CN109473953A - 一种基于无线通信的配电网继电保护装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及配电网的继电保护领域，具体涉及一种基于无线通信的配电网继电保护装置及其控制方法。一种基于无线通信的配电网继电保护装置，适用于包括微机型线路保护装置和线路断路器的单电源非环网辐射型线路，其特征在于，还包括闭锁式保护装置，所述微机型线路保护装置与所在区段线路和闭锁式保护装置连接，所述闭锁式保护装置与线路断路器连接。本发明的实质性效果是：配网保护整定方便简洁，可大大压缩上级各保护的动作时限，更加快速隔离故障点，保护一次设备的安全稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及配电网的继电保护领域，具体涉及一种基于无线通信的配电网继电保护装置及其控制方法。
背景技术
在区段线路出现突发性故障电流时，为了能够尽快切除故障线路，需要微机型继电保护装置的整定电流较小，当微机型继电保护装置的整定电流较小时，存在故障扩大的可能，不利于电网的稳定运行，因而目前电网配线多采用三段过流保护，三段过流保护能够较好的平衡快速切除故障和防止故障扩大的矛盾，即同时具有快速反应和选择性佳的优点，但其在部署时需要繁琐的整定，整定的结果直接影响配网的保护效果，当配网中增加新的支路时则整个配网可能需要重新整定，不利于电网维护的自动化。
中国专利号CN 101483337 B，公开日2009年7月15日，配电网架空线路故障自动诊断隔离装置和方法，公开了一种针对配电网架空线路短路故障及单相接地故障的故障区段自动隔离与非故障区段自动恢复供电的装置和方法，适用于 3 ～10kV 配电网电网架空线路。自动隔离与自动恢复供电的原理为：架空线路上安装多台电压型重合器将线路分为若干区段，故障发生后继电保护装置或选线装置按照设定好的延时时间及动作顺序发信号自动断开或闭合故障线路出口断路器，并与线路重合器进行配合，通过一次重合闸确定故障区段，通过二次重合闸隔离故障区段，并恢复非故障区段供电。同时安装于变电站的检测终端装置能够自动判断故障所在的区段，并将故障信息发送至调度后台，同时以手机短信方式发送给指定用户。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：目前配网继电保护选择性差，整定工作量大且繁杂的问题。提出了一种通过无线通信协调上下级保护装置之间动作策略的一种基于无线通信的配电网继电保护装置及其控制方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种基于无线通信的配电网继电保护装置，适用于包括微机型线路保护装置和线路断路器的单电源非环网辐射型线路，它还包括闭锁式保护装置，所述微机型线路保护装置与所在区段线路和闭锁式保护装置连接，所述闭锁式保护装置与线路断路器连接；所述闭锁保护装置包括保护动作信号输入接口、保护动作信号输入寄存器、MCU、无线通信模块、存储器和保护动作信号输出接口，所述保护动作信号输入接口与微机型线路保护装置连接，所述保护动作信号输入寄存器用于存储保护动作信号，所述保护动作信号输入寄存器、无线通信模块和存储器均与MCU连接，所述保护动作信号输出接口与线路断路器连接，MCU经保护动作信号输出接口向线路断路器发送保护信号控制线路断路器动作跳闸。
通过在微机型线路保护装置和线路断路器之间增设闭锁式保护装置，使闭锁式保护装置分布在单电源非环形区段线路的各个馈线和支路上，闭锁式保护装置能够获取微机型线路保护装置发出的保护动作信号，即能获取所在区段的故障信号，当闭锁式保护装置所在区段的微机型线路保护装置发出保护动作信号时，闭锁式保护装置首先通过无线通信将其所在区段出现故障的信息向相邻上级区段的闭锁式保护装置发送，而后检测是否收到下级的闭锁式保护装置发送的故障信号，若收到则闭锁与之连接的线路断路器，使其保持合闸，反之，则发送保护动作信号给线路断路器使其断开。当同样检测到微机型保护装置发出的保护动作信号的相邻上级区段闭锁式保护装置收到下级闭锁式保护装置发送的故障信息后，将闭锁与之相连的线路断路器，使其保持合闸。
作为优选，所述闭锁式保护装置还包括电流调制装置、电流调制装置驱动电路和电流信号解调装置，所述电流调制装置驱动电路与MCU连接，所述电流调制装置包括平板电容器、限流电阻、压电陶瓷、绝缘层和外壳，所述平板电容器、限流电阻、压电陶瓷和绝缘层安装在外壳内，所述平板电容器第一极板绝缘固定在外壳内侧，平板电容器第二极板经绝缘层与压电陶瓷一端固定连接，压电陶瓷另一端固定在外壳内侧，压电陶瓷受电流调制装置驱动电路的驱动，所述平板电容器第一极板经限流电阻连接区段线路，且限流电阻与区段线路的连接点位于线路断路器前侧，平板电容第二极板接地，所述电流信号解调装置包括顺次连接的电流互感器、选频单元和模数转换单元，所述电流互感器与区段线路耦合，所述选频单元从电流感应单元获取到的电流信号中选取出设定频率的信号，模数转换单元按照设定频率采样获取该频率信号所携带的信息，模数转换单元与MCU连接。通过压电陶瓷的周期性伸长和缩短，可以周期性改变平板电容器的容抗，若该周期较短，即平板电容器的容抗以一个较高频率变化，则会在区段线路中形成一个同频率的信号，通过该信号的幅值进行信号调制即可利用该信号在配电网线路中实时传递信息，传递的信息包括闭锁式保护装置所在区段的微机型保护装置是否发出保护动作信号及所在区段线路是否带电，能够辅助上级闭锁式保护装置判断是否依靠下级线路断路器即可将故障线路切除。
作为优选，所述闭锁式保护装置还包括电流调制装置、电流调制装置驱动电路和电流信号解调装置，所述电流调制装置驱动电路与MCU连接，所述电流调制装置包括平板电容器、限流电阻、第一压电陶瓷、第二压电陶瓷、第一绝缘层、第二绝缘层和外壳，所述平板电容器、限流电阻、第一压电陶瓷、第二压电陶瓷、第一绝缘层和第二绝缘层安装在外壳内，所述平板电容器第一极板经过第一绝缘层与第一压电陶瓷第一端固定连接，平板电容器第二极板经过第二绝缘层与第二压电陶瓷第一端固定连接，所述第一压电陶瓷和第二压电陶瓷的第二端分别固定在外壳的两侧，第一压电陶瓷和第二压电陶瓷均受电流调制装置驱动电路的单独驱动，所述平板电容器第一极板经限流电阻连接区段线路，且限流电阻与区段线路的连接点位于线路断路器前侧，平板电容第二极板接地，所述电流信号解调装置包括顺次连接的电流互感器、选频单元和模数转换单元，所述电流互感器与区段线路耦合，所述选频单元从电流感应单元获取到的电流信号中选取出设定频率的信号，模数转换单元按照设定频率采样获取该频率信号所携带的信息，模数转换单元与MCU连接。将平板电容器的两个极板分别通过第一压电陶瓷和第二压电陶瓷驱动，能够增大平板电容器的阻抗变化范围，增加信号幅度，利用上级闭锁式保护装置有效检出信号。
作为优选，所述闭锁式保护装置还包括断电发报装置，所述断电发报装置包括电容式电源、充电电路、电子开关、调制电路、功率放大电路、报文录入电路、报文存储器和发射天线，所述报文存储器与调制电路以及报文录入电路连接，所述发射天线经功率放大电路与调制电路连接，所述电容式电源经电子开关为调制电路和功率放大电路供电，所述电容式电源与充电电路连接输出端，充电电路输入端与区段线路连接，所述电子开关在区段线路带电时断开，在区段线路无电时闭合。当对应线路断路器因故障拒动时，上级闭锁式保护装置通过判断一定时限内未接收到断电发报装置发出的信号即可判断故障线路没有成功切除，从而及时发出动作信号，将区段线路从本级区段开始切除，达到切除故障线路和保护一次侧配电设备的安全。
作为优选，所述无线通信模块包括天线、天线驱动模块、通信数据缓冲器、微处理器、SIM卡、SIM卡接口和串行通信端口，所述微处理器通过串行通信端口连接MCU，SIM卡通过SIM卡接口与微处理器连接，微处理器通过通信数据缓冲器连接天线驱动模块，天线驱动模块与天线连接，微处理器通过从MCU和SIM接收到信息并经过处理形成通信数据后，输入到通信数据缓冲器内，由天线驱动模块将通信数据缓冲器内的通信数据由天线发送出去。SIM卡能够存储加密信息并能够为待发送内容进行加密，提高通信的安全性，保障装置的安全运行。
作为优选，所述微机型线路保护装置为三段过流保护装置、零序过流保护装置、失压保护装置、重合闸装置或过负荷保护装置。
作为优选，所述无线通信模块还包括GPS单元，所述GPS单元与微处理器通信连接。通过GPS信号能够方便维修人员判断故障位置，方便安排维修。
一种基于无线通信的配电网继电保护装置的控制方法，适用于前述的一种基于无线通信的配电网继电保护装置，包括以下步骤：A1）整定微机型线路保护装置的动作电流和动作延时，将闭锁式保护装置部署到配网线路中，并将上下级关系信息存入各个闭锁式保护装置中；A2）当某个配网线路出现故障电流时，该配网线路所在区段及其相邻各个上级区段线路均会出现该故障电流，该配网线路所在区段线路及各个上级区段线路的闭锁式保护装置均将接收到微机型线路保护装置发送的保护动作信号，此时各个闭锁式保护装置均通过无线通信模块向各自的上级线路区段的闭锁式保护装置发送信号；A3）闭锁式保护装置检查所存储的上下级关系信息，若其无下级闭锁式保护装置则将保护动作信息传送至线路断路器，使线路断路器动作跳闸，切断区段线路；若存在下级闭锁式保护装置，则等待T1时间，若在等待期间无线通信模块接收到下级闭锁式保护装置发送的信号，则将与之连接的线路断路器闭锁，使线路保持接通，若等待期间无线通信模块未收到下级闭锁式保护装置发送的信号，则将保护动作信息传送至线路断路器，使线路断路器动作跳闸，切断区段线路。
一种基于无线通信的配电网继电保护装置的控制方法，适用于前述的一种基于无线通信的配电网继电保护装置，包括以下步骤：B1）整定微机型线路保护装置的动作电流和动作延时，将闭锁式保护装置编号，闭锁式保护装置的编号N的计算式为N=2k，k为闭锁式保护装置在上下级关系中的序号，序号越小表示越靠近配网电源，将闭锁式保护装置部署到配网线路中，并将上下级关系信息存入各个闭锁式保护装置中；B2）闭锁式保护装置的电流调制装置以设定周期T2间歇性工作，将其编号转换成二进制数用于控制电流调制装置，电流调制装置驱动电路使压电陶瓷、第一压电陶瓷或第二压电陶瓷以设定周期振动，且具有两个振幅值，较大的振幅值表示1，较小的振幅值表示0，闭锁式保护装置的电流信号解调装置对区段线路内的电流信号进行选频和模数转换，提取出下级闭锁式保护装置发送的编号信息；B3）当某个配网线路出现故障电流时，该配网线路所在区段及其相邻各个上级区段线路均会出现该故障电流，该配网线路所在区段线路及各个上级区段线路的闭锁式保护装置均将接收到微机型线路保护装置发送的保护动作信号，此时各个闭锁式保护装置均通过无线通信模块向各自的上级线路区段的闭锁式保护装置发送信号，该配网线路所在区段线路的闭锁式保护装置的电流调制装置发送信号加1；B4）闭锁式保护装置检查所存储的上下级关系信息，若其无下级闭锁式保护装置则将保护动作信息传送至线路断路器，使线路断路器动作跳闸，切断区段线路；若存在下级闭锁式保护装置，则等待T3时间，若在等待期间无线通信模块接收到下级闭锁式保护装置发送的信号或者电流信号解调装置提取出其下级闭锁式保护装置发送的编号为奇数或收到其下级闭锁式保护装置的断电发报装置发送的报文，则将与之连接的线路断路器闭锁，使线路保持接通，反之，则将保护动作信息传送至线路断路器，使线路断路器动作跳闸，切断区段线路。
本发明的实质性效果是：配网保护整定方便简洁，可大大压缩上级各保护的动作时限，更加快速隔离故障点，保护一次设备的安全稳定运行。
附图说明
图1为闭锁式保护装置结构图。
图2为无线通信模块结构图。
图3为电流调制装置结构图。
图4为电流调制装置第二个实施例结构图。
图5为断电发报装置结构图。
图6为配电网继电保护装置的控制方法流程框图。
图7为配电网继电保护装置的控制方法的第二个实施例的流程框图。
图8为本发明应用的典型接线和装置部署示意图。
图9为110kV系统接线保护动作时序示意图。
其中：1、无线通信模块，2、保护动作信号输入寄存器，3、MCU，4、保护动作信号输出接口，5、微机型线路保护装置，6、保护动作信号输入接口，7、存储器，8、线路断路器，9、天线，10、串行通信端口，11、天线驱动模块，12、通信数据缓冲器，13、微处理器，14、SIM卡接口，15、SIM卡，16、GPS单元，17、区段线路，18、外壳，19、绝缘层，20、压电陶瓷，21、限流电阻，22、平板电容第一极板，23、平板电容第二极板，24、弹性压板，25、外壳，26、第一压电陶瓷，27、第一绝缘层，28、第二绝缘层，29、第二压电陶瓷，30、限流电阻，31、第一弹性压板，32、平板电容器第一极板，33、平板电容器第二极板，34、第二弹性压板，35、充电电路，36、电容式电源，37、电子开关，38、发射天线，39、报文存储器，40、调制电路，41、功率放大电路，42、报文录入电路。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。
如图1所示，为闭锁式保护装置结构图，适用于包括微机型线路保护装置5和线路断路器8的单电源非环形区段线路，微机型线路保护装置5对所在线路运行状态进行分析并进行保护判别，微机型线路保护装置5发出的保护信号传输到闭锁式保护装置，由闭锁式保护装置再次处理后发送至线路断路器8。闭锁式保护装置包括保护动作信号输入接口6、保护动作信号输入寄存器2、MCU3、无线通信模块1、存储器7和保护动作信号输出接口4，保护动作信号输入接口6与微机型线路保护装置5连接，接收微机型线路保护装置5发送的保护动作信号，保护动作信号输入寄存器2用于存储保护动作信号，保护动作信号输入寄存器2、无线通信模块1和存储器7均与MCU3连接，保护动作信号输出接口4与线路断路器8连接，MCU3经保护动作信号输出接口4向线路断路器8发送保护信号可使线路断路器8动作跳闸。
配网继电保护的难题是上下级保护动作协调的问题，故障发生在下级区段线路，则只需要下级继电保护装置动作即可，然而由于故障电流同时流经上下级继电保护装置，使得上下级难以判断故障发生的确切区段，若通过无线通信的方式，将上下级继电保护装置的动作信息进行传递，可解决上下级保护动作协调难的问题，当故障发生后，监测到故障电流的配电网继电保护装置即微机型线路保护装置5均向闭锁式保护装置发送保护动作信号，而闭锁式保护装置则均第一时间向上级闭锁式保护装置发送信号，这样离故障发生区段最近的末端闭锁式保护装置将收不到其他闭锁式保护装置发送的信号，而自其溯上的闭锁式保护装置均可收到下级闭锁式保护装置发送的信号，因而从是否收到下级闭锁式保护装置发送的信号即可判断本级是处于故障区段还是故障区段的上级线路，从而进行准确的动作协调配合，未收到其他闭锁式保护装置发送的信号的闭锁式保护装置向与之连接的线路断路器8发送保护动作信号，使其将故障线路切断，收到下级闭锁式保护装置发送的信号的闭锁式保护装置闭锁与之连接的线路断路器8，使上级线路保持接通，即可快速切除故障线路，同时防止故障扩大。
如图2所示，为无线通信模块结构图，无线通信模块1包括天线9、天线驱动模块11、通信数据缓冲器12、微处理器13、SIM卡15、SIM卡接口14和串行通信端口10，微处理器13通过串行通信端口10连接MCU3，SIM卡15通过SIM卡接口14与微处理器13连接，微处理器13通过通信数据缓冲器12连接天线驱动模块11，天线驱动模块11与天线9连接，微处理器13通过从MCU3和SIM卡15接收到信息并经过处理形成通信数据后，输入到通信数据缓冲器12内，由天线驱动模块11将通信数据缓冲器12内的通信数据由天线9发送出去。SIM卡15能够存储加密信息，如地理位置、编号和上下级关系，也能够加密需要发送的无线信号，使无线通信具有较好的安全性。
如图3所示，为电流调制装置结构图，电流调制装置包括平板电容器、限流电阻21、压电陶瓷20、绝缘层19和外壳18，平板电容器第一极板22绝缘固定在外壳18内侧，平板电容器第二极板23经绝缘层19与压电陶瓷20一端固定连接，压电陶瓷20另一端固定在外壳18内侧，压电陶瓷20受电流调制装置驱动电路的驱动，平板电容器第一极板22经限流电阻21连接区段线路17，且连接点位于线路断路器8前侧，平板电容第二极板23接地，电流信号解调装置包括电流感应单元、选频单元和模数转换单元，电流感应单元通过与区段线路17耦合，测量区段线路17内电流并按设定比例缩小，选频单元从电流感应单元获取到的电流信号中选取出设定频率的信号，而后模数转换单元按照设定频率采样获取该频率信号所携带的信息。通过压电陶瓷20的周期性伸长和缩短，可以周期性改变平板电容器的容抗，若该周期较短，即平板电容器的容抗以一个较高频率变化，则会在区段线路17中形成一个同频率的信号，通过该信号的幅值进行信号调制即可利用该信号在配电网线路17中实时传递信息，传递的信息包括闭锁式保护装置所在区段的微机型保护装置5是否发出保护动作信号及所在区段线路17是否带电，能够辅助上级闭锁式保护装置判断是否依靠下级线路断路器8即可将故障线路切除。
如图4所示，为电流调制装置第二个实施例结构图，包括平板电容器、限流电阻30、第一压电陶瓷26、第二压电陶瓷29、第一绝缘层27、第二绝缘层28和外壳25，平板电容器第一极板32经过第一绝缘层27与第一压电陶瓷26第一端固定连接，平板电容器第二极板33经过第二绝缘层28与第二压电陶瓷29第一端固定连接，第一压电陶瓷26和第二压电陶瓷29的第二端分别固定在外壳25的两侧，第一压电陶瓷26和第二压电陶瓷29均受电流调制装置驱动电路的单独驱动，平板电容器第一极板32经限流电阻30连接区段线路17，且连接点位于线路断路器8前侧，平板电容第二极板33接地，电流信号解调装置包括电流感应单元、选频单元和模数转换单元，电流感应单元通过与区段线路17耦合，测量区段线路17内电流并按设定比例缩小，选频单元从电流感应单元获取到的电流信号中选取出设定频率的信号，而后模数转换单元按照设定频率采样获取该频率信号所携带的信息。将平板电容器的两个极板分别通过第一压电陶瓷26和第二压电陶瓷29驱动，能够增大平板电容器的阻抗变化范围，增加信号幅度，利用上级闭锁式保护装置有效检出信号。
如图5所示，为断电发报装置结构图，包括电容式电源36、充电电路35、电子开关37、调制电路40、功率放大电路41、报文录入电路42、报文存储器39和发射天线38，报文存储器39与调制电路40和报文录入电路42连接，发射天线38经功率放大电路41与调制电路40连接，电容式电源36经电子开关37为调制电路40和功率放大电路41供电，充电电路35连接区段线路17并为电容式电源充电，电子开关在区段线路17带电时断开，在区段线路17无电时闭合。当区段线路17由于出现故障而遭对应线路断路器8切断时，区段线路17掉电，此时由断电发报装置向上级闭锁式保护装置发送信号，能够使上级闭锁式保护装置确认故障线路已经被切除。当对应线路断路器8因故障拒动时，上级闭锁式保护装置通过判断一定时限内未接收到断电发报装置发出的信号即可判断故障线路没有成功切除，从而及时发出动作信号，将区段线路17从本级区段开始切除，达到切除故障线路和保护一次侧配电设备的安全。
如图6所示，为配电网继电保护装置的控制方法流程框图，包括以下步骤：A1）整定微机型线路保护装置的动作电流和动作延时，将闭锁式保护装置部署到配网线路中，并将上下级关系信息存入各个闭锁式保护装置中；A2）当某个配网线路出现故障电流时，该配网线路所在区段及其相邻各个上级区段线路均会出现该故障电流，该配网线路所在区段线路及各个上级区段线路的闭锁式保护装置均将接收到微机型线路保护装置发送的保护动作信号，此时各个闭锁式保护装置均通过无线通信模块向各自的上级线路区段的闭锁式保护装置发送信号；A3）闭锁式保护装置检查所存储的上下级关系信息，若其无下级闭锁式保护装置则将保护动作信息传送至线路断路器，使线路断路器动作跳闸，切断区段线路；若存在下级闭锁式保护装置，则等待T1时间，若在等待期间无线通信模块接收到下级闭锁式保护装置发送的信号，则将与之连接的线路断路器闭锁，使线路保持接通，若等待期间无线通信模块未收到下级闭锁式保护装置发送的信号，则将保护动作信息传送至线路断路器，使线路断路器动作跳闸，切断区段线路。
如图7所示，为配电网继电保护装置的控制方法的第二个实施例的流程框图，包括以下步骤：B1）整定微机型线路保护装置的动作电流和动作延时，将闭锁式保护装置编号，闭锁式保护装置的编号N的计算式为N=2k，k为闭锁式保护装置在上下级关系中的序号，序号越小表示越靠近配网电源，将闭锁式保护装置部署到配网线路中，并将上下级关系信息存入各个闭锁式保护装置中；B2）闭锁式保护装置的电流调制装置以设定周期T2间歇性工作，将其编号转换成二进制数用于控制电流调制装置，电流调制装置驱动电路使压电陶瓷、第一压电陶瓷或第二压电陶瓷以设定周期振动，且具有两个振幅值，较大的振幅值表示1，较小的振幅值表示0，闭锁式保护装置的电流信号解调装置对区段线路内的电流信号进行选频和模数转换，提取出下级闭锁式保护装置发送的编号信息；B3）当某个配网线路出现故障电流时，该配网线路所在区段及其相邻各个上级区段线路均会出现该故障电流，该配网线路所在区段线路及各个上级区段线路的闭锁式保护装置均将接收到微机型线路保护装置发送的保护动作信号，此时各个闭锁式保护装置均通过无线通信模块向各自的上级线路区段的闭锁式保护装置发送信号，该配网线路所在区段线路的闭锁式保护装置的电流调制装置发送信号加1；B4）闭锁式保护装置检查所存储的上下级关系信息，若其无下级闭锁式保护装置则将保护动作信息传送至线路断路器，使线路断路器动作跳闸，切断区段线路；若存在下级闭锁式保护装置，则等待T3时间，若在等待期间无线通信模块接收到下级闭锁式保护装置发送的信号或者电流信号解调装置提取出其下级闭锁式保护装置发送的编号为奇数或收到其下级闭锁式保护装置的断电发报装置发送的报文，则将与之连接的线路断路器闭锁，使线路保持接通，反之，则将保护动作信息传送至线路断路器，使线路断路器动作跳闸，切断区段线路。
如图8所示，为本发明应用的典型接线和装置部署示意图，该电路为典型单电源非环形辐射配电线路，电力563、学校478为变电站10千伏馈线保护装置，保护装置由微机型线路保护装置、本发明公开的闭锁式保护装置和线路断路器构成，电力563-1、电力563-2、电力563-3、学校478-1、学校478-2和学校478-3则为10千伏线路的柱上开关，也配备有保护装置，在10千伏线路上分支有电力563-1-1、电力563-1-2、电力563-1-3、电力563-3-1、电力563-3-2、电力563-3-3、学校478-1-1、学校478-1-2、学校478-1-3、学校478-3-1、学校478-3-2和学校478-3-3，而在学校478-1-3上又分支有学校478-1-3-1、学校478-1-3-2和学校478-1-3-3。若学校478-1-3-3所在支路发生故障，则只需要学校478-1-3-3动作跳闸，切断故障线路即可，学校478-1-3、学校478-1和学校478均无需动作，否则将会引起故障扩大。在本发明装置中，各保护装置的名称以相邻上级区段的保护装置名称为前缀，以在相邻同级区段的序号为后缀组成，保护装置的名称用于无线通信和断电发报时作为标识，同时用于识别上下级关系，而后为系统中的全部保护装置进行编号，编号为连续的偶数，并将各保护装置的编号和名称对应表格存储到每个闭锁式保护装置内，编号用于闭锁式保护装置的电流调制装置进行信息传递时使用。当线路中无故障时，各闭锁式保护装置的电流调制装置以设定的间隔时间将自己的编号调制成设定频率的电流波动信号，在配电线路中传递，各闭锁式保护装置的电流信号解调装置提取配电线路中传递的信号，周期性的确认各闭锁式保护装置处均无故障，由于编号数据量小，调制信号持续时间非常短，因而只需要合适的间隔周期，即可将相互干涉的概率控制在较小值，作为推荐，各闭锁式保护装置的电流调制装置以设定的间隔的基础上加上随机时间延迟后再发出信号，可进一步减小干涉带来的影响。当某个区段线路出现故障时，对应的闭锁式保护装置的电流调制装置将周期性发送的偶数编号加1后再发送，使其发送的编号为奇数，同时通过无线通信模块向上级发送故障信息，若对应的闭锁式保护装置无下级区段，则直接控制对应线路断路器跳闸，将故障线路切除，若有下级区段，则等待设定时间，若收到下级区段的闭锁式保护装置发送的故障信号或奇数编号或下级闭锁式保护装置的断电发报装置发送的断电信号，则闭锁与之连接的线路断路器，使线路保持接通，否则通过相应的线路断路器切断线路。
如图9所示，为110kV系统接线保护动作时序示意图，在其下属的10kV配网中，由于使用了本发明公开的配电网继电保护装置，降低了其故障确源和处置时间，因而应用于110kV系统各级保护时间级差可压缩，配网保护过流时间推荐整定为0.3秒，变电站10千伏间隔过流II段保护推荐整定为0.3秒，Ⅲ段推荐整定为0.6秒，依次往220千伏变电站反推，可大大压缩上级各保护的动作时限，更加快速隔离故障点，保护一次设备的安全稳定运行。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (10)
1.一种基于无线通信的配电网继电保护装置，适用于包括微机型线路保护装置和线路断路器的单电源非环网辐射型线路，其特征在于，
它还包括闭锁式保护装置，所述微机型线路保护装置与所在区段线路和闭锁式保护装置连接，所述闭锁式保护装置与线路断路器连接；
所述闭锁保护装置包括保护动作信号输入接口、保护动作信号输入寄存器、MCU、无线通信模块、存储器和保护动作信号输出接口，所述保护动作信号输入接口与微机型线路保护装置连接，所述保护动作信号输入寄存器用于存储保护动作信号，所述保护动作信号输入寄存器、无线通信模块和存储器均与MCU连接，所述保护动作信号输出接口与线路断路器连接，MCU经保护动作信号输出接口向线路断路器发送保护信号控制线路断路器动作跳闸。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线通信的配电网继电保护装置，其特征在于，
所述闭锁式保护装置还包括电流调制装置、电流调制装置驱动电路和电流信号解调装置，所述电流调制装置驱动电路与MCU连接，所述电流调制装置包括平板电容器、限流电阻、压电陶瓷、绝缘层和外壳，所述平板电容器、限流电阻、压电陶瓷和绝缘层安装在外壳内，所述平板电容器第一极板绝缘固定在外壳内侧，平板电容器第二极板经绝缘层与压电陶瓷一端固定连接，压电陶瓷另一端固定在外壳内侧，压电陶瓷受电流调制装置驱动电路的驱动，所述平板电容器第一极板经限流电阻连接区段线路，且限流电阻与区段线路的连接点位于线路断路器前侧，平板电容第二极板接地，所述电流信号解调装置包括顺次连接的电流互感器、选频单元和模数转换单元，所述电流互感器与区段线路耦合，所述选频单元从电流感应单元获取到的电流信号中选取出设定频率的信号，模数转换单元按照设定频率采样获取该频率信号所携带的信息，模数转换单元与MCU连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于无线通信的配电网继电保护装置，其特征在于，
所述闭锁式保护装置还包括电流调制装置、电流调制装置驱动电路和电流信号解调装置，所述电流调制装置驱动电路与MCU连接，所述电流调制装置包括平板电容器、限流电阻、第一压电陶瓷、第二压电陶瓷、第一绝缘层、第二绝缘层和外壳，所述平板电容器、限流电阻、第一压电陶瓷、第二压电陶瓷、第一绝缘层和第二绝缘层安装在外壳内，所述平板电容器第一极板经过第一绝缘层与第一压电陶瓷第一端固定连接，平板电容器第二极板经过第二绝缘层与第二压电陶瓷第一端固定连接，所述第一压电陶瓷和第二压电陶瓷的第二端分别固定在外壳的两侧，第一压电陶瓷和第二压电陶瓷均受电流调制装置驱动电路的单独驱动，所述平板电容器第一极板经限流电阻连接区段线路，且限流电阻与区段线路的连接点位于线路断路器前侧，平板电容第二极板接地，所述电流信号解调装置包括顺次连接的电流互感器、选频单元和模数转换单元，所述电流互感器与区段线路耦合，所述选频单元从电流感应单元获取到的电流信号中选取出设定频率的信号，模数转换单元按照设定频率采样获取该频率信号所携带的信息，模数转换单元与MCU连接。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种基于无线通信的配电网继电保护装置，其特征在于，
所述闭锁式保护装置还包括断电发报装置，所述断电发报装置包括电容式电源、充电电路、电子开关、调制电路、功率放大电路、报文录入电路、报文存储器和发射天线，所述报文存储器与调制电路以及报文录入电路连接，所述发射天线经功率放大电路与调制电路连接，所述电容式电源经电子开关为调制电路和功率放大电路供电，所述电容式电源与充电电路连接输出端，充电电路输入端与区段线路连接，所述电子开关在区段线路带电时断开，在区段线路无电时闭合。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种基于无线通信的配电网继电保护装置，其特征在于，
所述无线通信模块包括天线、天线驱动模块、通信数据缓冲器、微处理器、SIM卡、SIM卡接口和串行通信端口，所述微处理器通过串行通信端口连接MCU，SIM卡通过SIM卡接口与微处理器连接，微处理器通过通信数据缓冲器连接天线驱动模块，天线驱动模块与天线连接，微处理器通过从MCU和SIM接收到信息并经过处理形成通信数据后，输入到通信数据缓冲器内，由天线驱动模块将通信数据缓冲器内的通信数据由天线发送出去。
6.根据权利要求4所述的一种基于无线通信的配电网继电保护装置，其特征在于，
所述无线通信模块包括天线、天线驱动模块、通信数据缓冲器、微处理器、SIM卡、SIM卡接口和串行通信端口，所述微处理器通过串行通信端口连接MCU，SIM卡通过SIM卡接口与微处理器连接，微处理器通过通信数据缓冲器连接天线驱动模块，天线驱动模块与天线连接，微处理器通过从MCU和SIM接收到信息并经过处理形成通信数据后，输入到通信数据缓冲器内，由天线驱动模块将通信数据缓冲器内的通信数据由天线发送出去。
7.根据权利要求1或2或3所述的一种基于无线通信的配电网继电保护装置，其特征在于，
所述微机型线路保护装置为三段过流保护装置、零序过流保护装置、失压保护装置、重合闸装置或过负荷保护装置。
8.根据权利要求1或2或3所述的一种基于无线通信的配电网继电保护装置，其特征在于，
所述无线通信模块还包括GPS单元，所述GPS单元与微处理器通信连接。
9.一种基于无线通信的配电网继电保护装置的控制方法，适用于如权利要求1或2或3所述的一种基于无线通信的配电网继电保护装置，其特征在于，
包括以下步骤：
A1）整定微机型线路保护装置的动作电流和动作延时，将闭锁式保护装置部署到配网线路中，并将上下级关系信息存入各个闭锁式保护装置中；
A2）当某个配网线路出现故障电流时，该配网线路所在区段及其相邻各个上级区段线路均会出现该故障电流，该配网线路所在区段线路及各个上级区段线路的闭锁式保护装置均将接收到微机型线路保护装置发送的保护动作信号，此时各个闭锁式保护装置均通过无线通信模块向各自的上级线路区段的闭锁式保护装置发送信号；
A3）闭锁式保护装置检查所存储的上下级关系信息，若其无下级闭锁式保护装置则将保护动作信息传送至线路断路器，使线路断路器动作跳闸，切断区段线路；若存在下级闭锁式保护装置，则等待T1时间，若在等待期间无线通信模块接收到下级闭锁式保护装置发送的信号，则将与之连接的线路断路器闭锁，使线路保持接通，若等待期间无线通信模块未收到下级闭锁式保护装置发送的信号，则将保护动作信息传送至线路断路器，使线路断路器动作跳闸，切断区段线路。
10.一种基于无线通信的配电网继电保护装置的控制方法，适用于如权利要求2或3所述的一种基于无线通信的配电网继电保护装置，其特征在于，
包括以下步骤：
B1）整定微机型线路保护装置的动作电流和动作延时，将闭锁式保护装置编号，闭锁式保护装置的编号N的计算式为N=2k，k为闭锁式保护装置在上下级关系中的序号，序号越小表示越靠近配网电源，将闭锁式保护装置部署到配网线路中，并将上下级关系信息存入各个闭锁式保护装置中；
B2）闭锁式保护装置的电流调制装置以设定周期T2间歇性工作，将其编号转换成二进制数用于控制电流调制装置，电流调制装置驱动电路使压电陶瓷、第一压电陶瓷或第二压电陶瓷以设定周期振动，且具有两个振幅值，较大的振幅值表示1，较小的振幅值表示0，闭锁式保护装置的电流信号解调装置对区段线路内的电流信号进行选频和模数转换，提取出下级闭锁式保护装置发送的编号信息；
B3）当某个配网线路出现故障电流时，该配网线路所在区段及其相邻各个上级区段线路均会出现该故障电流，该配网线路所在区段线路及各个上级区段线路的闭锁式保护装置均将接收到微机型线路保护装置发送的保护动作信号，此时各个闭锁式保护装置均通过无线通信模块向各自的上级线路区段的闭锁式保护装置发送信号，该配网线路所在区段线路的闭锁式保护装置的电流调制装置发送信号加1；
B4）闭锁式保护装置检查所存储的上下级关系信息，若其无下级闭锁式保护装置则将保护动作信息传送至线路断路器，使线路断路器动作跳闸，切断区段线路；若存在下级闭锁式保护装置，则等待T3时间，若在等待期间无线通信模块接收到下级闭锁式保护装置发送的信号或者电流信号解调装置提取出其下级闭锁式保护装置发送的编号为奇数或收到其下级闭锁式保护装置的断电发报装置发送的报文，则将与之连接的线路断路器闭锁，使线路保持接通，反之，则将保护动作信息传送至线路断路器，使线路断路器动作跳闸，切断区段线路。
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