CN112202145B - 就地化微机继电保护装置防误出口的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种就地化微机继电保护装置防误出口的方法和装置，要解决的技术问题是提高微机继电保护的可靠性。本发明的方法设置双保护核，保护核设置有启动元件和动作元件，启动元件输出出口使能信号、出口电源信号，动作元件输出出口标志1信号、出口标志2信号，逻辑与运算得到保护总出口标志信号，将出口使能信号、出口电源信号、总出口标志信号，进行逻辑与运算得到跳闸信号。本发明的装置设有保护模块和出口回路，保护模块设有双保护核，保护核设有CPU芯片、现场可编程逻辑门阵列和扩展电路，保护核连接出口回路和扩展电路，双保护核建立通信连接。本发明与现有技术相比，采用两套保护核分别驱动出口回路的不同节点，共同完成开出回路输出。

Description

就地化微机继电保护装置防误出口的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种电力系统继电保护装置的保护方法和装置，特别是一种继电保护装置出口回路防误出口的方法。

背景技术

微机继电保护装置是一种通过对电力系统中发生的故障或异常情况进行实时检测，发出报警信号，或直接将故障部分隔离切除，以此达到保护电力系统及其元件的重要二次设备。

微机继电保护的高可靠性、高选择性、高灵敏度的优势，令其成为电力系统继电保护的主流保护，使得微机继电保护装置在电力行业得到广泛应用，若微机继电保护装置自身系统和电路异常，会导致其保护误出口。微机继电保护是保障电力系统安全的重要设备，保护动作出口必须稳定可靠。现有技术的各类微机继电保护装置在出现系统异常，如内存出错、出口标志置位时，或电路失效，如模数AD芯片失效、采样出错时，有可能直接驱动出口跳闸，导致误动。因而在保护出口回路增加相关防误措施变得尤为重要。因此，对微机继电保护装置出口回路进行改进，提高其出口回路的可靠性，避免微机继电保护装置自身异常导致保护误出口很有必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种就地化微机继电保护装置防误出口的方法和装置，要解决的技术问题是提高微机继电保护的可靠性。

本发明采用以下技术方案：一种就地化微机继电保护装置防误出口的方法，包括以下步骤：

一、在微机继电保护装置的保护模块设置保护核1和保护核2，保护核1设置有启动元件1和动作元件1，保护核2设置有启动元件2和动作元件2；

所述启动元件用于识别电力设备是否发生故障；

所述动作元件判断发生故障的特征，输出动作标志；

二、采样电路1和采样电路2同时采集交流模拟量，经模数转换、滤波，将二次设备原始交流模拟量转换为采样数据，采样电路1将采样数据传输至保护核1，采样电路2将采样数据传输至保护核2，保护核1和保护核2根据电力系统发生故障时故障的特征，设定的保护逻辑的故障判断条件，进行比较计算，得到故障量；

三、故障量满足启动元件定值要求，启动元件1输出出口使能ENKO信号，启动元件2输出出口电源BHPWR信号；

四、故障量满足动作元件定值要求，动作元件1输出出口标志1KO1信号，动作元件2输出出口标志2KO2信号，将出口标志2KO2信号与出口标志1KO1信号进行逻辑与运算，得到保护总出口标志KO信号；

五、将出口使能ENKO信号、出口电源BHPWR信号、总出口标志KO信号，进行逻辑与运算，得到跳闸信号。

本发明的方法步骤一故障的特征为故障类型、发生位置和严重程度。

本发明的方法步骤一启动元件设置有过流启动、过压启动、阻抗启动、零序启动、负序启动；所述动作元件设置有过流动作、过压动作、阻抗动作。

本发明的方法步骤三的出口使能ENKO信号和出口电源BHPWR信号为数字量，经转换，输出出口使能ENKO电平信号和出口电源BHPWR电平信号。

本发明的方法步骤四出口标志1KO1信号和出口标志2KO2信号为数字量，经逻辑与运算，形成总出口标志KO的数字量信号，经转换，输出总出口标志KO电平信号。

一种就地化微机继电保护装置防误出口的装置，设有保护模块和出口回路，所述保护模块设有保护核1和保护核2，保护核1设有CPU1芯片、现场可编程逻辑门阵列1和扩展电路1，保护核2设有CPU2芯片和现场可编程逻辑门阵列2和扩展电路2；所述保护核1和保护核2连接出口回路和扩展电路2；所述保护核1与保护核2使用信号线建立通信连接；

所述CPU芯片用于识别电力设备是否发生故障，判断发生故障的特征，输出动作标志；

所述现场可编程逻辑门阵列用于扩展CPU芯片输入输出端口数量；

所述扩展电路将数字量转换电平信号。

本发明的装置CPU1芯片内设有启动元件1和动作元件1，CPU2芯片内设有启动元件2和动作元件2；

所述启动元件用于识别电力设备是否发生故障；

所述动作元件判断发生故障的特征，输出动作标志。

本发明的装置故障的特征为故障类型、发生位置和严重程度。

本发明的装置启动元件设置有过流启动、过压启动、阻抗启动、零序启动、负序启动；所述动作元件设置有过流动作、过压动作、阻抗动作。

本发明的装置出口回路设有三极管5、三级管6和出口继电器，由继电器J4的控制线圈、三极管5的集电极与发射级和三级管6集电极与发射级形成出口回路。

本发明与现有技术相比，采用双保护核逻辑判断，电路上采用两套保护核分别驱动出口回路的不同节点，共同完成开出回路输出，当就地化微机继电保护装置单一保护核出现系统和电路异常时，可保证微机继电保护装置出口回路不被导通，实现微机继电保护出口回路的可靠闭锁，提高了微机继电保护可靠性，防止就地化保护装置自身系统和电路异常时开出回路误出口，提高微机继电保护的可靠性，保证电力系统安全运行。

附图说明

图1是本发明的出口回路逻辑框图。

图2是本发明的出口回路电路原理图。

图3是本发明的保护装置结构示意图。

图4是本发明的保护方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明的就地化微机继电保护装置(装置),安装于变电站的开关场或与变电站的一次设备集成安装。集成安装为在变电站一次设备安装处就地配置与一次设备对应的线路、元件，与继电保护装置构成就地的保护层，利于实现一次设备故障快速识别与有效隔离。装置通过电缆采样变电站二次设备的电压电流信号和开关信号，向开关发出跳闸信号。就地化安装微机继电保护装置，可以解决长距离传输信号导致其受到干扰的问题，缩短了在电力系统发生故障时，外部故障量经装置采集单元至装置出口回路，向断路器发出开出脉冲为止的全过程时间(整组动作时间)，提高了继电保护的可靠性。装置接口采用标准化连接器与一次设备连接，简化了变电站设计、建设和运维检修工作量，降低变电站建设和运维成本。

本发明的就地化微机继电保护装置，设有采集单元、保护模块、出口回路、通信模块。当变电站发生故障时，采集单元采集故障电压电流信号，实时传输至保护模块进行故障识别，若满足设定的故障判断条件，保护模块控制出口回路发出对应的保护动作开出，将发生故障的部分隔离切除，保护模块通过通信模块对变电站内站控层保信子站、自动化监控系统客户端发出保护信息。

由于装置自身系统和电路的异常，导致出口回路误出口的事故发生，影响了就地化微机继电保护装置的可靠性。考虑就地化微机继电保护装置安装运行环境恶劣，为避免装置系统和电路异常引起出口回路保护误出口，本发明的就地化微机继电保护装置防误出口的方法(方法)采用对装置设置防误出口设施，以增强其可靠性，当装置的系统和电路发生异常后，避免出口回路保护误出口。

本发明的就地化微机继电保护装置防误出口的方法，如图4所示，包括以下步骤：

一、在微机继电保护装置的保护模块设置双保护核。

如图3所示，保护模块内设有保护核1和保护核2。保护核内设有启动元件和动作元件。

启动元件采用现有技术的启动元件系统，用于识别保护范围内的电力设备是否发生故障。

启动元件识别保护范围内的电力设备是否发生故障，不需要详细判断故障特征，启动元件需要具备灵敏性，可以快速识别出电力设备是否发生故障，而不区分是区内外故障特征。

动作元件采用现有技术的动作元件系统，用于判断发生故障的特征，如故障类型、发生位置和严重程度，根据不同的故障特征，输出对应的动作标志。

动作元件详细判断故障的特征，输出对应的动作标志，动作元件需要具备准确性，准确判断不同类型的故障特征。因此，启动元件较动作元件灵敏，动作元件较启动元件准确。

保护核内设有CPU芯片、与CPU芯片连接的现场可编程逻辑门阵列FPGA和现有技术的扩展电路。

本实施例中，保护核1设置有CPU1芯片、FPGA1和扩展电路1。保护核2设置有CPU2芯片、FPGA2和扩展电路2。

CPU1芯片设置有启动元件1和动作元件1，CPU2芯片设置有启动元件2和动作元件2。启动元件设置有过流启动、过压启动、阻抗启动、零序启动、负序启动。动作元件设置有过流动作、过压动作、阻抗动作。

CPU芯片用于实现启动元件和动作元件的逻辑运算。

现场可编程逻辑门阵列FPGA用于扩展CPU芯片输入输出IO端口数量、从采集单元提取故障特征。FPGA将CPU本身有限的IO端口数量扩展，提取故障特征，将提取到的故障特征数据传输给CPU进行保护逻辑运算和逻辑判别。采用FPGA提取故障特征，相比CPU本身提取故障特征后进行保护逻辑运算和逻辑判别，降低CPU芯片的逻辑计算量。

扩展电路用于对输入输出端口的电平进行转换。扩展电路将外部高电平输入转换为低电平输入的数字量，供CPU计算使用，同时将CPU输出的低电平数字量转换为高电平输出，供出口回路使用。

保护核的CPU芯片设有系统，按现有技术运行预先设定的保护逻辑、自检逻辑、存储逻辑、通信逻辑。其中保护逻辑由启动元件、动作元件构成。

保护核1与保护核2为相互独立的电路，保护核1与保护核2之间使用直连信号线建立通信连接，向对方传输保护核模数AD采样实时数据、运行实时数据信号、各自出口标志。

二、采集单元设有采样电路1和采样电路2。采样电路1和采样电路2采用现有技术的采样电路。

采样电路1和采样电路2同时采集交流模拟量，经模数AD转换、系统或电路滤波，将二次设备原始交流模拟量转换为保护模块所需的采样数据。采样电路1将采样数据传输至保护模块的保护核1，采样电路2将采样数据传输至保护模块的保护核2。保护核1和保护核2根据电力系统发生故障时故障的特征，根据设定的保护逻辑的故障判断条件，按现有技术进行比较计算，得到故障量。

三、如图1所示，当故障量满足启动元件定值要求，启动元件1与启动元件2启动，启动元件1输出出口使能ENKO信号，启动元件2输出出口电源BHPWR信号。

出口使能ENKO信号，由启动元件1输出数字量，经CPU1连接的扩展电路1转换，输出出口使能ENKO高或低电平信号，引出到出口回路。

出口电源BHPWR信号，由启动元件2输出数字量，经CPU2连接的扩展电路2转换启动继电器电平，输出出口电源BHPWR高与低电平信号，引出到出口回路。

四、当故障量满足动作元件定值要求，保护核1启动动作元件1，保护核2启动动作元件2，动作元件1输出出口标志1KO1数字量信号，动作元件2输出出口标志2KO2数字量信号。动作元件2输出的出口标志2KO2数字量信号被发送至保护核1连接的FPGA1，与动作元件1输出的出口标志1KO1数字量信号进行逻辑与运算，得到保护总出口标志KO数字量信号。

总出口标志KO信号，由动作元件1输出数字量。动作元件2输出数字量，出口标志2KO2信号，出口标志2KO2信号经保护核1与保护核2间的直连信号线传输至保护核1连接的FPGA1，与出口标志1KO1信号进行逻辑与运算，形成总出口标志KO的数字量信号，经保护核1连接的扩展电路1转换后，输出总出口标志KO高或低电平信号，引出到出口回路。

五、将出口使能ENKO信号、出口电源BHPWR信号、总出口标志KO信号，进行逻辑与运算，输出跳闸信号。

出口使能ENKO信号、出口电源BHPWR信号、总出口标志KO信号中任一条件不满足，出口回路无跳闸信号出口。

如图2所示，本发明的出口回路采用三级节点串联导通电路，三级节点分别是：三极管5Q5的基级、三级管6Q6的基级和出口继电器J4的控制线圈。出口使能ENKO信号输入Q5的基级，控制Q5的通断。总出口标志KO信号输入Q6的基级，控制管Q6通断。Q5的发射极与Q6的集电极相连，Q5的集电极接出口继电器J4的控制线圈负端，出口电源BHPWR信号输入至出口继电器局J4的控制线圈正端。

当出口使能ENKO信号触发Q5导通，总出口标志KO信号触发Q6导通时，出口电源BHPWR信号输入J4控制线圈正极，由继电器J4的控制线圈、Q5的集电极与发射级和Q6集电极与发射级形成的出口回路导通，使得J4的控制线圈通电，J4的触点闭合被接通，输出跳闸信号。

Q6的发射级与集电极、Q5的发射级与集电极和出口继电器J4控制线圈串联连接，形成出口回路。

当启动元件1满足启动条件，出口使能ENKO信号线输出高电平，Q5导通。

当启动元件2满足启动条件，出口电源BHPWR信号线输出高电平，作为出口回路的出口继电器J4控制线圈的正电源。

当动作元件1和动作元件2均满足动作条件，分别输出出口标志1KO1信号和出口标志2KO2信号，经逻辑与运算后，总出口标志KO信号线输出高电平，Q6导通。

当出口使能ENKO信号、出口电源BHPWR信号、总出口标志KO信号均为高电平时，三级节点串联导通电路导通，驱动出口继电器J4触点闭合跳闸出口，输出跳闸信号。

本发明的出口回路实现将出口使能ENKO信号、总出口标志KO信号和出口电源BHPWR信号进行逻辑与运算，只有当三个信号同时满足高电平时微机继电保护装置才输出跳闸信号。

本发明的方法采用双保护核，每个保护核设置有启动元件与动作元件，通过双重保护逻辑判别，可以有效降低因设备自身系统和电路异常对保护逻辑判别产生的干扰，提高了故障判别的准确性。将出口回路设置成三级节点，出口使能ENKO信号、出口电源BHPWR信号和总出口标志KO信号的串联出口回路，由两套保护核分别驱动出口回路的不同节点，共同完成出口回路输出跳闸信号。当就地化微机继电保护装置单一保护核出现系统和电路异常时，三级节点串联构成的出口回路不满足导通条件，出口继电器无法输出跳闸信号，从而实现就地化微机继电保护装置出口回路的可靠闭锁，提高了电力继电保护的可靠性。

Claims (10)

1.一种就地化微机继电保护装置防误出口的方法，包括以下步骤：

一、在微机继电保护装置的保护模块设置保护核1和保护核2，保护核1设置有启动元件1和动作元件1，保护核2设置有启动元件2和动作元件2；

所述启动元件用于识别电力设备是否发生故障；

所述动作元件判断发生故障的特征，输出动作标志；

二、采样电路1和采样电路2同时采集交流模拟量，经模数转换、滤波，将二次设备原始交流模拟量转换为采样数据，采样电路1将采样数据传输至保护核1，采样电路2将采样数据传输至保护核2，保护核1和保护核2根据电力系统发生故障时故障的特征，设定的保护逻辑的故障判断条件，进行比较计算，得到故障量；

三、故障量满足启动元件定值要求，启动元件1输出出口使能ENKO信号，启动元件2输出出口电源BHPWR信号；

四、故障量满足动作元件定值要求，动作元件1输出出口标志1KO1信号，动作元件2输出出口标志2KO2信号，将出口标志2KO2信号与出口标志1KO1信号进行逻辑与运算，得到保护总出口标志KO信号；

五、将出口使能ENKO信号、出口电源BHPWR信号、总出口标志KO信号，进行逻辑与运算，得到跳闸信号。

2.根据权利要求1所述的就地化微机继电保护装置防误出口的方法，其特征在于：所述步骤一故障的特征为故障类型、发生位置和严重程度。

3.根据权利要求1所述的就地化微机继电保护装置防误出口的方法，其特征在于：所述步骤一启动元件设置有过流启动、过压启动、阻抗启动、零序启动、负序启动；所述动作元件设置有过流动作、过压动作、阻抗动作。

4.根据权利要求1所述的就地化微机继电保护装置防误出口的方法，其特征在于：所述步骤三的出口使能ENKO信号和出口电源BHPWR信号为数字量，经转换，输出出口使能ENKO电平信号和出口电源BHPWR电平信号。

5.根据权利要求1所述的就地化微机继电保护装置防误出口的方法，其特征在于：所述步骤四出口标志1KO1信号和出口标志2KO2信号为数字量，经逻辑与运算，形成总出口标志KO的数字量信号，经转换，输出总出口标志KO电平信号。

6.一种采用如权利要求1-5任意一项所述方法的就地化微机继电保护装置防误出口的装置，设有保护模块和出口回路，其特征在于：所述保护模块设有保护核1和保护核2，保护核1设有CPU1芯片、现场可编程逻辑门阵列(FPGA)1和扩展电路1，保护核2设有CPU2芯片和现场可编程逻辑门阵列(FPGA)2和扩展电路2；所述保护核1和保护核2连接出口回路和扩展电路2；所述保护核1与保护核2使用信号线建立通信连接；

所述CPU芯片用于识别电力设备是否发生故障，判断发生故障的特征，输出动作标志；

所述现场可编程逻辑门阵列(FPGA)用于扩展CPU芯片输入输出(IO)端口数量；

所述扩展电路将数字量转换电平信号。

7.根据权利要求6所述的就地化微机继电保护装置防误出口的装置，其特征在于：所述CPU1芯片内设有启动元件1和动作元件1，CPU2芯片内设有启动元件2和动作元件2；

所述启动元件用于识别电力设备是否发生故障；

所述动作元件判断发生故障的特征，输出动作标志。

8.根据权利要求7所述的就地化微机继电保护装置防误出口的装置，其特征在于：所述故障的特征为故障类型、发生位置和严重程度。

9.根据权利要求8所述的就地化微机继电保护装置防误出口的装置，其特征在于：所述启动元件设置有过流启动、过压启动、阻抗启动、零序启动、负序启动；所述动作元件设置有过流动作、过压动作、阻抗动作。

10.根据权利要求6所述的就地化微机继电保护装置防误出口的装置，其特征在于：所述出口回路设有三极管5(Q5)、三级管6(Q6)和出口继电器J4，由继电器J4的控制线圈、三极管5(Q5)的集电极与发射级和三级管6(Q6)集电极与发射级形成出口回路。

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