CN115267484A - 一种继电保护操作回路故障监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种继电保护操作回路故障监测方法及系统，包括：步骤1，在继电保护操作回路上构建监视节点，并在监视节点处设置电压采集模块和电压输出模块；步骤2，构建差值电压为基础的电源回路监视逻辑，判断控制回路的带电状态；步骤3，构建差值电压为基础的断路器状态监视逻辑，判断控制回路的工作状态；步骤4，构建差值电压为基础的跳闸线圈回路监视逻辑，判断跳闸线圈回路的工作状态；步骤5，构建差值电压为基础的合闸线圈回路监视逻辑，判断合闸线圈回路的工作状态；步骤6，根据步骤2至步骤5的判断结果，得到继电操作回路的状态是否故障。本发明实现了对直流操作回路工作状态的非介入式监控，提升了继电保护操作回路监测的可靠性。

Description

一种继电保护操作回路故障监测方法及系统

技术领域

本发明涉及电力系统故障检测的技术领域，更具体地，涉及一种继电保护操作回路故障监测方法及系统。

背景技术

近年来，电力系统的连锁事故乃至大停电事故频繁发生，其主要原因是继电保护存在隐性故障。根据调查报告的统计，继电保护硬件缺陷是导致隐性故障发生的主要原因之一，占比56％，其中由直流操作回路缺陷引起的保护不正确动作占比高达64.3％，可直接造成保护及遥控拒动、越级跳闸、使得故障大范围蔓延，

对直流操作回路进行有效的监视与预警是预防隐性故障发生、减少保护不正确动作的重要手段。直流操作回路接触不良、回路断线是引起保护不正确动作的重要原因。常规的红绿灯回路直接监视或位置继电器常闭触点串接信号回路间接监视的方法，都属于非全工况监视，断路器合(跳)闸后合(跳)闸回路失去监视。跳、合闸回路元件烧毁是造成直流操作回路断线的重要原因，当断路器拒动或断路器辅助触点分接不良时，跳、合闸线圈或继电器等元件会因长时间流过动作电流而烧毁，由于目前变电站多实行无人值班，所以出现上述情况时保护不发信号，直至跳、合闸回路元件烧坏后给出“控制回路断线”信号，调度端才能感知。因此，必须通过在线监测技术完整实现对继电器接点状况、回路接线完整性等特征量的有效监视，为继电保护状态检修的开展奠定基础。

现有技术文件1公开了一种变电站操作回路监测与故障分析方法(CN113777531A)，现有技术文件1将整个操作回路分割成若干部分，并选取各部分重要接点电压作为实时监测信号，通过比较正常运行及故障不同状况时各部分两端电压实时监测数据后自动判断各部分接点是否正常动作、操作回路是否完整。现有技术文件1的不足之处包括：对继电操作回路的监测不够全面，且监测过程中没有考虑电压浮动带来的影响，依赖位置状态输入，不能全面反应操作回路不同区域的断线及接地故障。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种继电保护操作回路故障监测方法，能够实现对继电保护操作回路的实时全工况监视。

本发明采用如下的技术方案。

一种继电保护操作回路故障监测方法，包括以下步骤：

步骤1，在继电保护操作回路上构建监视节点，并在监视节点处设置电压采集模块和电压输出模块；

步骤2，构建差值电压为基础的电源回路监视逻辑，判断控制回路的带电状态；

步骤3，构建差值电压为基础的断路器状态监视逻辑，判断控制回路的工作状态；

步骤4，构建差值电压为基础的跳闸线圈回路监视逻辑，判断跳闸线圈回路的工作状态；

步骤5，构建差值电压为基础的合闸线圈回路监视逻辑，判断合闸线圈回路的工作状态；

步骤6，根据步骤2至步骤5的判断结果，得到继电操作回路的状态是否故障。

优选地，所述步骤1中，

在继电保护操作回路设置监视节点的位置包括电源正极处、跳闸硬压板处、电源负极处、合闸线圈处和跳闸线圈处。

优选地，所述步骤2还包括：

步骤2-1，获取电源正极的监视节点和电源负极的监视节点的电压，并计算二者之间的电压差值；

步骤2-2，根据电压差值判断控制回路为正常带电状态或失电状态；

步骤2-3，若步骤2-2中判断控制回路为失电状态，则输出继电保护操作回路故障并跳转至步骤6，否则进入步骤3。

优选地，所述步骤2-2还包括：

当电源正极的监视节点与电源负极的监视节点之间的节点间电压差值处于0.9～1.1Un之间时，判定控制回路为正常带电状态，其中Un为操作回路额定电压；

若不满足上述情况时，判断控制回路为失电状态。

优选地，所述步骤3还包括：

步骤3-1，获取合闸线圈的监视节点和跳闸线圈监视节点的电压值；

步骤3-2，根据断路器状态和监视节点电压值，判断断路器控制回路是否正常；

步骤3-3，若步骤3-2中判断断路器控制回路为异常工作状态，则输出继电保护操作回路故障并跳转至步骤6，否则进入步骤4。

优选地，所述步骤3-2还包括：

当断路器处于合闸状态时，若合闸线圈监视节点的电压绝对值低于5V，即跳闸线圈监视节点与电源负极监视节点的电压偏差在5％以内，且控制回路正常带电时，判断断路器控制回路为正常工作状态；

当处于分闸状态时，跳闸线圈监视节点的电压绝对值低于5V，合闸线圈监视节点与电源负极监视节点的电压值偏差在5％以内，且控制回路正常带电时，判断断路器控制回路为正常工作状态；。

当不满足监视节点电压不满足以上情况时，判断断路器控制回路为异常工作状态。

优选地，所述步骤4还包括：

当控制回路为正常带电状态，合闸线圈监视节点电压绝对值低于5V，跳闸线圈监视节点与电源负极监视节点电压偏差在5％以内，判断跳闸线圈回路为正常工作状态；

当操作回路处于跳闸状态时，跳闸线圈监视节点与电源负极监视节点的电压的偏差在5％以内且合闸线圈监视节点与电源正极监视节点的电压的偏差在5％以内，判断跳闸线圈回路为正常工作状态；

当操作回路处于跳闸状态、且当控制回路正常带电时，跳闸线圈监视节点与电源负极监视节点电压不相等，合闸线圈监视节点带电但不等于电源正极监视节点电压时，判断为跳闸线圈回路为异常状态；

若以上三种情况均不满足，采用延时判断的方式，1s后重新对跳闸线圈回路的状态进行判断。

优选地，所述步骤5还包括：

当控制回路正常带电时，跳闸线圈监视节点电压绝对值低于5V，且合闸线圈监视节点与电源负极监视节点电压偏差在5％以内时，判断合闸线圈回路为正常工作状态；

当操作回路处于合闸状态时，合闸线圈监视节点与电源负极监视节点的电压偏差在5％以内，且跳闸线圈监视节点与电源正极监视节点的电压偏差在5％以内时，判断合闸线圈回路为正常工作状态；

当操作回路处于合闸状态时、且控制回路正常带电时，合闸线圈监视节点与电源负极监视节点的电压不相等、跳闸线圈监视节点带电但不等于电源正极监视节点的电压，则判断合闸线圈回路为异常状态。

若以上三种情况均不满足，采用延时判断的方式，1s后重新对跳闸线圈回路的状态进行判断。

优选地，所述步骤6还包括：

根据所述步骤2～5提出的监视逻辑判断继电操作回路的各回路状态是否正常，若所述步骤2～5得到的判断结果为：控制回路为正常带电状态，控制回路为正常工作状态，跳闸线圈回路为正常工作状态，合闸线圈回路为正常工作状态时，以上结果均满足时表示继电操作回路为正常工作状态，不存在故障，否则表示继电操作回路存在故障。

本发明还提供了一种继电保护操作回路故障监测系统，包括：电压采集模块、电压输出模块、电源回路监视模块、控制回路监视模块、跳闸线圈回路监视模块、合闸线圈回路监视模块和继电操作回路监视模块；

其中，电压采集模块和电压输出模块设置于继电保护操作回路的各监视节点上，分别能够采集和输出电压；

电源回路监视模块用于判断控制回路的带电状态，得到控制回路为正常带点状态或失电状态；

控制回路监视模块用于判断控制回路的工作状态，得到控制回路为正常工作状态或异常工作状态；

跳闸线圈回路监视模块用于判断跳闸线圈回路的工作状态，得到跳闸线圈回路为正常工作状态或异常工作状态；

合闸线圈回路监视模块用于判断合闸线圈回路的工作状态，得到合闸线圈回路为正常工作状态或异常工作状态；

继电操作回路监视模块能够根据电源回路监视模块、控制回路监视模块、跳闸线圈回路监视模块和合闸线圈回路监视模块的判断结果，得到继电操作回路为正常工作状态或故障状态。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明通过构建操作回路节点电压监测体系，通过非介入式监控实现了对操作回路各部分的状态监测，填补了直流操作回路非介入式监控技术空白，提升了继电保护操作回路可靠性和自主性。

附图说明

图1是本发明继电保护操作回路故障监测方法的整体流程示意图；

图2是本发明中电压监视体系图；

图3是本发明中控制回路正常判定逻辑图；

图4是本发明中控制回路异常判定逻辑图；

图5是本发明中断路器状态正常判定逻辑图；

图6是本发明中跳闸回路正常判定逻辑图；

图7是本发明中跳闸回路异常判定逻辑图；

图8是本发明中合闸回路正常判定逻辑图；

图9是本发明中合闸回路异常判定逻辑图；

图10是本发明继电保护操作回路故障监测系统的整体结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。

如图1所示，本发明提供一种继电保护操作回路故障监测方法，该方法具体包括以下步骤：

步骤1，在继电保护操作回路上构建监视节点，并在监视节点处设置电压采集模块和电压输出模块；

具体的，本发明中在继电保护操作回路设置监视节点的位置包括电源正极处KM+、跳闸硬压板处TLP、电源负极处KM-、合闸线圈处HQ和跳闸线圈处TQ，如图2所示，监视节点A为电源正极处的监视点，监视节点C为跳闸硬压板的监视点，监视节点D为电源负极的监视点，监视节点E为合闸线圈的监视点，监视节点F为跳闸线圈的监视点。

进一步的，在各监视节点处设置电压采集模块和电压输出模块，能够实现在每个监视节点实现电压采集和电压输出。

步骤2，构建差值电压为基础的电源回路监视逻辑，判断控制回路的带电状态；

具体的，步骤2还包括：

步骤2-1，获取电源正极的监视节点和电源负极的监视节点的电压，并计算二者之间的电压差值；

步骤2-2，根据电压差值判断控制回路为正常带电状态或失电状态；

其中，220V直流系统两极对地电压绝对值差小于40V或110V直流系统两极对地电压绝对值差小于20V，因此控制回路的判断依据包括：

当电源正极的监视节点A与电源负极的监视节点D之间的节点间电压差值处于0.9～1.1Un之间时，判定控制回路正常带电；其判断逻辑如图3所示，其中Un为操作回路额定电压。

若不满足上述情况时，判断控制回路为失电状态。

如图4所示，图4为判断控制回路为失电状态的一种逻辑情况：当电源正极的监视节点A处的电压绝对值与电源负极的监视节点D节点电压绝对值均低于5V，且电源正极的监视节点A处的电压绝对值与电源负极的监视节点D处的电压绝对值之间的差值低于5V时，判定控制回路为失电状态；其中，考虑到悬浮电压，将无压阈值认定为绝对值低于5V的情况。

步骤2-3，若步骤2-2中判断控制回路为失电状态，则输出继电保护操作回路故障并跳转至步骤6，否则进入步骤3。

步骤3，构建差值电压为基础的断路器状态监视逻辑，判断控制回路的工作状态；

具体的，步骤3还包括：

步骤3-1，获取合闸线圈的监视节点和跳闸线圈监视节点的电压值；

步骤3-2，根据断路器状态和监视节点电压值，判断断路器控制回路是否正常；

具体的，考虑到实际使用中存在电压浮动，因此本实施例中，若两个节点电压值的偏差在5％以内，则认为这两个节点电压值相等。

步骤3的判断逻辑如图3和图4所示：

当断路器处于合闸状态时，若合闸线圈监视节点E点的电压绝对值低于5V，即该节点悬空；跳闸线圈监视节点F点与电源负极监视节点D点的电压值相等，即跳闸线圈监视节点F点与电源负极监视节点D点的电压偏差在5％以内；且控制回路正常带电时，判断断路器控制回路为正常工作状态；

当处于分闸状态时，跳闸线圈监视节点F处的电压绝对值低于5V，即该节点悬空；合闸线圈监视节点E点与电源负极监视节点D点的电压值偏差在5％以内，且控制回路正常带电时，判断断路器控制回路为正常工作状态；

当不满足监视节点电压不满足以上情况时，判断断路器控制回路为异常工作状态。

步骤3-3，若步骤3-2中判断断路器控制回路为异常工作状态，则输出继电保护操作回路故障并跳转至步骤6，否则进入步骤4。

步骤4，构建差值电压为基础的跳闸线圈回路监视逻辑，判断跳闸线圈回路的工作状态；

具体的，跳闸线圈回路监视逻辑如图6和图7所示：

当控制回路为正常带电状态，合闸线圈监视节点E点电压绝对值低于5V，即合闸线圈监视节点E节点悬空，跳闸线圈监视节点F点与电源负极监视节点D点电压偏差在5％以内，判断跳闸线圈回路为正常工作状态；

当操作回路处于跳闸状态时，跳闸线圈监视节点F与电源负极监视节点D的电压的偏差在5％以内且合闸线圈监视节点E与电源正极监视节点A的电压的偏差在5％以内，判断跳闸线圈回路为正常工作状态；

当操作回路处于跳闸状态、且控制回路正常带电时，跳闸线圈监视节点F与电源负极监视节点D点的电压不相等、且合闸线圈监视节点E点带电但不等于电源正极监视节点A点电压时，判断为跳闸线圈回路为异常状态。

若以上三种情况均不满足，则此时跳闸线圈回路处于不定状态，该状态持续的时长为通常为1秒以内，因此应当采用延时判断的方式，1s后重新对跳闸线圈回路的状态进行判断。

步骤5，构建差值电压为基础的合闸线圈回路监视逻辑，判断合闸线圈回路的工作状态；

具体的，合闸线圈回路监视逻辑如图8和图9所示：

当控制回路正常带电时，跳闸线圈监视节点F点电压绝对值低于5V，即悬空状态，且合闸线圈监视节点E点与电源负极监视节点D点电压偏差在5％以内时，判断合闸线圈回路为正常工作状态；

当操作回路处于合闸状态时，合闸线圈监视节点E与电源负极监视节点D电压偏差在5％以内且跳闸线圈监视节点F与电源正极监视节点A电压偏差在5％以内时，判断合闸线圈回路为正常工作状态；

当操作回路处于合闸状态、且控制回路正常带电时，合闸线圈监视节点E与电源负极监视节点D不相等、跳闸线圈监视节点F点带电但不等于电源正极监视节点A点电压，则判断合闸线圈回路为异常状态。

若以上三种情况均不满足，则此时跳闸线圈回路处于不定状态，该状态持续的时长为通常为1秒以内，因此应当采用延时判断的方式，1s后重新对跳闸线圈回路的状态进行判断。

步骤6，根据步骤2至步骤5的判断结果，得到继电操作回路的状态是否故障。

具体的，根据步骤2～5提出的监视逻辑判断继电操作回路的各回路状态是否正常，若步骤2～5得到的判断结果为：控制回路为正常带电状态，控制回路为正常工作状态，跳闸线圈回路为正常工作状态，合闸线圈回路为正常工作状态时，以上结果均满足时表示继电操作回路为正常工作状态，不存在故障，否则表示继电操作回路存在故障。

如图10所示，本发明还提供了一种继电保护操作回路故障监测系统，上述继电保护操作回路故障监测方法能够基于该系统实现，具体的，该系统包括：电压采集模块、电压输出模块、电源回路监视模块、控制回路监视模块、跳闸线圈回路监视模块、合闸线圈回路监视模块和继电操作回路监视模块；

其中，电压采集模块和电压输出模块设置于继电保护操作回路的各监视节点上，分别能够采集和输出电压；

电源回路监视模块用于判断控制回路的带电状态，得到控制回路为正常带点状态或失电状态；

控制回路监视模块用于判断控制回路的工作状态，得到控制回路为正常工作状态或异常工作状态；

跳闸线圈回路监视模块用于判断跳闸线圈回路的工作状态，得到跳闸线圈回路为正常工作状态或异常工作状态；

合闸线圈回路监视模块用于判断合闸线圈回路的工作状态，得到合闸线圈回路为正常工作状态或异常工作状态；

继电操作回路监视模块能够根据电源回路监视模块、控制回路监视模块、跳闸线圈回路监视模块和合闸线圈回路监视模块的判断结果，得到继电操作回路为正常工作状态或故障状态。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，实现了对直流操作回路工作状态的非介入式监控，提升了继电保护操作回路监测的可靠性。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种继电保护操作回路故障监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，在继电保护操作回路上构建监视节点，并在监视节点处设置电压采集模块和电压输出模块；

步骤2，通过获取监视节点的电压构建差值电压为基础的电源回路监视逻辑，判断控制回路的带电状态；

步骤3，通过获取监视节点的电压构建差值电压为基础的断路器状态监视逻辑，判断控制回路的工作状态；

步骤4，通过获取监视节点的电压构建差值电压为基础的跳闸线圈回路监视逻辑，判断跳闸线圈回路的工作状态；

步骤5，通过获取监视节点的电压构建差值电压为基础的合闸线圈回路监视逻辑，判断合闸线圈回路的工作状态；

步骤6，根据步骤2至步骤5的判断结果，得到继电操作回路的状态是否故障。

2.根据权利要求1所述的继电保护操作回路故障监测方法，其特征在于，

所述步骤1中，

在继电保护操作回路设置监视节点的位置包括电源正极处、跳闸硬压板处、电源负极处、合闸线圈处和跳闸线圈处。

3.根据权利要求1所述的继电保护操作回路故障监测方法，其特征在于，

所述步骤2还包括：

步骤2-1，获取电源正极的监视节点和电源负极的监视节点的电压，并计算二者之间的电压差值；

步骤2-2，根据电压差值判断控制回路为正常带电状态或失电状态；

步骤2-3，若步骤2-2中判断控制回路为失电状态，则输出继电保护操作回路故障并跳转至步骤6，否则进入步骤3。

4.根据权利要求3所述的继电保护操作回路故障监测方法，其特征在于，

所述步骤2-2还包括：

当电源正极的监视节点与电源负极的监视节点之间的节点间电压差值处于0.9～1.1Un之间时，判定控制回路为正常带电状态，其中Un为操作回路额定电压；

若不满足上述情况时，判断控制回路为失电状态。

5.根据权利要求1所述的继电保护操作回路故障监测方法，其特征在于，

所述步骤3还包括：

步骤3-1，获取合闸线圈的监视节点和跳闸线圈监视节点的电压值；

步骤3-2，根据断路器状态和监视节点电压值，判断断路器控制回路是否正常；

步骤3-3，若步骤3-2中判断断路器控制回路为异常工作状态，则输出继电保护操作回路故障并跳转至步骤6，否则进入步骤4。

6.根据权利要求5所述的继电保护操作回路故障监测方法，其特征在于，

所述步骤3-2还包括：

当断路器处于合闸状态时，若合闸线圈监视节点的电压绝对值低于5V，即跳闸线圈监视节点与电源负极监视节点的电压偏差在5％以内，且控制回路正常带电时，判断断路器控制回路为正常工作状态；

当处于分闸状态时，跳闸线圈监视节点的电压绝对值低于5V，合闸线圈监视节点与电源负极监视节点的电压值偏差在5％以内，且控制回路正常带电时，判断断路器控制回路为正常工作状态；。

当不满足监视节点电压不满足以上情况时，判断断路器控制回路为异常工作状态。

7.根据权利要求2所述的继电保护操作回路故障监测方法，其特征在于，

所述步骤4还包括：

当控制回路为正常带电状态，合闸线圈监视节点电压绝对值低于5V，跳闸线圈监视节点与电源负极监视节点电压偏差在5％以内，判断跳闸线圈回路为正常工作状态；

当操作回路处于跳闸状态时，跳闸线圈监视节点与电源负极监视节点的电压的偏差在5％以内且合闸线圈监视节点与电源正极监视节点的电压的偏差在5％以内，判断跳闸线圈回路为正常工作状态；

当操作回路处于跳闸状态、且控制回路正常带电时，跳闸线圈监视节点与电源负极监视节点电压不相等，合闸线圈监视节点带电但不等于电源正极监视节点电压时，判断为跳闸线圈回路为异常状态；

若以上三种情况均不满足，采用延时判断的方式，1s后重新对跳闸线圈回路的状态进行判断。

8.根据权利要求2所述的继电保护操作回路故障监测方法，其特征在于，

所述步骤5还包括：

当控制回路正常带电时，跳闸线圈监视节点电压绝对值低于5V，且合闸线圈监视节点与电源负极监视节点电压偏差在5％以内时，判断合闸线圈回路为正常工作状态；

当操作回路处于合闸状态时，合闸线圈监视节点与电源负极监视节点的电压偏差在5％以内，且跳闸线圈监视节点与电源正极监视节点的电压偏差在5％以内时，判断合闸线圈回路为正常工作状态；

当操作回路处于合闸状态、且当控制回路正常带电时，合闸线圈监视节点与电源负极监视节点的电压不相等、跳闸线圈监视节点带电但不等于电源正极监视节点的电压，则判断合闸线圈回路为异常状态。

若以上三种情况均不满足，采用延时判断的方式，1s后重新对跳闸线圈回路的状态进行判断。

9.根据权利要求1所述的继电保护操作回路故障监测方法，其特征在于，

所述步骤6还包括：

根据所述步骤2～5提出的监视逻辑判断继电操作回路的各回路状态是否正常，若所述步骤2～5得到的判断结果为：控制回路为正常带电状态，控制回路为正常工作状态，跳闸线圈回路为正常工作状态，合闸线圈回路为正常工作状态时，以上结果均满足时表示继电操作回路为正常工作状态，不存在故障，否则表示继电操作回路存在故障。

10.一种实现所述权利要求1～9任意一项继电保护操作回路故障监测方法的继电保护操作回路故障监测系统，其特征在于，包括：电压采集模块、电压输出模块、电源回路监视模块、控制回路监视模块、跳闸线圈回路监视模块、合闸线圈回路监视模块和继电操作回路监视模块；

其中，电压采集模块和电压输出模块设置于继电保护操作回路的各监视节点上，分别能够采集和输出电压；

电源回路监视模块用于判断控制回路的带电状态，得到控制回路为正常带点状态或失电状态；

控制回路监视模块用于判断控制回路的工作状态，得到控制回路为正常工作状态或异常工作状态；

跳闸线圈回路监视模块用于判断跳闸线圈回路的工作状态，得到跳闸线圈回路为正常工作状态或异常工作状态；

合闸线圈回路监视模块用于判断合闸线圈回路的工作状态，得到合闸线圈回路为正常工作状态或异常工作状态；

继电操作回路监视模块能够根据电源回路监视模块、控制回路监视模块、跳闸线圈回路监视模块和合闸线圈回路监视模块的判断结果，得到继电操作回路为正常工作状态或故障状态。

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