CN107408808B - 三冗余数字保护继电器及其操作方法 - Google Patents

三冗余数字保护继电器及其操作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107408808B
CN107408808B CN201580073132.XA CN201580073132A CN107408808B CN 107408808 B CN107408808 B CN 107408808B CN 201580073132 A CN201580073132 A CN 201580073132A CN 107408808 B CN107408808 B CN 107408808B
Authority
CN
China
Prior art keywords
power monitoring
power
voting
monitoring devices
power system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201580073132.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN107408808A (zh
Inventor
申宗翰
金龙吉
金载玹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Korea Ypp Corp
Original Assignee
Korea Ypp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Korea Ypp Corp filed Critical Korea Ypp Corp
Publication of CN107408808A publication Critical patent/CN107408808A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107408808B publication Critical patent/CN107408808B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/02—Details
    • H02H3/05—Details with means for increasing reliability, e.g. redundancy arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B—BOARDS, SUBSTATIONS OR SWITCHING ARRANGEMENTS FOR THE SUPPLY OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B1/00—Frameworks, boards, panels, desks, casings; Details of substations or switching arrangements
    • H02B1/20—Bus-bar or other wiring layouts, e.g. in cubicles, in switchyards
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/083—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for three-phase systems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/42—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to product of voltage and current
    • H02H3/427—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to product of voltage and current using induction relays
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/0061—Details of emergency protective circuit arrangements concerning transmission of signals
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H02H7/261—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured involving signal transmission between at least two stations

Abstract

本发明公开一种三冗余保护继电器及其操作方法。根据本发明的三冗余数字保护继电器包括：三个电力监控装置，采用三冗余结构，基于利用相互之间实时数据通信的三取二表决，控制用于分离发生故障的电力系统的断路器；以及中央通信装置，从所述三个电力监控装置获取与电力系统的工作状态相关的数据并管理所获取的与电力系统的工作状态相关的数据。

Description

三冗余数字保护继电器及其操作方法
技术领域
本发明涉及一种数字保护继电器，尤其涉及一种三冗余数字保护继电器及其操作方法。
背景技术
一般而言，保护继电器是维持电力系统健康的核心设备，其通过实时分析/监视电力系统的工作状态并在检测到故障时立即输出断路器打开信号来切断流经故障系统的故障电流，以防止电力系统的电气及机械故障扩散到经济损失或失去宝贵生命等不幸的事故。
这种保护继电器的最基本的职责可由工作灵敏度(Sensitivity)、选择性(Selectivity)、速度(Speed)来定义。工作灵敏度是连最小故障也能够识别的能力，选择性是不误判非故障现象为故障的能力，速度是为了使由故障引起的损伤或扩散最小化而尽可能快地工作的能力，任何一个都不容忽视。
当保护继电器没有正确执行工作职责时，不仅造成生产中断乃至停工，还牵涉到社会动乱、安保等，直到最近，在包括我国(韩国)的多个国家还发生过继电器的一系列误动作导致大面积停电(blackout)的事例，其作为全球性问题，会扩散到经济和社会问题，因此迫切需要采取对策。
为了确保执行如此重要职责的保护继电器的可靠性，在全世界范围内强制性地要求满足国际电工委员会(IEC)、电气与电子工程师协会(IEEE)等国际标准机构提出的安全性、可靠性标准。尤其，自20世纪80年代以来一直占主导地位的最新的数字(digital)保护继电器是基于极为先进的高精度/高集成度的电子技术制造的设备，其对浪涌和噪音敏感，且由于部件的经年变化导致的特性及额定的降低而运行期间始终存在误动作和误不动作的可能性，因此，标准规格也呈现随着时代加强的趋势。
但是，在规格中定义的测试级别由于标准属性而倾向于一般化，从而难以超越基本，从至今为止成为电力系统大小事故的原因的所有保护继电器都是国际标准规格认证品可知。
并且，最近的数字保护继电器由于其技术的发展，其功能和范围扩大至无法与过去比较的程度，通过将外围设备的许多功能整合到保护继电器的内部功能中，使整个系统变得更加简单和便利，但另一方面也存在多功能保护继电器的故障可能会同时降低电力系统的可靠性和功能性的缺点。
即使是有着悠久历史的所有保护继电器制造公司也基于许多应用事例和经验，不断开展改善功能性、可靠性及质量的活动，这是为了适应日益极端的使用环境，但保护继电器不能完全摆脱内部故障的风险和影响也是现实，因此始终存在对生命财产损失、不必要的机会成本等的忧虑。尤其，就核电站而言，从离我国最近的日本的事例中可以看出其故障的影响非常大，因此所有影响安全的主要工序都被强制使用安全等级高的昂贵产品。
如上所述，有必要开发一种能够显著降低保护继电器的故障发生概率和误动作及误不动作可能性并提高可靠性的技术。。
发明内容
(一)要解决的技术问题
因此，本发明用于解决这种现有技术的问题，其目的在于提供一种三冗余数字保护继电器及其操作方法，所述三冗余数字保护继电器中执行核心功能的模块采用三冗余结构，基于利用其采用的三冗余模块之间的实时数据通信的三取二表决(2 out of 3voting)，控制用于分离发生故障的电力系统的断路器。
但是本发明的目的并不限定于上述提及的事项，本发明所属技术领域的普通技术人员可通过以下记载明确理解未提及的其他目的。
(二)技术方案
为了实现上述目的，本发明的一方面的三冗余数字保护继电器可包括：三个电力监控装置，采用三冗余结构，基于利用相互之间实时数据通信的三取二表决(2 out of 3voting)，控制用于分离发生故障的电力系统的断路器；以及中央通信装置，从所述三个电力监控装置获取与电力系统的工作状态相关的数据并管理所获取的与电力系统的工作状态相关的数据。
优选地，其特征在于，所述电力监控装置包括：中央处理器(CPU)，基于利用与其他电力监控装置的实时数据通信的三取二表决，控制用于分离发生故障的电力系统的断路器；第一断路器脱扣电路，作为根据所述中央处理器的控制信号进行所述断路器的脱口控制的输出接点，由一个信号用继电器实现；第二断路器脱扣电路，作为根据所述中央处理器的控制信号进行所述断路器的脱扣控制的输出接点，由串联连接的两个信号用继电器实现。
优选地，所述电力监控装置通过基于其二取一表决(1 out of 2 voting)或二取二表决(2 out of 2 voting)的逻辑运算结果控制所述第一断路器脱扣电路内的一个信号用继电器。
优选地，其特征在于，所述电力监控装置在当所述电力系统发生故障且从所述三个电力监控装置中的其中一个电力监控装置检测到内部故障时，利用基于所述二取一表决或所述二取二表决的逻辑运算控制所述断路器。
优选地，其特征在于，所述电力监控装置通过基于其三取二表决的逻辑运算结果控制所述串联连接的两个信号用继电器中的一个信号用继电器，通过基于其他电力监控装置的四取二表决(2 out of 4 voting)的逻辑运算结果控制另一个信号用继电器。
优选地，其特征在于，所述电力监控装置在当所述电力系统发生故障且从所述三个电力监控装置没有检测到内部故障时，利用基于所述三取二表决的逻辑运算控制所述断路器。
优选地，其特征在于，所述电力监控装置基于根据电压及电流计算的电量来检测电力系统是否发生故障，并利用表决总线(voting bus)将该检测结果分别传送至其他电力监控装置以共享检测结果。
本发明的另一方面，三冗余数字保护继电器的操作方法可包括以下步骤：基于根据电压及电流计算的电量来判断电力系统是否发生故障；根据所述判断的结果，通过采用三冗余结构的三个电力监控装置，基于利用相互之间的实时数据通信的三取二表决，控制用于分离发生故障的电力系统的断路器；以及从所述三个电力监控装置获取与电力系统的工作状态相关的数据并管理所获取的与电力系统工作状态有关的数据。
优选地，其特征在于，所述控制步骤在当所述电力系统发生故障且从所述三个电力监控装置中的其中一个电力监控装置检测到内部故障时，利用基于所述二取一表决或所述二取二表决的逻辑运算控制所述断路器。
优选地，其特征在于，所述控制步骤当所述电力系统发生故障且从所述三个电力监控装置没有检测到内部故障时，利用基于所述三取二表决的逻辑运算控制所述断路器。
(三)有益效果
据此，本发明的执行保护继电器的核心功能的模块采用三冗余结构，基于利用其采用的三冗余模块之间的实时数据通信的三取二表决，控制用于分离发生故障的电力系统的断路器，从而具有能够有效防止保护继电器的误动作或误不动作的效果。
并且，本发明基于利用三取二表决的逻辑运算而能够防止误动作或误不动作，因此具有能够稳定地操作系统的效果。
并且，本发明基于利用三取二表决的逻辑运算而能够稳定地操作系统，因此具有能够提高可靠性的效果。
附图说明
图1是示出本发明的一个实施例的三冗余数字保护继电器的内部结构的图。
图2是示出三冗余数字保护继电器的内部网络结构的图。
图3是示出图1中示出的电力监控装置的功能结构的图。
图4是示出三冗余结构的电力监控装置的相互连接关系的图。
图5是示出图1中示出的电力监控装置的工作机制的图。
图6是示出本发明的一个实施例的输入输出接点处理装置的结构的图。
图7是示出本发明的一个实施例的中央通信装置的功能结构的图。
图8是示出电力监控装置和中央通信装置之间的相互关系的图。
图9是示出本发明的一个实施例的三冗余数字保护继电器的工作方法的图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施例的三冗余数字保护继电器及其操作方法进行说明。以理解本发明的工作及作用所需要的部分为中心进行详细说明。
并且，在对于本发明的结构组件的说明中，可根据附图对于相同名称的结构组件赋予不同的附图标记，即使是不同的附图也可以赋予相同的附图标记。但是，即使是这种情况也不意味着该结构组件根据实施例具有相互不同的功能或在不同的实施例中具有相同的功能，各结构组件的功能应以在该实施例中的对各结构组件的说明为基础而进行判断。
尤其，在本发明中提出一种新的方案，执行保护继电器的核心功能的模块采用三冗余结构，基于利用其采用的三冗余模块之间的实时数据通信的三取二表决控制用于分离发生故障的电力系统的断路器。
本发明在开发三冗余保护继电器时，相比现有的三冗余保护系统，为了高可靠性、高性能、多功能、低成本、提高网络效率、提高工程及便利性等，需解决以下技术问题。
1.一个保护继电器内部的核心功能装置采用三冗余结构，三冗余装置之间应无相互依赖关系地独立执行保护继电器的所有工作职责，即使其中一个出现误动作，也不应影响三冗余保护继电器固有职能的执行。
2.即使一个保护继电器内部的三冗余核心功能装置中的任意一个出现误动作，其结果也不应对外部产生影响。
3.一个保护继电器内部的三冗余核心功能装置相互实时共享各自的判断结果，通过三取二表决脱扣机制(2 out of 3 voting trip mechanism)，基于可靠性高的判断结果控制电力系统。
4.即使一个保护继电器内部的三冗余核心功能装置之间的共享介质发生故障，也不能对三取二表决脱扣机制的安全工作造成影响。
5.一个保护继电器内部的三冗余核心功能装置应通过自诊断始终监视工作的健康性并相互共享其结果，当工作过程中由于某一个核心功能装置发生故障或因部件的故障而作出错误判断时，应能够区分故障和误判，且应具有能够从三取二表决脱扣机制排除错误判断的实时辨别能力。
6.当一个保护继电器内部的三冗余核心功能装置中的任意一个核心功能装置发生故障而无法执行三取二表决脱扣机制时，根据现场保护原则，能够自动切换到二取二表决逻辑(2 out of 2 voting logic，串联双冗余)或二取一表决逻辑(1 out of 2 votinglogic，并联双冗余)，无需用户操作或延迟时间，使可靠性的降低最小化。
7.工作中发生内部故障而被三取二表决逻辑(2 out of 3 voting logic)排除的核心功能装置应尝试自行修复临时故障以保持三冗余保护继电器的可靠性。并且，当故障得到修复时，三冗余保护继电器应从二取二表决逻辑或二取一表决逻辑重新安全地切换到三取二表决逻辑并执行。
8.三个核心功能装置为了排除各自工作的相互从属性，以非同步状态工作的同时，不能对三冗余保护继电器的实时三取二表决逻辑、二取一表决逻辑或二取二表决逻辑的工作性能产生影响。
9.对核心功能装置三冗余保护继电器而言，三冗余核心功能装置中发生故障的装置不可对三冗余保护继电器的工作事件和工作时刻的记录产生影响。
10.当向外部输出通过三个核心功能装置之间的三取二表决脱扣机制判断的高可靠性结果以控制电力系统时，应防止因接点输出装置的故障或误动作而向外部输出错误的输出信号。
11.为了向外部输出通过各装置之间的三取二表决脱扣机制判断的高可靠性的结果，三个核心功能装置不可连接或从属于内部其他装置。这是为了排除高可靠性的判断结果受到与其他装置的连接不安全或其他装置的健康性问题的影响而输出失败或误动作的可能性。
12.当通过接点检测电力系统的工作状态时，应防止因接点输入装置的故障或误动作引起的错误的输入信号用于相关功能工作。
13.即使保护继电器的稳定工作所必需的电源部的内部或外部发生故障，为了不影响三冗余保护继电器的工作，也需要采用双冗余电源部以始终工作并相互分担保护继电器的全部电负荷，即使一个电源部发生故障也不能对其他电源部产生影响，当发生故障的电源部完全丧失功能时，保护继电器可通过另一个电源部来稳定运行。
14.不仅是三冗余核心功能装置，当执行其他功能的装置内部的电源系统中发生短路等故障时，也不能对电源部或健康的装置的电源系统产生影响。
15.应通过三个核心功能装置中的任意一个装置也能够获得相同的数字及模拟数据值和数字数据的状态变化的事件记录。
16.在制作现场及使用现场升级或设置一个保护继电器内部构成的三冗余核心功能装置的各种程序和设定数据时，提供与运用一个保护继电器时相同的便利性，确保与单一结构方式的保护继电器相同的工程及维护的迅速性。
图1是示出本发明的一个实施例的三冗余数字保护继电器的内部结构的图。
如图1所示，本发明的三冗余数字保护继电器可包括电源装置110、电力监控(监视控制)装置120、输入输出接点处理装置130、中央通信装置140、电源/信号分配装置150、显示操作装置160。
电源装置110可将110V交流或者125V直流电源变换为适合保护继电器内部电路工作的低电压电源，单独或并联供给电能。
电力监控装置120检测电力系统的电压及电流，通过模拟-数字变换执行数字信号处理及测量运算，算出电力系统的多种电量，且通过该电量的分析监视电力系统的故障，当发生故障或异常时，非同步地相互交换该信息，通过三取二表决逻辑导出高可靠性的判断结果来控制断路器或其他电力设备。
此时，电力监控装置120采用三冗余结构，当两个模块即电力监控装置检测出内部故障时，以驱动一个模块的单一模式工作，当检测出一个模块的内部故障时，以驱动两个模块的二取二表决或二取一表决的双冗余模式工作，当没有检测出内部故障时，以驱动三个模块的三取二表决的三冗余模式工作。
输入输出接点处理装置130通过数字输入接点监视电力系统的工作状态，通过数字输出接点向外部发生保护继电器的控制信号及警报信号，最多可选择四个装置安装在保护继电器上以适合现场使用。
中央通信装置140从所有电力监控装置120及输入输出接点处理装置130获取电力系统的工作状态数据和各种电量测量值、事件等并记录到数据库进行管理，且根据保护继电器外部装置的要求，经由通信传送数据库的资料，或者经由通信从外部装置接收指令，从而传送到保护继电器内部的装置以进行处理。
*电源/信号分配装置150可以与保护继电器内部的各装置连接，向各装置供给电源并执行各装置之间的通信及信号交换。
显示操作装置160可与中央通信装置进行通信，获取并显示记录在数据库中的保护继电器自身及保护继电器检测的电力系统的工作状态等。
此时，显示操作装置160可具备按钮，所述按钮可操作，用于现场的用户发出保护继电器的工作特性变更指令，或者用于控制保护继电器。
图2是示出三冗余数字保护继电器的内部网络结构的图。
如图2所示，中央通信装置利用以太网通信与电力监控装置联动以传送并接收各种信息，电力监控装置之间或者输入输出接点处理装置之间可利用控制器局域网(CAN)通信联动以传送并接收各种信息。
其中，以适用以太网通信、控制器局域网通信的情况为例进行说明，但并不限定于此，可根据需要适用多种通信方式。
图3是示出图1中示出的电力监控装置的功能结构的图。
如图3所示，本发明的电力监控装置120可包括：电流互感器121、电压互感器122、模拟/数字(A/D)信号变换器123、数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processing)124、中央处理器(CPU，Central Processing Unit)125、第一断路器脱扣电路126、第二断路器脱扣电路127。
电流互感器121被称为CT(Current Transformer)，可将流经电力线路的电流变换为电力监控装置能够处理的小电流。
电压互感器122被称为PT(Potential Transformer)，可将电力系统的电压变换为电力监控装置能够检测的低电压。
模拟/数字信号变换器123可接收从电流互感器121和电压互感器122变换的模拟信号，将该模拟信号变换为数字信号。
数字信号处理器124可对通过模拟/数字(A/D)信号变换器变换的电力系统的电压、电流信号进行信号处理，基于该信号处理结果执行各电量测量和测量功能。
中央处理器125可利用从数字信号处理器124输入的电压、电流及各种电量数据监视电力系统的健康性，通过各种故障检测算法检测电力系统是否发生故障。
此时，中央处理器125与其他电力监控装置实时共享电力系统的监视结果。
中央处理器125可在判断电力系统的故障后，立刻传达至第一断路器脱扣电路126和第二断路器脱扣电路127，执行迅速分离故障系统和健康系统的控制功能。为了高可靠性的故障监控，中央处理器125与其他电力监控装置通过专用通信传送或接收并共享工作结果信息，在三个电力监控装置都没有异常地执行正常工作的条件下，通过三取二表决机制确定自身的工作结果信息和其他两个电力监控装置的工作结果信息，并用该结果信息控制两个控制接点装置串联的断路器脱扣接点127a。断路器脱扣接点127b也通过其他电力监控装置根据三取二表决机制发出的信号进行控制。
当断路器脱扣接点127a或127b发生故障时、处于相互控制关系的其他电力监控装置发生故障或工作结果信息传送/接收路径自身发生故障时，三个电力监控装置和周边装置处于不健康的状态，因此无法通过高可靠性的断路器脱扣接点输出控制信号。在这种情况下，忽略发生故障的电力监控装置的判断结果，通过逻辑与(AND)或逻辑或(OR)处理电力监控装置自身的结果或健康的其他电力监控装置的工作结果，且通过该逻辑的输出决定最终判断后，通过单一断路器脱扣电路126控制断路器。
第一断路器脱扣电路126和第二断路器脱扣电路127可根据基于中央处理器125的电力监控装置的工作结果信息的控制，控制断路器。
图4是示出三冗余结构的电力监控装置的相互连接关系的图。
如图4所示，本发明的三冗余结构的电力监控装置可利用表决总线(voting bus)传送/接收并共享工作结果信息。
例如，电力监控装置#1通过表决总线A传送自身的工作结果信息，通过表决总线B接收电力监控装置#2的工作结果信息，通过表决总线C接收电力监控装置#3的工作结果信息。
作为另一例，电力监控装置#2通过表决总线B传送自身的工作结果信息，通过表决总线A接收电力监控装置#1的工作结果信息，通过表决总线C接收电力监控装置#3的工作结果信息。
作为另一例，电力监控装置#3通过表决总线C传送自身的工作结果信息，通过表决总线A接收电力监控装置#1的工作结果信息，通过表决总线B接收电力监控装置#2的工作结果信息。
图5是示出图1中示出的电力监控装置的工作机制的图。
如图5所示，三冗余保护继电器以如下工作为核心：各电力监控装置分别通过电压互感器和电流互感器接收电力系统的电压和电流，从而测量电量、监视电力系统的运行状态、用于监视及检测电力系统的故障的保护继电运算工作、监视断路器的状态等，并通过各电力监控装置之间的专用通信交换其结果，三个电力监控装置分别通过三取二表决逻辑将自身的判断结果与其他两个电力监控装置的判断结果进行比较，当两个以上的判断结果相同时，将其评价为可靠并输入到用户定义逻辑(logic)功能，向外部输出根据用户定义逻辑运算结果算出的控制及警报信息。各电力监控装置自身分别具有用于电力设备尤其是断路器的脱扣(trip)控制的两个输出接点，其中一个接点以串联构成两个信号用继电器，串联连接的两个信号用继电器中，一个信号用继电器用电力监控装置自身的三取二表决逻辑运算结果进行控制，另一个信号用继电器用另一个电力监控装置的三取二表决逻辑运算结果进行控制，以使仅当两个信号用继电器都工作时才能够向外部输出，从而排除了由于单一信号用继电器自身或其控制电路的故障而导致三冗余保护继电器误动作或误不动作的危险因素。由于用于控制其他电力监控装置的信号用继电器的信号通过差动方式传送装置传送至印刷电路板(PCB，Printed Circuit Board)的内层(inner layer)导体，因此是能够强力对抗外部流入噪音或与周边电路的交换频率共振的共模(common mode)噪音的结构。并且，用于控制其他电力监控装置的信号用继电器的信号在作为信号传送主体的电力监控装置自身的三取二表决脱扣运算结果为真(true，真实)时才以有效状态输出，因此这也是排除误动作的结构。
由于某种电力监控装置的故障及错误而使得能够自主控制的自身的信号用继电器误动作，仅当作为串联连接的另一个信号用继电器的控制主体的另一个电力监控装置也发生故障或错误时，两个信号用继电器才都误动作，这是针对串联双冗余方式的误动作概率(security failure)的，是相比单一、并联双冗余、串并联三冗余方式，误动作概率最低的方式，其可能性也低。
各电力监控装置逻辑上生成根据三取二表决逻辑的两个以上的相同判断结果，通过串联双冗余结构的输出接点向外部输出控制信号，因此将所有电力监控装置的输出接点分别与断路器脱扣线圈串联连接时，相互协调控制的两个串联接点是构成三个并联电路的形态，因此可运用为可靠性高的故障保护(fail safe)结构。
三取二表决逻辑只有在三个电力监控装置都是健康状态(healthy state)时才工作，一个电力监控装置发生故障时阻止三取二表决逻辑工作。
如上所述，三个电力监控装置通过实时通信交换各自的工作结果，使得所有电力监控装置在理论上通过三取二表决逻辑导出可靠性高的判断结果，物理上将构成接点的信号用继电器(relay)构成为串联双冗余，分离控制主体，即使任意一个电力监控装置因判断错误而发生输出，或部件及部件相关电路乃至电力监控装置整体发生故障，三冗余保护继电器也能保持高度的可靠性并始终执行应尽的工作职责。
为此，各电力监控装置需要额外具备电力系统的电压、电流检测电路乃至断路器的状态检测电路和控制输出电路，且将用于执行测量运算及保护继电算法的算术运算装置、能够检测电力系统的状态和周边设备的状态并由此输出适当的控制的用户定义逻辑功能、用于能够检测工作履历和故障履历的事件处理功能和记录的内存、保管用于最佳工作的设定数据的非挥发性内存也包括在各运算处理部内，从而排除与其他装置的从属性。
图6是示出本发明的一个实施例的输入输出接点处理装置的结构的图。
如图6所示，本发明的输入输出接点处理装置监测电力系统的工作状态，向外部发出保护继电器的控制信号及警报信号。
图7是示出本发明的一个实施例的中央通信装置的功能结构的图。
如图7所示，本发明的中央通信装置140可从所有电力监控装置120及输入输出接点处理装置130获取电力系统的工作状态数据和各种电量测量值、事件等并将其记录到数据库进行管理。
并且，中央通信装置140可根据保护继电器外部装置的要求，经由通信传送数据库的资料或从外部装置接收根据通信的指令并基于此而传送至保护继电器内部的装置并进行处理。
图8是示出电力监控装置和中央通信装置之间的相互关系的图。
如图8所示，本发明的中央通信装置利用以太网通信与三冗余结构的电力监控装置联动而传送接收各种信息。
图9是示出本发明的一个实施例的三冗余数字保护继电器的工作方法的图。
如图9所示，本发明的电力监控装置可检测电力系统的电压及电流，并基于此而通过模拟-数字变换执行数字信号处理及测量运算，算出电力系统的多种电量。
之后，电力监控装置分析算出的电量，可基于该分析结果检测电力系统是否发生故障。
之后，电力监控装置可与其他电力监控装置联动并与其他电力监控装置通过专用通信传送或接收并共享监测结果信息。
之后，电力监控装置可基于该共享的监测结果信息检测内部故障。即，电力监控装置可设定为当两个电力监控装置检测出内部故障时，驱动一个电力监控装置的单一模式。
与此相反，电力监控装置可设定为当检测出一个电力监控装置内部故障时，驱动两个电力监控装置的二取二表决的串联双冗余或者二取一表决的并联双冗余模式。
与此相反，电力监控装置可设定为当没有检测出内部故障时，驱动三个电力监控装置的三取二表决的三冗余模式。
之后，电力监控装置可根据决定的模式对该电力监控装置的检测结果进行逻辑处理，例如，进行逻辑与(AND)或逻辑或(OR)处理，由该逻辑处理结果决定对断路器控制的最终判断。
之后，电力监控装置可根据决定的最终判断控制断路器。
另外，即使如上所述的构成本发明的实施例的所有结构组件记载为结合为一个或结合工作，本发明并不是必须限定于这种实施例。即，在本发明的目的范围内，其所有结构组件可以选择性地结合成一个以上的结构组件来工作。并且，其所有结构组件可分别体现为一个独立的硬件，也可以体现为计算机程序，所述计算机程序具有各结构组件的一部分或全部选择性地组合，执行一个或多个硬件中组合的一部分或全部的功能的程序模块。并且，这种计算机程序存储在USB内存、CD光盘、闪盘等计算机可读的存储介质(ComputerReadable Media)中，被计算机读取并执行，从而体现本发明的实施例。计算机程序的储存介质可包括磁性记录介质、光记录介质、载波介质等。
以上说明的实施例仅为一例，对于本发明所属技术领域的普通技术人员在不脱离本发明的本质性特性的范围内，可进行多种修改及变形。因此，本发明公开的实施例并不是为了限定本发明的技术思想，而是为了进行说明，并且本发明的技术思想并不被这种实施例限定。本发明的保护范围应根据以下权利要求范围进行解释，并且应解释为与其属于同等范围内的所有技术思想包含于本发明的权利范围。

Claims (8)

1.一种三冗余数字保护继电器，其包括：
三个电力监控装置，采用三冗余结构，基于利用相互之间实时数据通信的三取二表决，控制用于分离发生故障的电力系统的断路器；以及
中央通信装置，从所述三个电力监控装置获取与电力系统的工作状态相关的数据并管理所获取的与电力系统的工作状态相关的数据，
其中，所述三个电力监控装置分别包括：
中央处理器(CPU)，基于利用与其他电力监控装置的实时数据通信的三取二表决，控制用于分离发生故障的电力系统的断路器；
第一断路器脱扣电路，作为根据所述中央处理器的第一控制信号进行所述断路器的第一脱扣控制的输出接点，由一个信号用继电器实现；及
第二断路器脱扣电路，作为根据所述中央处理器的第二控制信号进行所述断路器的第二脱扣控制的输出接点，由串联连接的两个信号用继电器实现，
其中，所述电力监控装置，
通过基于其三取二表决的逻辑运算结果控制所述串联连接的两个信号用继电器中的其中一个信号用继电器，
通过基于其他电力监控装置的三取二表决的逻辑运算结果控制另一个信号用继电器。
2.根据权利要求1所述的三冗余数字保护继电器，其特征在于，
所述电力监控装置通过基于其二取一表决(1out of 2voting)或二取二表决(2out of2voting)的逻辑运算结果控制所述第一断路器脱扣电路内的一个信号用继电器。
3.根据权利要求2所述的三冗余数字保护继电器，其特征在于，
所述电力监控装置，当所述电力系统发生故障且从所述三个电力监控装置中的其中一个电力监控装置检测到内部故障时，利用基于所述二取一表决或所述二取二表决的逻辑运算控制所述断路器。
4.根据权利要求1所述的三冗余数字保护继电器，其特征在于，
所述电力监控装置，
在所述电力系统发生故障且从所述三个电力监控装置没有检测出内部故障时，利用基于所述三取二表决的逻辑运算控制所述断路器。
5.根据权利要求1所述的三冗余数字保护继电器，其特征在于，
所述电力监控装置，基于根据电压及电流计算的电量来检测电力系统是否发生故障，
利用表决总线(voting bus)将该检测结果分别传送至其他电力监控装置以共享检测结果。
6.一种三冗余数字保护继电器的操作方法，其包括以下步骤：
基于根据电压及电流计算的电量来判断电力系统是否发生故障；
根据所述判断的结果，通过采用三冗余结构的三个电力监控装置，基于利用相互之间的实时数据通信的三取二表决，控制用于分离发生故障的电力系统的断路器；以及
从所述三个电力监控装置获取与电力系统的工作状态相关的数据并管理所获取的与电力系统工作状态有关的数据，
其中，所述三个电力监控装置分别包括：
中央处理器(CPU)，基于利用与其他电力监控装置的实时数据通信的三取二表决，控制用于分离发生故障的电力系统的断路器；
第一断路器脱扣电路，作为根据所述中央处理器的第一控制信号进行所述断路器的第一脱扣控制的输出接点，由一个信号用继电器实现；及
第二断路器脱扣电路，作为根据所述中央处理器的第二控制信号进行所述断路器的第二脱扣控制的输出接点，由串联连接的两个信号用继电器实现，
其中，所述电力监控装置，
通过基于其三取二表决的逻辑运算结果控制所述串联连接的两个信号用继电器中的其中一个信号用继电器，
通过基于其他电力监控装置的三取二表决的逻辑运算结果控制另一个信号用继电器。
7.根据权利要求6所述的三冗余数字保护继电器的操作方法，其特征在于，
所述控制用于分离发生故障的电力系统的断路器的步骤，在当所述电力系统发生故障且从所述三个电力监控装置中的其中一个电力监控装置检测到内部故障时，利用基于二取一表决或二取二表决的逻辑运算控制所述断路器。
8.根据权利要求6所述的三冗余数字保护继电器的操作方法，其特征在于，
所述控制用于分离发生故障的电力系统的断路器的步骤，
当所述电力系统发生故障且从所述三个电力监控装置没有检测到内部故障时，利用基于所述三取二表决的逻辑运算控制所述断路器。
CN201580073132.XA 2014-12-15 2015-12-11 三冗余数字保护继电器及其操作方法 Active CN107408808B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140180115A KR101552852B1 (ko) 2014-12-15 2014-12-15 ３중화 디지털 보호 계전기 및 그 운영 방법
KR10-2014-0180115 2014-12-15
PCT/KR2015/013589 WO2016099083A1 (ko) 2014-12-15 2015-12-11 ３중화 디지털 보호 계전기 및 그 운영 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107408808A CN107408808A (zh) 2017-11-28
CN107408808B true CN107408808B (zh) 2019-12-10

Family

ID=54248192

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580073132.XA Active CN107408808B (zh) 2014-12-15 2015-12-11 三冗余数字保护继电器及其操作方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10158220B2 (zh)
EP (1) EP3236552A4 (zh)
KR (1) KR101552852B1 (zh)
CN (1) CN107408808B (zh)
WO (1) WO2016099083A1 (zh)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6786449B2 (ja) * 2017-06-29 2020-11-18 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
KR101998295B1 (ko) 2017-12-28 2019-07-10 주식회사 제니스텍 고속 직렬 버스를 갖는 다중 저장 메모리 공유 방식의 전력 제어 시스템
KR101883735B1 (ko) 2018-01-15 2018-07-31 이에스피 주식회사 출력 접점 감시 기능의 3중화 보호 장치
JP2019159992A (ja) * 2018-03-15 2019-09-19 ルネサスエレクトロニクス株式会社 機能安全システム、機能安全システムの安全制御方法及び機能安全プログラム
JP6987013B2 (ja) * 2018-04-11 2021-12-22 三菱電機株式会社 ディジタル保護制御装置
TWI687013B (zh) * 2018-11-06 2020-03-01 陳錫瑜 斷路器斷電跳脫裝置
TWI687012B (zh) * 2018-11-06 2020-03-01 陳錫瑜 斷路器跳脫迴路系統改良裝置
TWI687014B (zh) * 2018-11-06 2020-03-01 陳錫瑜 交流系統電容跳脫裝置改良裝置
CN109861185A (zh) * 2019-01-24 2019-06-07 许继集团有限公司 一种继电保护设备控制方法及装置
CN109962528B (zh) * 2019-02-28 2021-07-06 国家电网有限公司 一种变电站二次设备智能管控系统
CN112147498A (zh) * 2020-09-23 2020-12-29 广州市扬新技术研究有限责任公司 一种直流断路器监视和控制的模块
CN112526979B (zh) * 2020-12-16 2023-06-09 中国兵器装备集团自动化研究所 一种多重冗余架构的串行通信接口诊断系统及方法
CN113085954B (zh) * 2021-04-08 2022-05-17 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 一种轨道车辆用逻辑控制系统生成方法及相应系统
CN114093140A (zh) * 2021-10-18 2022-02-25 中核核电运行管理有限公司 一种核电厂变压器瓦斯继电器报警系统
CN114123284A (zh) * 2021-11-25 2022-03-01 中国三峡建工(集团)有限公司 一种海上风电柔性直流输电紧凑化控制保护系统
CN115359932B (zh) * 2022-08-19 2023-09-26 中国核动力研究设计院 P11非允许信号生成装置和方法、核电厂用相关系统
CN115817247A (zh) * 2022-11-21 2023-03-21 浙江万马新能源有限公司 一种充电桩容灾充电方法、系统、设备和介质

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4843537A (en) 1986-07-04 1989-06-27 Hitachi, Ltd. Control system
US4926281A (en) * 1989-02-27 1990-05-15 Triplex Fail-safe and fault-tolerant alternating current output circuit
JP3207388B2 (ja) 1998-04-17 2001-09-10 株式会社東芝 電力系統保護制御装置、電力系統監視制御システムおよびプログラムを記憶した記憶媒体
US6496342B1 (en) * 1999-02-12 2002-12-17 Bitronics Inc. Distributed monitoring and protection system for a distributed power network
US6550018B1 (en) 2000-02-18 2003-04-15 The University Of Akron Hybrid multiple redundant computer system
US20040010350A1 (en) * 2000-05-31 2004-01-15 Per-Anders Lof Distributed power generation system protection scheme
KR100380658B1 (ko) 2001-01-31 2003-04-18 한국전력공사 삼중화 제어장치의 직렬통신을 이용한 출력장치와 그제어방법
JP4074223B2 (ja) 2003-06-10 2008-04-09 株式会社東芝 ディジタル保護継電器
KR100807342B1 (ko) * 2007-03-13 2008-02-28 와이피피디지텍(주) 개별 계전기의 보호요소 동작신호를 사용한 3중화 보호 시스템
KR101036544B1 (ko) 2008-06-27 2011-05-24 이만실 전력계통의 차단기 감시 장치
CN101673936A (zh) 2008-09-11 2010-03-17 华东电力试验研究院有限公司 保护系统
KR100990736B1 (ko) 2010-05-25 2010-10-29 주식회사 파워토스 보호 배전반의 상태를 감시하고 제어하는 보호 시스템
CN201916175U (zh) 2011-01-05 2011-08-03 董南南 空气压缩机超速保护装置
CN203444293U (zh) 2013-06-25 2014-02-19 新华控制工程有限公司 三重冗余紧急停机装置
KR20160047575A (ko) * 2013-10-04 2016-05-02 도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤 전원 장치
US9603282B2 (en) * 2014-01-03 2017-03-21 Microsoft Technology Licensing, Llc Datacenter and cooling control fault-tolerance using compute resources

Also Published As

Publication number Publication date
CN107408808A (zh) 2017-11-28
US10158220B2 (en) 2018-12-18
EP3236552A1 (en) 2017-10-25
US20170365992A1 (en) 2017-12-21
EP3236552A4 (en) 2018-09-19
WO2016099083A9 (ko) 2016-08-11
WO2016099083A1 (ko) 2016-06-23
KR101552852B1 (ko) 2015-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107408808B (zh) 三冗余数字保护继电器及其操作方法
US9997265B2 (en) Safety system for a nuclear power plant and method for operating the same
CN103544092A (zh) 一种基于arinc653标准机载电子设备健康监控体系
CN110955571B (zh) 面向车规级芯片功能安全的故障管理系统
EP2805395B1 (en) Voltage regulator over-voltage detection system, method and apparatus
CN104101831A (zh) 继电器故障检测系统
CN106814604B (zh) 一种三冗余无源独立电流互检断电重启系统及方法
US20120150492A1 (en) Method and Device for Monitoring a Device Equipped with a Microprocessor
MX2009002646A (es) Aparato, sistemas y metodos para detectar confiablemente fallas dentro de un sistema de distribucion de energia.
CN106772122A (zh) 一种安全级dcs电源多样性检测方法
US11112466B2 (en) Equipment failure detection in an electric power system
JP5888941B2 (ja) 保護継電器
CN107957522B (zh) 一种基于全站录波文件的保护设备健康状态诊断方法
KR101631631B1 (ko) 보호계전기의 고장진단 및 복구방법
Schmeling et al. The detector safety system for LHC experiments
JP5489742B2 (ja) 保護継電器
KR100675741B1 (ko) 이동형 소프트웨어를 사용한 보호계전 제어시스템 및 방법
Dustegor et al. A distributed fault protection method for power grid with high penetration of renewable energy sources
Grießnig et al. A CPLD-based safety concept for industrial applications
Zhou et al. Functional safety analysis and promotion for relay protection device platform
Fourlas et al. A theoretical diagnosis approach applied to a power transmission system
KR20140122484A (ko) 배전 감시진단보호 시스템
Panteli et al. Reliability assessment of SIPS based on a safety integrity level and spurious trip level
Kabra et al. Dependability analysis of proposed I&C architecture for safety systems of a large PWR
Min et al. Status evaluation of smart substation measurement and control device

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant