲过线路外带用户变压器的励磁涌流，当其动作电流按躲过最大负荷电流整定时，应延时躲过励磁涌流，延时约200ms；

(3)三相一次重合闸：

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，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，即在手动和自动合闸后，都需要经过20s的充电时间，重合闸功能才有效，断路器因故障跳闸或偷跳后，若重合闸已“充电”，则重合闸启动，经过重合闸延时后，就进行重合闸；

(4)低周低压减载：

低周减载逻辑中加入了断路器合位判据，若母线电压小于欠压闭锁定值或频率超出42－52Hz的有效范围，低周减载自动闭锁，低压减载主要是为了防止系统无功不足引起电压下降时，减去一部分负荷，从而提高系统的电压质量；

(5)过负荷告警：

装置独立设立过负荷告警段，可投退；

(6)零序方向告警或跳闸，中性点经电阻接地系统选线跳闸：

对中性点经电阻接地系统装置只需更换不同于小接地系统的零序TA，零序电流接线时，零序TA一次二次同名端均靠近母线侧，零序电压可计算或外接；

(7)母线接地告警：

当装置接入TV开口三角电压时，该功能可判断小接地系统的单相接地，装置共提供四种投退方式，可根据投退类型发出不同的告警信号。

(8)TV断线告警及闭锁保护：

装置根据如下两个判据来判断TV断线；判据一：某一线电压小于70V同时任一相电流大于0.04In；判据二：负序电压大于8V；

(9)断路器失灵告警：

当装置发出跳闸脉冲2s后，开关仍无变位且保护没返回，则装置发断路器失灵告警信息；

(10)电流越限告警：

电流越限告警的投退和定值是由程序自动完成的，随三段式电流保护的投入而自动投入，同时取三段式电流保护电流定值最小者的90％，作为告警电流定值；

(11)保护电流回路异常：

正常情况下，保护采集两相电流或三相电流幅值不应有较大偏差。当不同相的电流相差超过20％，且超过10s延时时，则装置发电流回路异常自检信息。