CN110401177A - 一种10kv线路保护装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种10KV线路保护装置及其使用方法，包括FTU接口电路，FTU接口电路分为FTU接口电路的线路CT二次端子、PT二次端子和FTU接口电路的24V端子；FTU接口电路的线路CT二次端子连接装置CT的一次线圈，FTU接口电路的线路PT二次端子连接装置PT的一次线圈；装置CT的二次线圈连接交流电流采样电路，交流电流采样电路输出端连接带A/D转换的CPU的电流模拟输入端，装置PT的二次线圈连接交流电压采样电路，交流电压采样电路输出端连接带A/D转换的CPU的电压模拟输入端；带A/D转换的CPU输出端口通过继电器跳闸输出控制电路、继电器合闸输出控制电路分别连接FTU接口电路的跳闸、合闸端子。本发明达到保护不拒动和误动、不越级跳闸的效果，实现了缩小停电范围、迅速查找故障点的目的。

Description

一种10KV线路保护装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及线路保护技术领域，特别涉及一种10KV线路保护装置及其使用方法。

背景技术

目前各供电公司在整定计算10KV线路三段式过流保护时，将零时限速断保护范围按保护主线前段(占主线50％左右)整定计算，将过流II段主保护范围按保护主线后段(占主线50％左右)整定计算，将过流III段保护按躲过最大负荷和保护后端支线以及作为线路后备保护来整定计算。

(一)应用三段式过流保护的缺点

1、如果在变电出线开关零时限速断保护范围安装保护开关，当该范围内发生短路故障，分级保护开关会和变电出线开关同时零时间跳闸，所以在该范围不能安装保护开关。

2、如果在变电出线开关II段主保护范围内安装一级保护开关，该开关I段与变电II段(当变电II段时限为0.2S时)配合，时限设为0S；该开关过流保护时限设为0.4S(当变电III段时限为0.6S时)。因相邻两级保护最小时差为0.2S，所以在该范围只能安装1级保护开关。

3、如果在变电出线开关III段主保护范围内安装保护开关，安装的保护与变电III段(当变电III段时限为0.6S时)配合、同时与变电II段主保护范围安装开关的过流保护(时限为0.4S)配合，时限设为0-0.2S。因相邻两级保护最小时差为0.2S，且变电过流III段主保护范围并不大(作为主保护只保护后端支线，作为后备保护，保护全长)，所以在该范围最多只能装2级保护开关。

(二)应用中的具体问题

1、对于在变电出线开关零时限速断范围内安装带FTU的智能开关情况，当变电开关速断保护范围内发生短路，一种问题是线路开关和变电开关同时跳，变电开关重合成功，线路开关因未投重合功能，将瞬间故障永久跳开；另一种问题为，因线路开关定值设置不合理，引起线路开关拒跳，越级造成变电开关跳闸。

2、对于在变电出线开关过流II段主保护范围内安装2级及以上带FTU的智能开关情况，当变电开关II段主保护范围内发生短路，会发生该范围内故障点(故障点在范围内第二级以后)上游同时跳闸或后级拒动、前级误动的越级跳闸现象。

3、对于在变电出线开关过流III段主保护范围内安装3级及以上带FTU的智能开关情况，当变电开关III段主保护范围内发生短路，一种问题是，会发生该范围内故障点(故障点在范围内第三级以后)上游同时跳闸或后级拒动、前级误动的越级跳闸现象；另一种问题是，因线路开关定值设置不合理，引起线路开关拒跳，越级造成II段主保护范围开关跳闸。

4、部分供电公司在10KV全线路安装的相邻时差小于0.2S的梯级保护，因时差拉不开，引起开关拒跳，越级造成上级开关跳闸。所以过流保护开关安装级数有限，不能有效做到缩小故障停电范围。

5、部分供电公司为了使FTU控制开关跳在变电出线开关前头或相互不越级，把前端各级FTU电流、时间定值压得偏低，因躲不过涌流，造成供电时要逐级供线路开关才能把电全部供出去。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种10KV线路保护装置及其使用方法，用该新型保护原理功能代替FTU原过流保护原理功能，经过挂网运行应用，达到保护不拒动和误动、不越级跳闸的效果，实现了缩小停电范围、迅速查找故障点的目的。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种10KV线路保护装置，包括：电源电路、装置CT和装置PT，所述电源电路连接FTU接口电路的24V端子；所述装置CT的一次线圈连接FTU接口电路的线路CT二次端子，二次线圈连接交流电流采样电路；所述装置PT的一次线圈连接FTU接口电路的线路PT二次端子，二次线圈连接交流电压采样电路；所述交流电流采样电路和交流电压采样电路的输出均连接至CPU，CPU的输出端分别连接继电器合闸输出控制电路和继电器跳闸输出控制电路；继电器合闸输出控制电路连接FTU接口电路的合闸端子，继电器跳闸输出控制电路连接FTU接口电路的跳闸端子。

装置CT的二次线圈连接交流电流采样电路，交流电流采样电路输出端连接带A/D转换的CPU的模拟输入端；装置PT的二次线圈连接交流电压采样电路，交流电压采样电路输出端连接带A/D转换的CPU的模拟输入端。

所述的带A/D转换的CPU输入出端口分别连接继电器跳闸输出控制电路、继电器合闸输出控制电路，继电器跳闸输出控制电路的输出端、继电器合闸输出控制电路的输出端分别连接FTU接口电路的跳闸、合闸端子。

所述的装置CT型号为CT101B。

所述的交流电流采样电路为，用型号为MCP6002的运放构成的两级运放保持电路。

所述的继电器合闸输出控制电路继电器型号：HK19F-DC 24V。

所述的带A/D转换的CPU型号：C8051F005。

所述的装置PT型号：PT101B。

所述的交流电压采样电路为，用型号为MCP6002的运放构成的两级运放保持电路。

所述的继电器跳闸输出控制电路的继电器型号：HK19F-DC 24V。

一种10KV线路保护装置的使用方法，包括以下步骤；

(1)将含上述装置的新保开关应用于线路中，当10KV线路主线N级新保开关与N+1级新保开关间发生短路故障时，障点前各级新保开关线路CT二次线圈将故障电流传到各自装置CT一次线圈，装置CT二次线圈将故障电流传到交流电流采样电路，再传到带8路A/D转换的CPU的电流模拟端；A/D转换将模拟信号变成数字信号，高速CPU对一个交流周波(20MS)采样200次，用积分的办法算出故障电流有效值(数字量)，再用故障电流有效值与事先存于CPU内部ROM的过流保护定值比较，若大于定值即产生过流启动标志，这样一来过流启动过的各级装置CPU均产生过流启动标志；

(2)当领头开关(这里指的是变电出线开关)跳闸后，10KV线路处于无流、无压状态，对于10KV线路无流信号，过流启动过的各级装置电路CPU用同步骤(1)的办法，这里与无流定值比较，若小于定值，产生无流标志；

(3)同时10KV线路无压信号，经过流启动过的各级各自线路PT二次线圈，传到各级各自装置PT一、二次线圈，再经交流电压采样电路传到带8路A/D转换的CPU的电压模拟端；A/D转换将模拟信号变成数字信号，高速CPU对一个交流周波(20MS)采样200次，用积分的办法算出无压信号有效值(数字量)，再用无压信号有效值与事先存于CPU内部ROM的无压保护定值比较，若小于定值即产生无压标志；

(4)过流启动过的各级各自装置电路CPU根据无流、无压标志，通过输出端口，向继电器跳闸输出控制电路的继电器线圈发出跳闸脉冲，跳闸继电器接点导通，经FTU接口电路控制FTU进一步控制开关跳闸，这样以来，故障点前各级新保开关检无流及无压全部跳开(故障点后及其它支线不过故障电流的新保开关不跳闸)；

(5)当领头开关(变电出线开关)重合闸后，对于10KV线路有压信号，第一级过流启动过的装置电路CPU，用同步骤(3)的办法，这里与有压定值比较，若大于定值，产生有压标志；接着CPU根据有压标志，经延时，通过输出端口向继电器合闸输出控制电路的继电器线圈发出合闸脉冲，合闸继电器接点导通，经FTU接口电路控制FTU进一步控制开关合闸。同理，以后各级过流启动过的装置电路CPU，用同样的方法控制各级各自开关合闸；

(6)当第N级新保开关合在永久故障时，该级装置电路再次采到故障电流，CPU用同步骤(1)的办法产生后加速标志；CPU根据后加速标志，用同步骤(4)办法立即跳开本级开关；若瞬间故障已消失，电路未采到故障电流，CPU不产生后加速标志，也就不跳本级开关；

(7)每级装置电源转换电路将该级FTU蓄电池直流24V电压，转换成本级装置电路所需的直流5V、3.3V电压。

本发明的有益效果：

1、与三段式过流保护方案比较

(1)三段式过流保护在变电出线开关零时限速断范围不能安装保护开关；而本保护在该范围不受安装级数限制。

(2)对于变电出线开关保护配速断0S、II段0.2S、III段0.6S情况，在整定计算得当情况下，在全线路最多可装3级保护开关，其中II段主保护范围1级、III段主保护范围2级，且受运行方式影响安装位置较难确定；而本保护方案无论是II段还是III段主保护范围都不受安装级数限制，安装位置随需确定。

2、与“失压分闸、来电延时合闸之电压时间型”保护比较

(1)“失压分闸、来电延时合闸之电压时间型”保护由于线路开关采用失压分闸原理，当上游开关就地或遥控拉开时，下游开关会全部跳开，造成全线路供电时间延长及开关分合闸次数增多问题；而本保护方案由于线路开关采用“过流启动、无流及无压跳”原理，当上游开关就地或遥控拉开时，下游开关因无“过流启动”就不会跳开。

(2)“失压分闸、来电延时合闸之电压时间型”保护对于变电出线开关零时限速断跳闸及过流II、III段跳闸故障，都会发生变电出线开关及故障点前级之前的各级开关2次跳闸及2次重合闸；而本保护不会发生这样的问题。

附图说明

图1是本发明参考示意图。

图2是本发明新保装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

1、研发一种新型保护原理，简述为：“过流启动、无流及无压跳闸、检有压重合、后加速跳闸”。

2、按这种保护原理研发出一种10KV线路保护装置即新保装置，所述的新保装置设置在FTU中，带新保装置的FTU与10KV开关本体联合构成新保开关。新型10KV线路保护装置，适合安装应用在各种接线形式的10KV线路的各级开关FTU中。这里举例一种典型的10KV接线形式(参见图1)：包括领头开关(可以是变电出线开关，也可以是线路前端配过流保护的FTU控制的智能开关)，所述的领头开关输出端分别并联有多路，中间为主线一路依次安装有多级新保开关，其它两支线也安装多级新保开关，主线末端设置有手拉手智能开关。本发明范围主要是一种新型保护原理、且使用这种原理做成一种新保装置，使用时要把该新保装置安装在原FTU箱体内，要与原FTU、原10KV开关联合构成新保开关，只不过要提前退出FTU原过流保护，这样新保装置的保护原理方案才能发挥作用。

当10KV线路发生短路故障时，原先配过流保护的FTU存在上述保护拒动和误动以及越级跳闸问题，本项目研发一种“过流启动、无流及无压跳闸、检有压重合、后加速跳闸”原理的保护方案，并用该原理做成新保装置，将该新保装置安装于FTU中，用该新型保护原理功能代替FTU原过流保护原理功能，经过挂网运行应用，有效克服了以上缺点及问题，达到保护不拒动和误动、不越级跳闸的效果，实现了缩小停电范围、迅速查找故障点的目的。

如图2所示：FTU接口电路；

FTU接口电路的线路CT(PT)二次端子连接装置CT(PT)的一次线圈，装置CT(PT)的二次线圈连接交流电流(电压)采样电路，交流电流(电压)采样电路输出端通过带A/D转换的CPU输出端口，分别连接继电器跳闸输出控制电路、继电器合闸输出控制电路，继电器跳闸输出控制电路的输出端、继电器合闸输出控制电路的输出端分别连接FTU接口电路的跳闸、合闸端子；

FTU接口电路的24V端子连接新保装置的电源电路。

实施例：

在一条10KV农网馈路的变电出线开关零时限速断范围安装一级新保装置1个，在变电出线开关过流II段主保护范围安装二、三级新保装置各1个，在变电出线开关过流III段主保护范围(后端支线)安装四、五、六级新保装置各1个。分别进行以下短路保护试验：

(1)零时限速断跳闸试验：在第一级新保开关后级杆做两相短路保护试验，结果是变电开关跳闸、重合成功，一级新保开关跳闸、重合未成功。

(2)过流II段级联跳闸试验：在第二级新保开关后级杆做两相短路保护试验，一、二级均发生过流启动，在变电II段跳闸后均无流无压跳闸，第一级在变电重合后检有压延时重合，第二级在第一级重合后检有压延时重合且后加速跳闸。结果是变电及第一级均重合成功，第二级重合未成功。

(3)过流III段级联跳闸试验：在第五级新保开关后级杆做两相短路保护试验，一、二、三、四、五级均发生过流启动，在变电III段跳闸后均无流无压跳闸，一、二、三、四级在变电重合后逐级检有压延时重合，第五级在第四级重合后检有压延时重合且后加速跳闸。结果是变电及一、二、三、四级均重合成功，第五级重合未成功。

实施例：

为防止10KV线路前段短路引起变电出线开关越级跳闸造成的四级事件发生，同时为防止线路前段开关将瞬间故障永久跳开造成大面积停电事件发生，在Y供电分公司11条农网馈路的零时线速断范围各安装1个一级新保装置。

实施例

2018年5月19日13时32分，Y1线路零时限速断范围一级新保开关，因后端车辆撞断电杆，导致变电出线开关跳闸后重合成功，而线路一级新保开关跳闸后重合未成功。本次保护成功，避免了“用三段式过流保护时，因线路开关定值设置不合理，引起线路开关拒跳，越级造成变电出线开关跳闸”的问题发生。

实施例

2018年7月25日14时16分，Y1线路零时限速断范围一级新保开关，因大风引起树枝搭线的瞬间故障，导致变电出线开关跳闸后重合成功，同时一级新保开关跳闸后也重合成功；2018年8月9日16时32分，Y2线路零时限速断范围一级新保开关，因大风引起树枝搭线的瞬间故障，导致变电出线开关跳闸后重合成功，同时一级新保开关跳闸后也重合成功；2018年9月4日9时50分，Y3线路零时限速断范围一级新保开关，因长尾巴鸟飞落在导线上的瞬间故障，导致变电出线开关跳闸后重合成功，同时一级新保开关跳闸后也重合成功。3次保护成功，都避免了“用三段式过流保护时，线路开关和变电开关同时跳，变电开关重合成功，线路开关因未投重合功能，将瞬间故障永久跳开”的问题发生。

总之，经挂网运行应用，新型10KV线路保护工作可靠、效果良好，大大提高了安全效益、经济效益、社会效益。

以上实验为内部保密实验。

Claims (10)

1.一种10KV线路保护装置，其特征在于，包括：电源电路、装置CT和装置PT，所述电源电路连接FTU接口电路的24V端子；所述装置CT的一次线圈连接FTU接口电路的线路CT二次端子，二次线圈连接交流电流采样电路；所述装置PT的一次线圈连接FTU接口电路的线路PT二次端子，二次线圈连接交流电压采样电路；所述交流电流采样电路和交流电压采样电路的输出均连接至CPU，CPU的输出端分别连接继电器合闸输出控制电路和继电器跳闸输出控制电路；继电器合闸输出控制电路连接FTU接口电路的合闸端子，继电器跳闸输出控制电路连接FTU接口电路的跳闸端子。

2.根据权利要求1所述的一种10KV线路保护装置，其特征在于，装置CT的二次线圈连接交流电流采样电路，交流电流采样电路输出端连接带A/D转换的CPU的电流模拟输入端；装置PT的二次线圈连接交流电压采样电路，交流电压采样电路输出端连接带A/D转换的CPU的电压模拟输入端；

所述的带A/D转换的CPU的输出端口分别连接继电器跳闸输出控制电路、继电器合闸输出控制电路，继电器跳闸输出控制电路的输出端、继电器合闸输出控制电路的输出端分别连接FTU接口电路的跳闸、合闸端子。

3.根据权利要求1所述的一种10KV线路保护装置，其特征在于，所述的装置CT型号为CT101B。

4.根据权利要求1所述的一种10KV线路保护装置，其特征在于，所述的交流电流采样电路为，用型号为MCP6002的运放构成的两级运放保持电路。

5.根据权利要求1所述的一种10KV线路保护装置，其特征在于，所述的继电器合闸输出控制电路继电器型号：HK19F-DC24V。

6.根据权利要求1所述的一种10KV线路保护装置，其特征在于，所述的带A/D转换的CPU型号：C8051F005。

7.根据权利要求1所述的一种10KV线路保护装置，其特征在于，所述的装置PT型号：PT101B。

8.根据权利要求1所述的一种10KV线路保护装置，其特征在于，所述的交流电压采样电路为，用型号为MCP6002的运放构成的两级运放保持电路。

9.根据权利要求1所述的一种10KV线路保护装置，其特征在于，所述的继电器跳闸输出控制电路的继电器型号：HK19F-DC24V。

10.一种10KV线路保护装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤；

(1)将上述装置的新保开关应用于线路中，当10KV线路主线N级新保开关与N+1级新保开关间发生短路故障时，障点前各级新保开关线路CT二次线圈将故障电流传到各自装置CT一次线圈，装置CT二次线圈将故障电流传到交流电流采样电路，再传到带8路A/D转换的CPU的电流模拟端；A/D转换将模拟信号变成数字信号，高速CPU对一个交流周波(20MS)采样200次，用积分的办法算出故障电流有效值，再用故障电流有效值与事先存于CPU内部ROM的过流保护定值比较，若大于定值即产生过流启动标志，这样一来过流启动过的各级装置CPU均产生过流启动标志；

(2)当领头开关跳闸后，10KV线路处于无流、无压状态，对于10KV线路无流信号，过流启动过的各级装置电路CPU用同步骤(1)的办法，这里与无流定值比较，若小于定值，产生无流标志；

(3)同时10KV线路无压信号，经过流启动过的各级各自线路PT二次线圈，传到各级各自装置PT一、二次线圈，再经交流电压采样电路传到带8路A/D转换的CPU的电压模拟端；A/D转换将模拟信号变成数字信号，高速CPU对一个交流周波(20MS)采样200次，用积分的办法算出无压信号有效值，再用无压信号有效值与事先存于CPU内部ROM的无压保护定值比较，若小于定值即产生无压标志；

(4)过流启动过的各级各自装置电路CPU根据无流、无压标志，通过输出端口，向继电器跳闸输出控制电路的继电器线圈发出跳闸脉冲，跳闸继电器接点导通，经FTU接口电路控制FTU进一步控制开关跳闸，这样以来，故障点前各级新保开关检无流及无压全部跳开；

(5)当领头开关重合闸后，对于10KV线路有压信号，第一级过流启动过的装置电路CPU，用同步骤(3)的办法，这里与有压定值比较，若大于定值，产生有压标志；接着CPU根据有压标志，经延时，通过输出端口向继电器合闸输出控制电路的继电器线圈发出合闸脉冲，合闸继电器接点导通，经FTU接口电路控制FTU进一步控制开关合闸，同理，以后各级过流启动过的装置电路CPU，用同样的方法控制各级各自开关合闸；

(6)当第N级新保开关合在永久故障时，该级装置电路再次采到故障电流，CPU用同步骤(1)的办法产生后加速标志；CPU根据后加速标志，用同步骤(4)办法立即跳开本级开关；若瞬间故障已消失，电路未采到故障电流，CPU不产生后加速标志，也就不跳本级开关；

(7)每级装置电源转换电路将该级FTU蓄电池直流24V电压，转换成本级装置电路所需的直流5V、3.3V电压。