CN207200251U - 一种配电网自供电继电保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种配电网自供电继电保护装置，主要由3个电流互感器、3个断路器、3个熔断器、自供电电源、远方跳闸输入电路、系统复位电路、信号调理电路、电流泄放电路、跳闸脉冲输出电路、故障信息记录模块、人机交互模块、通信电路和微控制器组成。装置通过电流互感器从母线感应电能，通过电路处理后为设备提供稳定的电能，自供电电源与电流互感器连接，远方跳闸输入电路的输入端通过导线接入的外部交流电压，跳闸脉冲输出电路通过导线与脱扣器相连，电流泄放电路通过导线接地。本实用新型能够实现自供电，具有控制精度高，低功耗、免维护、高度智能化、高可靠性等优点，可以广泛的应用于35KV及以下电力系统中的测量与保护。

Description

一种配电网自供电继电保护装置

技术领域

本实用新型涉及配电网继电保护技术领域，具体涉及一种配电网自供电继电保护装置。

背景技术

电力系统的故障与非正常运行状态是难以避免的，并有可能引发电力系统事故。为了保证电力系统的稳定运行，继电保护技术得以飞速发展。传统电磁式过电流继电保护器工作可靠稳定，但是反应速度慢、功能较为单一、体积与功耗大。随着电网技术的发展，运行电压等级的提高，对继电保护设备的可靠性、精确度和适用性的要求也相应提高。现代微机配电网自供电继电保护装置功能强大，具有智能化、可靠性高、调试维护方便等优点，但是需要单独配置电源，不能实现自供电，并且供能不稳会引起设备的误动作甚至拒动等问题，因此，不适用于35KV及以下电力系统中的测量与保护。

实用新型内容

本实用新型所要解决的是现有微机配电网自供电继电保护装置不能实现自供电，并可能因供能不稳会引起设备的误动作甚至拒动等问题，提供一种配电网自供电继电保护装置。

为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种配电网自供电继电保护装置，主要由3个电流互感器、3个断路器、自供电电源、远方跳闸输入电路、系统复位电路、信号调理电路、电流泄放电路、微控制器和跳闸脉冲输出电路组成；配电网的W、V、U三相上各串接有1个电流互感器和1个断路器；自供电电源输入端与串接在配电网的W、V、U三相上的3个电流互感器连接；远方跳闸输入电路的输入端与外部电压输出端连接，远方跳闸输入电路的输出端与自供电电源的跳闸信号输入端连接，远方跳闸输入电路的控制端与微控制器连接；电流泄放电路的输入端与自供电电源的泄放电流输出端连接，电流泄放电路的输出端通过导线接地，电流泄放电路的控制端与微控制器连接；自供电电源的电源输出端与系统复位电路、信号调理电路、远方跳闸输入电路和微控制器的输入端连接；系统复位电路和信号调理电路的输出端与微控制器连接；信号调理电路的控制端与微控制器连接；微控制器通过跳闸脉冲输出电路与脱扣器的控制端连接，脱扣器的输出端与串接在配电网的W、V、U三相上的3个断路器连接。

作为改进，所述配电网自供电继电保护装置还进一步包括故障信息记录模块；该故障信息记录模块与微控制器连接。

作为改进，所述配电网自供电继电保护装置还进一步包括人机交互模块；该人机交互模块与微控制器连接。

作为改进，所述配电网自供电继电保护装置还进一步包括通信电路，该通信电路与微控制器连接，微控制器通过通信电路与外部上位机连接。

作为改进，所述配电网自供电继电保护装置还进一步包括3个熔断器；这3个熔断器分别串接在配电网的W、V、U三相上。

上述方案中，熔断器位于电流互感器和断路器之间。

上述方案中，远方跳闸输入电路的输入端输入的外部电压为AC220V和AC 110V。

上述方案中，自供电电源的电源输出端分别输出24V、5V和3.3V的电源信号，其中24V电源信号接跳闸脉冲输出电路，5V电源信号接系统复位电路和信号调理电路，3.3V电源信号接微控制器。

上述方案中，信号调理电路由整流电路、阻容分压电路、滤波电路、模拟放大电路与逻辑控制开关电路组成；整流电路的输入端形成信号调理电路的输入端，并与自供电电源的电源输出端连接，整流电路的输出端与阻容分压电路的输入端连接，阻容分压电路的输出端与滤波电路的输入端连接，滤波电路的输出端接模拟放大电路的一个输入端；逻辑控制开关电路的输入端形成信号调理电路的控制端，并与微控制器连接，逻辑控制开关电路的输出端接模拟放大电路的另一个输入端；模拟放大电路的输出端形成信号调理电路的输出端，并与微控制器连接。

上述方案中，电流泄放电路由电压比较器、MOS管开关电路与接地装置组成；电压比较器的输入端形成电流泄放电路的输入端，并与自供电电源的电源输出端；电压比较器的输出端连接MOS管开关电路的输入端；MOS管开关电路的控制端形成电流泄放电路的控制端，并与微控制器连接；MOS管开关电路的输出端的接地装置的输入端连接，接地装置的输出端形成电流泄放电路的输出端，并通过导线接地。

与现有技术相比，本实用新型具有特点是通过专用CT为数字继电器提供不同电压等级的电压信号，去除了对电源的依赖性，降低了设备的运行与维护成本，安全可靠；能够记录故障信息，为预测电力系统故障提供数据基础；数字化处理精度高；具有宽整定范围与细致的整定步骤；能够通过上位机进行通信组网，从而实现显示故障信息、故障点定位、整定等功能，因此更适用于35KV及以下电压等级的变电站、多种开关柜、架空线路柱上开关及柱上断路器等开关设备。

附图说明

图1为一种配电网自供电继电保护装置的结构示意图。

图2为信号调理电路的结构示意图。

图3为电流泄放电路的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

一种配电网自供电继电保护装置，如图1所示，其主要由3个电流互感器、3个断路器、3个熔断器、自供电电源、远方跳闸输入电路、系统复位电路、信号调理电路、电流泄放电路、跳闸脉冲输出电路、故障信息记录模块、人机交互模块、通信电路和微控制器组成。配电网的W、V、U三相上分别串接有1个电流互感器、1个断路器和1个熔断器。其中熔断器位于断路器和电流互感器之间。串接在配电网的W、V、U三相上的3个断路器有两种组成形式，一种是在配电网的每一相母线上各安装1个单相断路器来实现，另一种是在配电网上安装一个三相断路器来实现。同理，串接在配电网的W、V、U三相上的3个熔断器有两种组成形式，一种是在配电网的每一相母线上各安装1个单相熔断器来实现，另一种是在配电网上安装一个三相熔断器来实现。自供电电源输入端与串接在配电网的W、V、U三相上的3个电流互感器连接。远方跳闸输入电路的输入端与外部电压(AC220V和AC 110V)输入端连接，远方跳闸输入电路的输出端与自供电电源的跳闸信号输入端连接，远方跳闸输入电路的控制端与微控制器连接。电流泄放电路的输入端与自供电电源的泄放电流输出端连接，电流泄放电路的输出端通过导线接地，电流泄放电路的控制端与微控制器连接。自供电电源的电源输出端与系统复位电路、信号调理电路、远方跳闸输入电路和微控制器的输入端连接。系统复位电路和信号调理电路的输出端与微控制器连接。信号调理电路的控制端与微控制器连接。在本实施例中，自供电电源的电源输出端分别输出24V、5V和3.3V的电源信号，其中24V电源信号接跳闸脉冲输出电路，5V电源信号接系统复位电路和信号调理电路，3.3V电源信号接微控制器。微控制器通过跳闸脉冲输出电路与脱扣器的控制端连接，脱扣器的输出端与串接在配电网的W、V、U三相上的断路器连接。微控制器通过通信电路与上位机连接。故障信息记录模块与人机交互模块与微控制器相连。

上述信号调理电路如图2所示，其主要由整流电路、阻容分压电路、滤波电路、模拟放大电路与逻辑控制开关电路组成。整流电路的输入端形成信号调理电路的输入端，与自供电电源的电源输出端连接，整流电路的输出端与阻容分压电路的输入端连接，阻容分压电路的输出端与滤波电路的输入端连接，滤波电路的输出端接模拟放大电路的一个输入端。逻辑控制开关电路的输入端形成信号调理电路的控制端，与微控制器连接；逻辑控制开关电路的输出端接模拟放大电路的另一个输入端。模拟放大电路的输出端形成信号调理电路的输出端，与微控制器连接。

上述电流泄放电路如图3所示，其主要由电压比较器、MOS管开关电路与接地装置组成。电压比较器的输入端形成电流泄放电路的输入端，与自供电电源的电源输出端。电压比较器的输出端连接MOS管开关电路的输入端。MOS管开关电路的控制端形成电流泄放电路的控制端，与微控制器连接。MOS管开关电路的输出端与接地装置的输入端连接，接地装置的输出端形成电流泄放电路的输出端，通过导线接地。正常情况下，MOS管开关电路处于关闭状态，当串接在配电网上的电流互感器的一次侧电流突然增大时，二次侧电流也随之增大，此时储能电容电压大于电压比较器设定的参考电压，电压比较器输出高电平，MOS管开关电路导通，过剩的能量通过接地装置进行泄放。

电流互感器为穿芯式电流互感器，具有很宽的一次侧电流范围，能够与配电网自供电继电保护装置配合并为其提供不同等级的电流信号。自供电电源通过电流互感器CT从母线感应电能为配电网自供电继电保护装置供能。电流泄放电路由微控制器控制，当电路电流过大时，通过电流泄放电路泄放多余的能量。远方跳闸输入电路的输入端接入的外部220V与110V交流电压为电路供能。当电力线路发生故障需要远方脱扣器动作，但是24V电源输出的功率驱动不了脱扣器动作时，微控制器发出报警信号，并根据需要由远方跳闸输入电路输入220VAC与110VAC电压信号。当外部电压信号经远方跳闸输入电路向设备供能时，微控制器会检测到该信号并显示信号。信号调理电路将自供电电源输入的信号进行经处理后，输入到微控制器进行A/D采样运算，微控制器根据线路不同的运行状态及时的调整信号调理电路的增益倍数，从而使装置具有较宽的电流适应范围。微控制器根据自供电电源输入的信号实时监控三相电流和零序电流，当线路发生故障时，通过控制跳闸脉冲输出电路使脱扣器动作。此外，微控制器根据自供电电源输入的信号实时监测线路电流与电压的大小，当线路能量过大时，控制电流泄放电路将多余的能量进行泄放，维持能量的稳定。系统复位电路的作用是确保继电器在跳匝的瞬间能够稳定工作。脱扣器的动作通过微控制器控制跳闸脉冲输出电路实现。人机交互模块的作用是设定各种保护的阈值并根据不同的故障类型选择适当的反时限特性曲线。故障信息记录模块可以及时的存储故障信息。上位机通过通信电路能够读取系统的工作状态与记录的故障信息，便于后续的分析计算。

本实用新型具有很强的电流适用性，通过与断路器结合使用，当电力线路电流很小或者瞬间增大的故障电流，都能够迅速切除，跳闸后又可以迅速恢复正常。此外，本实用新型可以根据不同的保护要求，通过人机交互模块的开关来选择合适的反时限特性曲线。当断路器失灵时，熔断器可以作为后备保护。自供电电源与线路上的专用电流互感器连接；外部220V与110V交流电压信号通过远方跳闸输入电路为电路供能；电流泄放电路通过导线将多余的能量泄放；微控制器通过RS-485串行通信电路与上位机连接；脱扣器的动作通过微控制器控制跳闸脉冲输出电路实现。

本配电网自供电继电保护装置能够实现三段式过电流保护、接地保护等功能，无需额外提供辅助电源，通过专用CT直接从配电网的母线获取电能，在实际应用中能够解决以下问题：1、在小电流与大电流状态下，都能够稳定的从二次回路和外部输入电压信号获取装置工作以及驱动跳闸线圈的能量，具有很好的电流适用性；2、与断路器配合使用，组成联合保护系统，3、尽量选取低功耗原件；4、实现设备自供电；5、起动与跳闸瞬间，设备工作的稳定性。

需要说明的是，尽管以上本实用新型所述的实施例是说明性的，但这并非是对本实用新型的限制，因此本实用新型并不局限于上述具体实施方式中。在不脱离本实用新型原理的情况下，凡是本领域技术人员在本实用新型的启示下获得的其它实施方式，均视为在本实用新型的保护之内。

Claims (10)

1.一种配电网自供电继电保护装置，其特征在于：主要由3个电流互感器、3个断路器、自供电电源、远方跳闸输入电路、系统复位电路、信号调理电路、电流泄放电路、微控制器和跳闸脉冲输出电路组成；

配电网的W、V、U三相上各串接有1个电流互感器和1个断路器；自供电电源输入端与串接在配电网的W、V、U三相上的3个电流互感器连接；远方跳闸输入电路的输入端与外部电压输出端连接，远方跳闸输入电路的输出端与自供电电源的跳闸信号输入端连接，远方跳闸输入电路的控制端与微控制器连接；电流泄放电路的输入端与自供电电源的泄放电流输出端连接，电流泄放电路的输出端通过导线接地，电流泄放电路的控制端与微控制器连接；自供电电源的电源输出端与系统复位电路、信号调理电路、远方跳闸输入电路和微控制器的输入端连接；系统复位电路和信号调理电路的输出端与微控制器连接；信号调理电路的控制端与微控制器连接；微控制器通过跳闸脉冲输出电路与脱扣器的控制端连接，脱扣器的输出端与串接在配电网的W、V、U三相上的3个断路器连接。

2.根据权利要求1所述的一种配电网自供电继电保护装置，其特征在于：还进一步包括故障信息记录模块；该故障信息记录模块与微控制器连接。

3.根据权利要求1所述的一种配电网自供电继电保护装置，其特征在于：还进一步包括人机交互模块；该人机交互模块与微控制器连接。

4.根据权利要求1所述的一种配电网自供电继电保护装置，其特征在于：还进一步包括通信电路，该通信电路与微控制器连接，微控制器通过通信电路与外部上位机连接。

5.根据权利要求1所述的一种配电网自供电继电保护装置，其特征在于：还进一步包括3个熔断器；这3个熔断器分别串接在配电网的W、V、U三相上。

6.根据权利要求5所述的一种配电网自供电继电保护装置，其特征在于：熔断器位于电流互感器和断路器之间。

7.根据权利要求1所述的一种配电网自供电继电保护装置，其特征在于：远方跳闸输入电路的输入端输入的外部电压为AC220V和AC 110V。

8.根据权利要求1所述的一种配电网自供电继电保护装置，其特征在于：自供电电源的电源输出端分别输出24V、5V和3.3V的电源信号，其中24V电源信号接跳闸脉冲输出电路，5V电源信号接系统复位电路和信号调理电路，3.3V电源信号接微控制器。

9.根据权利要求1所述的一种配电网自供电继电保护装置，其特征在于：信号调理电路由整流电路、阻容分压电路、滤波电路、模拟放大电路与逻辑控制开关电路组成；整流电路的输入端形成信号调理电路的输入端，并与自供电电源的电源输出端连接，整流电路的输出端与阻容分压电路的输入端连接，阻容分压电路的输出端与滤波电路的输入端连接，滤波电路的输出端接模拟放大电路的一个输入端；逻辑控制开关电路的输入端形成信号调理电路的控制端，并与微控制器连接，逻辑控制开关电路的输出端接模拟放大电路的另一个输入端；模拟放大电路的输出端形成信号调理电路的输出端，并与微控制器连接。

10.根据权利要求1所述的一种配电网自供电继电保护装置，其特征在于：电流泄放电路由电压比较器、MOS管开关电路与接地装置组成；电压比较器的输入端形成电流泄放电路的输入端，并与自供电电源的电源输出端；电压比较器的输出端连接MOS管开关电路的输入端；MOS管开关电路的控制端形成电流泄放电路的控制端，并与微控制器连接；MOS管开关电路的输出端的接地装置的输入端连接，接地装置的输出端形成电流泄放电路的输出端，并通过导线接地。