CN110581538B - 一种基于线性光耦的微机保护装置及方法 - Google Patents

一种基于线性光耦的微机保护装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于线性光耦的微机保护装置及方法，该装置包括自适应电源单元，其用于将外部所接入的电源转换为微机保护装置的工作电压；开入测量单元，其用于将开入元件两端的电压转换为线性光耦可线性测量的数据；母线电压采集单元，其用于将母线直流电源电压转换为线性光耦可线性测量的数据；背板总线，所述自适应电源单元、开入测量单元以及母线电压采集的输出端均连接至所述背板总线。本装置通过利用线性光耦代替非线性光耦，有效提高了开入元件的抗干扰性。取消了稳压管、三极管、非线性光耦等非线性元件，使其电阻恒定，便于和直流系统的绝缘监测配合。

Description

一种基于线性光耦的微机保护装置及方法
技术领域
本发明涉及电力技术，具体涉及一种基于线性光耦的微机保护及方法。
背景技术
目前，现有的现微机保护开入板需要跟随直流电源的电压而采取不同的模块，因此需要生产多个版本的装置，通用性不强。同时，现微机保护的开入元件为了达到动作电压大于55％UN，小于70％Un，设计较为复杂，且经常由于非线性元件的漂移特性使得不能准确动作。此外，现微机保护的开入元件使用非线性元件，使得其内阻在不同的电压下呈现不同，且远大于绝缘监测装置的灵敏度，导致其无法和绝缘监测装置配合，如在开入元件外部电缆接地时，由于等效接地电阻太大，从而导致绝缘监测无法选线告警，出现母线对地电压偏移而长期无法找出故障点
开入元件：对于开关量的采集，为了提高设备的抗干扰性能，一般有如下要求：1、一般都需要将外部电路和微机控制、保护设备隔离。2、由于直流系统为高阻平衡接地系统，正常运行时，其母线对地电压为50％UN，如果直流系统一点接地时，在接地瞬间，开入元件两端的电压等于直流系统母线负极对地电压，因此当开入元件动作电压低于50％Un时，该开入元件就可能误动。为了防止其误动，现一般要求其动作电压大于55％UN，小于70％Un。牵涉到直流跳闸的回路，甚至还要求其动作功率大于5W。
现有的开入元件包括有：1、继电器；2、稳压管：为了达到动作电压大于55％UN，小于70％Un，早期的微机保护一般采用稳压管。但利用稳压管制作的开入光耦元件内阻较小，功率较大，发热严重。稳压管开入原理如图1所示。3、三极管：现绝大多数厂家采用三极管代替稳压管。但三极管的设计复杂，配合不当，可能导致开入元件失效，三极管的开入电路图如图2所示。
由于继电器、稳压管以及三极管都是非线性元件，非线性光耦的电流传输特性曲线是非线性的，这类光耦适合于开关信号的传输，不适合于传输模拟量。常用的4N系列光耦属于非线性光耦。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于线性光耦的微机保护及方法，以提高微机保护开入板的通用性、便于和绝缘监测装置相配合。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种基于线性光耦的微机保护装置，包括：
自适应电源单元，其用于将外部所接入的电源转换为微机保护装置的工作电压；
开入测量单元，其用于将开入元件两端的电压转换为线性光耦可线性测量的数据；
母线电压采集单元，其用于将母线直流电源电压转换为线性光耦可线性测量的数据，，使开入测量单元能适用于不同的额定电压；
背板总线，所述自适应电源单元、开入测量单元以及母线电压采集的输出端均连接至所述背板总线。
所述开入测量单元设置有n个，每个所述开入测量单元单独工作；其中，n正整数。
n个所述的开入测量单元以及母线电压采集单元的输出端均连接至开入板总线，所述开入板总线和所述背板总线相连接。
所述开入测量单元和母线电压采集单元包括依次串接的线性电阻分压模块、线性光耦采样模块以及数模采样模块；其中，
所述线性电阻分压模块用于将流经线性光耦采样模块的电流调整到线性光耦的线性区；
所述线性光耦采样模块用于采集流经线性光耦的电流，并将其转换成数模采样模块适应的模拟量；
所述数模采样模块用于将线性光耦采样模块转换后的模拟量转换为数字量输出。
在所述线性电阻分压模块和线性光耦采样模块之间串接有抗干扰模块，以将非正常的干扰阻止进入至线性光耦采样模块中。
一种基于线性光耦的微机保护方法，所述方法通过利用上述的保护装置进行，包括：
某一开入测量单元测得的开入电压为Un，母线电压采集单元测得的母线电压为Um1；
当Un/Um1大于启动值时，则记则启动计时T1，并将该时刻的GPS时间记录到缓存，记录其保持时间T1；
当Un/Um1大于第一动作值并小于第一设定值时，则启动计时T2，并将该时刻的GPS时间记录到缓存，当其持续时间大于第一时间设定值时，该开入记为有效，且开入动作时间记为SOE时间；
当T1-SOE持续时间大于第二时间设定值，小于第三时间设定值，则判断为开入元件节点异常，提醒运维人员注意维护；
当T1-T2时间大于第四时间设定值，则判断为开入元件外部电缆异常；根据设定是否闭锁该开入；如果Un/Um1<第二设定值时，并且持续时间超过第五时间设定值，则返回，停止闭锁该开入；
当Un/Um1大于第二动作值时，则判断为外部干扰窜入；根据设定是否闭锁该开入；如果Un/Um1<第三设定值时，并且持续时间超过第六时间设定值，则返回，停止闭锁该开入本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
1、利用线性光耦代替非线性光耦，有效提高了开入元件的抗干扰性。
2、取消了稳压管、三极管、非线性光耦等非线性元件，使其电阻恒定，便于和直流系统的绝缘监测配合。
3、利用一个固定的开入元件作为系统电压的采集元件，根据实时系统电压动态计算开入元件的动作电压。当系统要求不高时，也可采用固定的电压值。
4、利用自适应电源模块、自适应开入板，使得开入板在所有的常用电源系统都可互相代替，即插即用。大大提高产品的通用性。
附图说明
图1为现有稳压管开入电路原理图；
图2为三极管开入电路原理图；
图3为基于线性光耦的微机保护装置的原理图；
图中：1、自适应电源单元；2、开入测量单元；3、母线电压采集单元；4、开入总线；5、背板总线；100、开入板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。
实施例：
参阅图3所示，本实施例提供的基于线性光耦的微机保护装置主要为开入板100，在该开入板100上分别设置有自适应电源单元1、开入测量单元2以及母线电压采集单元3。
其中，该开入测量单元2可根据实际的使用要求设置有n个，每一个开入测量单元2均是独立工作的；开入测量单元2主要是用于将开入元件两端的电压转换为线性光耦可线性测量的数据；如此，通过利用线性光耦代替非线性光耦，有效提高了开入元件的抗干扰性，取消了稳压管、三极管、非线性光耦等非线性元件，使其电阻恒定，便于和直流系统的绝缘监测配合。
而该适应电源单元1主要采用宽频的DC/DC模块，以将外部直流电源转换成固定电压值输出，供保护装置使用，这样就可以使得该开入板适用于所有电压等级的(如220V、110V、48V、220V交流等)保护、自动化等二次设备，也就是说，开入板在所有的常用电源系统都可互相代替，即插即用。大大提高产品的通用性
而该母线电压采集单元3设置有一个，主要是用于将母线直流电源电压转换为线性光耦可线性测量的数据，使开入测量单元2能适用于不同的额定电压。也就是说，通过采用一个固定的开元元件(母线电压采集单元)来作为直流电源系统的系统电压采集元件，根据实时系统电压动态计算开入元件的动作电压。当系统要求不高时，也可采用固定的电压值。
上述的n个开入测量单元2以及母线电压采集单元3都将会集成连接至开入板总线4，由开入板总线统4一连接至背板总线5，而该自适应电源单元的输出端则直接连接至背板总线，此外该背板总线还与处理器、存储器、网络通信模块、开出模块、模拟量采样模块等相来连接。
具体地，上述的开入测量单元2和母线电压采集单元3均包括依次串接的线性电阻分压模块、线性光耦采样模块以及数模采样模块；其中，该线性电阻分压模块用于将流经线性光耦采样模块的电流调整到线性光耦的线性区，同时也可以作为调整功率的工具；而该线性光耦采样模块则用于采集流经线性光耦的电流，并将其转换成数模采样模块适应的模拟量；该数模采样模块用于将线性光耦采样模块转换后的模拟量转换为数字量输出。此外，在该线性电阻分压模块和线性光耦采样模块之间串接有抗干扰模块，以将非正常的干扰阻止进入至线性光耦采样模块中，也就是说个，该抗干扰模块主要作为开入的硬件级抗干扰措施，防止高频干扰对开入元件的影响。其可包含有电容模块，将作为高频干扰的滤波通道，也可增加二极管等元件，将非正常的干扰阻止进入到线性光耦采样模块，以提高测量的准确性。
相应地，本实施例还提供了一种基于线性光耦的微机保护方法，所述方法通过利用上述的保护装置进行，该方法包括：
首先，以母线正负间的电压为Um1，第一个开入测量模块测量的电压为U1；第二个开入测量模块测量的电压为U2；第n个开入测量模块测量的电压为Un。
以上述作为基础数据，
当Un/Um1大于启动值(如40％)时，则记则启动计时T1，并将该时刻的GPS时间记录到缓存，记录其保持时间T1。
当Un/Um1大于动作值(如70％)并小于设定值(如120％)时，则启动计时T2，并将该时刻的GPS时间记录到缓存，当其持续时间大于设定值时，该开入记为有效，且开入动作时间记为SOE时间(T2)。
但T1-SOE持续时间大于设定值(如3ms)，小于设定值(如100ms)，则判断为开入元件节点异常，可能由节点存在污秽，灰尘，生锈等现象，提醒运维人员注意维护。
当T1-T2时间大于设定值(如100ms)，则判断为开入元件外部电缆异常，如外部电缆接地，外部电缆存在寄生回路等。可根据设定是否闭锁该开入。如果Un/Um1<设定值(如30％)时，并且持续时间超过设定值(如10s)，则返回，停止闭锁该开入。
当Un/Um1大于动作值(如120％)时，则判断为外部干扰窜入。可根据设定是否闭锁该开入。如果Un/Um1<设定值(如30％)时，并且持续时间超过设定值(如10s)，则返回，停止闭锁该开入。
采用如上的方法，具有如下的作用：
1、利用母线电压测量模块测得的母线电压、开入元件电压测量模块测得的开入电压，测得的数据进行对比分析，排除系统母线电压变化产生的影响。而常规的开入元件使用固定的额定电压作为设计参考值，但正常运行时，直流系统母线电压产生较大的波动，该波动值将会导致开入元件失效，如在正常开入时，开入元件却无法动作；或者在其他干扰窜入时导致抗干扰措施失效，保护误动。
2、利用在同一环境下的母线电压测量模块、开入元件电压测量模块，测得的数据进行对比分析，消除环境温度对线性光耦的温度漂移特性。有效提高测量的准确性。
3、通过利用上述的基于线性光耦的微机保护装置还可以进行外部节点异常告警的测量。
综上，本发明与现有技术相比，具有如下技术优势：
1、利用线性光耦代替非线性光耦，有效提高了开入元件的抗干扰性。
2、取消了稳压管、三极管、非线性光耦等非线性元件，使其电阻恒定，便于和直流系统的绝缘监测配合。
3、利用一个固定的开入元件作为系统电压的采集元件，根据实时系统电压动态计算开入元件的动作电压。当系统要求不高时，也可采用固定的电压值。
4、利用自适应电源模块、自适应开入板，使得开入板在所有的常用电源系统都可互相代替，即插即用。大大提高产品的通用性。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种基于线性光耦的微机保护方法，其特征在于，所述方法通过基于线性光耦的微机保护装置进行，所述基于线性光耦的微机保护装置，包括：
自适应电源单元，其用于将外部所接入的电源转换为微机保护装置的工作电压；
开入测量单元，其用于将开入元件两端的电压转换为线性光耦可线性测量的数据；
母线电压采集单元，其用于将母线直流电源电压转换为线性光耦可线性测量的数据，使开入测量单元能适用于不同的额定电压；
背板总线，所述自适应电源单元、开入测量单元以及母线电压采集单元的输出端均连接至所述背板总线；
所述开入测量单元设置有n个，每个所述开入测量单元单独工作；其中，n正整数；
n个所述的开入测量单元以及母线电压采集单元的输出端均连接至开入板总线，所述开入板总线和所述背板总线相连接；
所述开入测量单元和母线电压采集单元均包括依次串接的线性电阻分压模块、线性光耦采样模块以及数模采样模块；其中，
所述线性电阻分压模块用于将流经线性光耦采样模块的电流调整到线性光耦的线性区；
所述线性光耦采样模块用于采集流经线性光耦的电流，并将其转换成数模采样模块适应的模拟量；
所述数模采样模块用于将线性光耦采样模块转换后的模拟量转换为数字量输出；
在所述线性电阻分压模块和线性光耦采样模块之间串接有抗干扰模块，以将非正常的干扰阻止进入至线性光耦采样模块中；
所述方法包括：
某一开入测量单元测得的开入电压为Un，母线电压采集单元测得的母线电压为Um1；
当Un/Um1大于启动值时，则启动计时T1，并将该时刻的GPS时间记录到缓存；
当Un/Um1大于第一动作值并小于第一设定值时，则启动计时T2，并将该时刻的GPS时间记录到缓存，当其持续时间大于第一时间设定值时，该开入记为有效，且开入动作时间记为SOE时间；
当T1-SOE持续时间大于第二时间设定值，小于第三时间设定值，则判断为外部开入元件节点异常，提醒运维人员注意维护；
当Un/Um1大于启动值，小于第一动作值，且持续时间大于第四时间设定值，则判断为开入元件外部电缆异常；根据软压板设定是否闭锁该开入；如果Un/Um1<第二设定值时，并且持续时间超过第五时间设定值，则返回，停止闭锁该开入；
当Un/Um1大于第二动作值时，则判断为外部干扰窜入；根据软压板设定是否闭锁该开入；
如果Un/Um1<第三设定值时，并且持续时间超过第六时间设定值，则返回，停止闭锁该开入；
所述启动值小于第一动作值，第一动作值小于第一设定值，第一设定值小于等于第二动作值；
所述第二时间设定值小于第三时间设定值。
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