CN111446688A - 一种变电站动态小电阻就地保护控制器及其使用方法 - Google Patents

一种变电站动态小电阻就地保护控制器及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种变电站动态小电阻就地保护控制器及其使用方法，包括数据采集模块、数字信号转化模块、处理器、数据比对模块、GPS对时模块、通信管理模块、人机交互模块、数据输出模块、开关控制模块、可控小电阻自动投退模块；所述数据采集模块用于采集电压互感器PT和电流互感器CT的检测数据信息；电压互感器PT和电流互感器CT安装在接地变压器线路上。本发明的优点是：控制器采用GPS对时模块保证控制器和主站系统的时间同步同时使得数据比对模块比对进程和数据采集模块采集的数据在同一时间的进行；确保数据采集的准确性，防止由于数据采集误差导致误动情况发送。

Description

一种变电站动态小电阻就地保护控制器及其使用方法
技术领域
本发明涉及电力系统保护技术领域，更具体的说，是涉及一种变电站动态小电阻就地保护控制器及其使用方法。
背景技术
变电站是电力网络系统中不可或缺的重要组成部分，随着物联网技术的不断发展，各个变电站之间、区域电网之间日益成为一个相互关联的整体，其自动化程度也不断提高，精准了解、监测变电站各种工作数据和控制器运行状态的是系统稳定性和可靠性的关键核心。
动态小电阻就地保护系统，消弧线圈并联中性点经小电阻结合传统的小电阻接地保护系统和消弧线圈接地的优点，避免他们的缺点，不仅确保快速、准确对永久性接地故障隔离，避免系统因为长期工频过电压导致进一步扩大事故，在瞬时性接地故障，能够准确补偿，让它消失，不需要跳闸，从而提高供电系统的安全、可靠性。
在变电站母线上，通过Z型接地变压器投入的接地小电阻，构成零序阻抗网络，可以使零序电压产生的零序电流在接地点与中性点之间流通，就地保护通过判断故障参数，实现接地保护，各类保护依据时间级差，可以实现故障线路分层、分级，因此，如何控制小电阻的可靠投退是系统的核心。
由于通信管理模块和数据采集单元之间采用通信方式来取得开关设备的信号，当现场干扰较强时，通信有可能出错，造成远方配网主站系统的命令无法执行或执行结果未知，如何保证数据的精准采集是关键。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，而提出一种变电站动态小电阻就地保护控制器，确保数据采集的准确性，防止由于数据采集误差导致误动情况发送，保证接零动态电阻正常投入防止配网线路故障出现时，由于执行开关故障导致拒动的情况发生，有效的避免了模拟信号在远距离传输过程中出现干扰现象有效的保证数据信号的传输。
本发明的一种变电站动态小电阻就地保护控制器，包括数据采集模块、数字信号转化模块、处理器、数据比对模块、GPS对时模块、通信管理模块、人机交互模块、数据输出模块、开关控制模块、可控小电阻自动投退模块；
所述数据采集模块用于采集电压互感器PT和电流互感器CT的检测数据信息；电压互感器PT和电流互感器CT安装在接地变压器线路上；
所述数字信号转化模块将数据采集模块采集的检测数据信息转化成数字模拟信号传递给处理器；采用数字信号转化模块将检测数据就地转化成数字信号再通过通讯模块的光纤传递方式实现数据联网监控，同时有效的避免了模拟信号在远距离传输过程中出现干扰现象；
所述处理器用于对数字信号进行计算，并将计算结果转化成逻辑控制指令；所述控制逻辑指令通过开关控制模块、可控小电阻自动投退模块及数据输出模块对消弧线圈和接零动态电阻RL进行控制；
所述通讯模块用于控制器与主站系统直接进行数据传输，主站系统监测变电站运行状态并进行事件记录；
所述开关控制模块用于采集开关辅助触点的信号，用于判断开关状态及母线运行状态；
所述数据比对模块用于采集标准信号并和数据采集模块采集的电压及电流信号进行比对；数据比对模块还包括一组或多组标准电压互感器PT和电流互感器CT采集标准的电压、电流数据用于和同一时间数据采集模采集的数据进行比对；
所述GPS对时模块用于控制数据采集模块和数据比对模块的实时同步；使得数据比对模块比对进程和数据采集模块采集的数据在同一时间的进行；同时保证控制器和主站系统的时间同步；
所述人机交互模块用于查询和修改指令，输入相关设定，了解设备运行状态；
所述开关控制模块用于控制过变电站动态小电阻系统内各个开关的关闭和开启，保护接地变，用于接零动态电阻RL退出失灵后的后备保护，以及接零动态电阻RL长期投入损坏引起的接地变过载；开关控制模块通过通讯端口将开关控制动作以事件记录通过通讯端口上报到主站系统；
所述可控小电阻自动投退模块用于监测本段母线零序电压，如有接地发生则延时投入接零动态电阻RL，接零动态电阻RL投入后故障线路零序电流变大，终端保护动作切除故障，接零动态电阻RL延时后退出。
所述控制器还包含有电阻投切监测模块用于监测变电站动态小电阻系统内各个开关是否正常投入，并采集相变电站动态小电阻系统内各个开关的开关数据通过通讯模块上传到主站系统；所述电阻投切监测模块包含三个有电阻、电容及电感依次串联而成的电阻投切监测组件，三个电阻投切监测组件之间通过第一监测开关首尾相连，每个电阻投切监测模块的电阻上均并联有第二监测开关，所述第一监测开关和第二监测开关均通过数据信号线和控制器连接，控制器将控制指令发送给第一监测开关和第二监测开关同时采集第一监测开关和第二监测开关的相关数据通过通讯模块上传到主站系统，第一监测开关和控制器的电源端口连接。
本发明还公开了一种变电站动态小电阻就地保护控制器的使用方法，
S1.通过机交互模块输入设定相关参数，电压互感器PT和电流互感器CT采集的数据通过数据采集模传递给数字信号转化模块发生给控制器，控制器处理器根据设置参数，发生接地故障后消弧线圈立即启动补偿功能，接地时间超过“接零动态电阻RL投入延时0~10s”后，控制器发生控制指令立即投入接零动态电阻RL；
S2.装置先退出接地处理程序后退出接零动态电阻RL；
S3.接零动态电阻RL投入失败时，消弧线圈持续工作，补偿系统电容电流；
S4.消弧线圈故障时小电阻的处理；开关控制模块自检消弧线圈装置故障，发生接地后立即投入接零动态电阻RL；
S5.接零动态电阻RL投入后接地故障未消失的处理：接零动态电阻RL投入成功后计时开始，到达“电阻额定时间3~10s”后，可强制分断接零动态电阻RL；
S6.对重合闸的处理；设置“接零动态电阻RL退出延时0~10s”，接零动态电阻RL投入后需保持至重合闸动作后；
S7.对间歇性接地故障的处理:对间歇性接地，接零动态电阻RL无法根据“接零动态电阻RL阻投入延时”启动时，2分钟内发生3次及以上接地故障，立即投入接零动态电阻RL。
所述步骤S1-7中接零动态电阻RL的分断开启，电阻投切监测模块实时监控，当接零动态电阻的开关K获得启动指令后，没有获得功率补偿时间段控制器发送异常指令给主站系统，主站系统可发送控制指令强制开启接零保护。
所述步骤S1中电压互感器PT和电流互感器CT采集的数据的同时，数据比对模块同一时间采集标准的电压、电流数据和数据采集模采集的数据进行比对。
本发明的有益效果是：（1）变电站动态小电阻就地保护控制器采用数字信号转化模块将检测数据就地转化成数字信号再通过通讯模块的光纤传递方式实现数据联网监控，同时有效的避免了模拟信号在远距离传输过程中出现干扰现象有效的保证数据信号的传输。（2）控制器采用GPS对时模块保证控制器和主站系统的时间同步同时使得数据比对模块比对进程和数据采集模块采集的数据在同一时间的进行；确保数据采集的准确性，防止由于数据采集误差导致误动情况发送。（3）控制器的电阻投切监测模块监测小电阻投切开关是否正常投入，并采集相关投切开关K的开关数据通过通讯模块上传到主站系统，有效的保证了接零动态电阻RL正常投入防止配网线路故障出现时，由于执行开关如投切开关K的故障导致拒动的情况发生。
附图说明
图1为本发明控制器的结构示意图；
图2为本发明控制器的电阻投切监测模块的结构示意图；
图3为本发明控制器在的变电站电路应用的示意图。
图4为本发明控制器在的变电站电路应用的控制逻辑流程示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，但是本发明并不限于实施例。
如图1所示本发明的一种变电站动态小电阻就地保护控制器，包括数据采集模块、数字信号转化模块、处理器、数据比对模块、GPS对时模块、通信管理模块、人机交互模块、数据输出模块、开关控制模块、可控小电阻自动投退模块；
如图3所示所述变电站母线经过接零保护装置和接地变压器连接，接地变压器的中性点经过消弧线圈接地，接地变压器的中性点还依次经过闸刀D、投切开关K和接零动态电阻RL接地，所述接零动态电阻RL接地端安装有电流互感器CT，电流互感器CT和控制器端口电连，所述闸刀D的接地端通过电压互感器PT和控制器端口电连，投切开关K和控制器的投切端口电连；
所述数据采集模块用于采集电压互感器PT和电流互感器CT的检测数据信息；电压互感器PT和电流互感器CT安装在接地变压器线路上；
电压互感器CT监测到零序电压变化，判断出有接地发生后，通过投入经接地变压器中心点的接零动态电阻R；使零序电压产生的工频电流在接地点与中性点之间流通，接零动态电阻RL根据零序电压的变化动态投入，投入后零序电流瞬间放大，为本段母线线路上各级保护提供地了可靠的判据，控制器通过判断故障参数，实现接地保护功能，选择性切除故障。
所述数字信号转化模块将数据采集模块采集的检测数据信息转化成数字模拟信号传递给处理器；采用数字信号转化模块将检测数据就地转化成数字信号再通过通讯模块的光纤传递方式实现数据联网监控，同时有效的避免了模拟信号在远距离传输过程中出现干扰现象；
所述处理器用于对数字信号进行计算，并将计算结果转化成逻辑控制指令；所述控制逻辑指令通过开关控制模块、可控小电阻自动投退模块及数据输出模块对消弧线圈和接零动态电阻RL进行控制；
处理器由ARM型32位微处理器、32位DSP微处理器、RAM、A/D变换、FlashMemory、以太网端口、485端口等构成。ARM型CPU为32位定点处理器，主频60MHz；DSP型CPU为32位浮点处理器，主频60MHz；A/D数据输入精度达16位；使得装置有很高的稳定性和可靠性。处理器负责检测数据的采集、对采集的数据进行计算分析、再通过逻辑判断和发送保护动作指令。
所述通讯模块用于控制器与主站系统直接进行数据传输，主站系统监测变电站运行状态并进行事件记录；通讯模块选用以太网、485通信接口或以太网＋485通讯方式，可直接与主站系统或保护管理机通信，采用电力行业标准DL/T667-1999（IEC-60870-5-103）。
所述开关控制模块用于采集开关辅助触点的信号，用于判断开关状态及母线运行状态；
所述数据比对模块用于采集标准信号并和数据采集模块采集的电压及电流信号进行比对；数据比对模块还包括一组或多组标准电压互感器PT和电流互感器CT采集标准的电压、电流数据用于和同一时间数据采集模采集的数据进行比对；
所述GPS对时模块用于控制数据采集模块和数据比对模块的实时同步；使得数据比对模块比对进程和数据采集模块采集的数据在同一时间的进行；同时保证控制器和主站系统的时间同步；
控制器通过通讯模块和主站系统进行通讯，得到年月日时分秒的实时信息，配置一个GPS对时模块输入，连接到站内GPS接收器的秒脉冲输出，实现毫秒的对时，对时精度小于1ms，实现主站系统对控制器的精准控制。避免了通过主站系统分发时间给各个控制器，出现的滞后时差，防止主站系统发送执行命令给控制器会存在指令滞后，执行命令无法及时执行，导致故障扩大的情况发生。
所述人机交互模块用于查询和修改指令，输入相关设定，了解设备运行状态；
所述开关控制模块用于控制过变电站动态小电阻系统内各个开关的关闭和开启，保护接地变，用于接零动态电阻RL退出失灵后的后备保护，以及接零动态电阻RL长期投入损坏引起的接地变过载；开关控制模块通过通讯端口将开关控制动作以事件记录通过通讯端口上报到主站系统；
所述可控小电阻自动投退模块用于监测本段母线零序电压，如有接地发生则延时投入接零动态电阻RL，接零动态电阻RL投入后故障线路零序电流变大，终端保护动作切除故障，接零动态电阻RL延时后退出。
如图2所示；所述控制器还包含有电阻投切监测模块用于监测变电站动态小电阻系统内各个开关是否正常投入，并采集相变电站动态小电阻系统内各个开关的开关数据通过通讯模块上传到主站系统；所述电阻投切监测模块包含三个有电阻、电容及电感依次串联而成的电阻投切监测组件，三个电阻投切监测组件之间通过第一监测开关首尾相连，每个电阻投切监测模块的电阻上均并联有第二监测开关，所述第一监测开关和第二监测开关均通过数据信号线和控制器连接，控制器将控制指令发送给第一监测开关和第二监测开关同时采集第一监测开关和第二监测开关的相关数据通过通讯模块上传到主站系统，第一监测开关和控制器的电源端口连接。
电阻投切监测模块对三个电阻投切监测组件进行编码，通过编码可以区分不同组的第一监测开关和第二监测开关，保证采集数据的准确性，使用时控制器选择一组电阻投切监测组件将电容接入接零动态电阻的开关K电路中，在接零动态电阻的开关K启动时，控制器对第一监测开关和第二监测开关的投切时间点T1数据进行采集，接零动态电阻的开关K启动时控制器接收启动信号同时向对应的电源端口发送执行指令，开启对应的第一监测开关投入的对应的电容，投切时间点作为接零动态电阻的开关K的功率补偿始点T1，此时控制器判断接零动态电阻的开关K启动，同时将接零动态电阻的开关K的启动次数和时间记录下来发送给主站系统，当故障消除接零动态电阻的开关K退出后的时间点作为功率补偿时间的终点T2，始点T1和终点T2之间为功率补偿时间段，当接零动态电阻的开关K获得启动指令后，没有获得功率补偿时间段控制器发送异常指令给主站系统。
如图4所示，本发明还公开了一种变电站动态小电阻就地保护控制器的使用方法，
S1.通过机交互模块输入设定相关参数，电压互感器PT和电流互感器CT采集的数据通过数据采集模传递给数字信号转化模块发生给控制器，控制器处理器根据设置参数，发生接地故障后消弧线圈立即启动补偿功能，接地时间超过“接零动态电阻RL投入延时0~10s”后，控制器发生控制指令立即投入接零动态电阻RL；
S2.装置先退出接地处理程序后退出接零动态电阻RL；
S3.接零动态电阻RL投入失败时，消弧线圈持续工作，补偿系统电容电流；
S4.消弧线圈故障时小电阻的处理；开关控制模块自检消弧线圈装置故障，发生接地后立即投入接零动态电阻RL；
S5.接零动态电阻RL投入后接地故障未消失的处理：接零动态电阻RL投入成功后计时开始，到达“电阻额定时间3~10s”后，可强制分断接零动态电阻RL；
S6.对重合闸的处理；设置“接零动态电阻RL退出延时0~10s”，接零动态电阻RL投入后需保持至重合闸动作后；
S7.对间歇性接地故障的处理，对间歇性接地，接零动态电阻RL无法根据“接零动态电阻RL阻投入延时”启动时，2分钟内发生3次及以上接地故障，立即投入接零动态电阻RL。
所述步骤S1-7中接零动态电阻RL的分断开启，电阻投切监测模块实时监控，当接零动态电阻的开关K获得启动指令后，没有获得功率补偿时间段控制器发送异常指令给主站系统，主站系统可发送控制指令强制开启接零保护。
所述步骤S1中电压互感器PT和电流互感器CT采集的数据的同时，数据比对模块同一时间采集标准的电压、电流数据和数据采集模采集的数据进行比对。
控制器通过投入接零动态电阻RL后，监测零序电流，判断接零动态电阻RL的工作情况是否正常。接零动态电阻RL的可靠投退是控制系统的核心，电阻投切监测模块是核心的保证。
本发明变电站动态小电阻就地保护控制器确保数据采集的准确性，防止由于数据采集误差导致误动情况发送，保证接零动态电阻正常投入防止配网线路故障出现时，由于执行开关故障导致拒动的情况发生，有效的避免了模拟信号在远距离传输过程中出现干扰现象有效的保证数据信号的传输，保证配电网供电的安全可靠性。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种变电站动态小电阻就地保护控制器，其特征在于，包括数据采集模块、数字信号转化模块、处理器、数据比对模块、GPS对时模块、通信管理模块、人机交互模块、数据输出模块、开关控制模块、可控小电阻自动投退模块；
所述数据采集模块用于采集电压互感器PT和电流互感器CT的检测数据信息；电压互感器PT和电流互感器CT安装在接地变压器线路上；
所述数字信号转化模块将数据采集模块采集的检测数据信息转化成数字模拟信号传递给处理器；采用数字信号转化模块将检测数据就地转化成数字信号再通过通讯模块的光纤传递方式实现数据联网监控，同时有效的避免了模拟信号在远距离传输过程中出现干扰现象；
所述处理器用于对数字信号进行计算，并将计算结果转化成逻辑控制指令；所述控制逻辑指令通过开关控制模块、可控小电阻自动投退模块及数据输出模块对消弧线圈和接零动态电阻RL进行控制；
所述通讯模块用于控制器与主站系统直接进行数据传输，主站系统监测变电站运行状态并进行事件记录；
所述开关控制模块用于采集开关辅助触点的信号，用于判断开关状态及母线运行状态；
所述数据比对模块用于采集标准信号并和数据采集模块采集的电压及电流信号进行比对；数据比对模块还包括一组或多组标准电压互感器PT和电流互感器CT采集标准的电压、电流数据用于和同一时间数据采集模采集的数据进行比对；
所述GPS对时模块用于控制数据采集模块和数据比对模块的实时同步；使得数据比对模块比对进程和数据采集模块采集的数据在同一时间的进行；同时保证控制器和主站系统的时间同步；
所述人机交互模块用于查询和修改指令，输入相关设定，了解设备运行状态；
所述开关控制模块用于控制过变电站动态小电阻系统内各个开关的关闭和开启，保护接地变，用于接零动态电阻RL退出失灵后的后备保护，以及接零动态电阻RL长期投入损坏引起的接地变过载；开关控制模块通过通讯端口将开关控制动作以事件记录通过通讯端口上报到主站系统；
所述可控小电阻自动投退模块用于监测本段母线零序电压，如有接地发生则延时投入接零动态电阻RL，接零动态电阻RL投入后故障线路零序电流变大，终端保护动作切除故障，接零动态电阻RL延时后退出。
2.根据权利要求1所述的变电站动态小电阻就地保护控制器，其特征在于，所述控制器还包含有电阻投切监测模块用于监测变电站动态小电阻系统内各个开关是否正常投入，并采集相变电站动态小电阻系统内各个开关的开关数据通过通讯模块上传到主站系统；所述电阻投切监测模块包含三个有电阻、电容及电感依次串联而成的电阻投切监测组件，三个电阻投切监测组件之间通过第一监测开关首尾相连，每个电阻投切监测模块的电阻上均并联有第二监测开关，所述第一监测开关和第二监测开关均通过数据信号线和控制器连接，控制器将控制指令发送给第一监测开关和第二监测开关同时采集第一监测开关和第二监测开关的相关数据通过通讯模块上传到主站系统，第一监测开关和控制器的电源端口连接。
3.一种变电站动态小电阻就地保护控制器的使用方法，其特征在于，
S1.通过机交互模块输入设定相关参数，电压互感器PT和电流互感器CT采集的数据通过数据采集模传递给数字信号转化模块发生给控制器，控制器处理器根据设置参数，发生接地故障后消弧线圈立即启动补偿功能，接地时间超过“接零动态电阻RL投入延时0~10s”后，控制器发生控制指令立即投入接零动态电阻RL；
S2.控制器先退出接地处理程序后退出接零动态电阻RL；
S3.接零动态电阻RL投入失败时，消弧线圈持续工作，补偿系统电容电流；
S4.消弧线圈故障时小电阻的处理；开关控制模块自检消弧线圈装置故障，发生接地后立即投入接零动态电阻RL；
S5.接零动态电阻RL投入后接地故障未消失的处理：接零动态电阻RL投入成功后计时开始，到达“电阻额定时间3~10s”后，可强制分断接零动态电阻RL；
S6.对重合闸的处理；设置“接零动态电阻RL退出延时0~10s”，接零动态电阻RL投入后需保持至重合闸动作后；
S7.对间歇性接地故障的处理，对间歇性接地，接零动态电阻RL无法根据“接零动态电阻RL阻投入延时0~10s”启动时，2分钟内发生3次及以上接地故障，立即投入接零动态电阻RL。
4.根据权利要求3所述的一种变电站动态小电阻就地保护控制器的使用方法，其特征在于，所述步骤S1-7中接零动态电阻RL的分断开启，电阻投切监测模块实时监控，当接零动态电阻的开关K获得启动指令后，没有获得功率补偿时间段控制器发送异常指令给主站系统，主站系统可发送控制指令强制开启接零保护。
5.根据权利要求3所述的一种变电站动态小电阻就地保护控制器的使用方法，其特征在于，所述步骤S1中电压互感器PT和电流互感器CT采集的数据的同时，数据比对模块同一时间采集标准的电压、电流数据和数据采集模采集的数据进行比对。
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