CN202026071U - 一种带有自动重合闸功能的断路器失灵保护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带有自动重合闸功能的断路器失灵保护系统，其包括失灵回路、电压判别回路、电压判别控制回路和自动重合闸回路。失灵回路用于跳断路器及相邻断路器，自动重合闸回路在特定的情况下重合相关断路器使主设备恢复供电，电压判别回路用来判断主设备上的电压是感应电压还是短路残压，电压判别控制回路的作用是控制电压判别回路里的电压判别装置。该系统解决了目前失灵保护切除死区故障扩大停电范围的问题，电压判别回路采用残压-感应电压半周波判别装置进行电压判别，原理简单、可以在半周波内实现电压判别，且不需要借助微机装置，成本较低。

Description

一种带有自动重合闸功能的断路器失灵保护系统

技术领域

本实用新型涉及一种断路器失灵保护系统，特别涉及一种带有自动重合闸功能的断路器失灵保护系统。

背景技术

失灵保护主要适用于两种情况，一种是主设备保护动作，但由于断路器跳闸线圈故障、操作机构失灵等原因造成断路器拒动，使主设备保护无法将故障成功切除。另一种是故障发生在电流互感器与断路器之间，即死区故障。现有的失灵保护存在一个缺点，就是对于死区故障的切除，现有的失灵保护动作后会在一定程度上扩大停电范围，对电网的供电可靠性和稳定性造成负面影响。

实用新型内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型要解决的技术问题是提供一种能解决目前失灵保护切除死区故障扩大停电范围问题的带有自动重合闸功能的断路器失灵保护系统。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种带有自动重合闸功能的断路器失灵保护系统，其包括失灵回路、电压判别回路、电压判别控制回路和自动重合闸回路；

一种带有自动重合闸功能的断路器失灵保护系统，其特征在于：其包括失灵回路、电压判别回路、电压判别控制回路和自动重合闸回路；

所述失灵回路包括第一与门、第二与门、第三与门、第四与门、第一或门、第二或门、第三或门和一时间元件，所述第一与门的两个输入端分别与A相跳闸输出端、A相电流判别输出端连接，所述第二与门的两个输入端分别与B相跳闸输出端、B相电流判别输出端连接，所述第三与门的两个输入端分别与C相跳闸输出端、C相电流判别输出端连接，所述第一与门、第二与门、第三与门的输出端与第二或门的输入端连接，所述第一或门的三个输入端分别与A相电流判别输出端、B相电流判别输出端及C相电流判别输出端连接，所述第四与门的两个输入端分别与三相跳闸输出端和第一或门的输出端连接，所述第四与门的输出端、第二或门的输出端分别与第三或门的两个输入端连接，所述第三或门的输出端与时间元件连接，所述时间元件的两个输出端与二次系统连接来作用于本断路器及相邻断路器跳闸；

所述电压判别回路包括A相电压判别装置、B相电压判别装置、C相电压判别装置，所述A相电压判别装置、B相电压判别装置、C相电压判别装置分别与第四或门的三个输入端连接；

所述自动重合闸回路包括第五与门、第十三延时器和第六与门，所述时间元件的两个输出端分别与第五与门的两个输入端连接，第五与门的输出端与第十三延时器连接；所述第四或门的输出端与第六与门的反向输入端连接，所述第十三延时器的输出端与所述第六与门的正向输入端连接，所述第六与门的输出端用来重合主设备上除启动失灵外的其他相邻断路器；

所述电压判别控制回路包括第一延时器至第十二延时器，所述A相跳闸输出端通过第一延时器与A相电压判别装置的开始判别输入端连接，所述A相跳闸输出端通过第一延时器、第二延时器与A相电压判别装置的结束判别输入端连接，A相跳闸输出端通过第一延时器、第二延时器、第三延时器与A相电压判别装置的复归输入端连接，所述B相跳闸输出端通过第四延时器与B相电压判别装置的开始判别输入端连接，所述B相跳闸输出端通过第四延时器、第五延时器与B相电压判别装置的结束判别输入端连接，B相跳闸输出端通过第四延时器、第五延时器、第六延时器与B相电压判别装置的复归输入端连接，所述C相跳闸输出端通过第七延时器与C相电压判别装置的开始判别输入端连接，所述C相跳闸输出端通过第七延时器、第八延时器与C相电压判别装置的结束判别输入端连接，C相跳闸输出端通过第七延时器、第八延时器、第九延时器与C相电压判别装置的复归输入端连接，所述三相跳闸输出端通过第十延时器与三相电压判别装置的开始判别输入端连接，所述三相跳闸输出端通过第十延时器、第十一延时器与三相电压判别装置的结束判别输入端连接，三相跳闸输出端通过第十延时器、第十一延时器、第十二延时器与三相电压判别装置的复归输入端连接。

优选的，所述电压判别装置为残压-感应电压半周波判别装置，其包括开关S、开关F、电阻RX、电阻RY、第一光耦IC1、第二光耦IC2、电阻R1、电阻R2、基本RS触发器，所述开关S、电阻RX、电阻RY串联在主设备压变二次输出端之间，第一光耦IC1内发光二极管的阴极接在电阻RX和电阻RY之间，所述第一光耦IC1内发光二极管的阴极还与所述第二光耦IC2内发光二极管的阳极连接，所述第一光耦IC1内发光二极管的阳极与所述第二光耦IC2内发光二极管的阴极连接，所述第二光耦IC2内发光二极管的阴极与主设备压变二次的接地端连接，所述第一光耦IC1内光敏三极管的集电极与第二光耦IC2内光敏三极管的集电极连接，第一光耦IC1内光敏三极管的发射极与第二光耦IC2内光敏三极管的发射极连接，所述第二光耦IC2内光敏三极管的发射极通过电阻R1接地，所述第一光耦IC1内光敏三极管的集电极与电源VCC连接，开关F一端与电源VCC连接，另一端与电阻R2连接，电阻R2接地，所述基本RS触发器由两个或非门组成，所述基本RS触发器的R端接在开关F和电阻R2之间，所述基本RS触发器的S端接在第二光耦IC2内光敏三极管的发射极和电阻R1之间，所述开关S闭合时，所述电压判别装置开始电压判别，所述开关S打开时，所述电压判别装置结束电压判别，所述开关F先合后分时，所述相电压判别装置复归。

上述技术方案具有如下有益效果：带有自动重合闸功能的断路器失灵保护解决了目前失灵保护切除死区故障扩大停电范围的问题，而且该失灵保护系统采用残压-感应电压半周波判别装置进行电压判别，原理简单、可以在半周波内实现电压判别，且不需要借助微机装置，可有效降低成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图。

图2为本实用新型残压-感应电压半周波判别装置的结构示意图。

图3应用本实用新型时发生死区故障的情况下相关时间配合示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细介绍。

如图1所示，该带有自动重合闸功能的断路器失灵保护系统包括失灵回路、电压判别回路、电压判别控制回路和自动重合闸回路。

失灵回路包括第一与门1、第二与门2、第三与门3、第四与门5、第一或门6、第二或门4、第三或门7及时间元件8，第一与门1的两个输入端分别与A相跳闸输出端、A相电流判别输出端连接，第二与门2的两个输入端分别与B相跳闸输出端、B相电流判别输出端连接，第三与门3的两个输入端分别与C相跳闸输出端、C相电流判别输出端连接。第一与门1、第二与门2、第三与门3的输出端与第二或门4的输入端连接。第一或门6的三个输入端分别与A相电流判别输出端、B相电流判别输出端及C相电流判别输出端连接，第四与门5的两个输入端分别与三相跳闸输出端和第一或门6的输出端连接，第四与门5的输出端、第二或门4的输出端分别与第三或门7的两个输入端连接，第三或门7的输出端与时间元件8连接，时间元件8的两个输出端与二次系统28连接，作用于本断路器及相邻断路器跳闸。上述失灵回路的作用是：当主设备保护动作一段时间后(一般为200ms)，若断路器中仍有电流，则失灵保护跳该断路器及其相邻断路器将故障切除。

电压判别回路包括A相电压判别装置9、B相电压判别装置10、C相电压判别装置11，A相电压判别装置9、B相电压判别装置10、C相电压判别装置11分别与第四或门12的三个输入端连接。上述A相电压判别装置9、B相电压判别装置10、C相电压判别装置11均采用残压-感应电压半周波判别装置，如图2所示，其包括开关S、开关F、电阻RX、电阻RY、第一光耦IC1、第二光耦IC2、电阻R1、电阻R2、基本RS触发器，开关S，电阻RX、电阻RY串联在主设备压变二次输出端U(t)之间，第一光耦IC1内发光二极管的阴极接在电阻RX和电阻RY之间，第一光耦IC1内发光二极管的阴极还与第二光耦IC2内发光二极管的阳极连接，第一光耦IC1内发光二极管的阳极与第二光耦IC2内发光二极管的阴极连接，第二光耦IC2内发光二极管的阴极接在主设备压变二次的接地端，第一光耦IC1内光敏三极管的集电极与第二光耦IC2内光敏三极管的集电极连接，第一光耦IC1内光敏三极管的发射极与第二光耦IC2内光敏三极管的发射极连接，第二光耦IC2内光敏三极管的发射极通过电阻R1接地，第一光耦IC1内光敏三极管的集电极与电源VCC连接，开关F一端与电源VCC连接，另一端与电阻R2连接，电阻R2接地，由两个或非门组成的基本RS触发器的R端接在开关F和电阻R2之间，基本RS触发器的S端接在第二光耦IC2内光敏三极管的发射极和电阻R1之间，开关S闭合时，电压判别装置开始电压判别，开关S打开时，电压判别装置结束电压判别，开关F先合后分时，相电压判别装置的复归。电压判别回路里的电压判别装置所使用的电源电压VCC的值选择范围很宽泛，如VCC可取5V、10V、15V，电源可通过有线(如电缆)或无线(如太阳能)的方式实现。电压判别回路里的电压判别装置所使用的电阻RX和电阻RY需满足如下关系：

$\frac{\mathrm{RX}}{\mathrm{RY}}=\frac{A}{U_{\mathrm{TH}}}-1$

(上式中U_TH为光耦IC1及光耦IC2内放光二极管的开启电压，它由二极管的型号决定，通常U_TH可取0.5V或0.7V。A为感应电压与短路残压的分界A(二次最大值)，它的取值由主设备的电压等级等因素决定，且取值很宽泛，如对于500kV母线来说，它的A可取0.1V，0.5V，1V，5V等)。

电压判别回路里的电压判别装置所使用的RX和电阻RY需要满足的关系的推导过程如下：高压主设备的短路残压一般很大，而停电后由周围电磁场产生的感应电压一般较小，若主设备残压和感应电压分界值A(二次最大值)、发光二极管开启电压U_TH均已确定，则通过选择合适的RX和RY可实现本装置对压变二次电压的判断，当其为残压时Q输出为1，感应电压时Q输出为0。可以看出，只要满足下面的关系就能实现电压判别：

$A\frac{\mathrm{RY}}{\mathrm{RX}+\mathrm{RY}}=U_{\mathrm{TH}}---\left(1\right)$

$\⇒\frac{\mathrm{RX}}{\mathrm{RY}}=\frac{A}{U_{\mathrm{TH}}}-1---\left(2\right)$

当二次电压为感应电压时，由于A为分界值，即u(t)的绝对值始终小于A，

IC1及IC2内发光二极管均不发光，光敏三极管截止，触发器不动作，Q输出始终为0。当二次电压为残压时，由于A为分界值，即u(t)的绝对值有大于等于A的时候，且由于u(t)的绝对值是以π为周期的函数，则在半个周波内必有此时IC1或IC2内发光二极管发光，对应光敏三极管导通，触发器动作并保持，即Q会在半个周波内输出为1并保持。综上所述，当RX，RY满足公式(2)的关系时，本装置可在半个周波内实现残压-感应电压的判别。判别结束后，带有自动重合闸功能的失灵保护回路通过控制开关F(使其先合再分)，使触发器恢复初始状态。

电压判别回路里的电压判别装置所使用的基本RS触发器功能如下：

R	S	Q
			0	1	1
1	0	0
			0	0	不变
1	1	不定

当装置初次使用时，应对触发器进行初始化，使F先合后分，让R先1再0。初始化完毕后输入R、S为0，输出Q为0。

电压判别回路由电压判别装置构成，电压判别装置的作用是判断主设备保护跳闸后主设备上的电压是感应电压还是短路残压，若主设备上的电压为短路残压，则电压判别装置输出Q为1，该电压判别装置还可通过常用的微机装置实现。

自动重合闸回路包括第五与门13、第十三延时器14和第六与门15，时间元件8的两个输出端还分别与第五与门13的两个输入端连接，第五与门13的输出端与一第十三延时器14连接。第四或门12的输出端与第六与门15的反向输入端连接，第十三延时器14的输出端与第六与门15的正向输入端连接，第六与门15的输出端用来用来重合主设备上除启动失灵外的其他相邻断路器。自动重合闸回路的作用是在特定的情况下重合相关断路器使主设备恢复供电，自动重合闸回路里的延时和逻辑门可由微机装置实现，也可由晶体管电路实现。“特定的情况”是指主设备保护动作跳闸后失灵保护动作跳闸前这段时间内主设备上电压为感应电压的情况，即发生死区故障的情况。“相关断路器”是指主设备上除了启动失灵保护的断路器以外的其他相邻断路器。

电压判别控制回路包括第一延时器16至第十二延时器27。A相跳闸输出端通过第一延时器16与A相电压判别装置的开始判别输入端连接，A相跳闸输出端通过第一延时器16、第二延时器17与A相电压判别装置的结束判别输入端连接，A相跳闸输出端通过第一延时器16、第二延时器17、第三延时器18与A相电压判别装置的复归输入端连接。B相跳闸输出端通过第四延时器19与B相电压判别装置的开始判别输入端连接，B相跳闸输出端通过第四延时器19、第五延时器20与B相电压判别装置的结束判别输入端连接，B相跳闸输出端通过第四延时器19、第五延时器20、第六延时器21与B相电压判别装置的复归输入端连接。C相跳闸输出端通过第七延时器22与C相电压判别装置的开始判别输入端连接，C相跳闸输出端通过第七延时器22、第八延时器23与C相电压判别装置的结束判别输入端连接，C相跳闸输出端通过第七延时器22、第八延时器23、第九延时器24与C相电压判别装置的复归输入端连接。三相跳闸输出端通过第十延时器25与三相电压判别装置的开始判别输入端连接，三相跳闸输出端通过第十延时器25、第十一延时器26与三相电压判别装置的结束判别输入端连接，三相跳闸输出端通过第十延时器25、第十一延时器26、第十二延时器27与三相电压判别装置的复归输入端连接。上述第一延时器16至第十二延时器27及第十三延时器14可由微机装置或晶体管电路实现。

定义第一延时器16、第四延时器19、第七延时器22、第十延时器25的延时时间为t1，第二延时器17、第五延时器20、第八延时器23、第十一延时器26的延时时间为t2，第三延时器18、第六延时器21、第九延时器24、第十二延时器27的延时时间为t3，第十三延时器14的延时时间为t4。t1应大于断路器开断时间，即应在主保护动作跳闸后启动电压判别装置，t2应大于电压判别时间，对于本文提出的残压-感应电压半周波判别装置，可选择t2大于10ms。t1+t2+t3应大于失灵保护延迟时间与断路器开断时间之和并留有一定裕度，即应在重合闸发令后再将电压判别装置复归。t4应大于断路器开断时间，即应在失灵保护动作跳闸后再重合相关断路器使主设备恢复供电。例如，若电压判别装置为本文提出的残压-感应电压半周波判别装置，断路器开断时间为50ms，失灵保护延迟时间为200ms，则可取t1＝60ms、t2＝15ms、t3＝195ms、t4＝60ms。

主设备保护动作跳闸后失灵保护动作跳闸前，失灵保护回路启动电压判别装置对主设备上电压进行判别。失灵保护动作跳闸后，若判别装置输出始终为0，则表明先前主设备上电压为感应电压，先前故障为死区故障，此时失灵保护回路发令自动重合主设备相关断路器，使主设备恢复送电。失灵保护动作跳闸后，若判别装置输出为1，则表明先前主设备上电压为短路残压，先前故障为断路器拒动，此时不重合相关断路器。

若电网采用本实用新型提出的方案，则发生死区故障时继电保护动作的相关时间配合如图3所示。

本失灵保护的电压判别的实现也可以通过其他途径，如可通过微机装置采样并计算得到主设备电压的有效值，然后与设定的残压-感应电压分界值的二次有效值进行比较来进行判定。但电压判别必须要在主设备保护动作跳闸后开始，在失灵保护第二次发令前结束。

以上对本实用新型实施例所提供的一种带有自动重合闸功能的断路器失灵保护系统进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制，凡依本实用新型设计思想所做的任何改变都在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种带有自动重合闸功能的断路器失灵保护系统，其特征在于：其包括失灵回路、电压判别回路、电压判别控制回路和自动重合闸回路；

所述失灵回路包括第一与门、第二与门、第三与门、第四与门、第一或门、第二或门、第三或门和一时间元件，所述第一与门的两个输入端分别与A相跳闸输出端、A相电流判别输出端连接，所述第二与门的两个输入端分别与B相跳闸输出端、B相电流判别输出端连接，所述第三与门的两个输入端分别与C相跳闸输出端、C相电流判别输出端连接，所述第一与门、第二与门、第三与门的输出端与第二或门的输入端连接，所述第一或门的三个输入端分别与A相电流判别输出端、B相电流判别输出端及C相电流判别输出端连接，所述第四与门的两个输入端分别与三相跳闸输出端和第一或门的输出端连接，所述第四与门的输出端、第二或门的输出端分别与第三或门的两个输入端连接，所述第三或门的输出端与时间元件连接，所述时间元件的两个输出端与二次系统连接来作用于本断路器及相邻断路器跳闸；

所述电压判别回路包括A相电压判别装置、B相电压判别装置、C相电压判别装置，所述A相电压判别装置、B相电压判别装置、C相电压判别装置分别与第四或门的三个输入端连接；

所述自动重合闸回路包括第五与门、第十三延时器和第六与门，所述时间元件的两个输出端分别与第五与门的两个输入端连接，第五与门的输出端与第十三延时器连接；

所述第四或门的输出端与第六与门的反向输入端连接，所述第十三延时器的输出端与所述第六与门的正向输入端连接，所述第六与门的输出端用来重合主设备上除启动失灵外的其他相邻断路器；

所述电压判别控制回路包括第一延时器至第十二延时器，所述A相跳闸输出端通过第一延时器与A相电压判别装置的开始判别输入端连接，所述A相跳闸输出端通过第一延时器、第二延时器与A相电压判别装置的结束判别输入端连接，A相跳闸输出端通过第一延时器、第二延时器、第三延时器与A相电压判别装置的复归输入端连接，所述B相跳闸输出端通过第四延时器与B相电压判别装置的开始判别输入端连接，所述B相跳闸输出端通过第四延时器、第五延时器与B相电压判别装置的结束判别输入端连接，B相跳闸输出端通过第四延时器、第五延时器、第六延时器与B相电压判别装置的复归输入端连接，所述C相跳闸输出端通过第七延时器与C相电压判别装置的开始判别输入端连接，所述C相跳闸输出端通过第七延时器、第八延时器与C相电压判别装置的结束判别输入端连接，C相跳闸输出端通过第七延时器、第八延时器、第九延时器与C相电压判别装置的复归输入端连接，所述三相跳闸输出端通过第十延时器与三相电压判别装置的开始判别输入端连接，所述三相跳闸输出端通过第十延时器、第十一延时器与三相电压判别装置的结束判别输入端连接，三相跳闸输出端通过第十延时器、第十一延时器、第十二延时器与三相电压判别装置的复归输入端连接。

2.根据权利要求1所述的带有自动重合闸功能的断路器失灵保护系统，其特征在于：所述电压判别装置为残压-感应电压半周波判别装置，其包括开关S、开关F、电阻RX、电阻RY、第一光耦IC1、第二光耦IC2、电阻R1、电阻R2、基本RS触发器，所述开关S、电阻RX、电阻RY串联在主设备压变二次输出端之间，第一光耦IC1内发光二极管的阴极接在电阻RX和电阻RY之间，所述第一光耦IC1内发光二极管的阴极还与所述第二光耦IC2内发光二极管的阳极连接，所述第一光耦IC1内发光二极管的阳极与所述第二光耦IC2内发光二极管的阴极连接，所述第二光耦IC2内发光二极管的阴极与主设备压变二次的接地端连接，所述第一光耦IC1内光敏三极管的集电极与第二光耦IC2内光敏三极管的集电极连接，第一光耦IC1内光敏三极管的发射极与第二光耦IC2内光敏三极管的发射极连接，所述第二光耦IC2内光敏三极管的发射极通过电阻R1接地，所述第一光耦IC1内光敏三极管的集电极与电源VCC连接，开关F一端与电源VCC连接，另一端与电阻R2连接，电阻R2接地，所述基本RS触发器由两个或非门组成，所述基本RS触发器的R端接在开关F和电阻R2之间，所述基本RS触发器的S端接在第二光耦IC2内光敏三极管的发射极和电阻R1之间，所述开关S闭合时，所述电压判别装置开始电压判别，所述开关S打开时，所述电压判别装置结束电压判别，所述开关F先合后分时，所述相电压判别装置复归。

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