CN109687407B - 一二次融合成套柱上负荷开关的反向闭锁装置及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于一二次融合成套柱上负荷开关的反向闭锁装置，由电压传感单元、电池单元、电源转换单元、出口单元、开入单元、对外接口单元和核心处理单元构成，可以在配电网发生正向故障停电且配电终端无后备电源的情况下，闭锁因为反向来电导致的配电终端合闸操作。本发明与现有技术相比，设计了一种反向闭锁装置，其无需配电终端即可自行判断出电网中的残压，并在反向来电时向配电终端或者开关本身提供闭锁信息，防止合闸于故障。同时本装置的整体功耗较低，持续运行的时间较长。本发明还公开了一种通过该装置实现闭锁功能的方法。

Description

一二次融合成套柱上负荷开关的反向闭锁装置及实现方法

技术领域

本发明涉及配电网馈线自动化技术，特别是一种用于一二次融合成套柱上负荷开关的反向闭锁装置，本发明还涉及一种通过该装置实现反向闭锁的方法。

背景技术

近年来，智能电网已成为电力行业的热门话题，被认为是改变未来电力系统面貌的电网发展模式。智能电网中配电网的馈线自动化技术则关系着电网末端——用户的切身用电体验。如何在故障发生的第一时间隔离故障区域并恢复无故障区域的供电，成为馈线自动化技术的最新发展方向。当前配电自动化领域，故障隔离与自愈最常见的是通过电压-时间型逻辑来实现。其核心逻辑为：当配电自动化终端检测到开关一侧来电后经延时控制开关合闸，当配电自动化终端检测到开关两侧失电后经延时控制开关分闸。

近年来，国家电网逐步开始在配电网中推行一二次融合技术，并已经开始在柱上开关和环网柜中得到应用。柱上开关一二次成套设备按照应用功能可分为分段断路器成套设备、分段负荷开关成套设备、分界断路器成套设备和分界负荷开关成套设备。其中，分界断路器成套设备和分界负荷开关成套设备主要用于实现故障的用户末端支线的就地隔离或切除；分段断路器成套设备主要用于应对较差的故障情况，能够直接切除故障的主干线、大分支环节，具备重合闸功能；分段负荷开关成套设备主要用于主干线分段/联络位置，实现故障的主干线的就地自动隔离，支持电压-时间型逻辑。

柱上开关成套设备具备自适应综合型就地馈线自动化功能，不依赖主站和通信,通过短路/接地故障检测技术、无压分闸、故障路径自适应延时来电合闸等控制逻辑，自适应多分支多联络配电网架，实现单相接地故障的就地选线、区段定位与隔离；配合变电站出线开关一次合闸，实现永久性短路故障的区段定位和瞬时性故障的供电恢复；配合变电站出线开关二次合闸，实现永久性故障的就地自动隔离和故障上游区域的供电恢复。

对于分段负荷开关，如果开关合闸之前在设定的时间内掉电或出现残压时，说明开关正向有故障点，此时应当反向闭锁合闸，如果后续反向送电，配电终端应不启动得电合闸逻辑。对于有后备电源的配电终端，在掉电期间，配电终端可以自行检测到残压，判断故障点位置，实现反向闭锁。但是对于无后备电源的情况，掉电后配电终端断电无法运行，出现残压的时间极短(约为80ms)，此时大多数配电终端都无法正常运行，因此需要设计一种反向闭锁装置来配合配电终端实现反向闭锁的功能。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于一二次融合成套柱上负荷开关的反向闭锁装置及实现方法，要解决的技术问题是在配电网发生正向故障停电且配电终端无后备电源的情况下，闭锁因为反向来电导致的配电终端合闸操作。

本发明第一方面提供一种用于一二次融合成套柱上负荷开关的反向闭锁装置，包括：

电压传感单元，其与核心处理单元和电源转换单元耦接，从电网检测电压；

开入单元，其与核心处理单元耦接，向核心处理单元提供复归信号；

核心处理单元，其接收开入单元提供的复归信号和提供信号给出口单元；

出口单元，其与核心处理单元和电源转换单元分别耦接，包括保持型的继电器，接收核心处理单元提供的信号并驱动继电器；

电池单元，其与电源转换单元耦接；

和电源转换单元，其与开入单元和核心处理单元分别耦接，接受电压传感单元和电池单元提供的电压，并向出口单元、开入单元和核心处理单元供电，

其中，当检测到正向残压并检测到反向正常来电后，核心处理单元驱动出口单元的继电器闭合，当接收到开入单元提供的复归信号后，核心处理单元驱动出口单元的继电器分开，从而在配电网发生正向故障停电且配电终端无后备电源时，闭锁因为反向来电导致的配电终端合闸操作。

在本发明的上述反向闭锁装置中，还包括对外接口单元，所述对外接口单元将电压传感单元、出口单元、开入单元的输入接口和输出接口集中到一个接插件上以供外部接口。

在本发明的上述反向闭锁装置中，所述核心处理单元为低功耗处理器。

在本发明的上述反向闭锁装置中，所述电压传感单元包括两个电磁式电压互感器。

在本发明的上述反向闭锁装置中，所述电源转换单元能够根据当前电压互感器是否有电压选择由电压传感单元或电池单元供电。

在本发明的上述反向闭锁装置中，所述开入单元采集的直流电压范围为18V～36V。

在本发明的上述反向闭锁装置中，所述出口单元包含两个保持型的继电器，所述保持型的继电器的控制回路的功耗不高于0.01mVA。

本发明第二方面提供一种根据前述权利要求所述的反向闭锁装置实现反向闭锁的方法，包括如下步骤：

步骤S100，当配电终端无后备电源时，在电网正向故障后反向来电过程中的跳闸态出现后，所述电压传感单元检测到故障残压；

步骤S200，所述电压传感单元将检测到的故障残压转化后提供给核心处理单元；

步骤S300，在电网反向来电时，所述反向闭锁装置向配电终端或者开关本身提供闭锁信息，闭锁反向合闸。

本发明的有益效果：本发明与现有技术相比，提供了一种反向闭锁装置，其无需配电终端即可自行判断出电网中的残压，并在反向来电时向配电终端或者开关本身提供闭锁信息，防止合闸于故障。同时本装置的整体功耗较低，持续运行的时间较长。本发明还公开了一种通过所述装置实现闭锁功能的方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。

图1是本发明的反向闭锁装置的模块原理图；

图2是电网正向故障后反向来电过程中开关二次侧电压时序图；

图3是本发明的反向闭锁装置实现反向闭锁功能的反向闭锁逻辑图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。附图中各处使用的相同的附图标记指示相同或相似的部分。

如图1所示，本发明第一方面提供一种用于一二次融合成套柱上负荷开关的反向闭锁装置，本反向本所装置由电压传感单元、电池单元、电源转换单元、出口单元、开入单元、对外接口单元和核心处理单元组成，其中，电压传感单元，其从电网检测电压；开入单元，其向核心处理单元提供复归信号；核心处理单元，其接收开入单元提供的复归信号和提供信号给出口单元；出口单元，其包括保持型的继电器，接收核心处理单元提供的信号并驱动继电器；和电源转换单元，其接受电压传感单元和电池单元提供的电压，并向出口单元、开入单元和核心处理单元供电，在本发明的上述反向闭锁装置中，还包括对外接口单元，所述对外接口单元将电压传感单元、出口单元、开入单元的输入接口和输出接口集中到一个接插件上以供外部接口。其中，当检测到正向残压并检测到反向正常来电后，核心处理单元驱动出口单元的继电器闭合，当接收到开入单元提供的复归信号后，核心处理单元驱动出口单元的继电器分开，从而在配电网发生正向故障停电且配电终端无后备电源时，闭锁因为反向来电导致的配电终端合闸操作。

在本发明的上述反向闭锁装置中，根据优选的实施例，所述核心处理单元为低功耗处理器。根据优选的实施例，同时，所述出口单元包含两个保持型的继电器，所述保持型的继电器的控制回路的功耗不高于0.01mVA。本发明所有设计均为低功耗设计，在出口单元中的继电器无动作的情况下，所述反向闭锁装置的整体运行功耗低于0.36mVA，可以切实保证装置的长时间稳定运行。

在本发明的上述反向闭锁装置中，所述电压传感单元包括两个电磁式电压互感器，电压传感单元能够从电网一次侧感应出电压，该电压转换后与电池电压均接入电源转换单元，电源转换单元给核心处理单元、出口单元以及开入单元供电。电压互感器感应出的电压同时也要接入核心处理单元，作为电压AD采集的输入。

在本发明的上述反向闭锁装置中，所述电源转换单元能够根据当前电压互感器是否有电压选择由电压传感单元或电池单元供电，具体来说，如果当前电压互感器有电压，则电源转换单元选择由电压传感单元供电；如果当前电压互感器无电压，则电源转换单元选择由电池单元供电，即在电网正常运转或者配电终端有后备电源时，不消耗电池单元中的电能，从而保证本反向闭锁装置较长时间的持续运行，作为优选的实施例，这里的电池单元可以选用干电池等。

在本发明的上述反向闭锁装置中，出口单元由保持型继电器及其外围电路构成，开入单元可以检测到直流24V的外部开入，并向核心处理单元提供复归信号。核心处理单元由低功耗处理器及其外围电路组成，始终检测线路电压，如图3所示，如果检测到正向残压后，又检测到反向正常来电，则驱动出口单元继电器闭合。当核心单元接收到开入单元提供的复归信号后，驱动出口单元继电器分开。

作为优选的实施例，在本发明的上述反向闭锁装置中，所述开入单元采集的电压范围为直流18V～直流36V。

本发明第二方面提供一种根据前述权利要求所述的反向闭锁装置实现反向闭锁的方法，包括如下步骤：

步骤S100，当配电终端无后备电源时，在电网正向故障后反向来电过程中的跳闸态出现后，所述电压传感单元检测到故障残压；

步骤S200，所述电压传感单元将检测到的故障残压转化后提供给核心处理单元；

步骤S300，在电网反向来电时，所述反向闭锁装置向配电终端或者开关本身提供闭锁信息，闭锁反向合闸。

具体来说，如图2所示，图2为电网正向故障后反向来电过程中开关二次侧电压时序图，其中，T1状态之前为电网正常态，T1-T2之间为故障态，T2-T3之间为跳闸态，T3-T4之间为合闸于故障，T4-T5之间为跳闸态，T5-T6之间为反向来电和故障排查阶段，T6-T7之间为故障排除后恢复正向供电，T7之后为得电合闸后反向也正常来电。电网发生永久性故障后，变电站开关跳闸，而后又重合于故障，之后加速再次跳开，反向联络开关经联络合闸延时后发现来电，但此时正向故障尚未排除，因此应当闭锁原本应该进行的得电合闸操作。

当配电终端存在后备电源的情况下，经历T2-T5之间两次短暂跳闸后，装置依然能正常工作，因此可以检测到T3-T4之间的故障残压，可以判断出故障点位于电源侧，进而自行闭锁T5之后的得电合闸。

但是，当配电终端无后备电源的情况下，T2-T5之间两次跳闸，装置掉电无法正常运行，采集不到T3-T4之间的故障残压，因此无法判断出故障位置，如果没有反向闭锁装置的存在，T5时刻反向来电后终端就会执行得电合闸逻辑，从而合闸于故障。如果配备上本说明公开的反向闭锁装置后，配电终端在无后备电源的情况下也可以闭锁反向合闸，从而保证电网更加安全稳定的运行。

如图3所示，图3为反向闭锁装置的闭锁逻辑框图。本反向闭锁装置分别实时检测供电线路两侧(A侧、B侧)的电压，如果某一侧检测到残压后则存本次闭锁标志，后续如果另一侧检测到正常电压则置闭锁出口。例如，如果本反向闭锁装置在供电线路的A侧检测到残压，则置本次闭锁标志，后续如果本反向闭锁装置在供电线路的B侧检测到残压，则置闭锁出口，反之亦然。此外，如果本装置检测到复归开入，则清全部闭锁标志、收回所有闭锁出口。

根据本发明公开的反向闭锁装置，配电终端在无后备电源的情况下也可以闭锁反向合闸，从而保证电网更加安全稳定的运行。而且本发明所有设计均为低功耗设计，能够切实保证装置的长时间稳定运行。

以上所述仅为本公开的较佳实施例而已，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种用于一二次融合成套柱上负荷开关的反向闭锁装置，其特征在于，包括：

电压传感单元，其与核心处理单元和电源转换单元耦接，从电网检测电压；

开入单元，其与核心处理单元耦接，向核心处理单元提供复归信号；

核心处理单元，其接收开入单元提供的复归信号和提供信号给出口单元；

出口单元，其与核心处理单元和电源转换单元分别耦接，包括保持型的继电器，接收核心处理单元提供的信号并驱动继电器；

电池单元，其与电源转换单元耦接；

和电源转换单元，其与开入单元和核心处理单元分别耦接，接受电压传感单元和电池单元提供的电压，并向出口单元、开入单元和核心处理单元供电，

其中，当检测到正向残压并检测到反向正常来电后，核心处理单元驱动出口单元的继电器闭合，当接收到开入单元提供的复归信号后，核心处理单元驱动出口单元的继电器分开，从而在配电网发生正向故障停电且配电终端无后备电源时，闭锁因为反向来电导致的配电终端合闸操作。

2.根据权利要求1所述的反向闭锁装置，其特征在于，还包括对外接口单元，所述对外接口单元将电压传感单元、出口单元、开入单元的输入接口和输出接口集中到一个接插件上以供外部接口。

3.根据权利要求1所述的反向闭锁装置，其特征在于，所述核心处理单元为低功耗处理器。

4.根据权利要求1所述的反向闭锁装置，其特征在于，所述电压传感单元包括两个电磁式电压互感器。

5.根据权利要求1所述的反向闭锁装置，其特征在于，所述电源转换单元能够根据当前电压互感器是否有电压选择由电压传感单元或电池单元供电。

6.根据权利要求1所述的反向闭锁装置，其特征在于，所述开入单元采集的直流电压范围为18V～36V。

7.根据权利要求1所述的反向闭锁装置，其特征在于，所述出口单元包含两个保持型的继电器，所述保持型的继电器的控制回路的功耗不高于0.01mVA。

8.一种根据前述权利要求1-7任一所述的反向闭锁装置实现反向闭锁的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S100，当配电终端无后备电源时，在电网正向故障后反向来电过程中的跳闸态出现后，所述电压传感单元检测到故障残压；

步骤S200，所述电压传感单元将检测到的故障残压转化后提供给核心处理单元；

步骤S300，在电网反向来电时，所述反向闭锁装置向配电终端或者开关本身提供闭锁信息，闭锁反向合闸。