CN1635386B - 继电保护故障检测模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种继电保护装置中内置独立的故障检测模块，该模块包括独立于某个保护插件的采样电路、中央处理器、出口继电器、启动元件和启动继电器，其出口继电器触点用来闭锁保护出口的电源回路，还包括一个以上故障检测元件，故障检测元件闭锁保护，并以独立任务方式实现其检测功能；在有多个保护插件的保护装置中，该模块还可在每个保护插件内分别内置，由独立于保护功能的软件模块组成，实现保护插件间的相互闭锁；在只有单个保护插件的保护装置中，该模块也可由独立于保护功能的软件模块组成，实现软件模块间的相互闭锁。该方法的核心是根据系统故障的内在特征，利用多种冗余的检测元件来判别电力系统是否发生故障，故障检测元件动作后开放保护出口电源，从而提高了保护装置的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于电学领域，尤其是涉及一种继电保护装置中的故障检测模块，在高压电网继电保护中通过增加故障检测模块增加继电保护装置的可靠性。
背景技术
高压输电系统继电保护装置的可靠性是电力系统安全稳定运行的保证。当保护装置发生软、硬件故障或系统扰动时，可能会引起保护的误动作。为防止上述情况发生，目前各种继电保护装置大都采用启动元件驱动启动继电器开放保护出口回路电源的方法，保护装置内有多个保护插件时则往往采用启动继电器“三取二”或“二取二”闭锁的方法。采用“三取二”闭锁方法时，需要在三个保护插件中至少两个保护插件同时感受到故障量启动，保护才能出口，以避免单个保护插件软硬件故障而使保护误动；采用“二取二”闭锁方法时，二个保护插件需要同时感受到故障量启动，保护才能出口，以避免单个保护插件软硬件故障而使保护误动。上述利用起动元件开放保护的方法，存在以下缺点：(1)由于启动元件和保护元件运行于同一软件系统中，当单保护插件遇到强干扰或发生软、硬件故障时，保护仍然存在误动可能性；(2)采用“三取二”或“二取二”闭锁出口时，由于各保护的启动元件不完全一样，启动定值有差异，不仅启动继电器相互之间配合复杂，还可能使保护的动作速度降低或增加保护拒动概率；(3)采用“三取二”或“二取二”闭锁出口时，无法满足纵联保护远跳功能的实现，因为纵联保护的远跳出口被其它保护的启动继电器闭锁。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种继电保护故障检测模块。
为达到上述发明目的，本发明采取的技术方案是：继电保护故障检测模块，该模块包括独立于某个保护插件的采样电路、中央处理器、出口继电器、启动元件和启动继电器，其出口继电器触点用来闭锁保护出口的电源回路，还包括一个以上故障检测元件，故障检测元件闭锁保护，并以独立任务方式实现其检测功能；在有多个保护插件的保护装置中，该模块还可在每个保护插件内分别内置，由独立于保护功能的软件模块组成，实现保护插件间的相互闭锁；在只有单个保护插件的保护装置中，该模块也可由独立于保护功能的软件模块组成，实现软件模块间的相互闭锁。可见，故障检测模块的组成特点是独立性和灵活性。
所述的故障检测元件为电流变化量检测元件；电流变化量检测元件检测到三相中最大一相电流的突变量(ΔIφ)大于等于1.25倍的浮动门槛电流(ΔiT)与低于主、后备保护的启动门槛电流的固定门槛电流(0.1In)之和，即：
Δiφmax＞1.25ΔiT+0.1In
且当任一相电流突变量连续4次大于启动门槛时开放保护，并保持12s后返回。
所述的故障检测元件为静稳检测元件；静稳检测元件过流大于1.2倍的启动门槛电流，即：
I＞1.2In
时动作，其返回系数为0.7，返回后故障检测模块延时12s后才返回。
所述的故障检测元件为振荡检测元件；振荡检测元件的振荡电压小于0.5倍的系统电压，过流大于0.2倍的门槛电流，即：
|UCOSφ|＜0.2Un
I＞0.2In
时动作，其返回系数为0.7，振荡检测元件返回后故障检测模块延时12s后才返回；振荡检测元件还增设有电流把关元件。
所述的故障检测元件为零序过流检测元件；零序过流元件用来检测单相接地故障，其动作门槛(3I0)应躲过最大负荷条件下的零序不平衡电流(0.1I)，还应保证在高阻接地故障时开放保护，即：
3I2＞0.1In
满足条件后延时20ms该检测元件动作，展宽12s，其返回系数为0.9。
所述的故障检测元件为负序过流检测元件；负序过流检测元件用来检测不对称故障，其动作门槛(3I2)应躲过最大负荷条件下的负序不平衡电流(0.2I)，即：
3I2＞0.2In
满足条件后延时20ms负序过流检测元件动作，展宽12s，其返回系数为0.9。
所述的故障检测元件为电压变化率检测元件；电压变化率检测元件是指当前任一相的相电压比一个周波前的相电压下降7％时，电压变化率检测元件动作，其展宽为12s。
所述的故障检测元件为零序电压检测元件；零序电压检测元件(3U0)大于1V，该元件用来检测不对称故障，其动作门槛应躲过正常情况下的零序不平衡电压，其返回系数为0.9。
所述的故障检测元件为相间故障低电压检测元件；相间故障低电压检测元件(3U2)检测到的电压大于4V，该元件用来检测不对称故障，其动作门槛应躲过正常情况下的负序不平衡电压，在长线末端两相短路故障时开放保护，且12s后任一元件检测任务不消失。
所述的故障检测元件为接地故障低电压检测元件；接地故障低电压检测元件当任一相的相电压低于额定相电压的80％时动作，其返回系数为0.9。
所述的继电保护故障检测模块还可以采用主、后两个中央处理器，实现主保护和后备保护，在主保护和后备保护中均有相应的故障检测元件，主保护和后备保护以二取二闭锁方式来实现出口开放的相互闭锁；主保护和后备保护有相完全相同的故障检测功能。
所述的故障检测元件定值为固定值，且其灵敏度应高于所保护的启动元件的灵敏度；所述故障检测元件的闭锁保护可通过远跳启动满足纵联保护来实现远跳功能。
本发明的优点和有益效果是：本发明保留了原有的启动元件和启动继电器，现有保护设计基本不变，故障检测模块的硬件独立性，可由独立于被闭锁保护的不同硬件来实现；故障检测元件模块的软件独立性，由以独立任务方式运行的功能模块实现。检测元件充分考虑冗余设计，主保护和后备保护有相完全相同的故障检测功能，故障检测灵敏度高于保护启动元件的灵敏度。它综合多种故障识别判据对电力系统故障进行有效地识别，利用其继电器出口闭锁保护，效率高，应用灵活，可有效提高保护的可靠性而不增加保护启动定值配合的困难和复杂性，还可以实现纵联保护远跳功能。
附图说明
图1是本发明的系统结构图；
图2是故障检测模块闭锁单个保护插件示意图；
图3是本发明的一个实例的构成示意图；
图4时本发明的逻辑图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
参阅图1本发明系统结构图，继电保护故障检测模块由独立的采样电路(1)、中央处理器CPU(2)、出口继电器(3)构成，其出口继电器(3)触点用来串连在保护出口的电源回路来实现闭锁保护的功能，并以独立任务方式实现其检测功能。
参阅图2本发明的故障检测模块闭锁单个保护插件示意图，故障检测元件功能由独立于被闭锁保护的不同硬件来实现，以防止保护插件遇到强干扰或发生软、硬件故障时，发生误动。对于保护装置只配置单个CPU插件的情况，同时要求软、硬件独立性时需增加专门的故障检测硬件来实现对保护出口的闭锁；只要求软件独立性时，只需增加独立于保护的软件功能模块来实现对保护出口的闭锁。故障检测硬件包括独立的采样电路(1)、CPU(2)、出口继电器(3)等回路，用其出口继电器(3)触点来闭锁保护出口的电源回路，具体闭锁关系是：故障检测模块的继电器的触点和保护启动元件的启动继电器触点以串连方式同时对保护出口的电源回路进行了硬闭锁。当电力系统发生故障时，保护插件的CPU检测到故障特征量如电流突变量时，其启动元件动作，开放跳闸出口继电器；同时故障检测模块的CPU也检测到故障特征量，出口继电器动作，开放跳闸出口继电器；当保护插件自身软、硬件发生故障时，虽然其启动元件和跳闸逻辑可能动作，但由于保护跳闸出口继电器的电源还受到故障检测模块的闭锁，保护不会误动。
参阅图3，对于两个CPU插件即主、后备保护各又一CPU插件的情况，为降低成本，可不再考虑设计单独硬件，而利用现有主保护硬件资源、后备保护硬件资源，在主、后保护的功能中分别各增加故障检测元件软件电路，主保护和后备保护以“二取二闭锁”方式来实现出口开放的相互闭锁，防止单个保护插件的硬件损坏或软件走飞而误出口。其具体闭锁关系是(以后备保护CPU2中故障检测元件闭锁主保护CPU1为例说明)：CPU2中故障检测模块的继电器的触点和CPU1中主保护启动元件的启动继电器触点以串连方式同时对主保护出口的电源回路进行了硬闭锁。当电力系统发生故障时，主保护插件的CPU1检测到故障特征量如电流突变量时，其启动元件动作，开放跳闸出口继电器；同时后备保护CPU2中的故障检测模块也检测到故障特征量，出口继电器动作，开放跳闸出口继电器；当主保护插件自身软、硬件发生故障时，虽然其启动元件和跳闸逻辑可能动作，但由于保护跳闸出口继电器的电源还受到后备保护插件故障检测模块的闭锁，保护不会误动。
在强电源侧或者弱电源侧，本发明的故障检测装置都能检测各种线路系统的故障，及时开放保护。因此，故障检测装置有多种检测元件，在强电源端即电压降可能很小和弱馈端亦即电流为0时都能根据不同的故障特征检测出故障。
参照国内外各种故障检测模块的资料，综合考虑，设定故障检测装置中的故障检测元件如下：
1.电流变化量检测元件ΔIφ
Δiφmax＞1.25ΔiT+0.1In
其中：01In为固定门槛，低于主、后保护的启动门槛，ΔiT为浮动门槛，随着变化量输出增大而逐步自动提高，取1.25倍可保证门槛电压始终略高于不平衡输出。Δiφmax是取三相中最大一相电流的突变量。
当任一相电流突变量连续4次大于启动门槛时开放保护，保持12s后返回。该元件不受负荷电流的影响，不受直流分量的影响，能反映多种类型故障。
2.静稳检测元件(IJW)
I＞1.2In
故障检测中的过流检测元件作为静稳破坏的开放，IJW检测元件的返回系数为0.7，静稳检测元件(IJW)返回后故障检测模块延时12s后才返回。
3.振荡检测元件(Ucosφ)
|UCOSφ|＜0.5Un
I＞0.2In
故障检测中的Ucosφ检测元件作为振荡检测，Ucosφ检测元件的返回系数为0.7，Ucosφ检测元件返回后故障检测模块延时12s后才返回。为保证振荡检测的正确，增加了电流把关元件。
4.零序过流检测元件(3I0)
该元件用来检测单相接地故障，其动作门槛应躲过最大负荷条件下的零序不平衡电流，还应保证在高阻接地故障时开放保护。
3I0＞0.1In
满足条件后延时20ms零序过流检测元件动作，展宽12s。其返回系数为0.9。
5.负序过流检测元件(3I2)
该元件用来检测不对称故障，其动作门槛应躲过最大负荷条件下的负序不平衡电流。
3I2＞0.2In
满足条件后延时20ms负序过流检测元件动作，展宽12s。其返回系数为0.9。
为防止电流互感其TA断线时故障检测频繁启动，零序或负序过流检测元件12s后任一元件不消失，认为TA断线或3I0(3I2)是由不平衡产生的，闭锁零序(负序)过流检测元件。
6.电压变化率检测元件(ΔUφ)
Uφ‘-Uφ＞0.07Uφ‘
其中：UΦ-当前电压，UΦ‘-一个周波前电压
当前任一相的相电压比一个周波前的相电压下降7％时，电压变化率检测元件动作，展宽12s。
7.零序电压变化量检测元件(Δ3U0)
Δ3U0＞1.5V
Δ3U0为当前零序电压和1s前稳定的零序电压相比的变化量，该检测元件动作，展宽12s。
8.零序电压检测元件(3U0)
3U0＞1V
该元件用来检测不对称故障，其动作门槛应躲过正常情况下的零序不平衡电压。返回系数0.9。
10.负序电压检测元件(3U2)
3U2＞4V
该元件用来检测不对称故障，其动作门槛应躲过正常情况下的负序不平衡电压，还应保证在长线末端两相短路故障时开放保护。
为防止TV断线时故障检测频繁启动，零序或负序过压检测元件12s后任一元件不消失，认为TV断线或3U0(3U2)是由不平衡产生的，闭锁零序或负序过压检测元件。
11.接地故障低电压检测元件(UΦ＜)
当任一相的相电压低于额定相电压的80％时(即46V)，接地故障低电压检测元件动作，其返回系数为0.9。
12.相间故障低电压检测元件(UΦΦ＜)
当任一线电压低于额定线电压的80％时即80V，相间故障低电压检测元件动作，其返回系数为0.9。
为防止TV断线时故障检测模块频繁启动，UΦ＜检测元件和UΦΦ＜动作12s后不返回，认为TV断线，闭锁低电压检测元件。
如果位置不对应启动，检测到TWJ变化时，展宽15s开放故障检测，位置不对应启动主要用于启动重合闸回路。
当本侧主保护收到对侧的远跳信号且定值中“远跳不经就地判别”控制字投入时，以通讯方式通知后备保护故障检测开放保护500ms。
各元件动作的逻辑关系参阅图4：任一变化量元件ΔIφ、ΔUφ、Δ3U0动作都通过或门M1，M4启动故障检测元件动作并将动作展宽至12s；零序过流检测元件(3I0)和负序过流检测元件(3I2)通过或门M5，与门M6，或门M4启动故障检测元件动作并将动作展宽至12s，考虑到TA断线或三相电流不平衡时故障检测元件可能频繁启动，零序或负序过流检测元件12s后任一元件不消失，通过与门M6闭锁零序(负序)过流检测元件；零序过压检测元件(3U0)和负序过压检测元件(3U2)通过或门M7，与门M8，或门M4启动故障检测元件动作并将动作展宽至12s，考虑到TV断线或三相电压不平衡时故障检测元件可能频繁启动，零序或负序过压检测元件12s后任一元件不消失，通过与门M8闭锁零序(负序)过流检测元件；接地故障低电压检测元件(UΦ＜)和相间故障低电压检测元件(UΦΦ＜)通过或门M10，与门M11，或门M4启动故障检测元件动作并将动作展宽至12s，考虑到TV断线时故障检测元件可能频繁启动，欠压检测元件12s后任一元件不消失，通过与门M11闭锁相(相间)欠压检测元件。
最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (24)
1.一种继电保护故障检测模块，包括保护插件，其特征在于：该模块中还含有独立于保护插件的硬件，硬件包括采样电路、中央处理器、出口继电器，出口继电器的触点闭锁保护出口的电源电路，该模块中还包括一个以上的故障检测元件，故障检测元件闭锁保护，并独立实现其检测功能，在有多个保护插件的保护装置中，上述硬件在每个保护插件内分别分置，实现保护插件间的相互闭锁。
2.根据权利要求1所述的继电保护故障检测模块，其特征在于：故障检测元件为电流变化量检测元件。
3.根据权利要求2所述的继电保护故障检测模块，其特征在于：所述的电流变化量检测元件检测到三相中最大一相电流的突变量(ΔIΦ)大于等于1.25倍的浮动门槛电流(ΔiT)与低于主、后备保护的启动门槛电流的固定门槛电流(0.1In)之和，即：ΔIΦmax＞1.25ΔiT+0.1In
且当任一相电流突变量连续4次大于启动门槛时开放保护，并保持12s后返回。
4.根据权利要求1所述的继电保护故障检测模块，其特征在于：故障检测元件为静稳检测元件。
5.根据权利要求4所述的继电保护故障检测模块，其特征在于：所述的静稳检测元件过流大于1.2倍的启动门槛电流，即：I＞1.2In时动作，其返回系数为0.7，返回后故障检测模块延时12s后才返回。
6.根据权利要求1所述的继电保护故障检测模块，其特征在于：故障检测元件为震荡检测元件。
7.根据权利要求6所述的继电保护故障检测模块，其特征在于：震荡检测元件的震荡电压小于0.5倍的系统电压，过流大于0.2倍的门槛电流，即：
|UCOSφ|＜0.5Un
I＞0.2In
时动作，其返回系数为0.7，振荡检测元件返回后故障检测模块延时12s后才返回。
8.根据权利要求6所述的继电保护故障检测模块，其特征在于：所述的振荡检测元件还增设有电流把关元件。
9.根据权利要求1所述的继电保护故障检测模块，其特征在于：故障检测元件为零序过流检测元件。
10.根据权利要求9所述的继电保护故障检测模块，其特征在于：所述的零序过流元件用来检测单相接地故障，其动作门槛(3I0)应躲过最大负荷条件下的零序不平衡电流(0.1I)，还应保证在高阻接地故障时开放保护，即：
3I0＞0.1In
满足条件后延时20ms该检测元件动作，展宽12s，其返回系数为0.9。
11.根据权利要求1所述的继电保护故障检测模块，其特征在于：故障检测元件为负序过流检测元件。
12.根据权利要求11所述的继电保护故障检测模块，其特征在于：所述的负序过流检测元件用来检测不对称故障，其动作门槛(3I2)应躲过最大负荷条件下的负序不平衡电流(0.2In)，即：
3I2＞0.2In
满足条件后延时20ms负序过流检测元件动作，展宽12s，其返回系数为0.9。
13.根据权利要求1所述的继电保护故障检测模块，其特征在于：故障检测元件为电压变化率检测元件。
14.根据权利要求13所述的继电保护故障检测模块，其特征在于：所述的电压变化率检测元件是指当前任一相的相电压比一个周波前的相电压下降7％时，电压变化率检测元件动作，其展宽为12s。
15.根据权利要求1所述的继电保护故障检测模块，其特征在于：故障检测元件为零序电压检测元件。
16.根据权利要求15所述的继电保护故障检测模块，其特征在于：所述的零序电压检测元件(3U0)大于1V，该元件用来检测不对称故障，其动作门槛应躲过正常情况下的零序不平衡电压，其返回系数为0.9。
17.根据权利要求1所述的继电保护故障检测模块，其特征在于：故障检测元件为相间故障低电压检测元件。
18.根据权利要求17所述的继电保护故障检测模块，其特征在于：所述的相间故障低电压检测元件(3U2)检测到的电压大于4V，该元件用来检测不对称故障，其动作门槛应躲过正常情况下的负序不平衡电压，在长线末端两相短路故障时开放保护，且12s后任一元件检测任务不消失。
19.根据权利要求1所述的继电保护故障检测模块，其特征在于：故障检测元件为接地故障低电压检测元件。
20.根据权利要求19所述的继电保护故障检测模块，其特征在于：所述的接地故障低电压检测元件当任一相的相电压低于额定相电压的80％时动作，其返回系数为0.9。
21.根据权利要求1所述的继电保护故障检测模块，其特征在于：在保护装置还可以采用主、后两个中央处理器，实现主保护和后备保护，在主保护和后备保护中均有相应的故障检测元件，主保护和后备保护以二取二闭锁方式来实现出口开放的相互闭锁。
22.根据权利要求21所述的继电保护故障检测模块，其特征在于：所述的主保护和后备保护有相完全相同的故障检测功能。
23.根据权利要求1所述的继电保护故障检测模块，其特征在于：故障检测元件定值为固定值，且其灵敏度应高于所保护的启动元件的灵敏度。
24.根据权利要求1所述的继电保护故障检测模块，其特征在于：所述故障检测元件的闭锁保护可通过远跳启动满足纵联保护来实现远跳功能。
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