CN208127874U - 一种基于无线通信的配电网继电保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及配电网的继电保护领域，具体涉及一种基于无线通信的配电网继电保护装置，适用于单电源的非环网辐射型线路的继电保护。一种基于无线通信的配电网继电保护装置，包括微机型线路保护装置和线路断路器，其特征在于，它还包括闭锁式保护装置，微机型线路保护装置对所在线路运行状态进行分析并进行保护判别，微机型线路保护装置发出的保护信号传输到闭锁式保护装置，由闭锁式保护装置再次处理后发送至线路断路器。本实用新型的实质性效果是：配网保护整定方便简洁，可大大压缩上级各保护的动作时限，更加快速隔离故障点，保护一次设备的安全稳定运行。

Description

一种基于无线通信的配电网继电保护装置

技术领域

本实用新型涉及配电网的继电保护领域，具体涉及一种基于无线通信的配电网继电保护装置，适用于单电源的非环网辐射型线路的继电保护。

背景技术

传统的上下级配网保护主要是靠整定的方法，实现上下级保护动作的选择性。若级差过小，容易造成越级动作，使停电范围扩大，不能满足配网自动化对供电可靠性的要求；若保持可靠的级差，下级区域内若出现大型的冲击性负荷，也可能带来下级的保护误动作，造成配网供电可靠性降低。因此，有必要通过一种技术手段实现保护能可靠感知故障信号，保证区内故障时保护动作的选择性，从而解决配电网上下级保护选择性差的难题，提高配网供电的可靠性。

中国专利号CN107482781A，公开日2017年12月15日，一种低压配电监控系统，公开了一种低压配电监控系统，包括：传感层、采集层及监控分析层；其中，传感层用于设置多种传感器对现场配电系统进行多维度监测，并控制所传感器产生相应的感应数据；其中，传感器的类型至少包括：温度传感器、SF6压力传感器、重力感应器、局部放电传感器、液位传感器、烟雾传感器、湿度传感器及生物移动监测器；采集层用于采集所述全部传感器感应产生的感应数据；监控分析层包括数据库和主站系统，其中所述主站系统用于对所述现场配电系统进行安全保护、异常报警、以及非法操作行为的监控，所述数据库用于存储数据，用户通过移动终端连接到所述主站系统，以获取或接收分析结果。虽然其监控内容较多和细致，但其经过采集大量数据和分析才能获得结果，获取结果周期较长，不能胜任故障的快速切除。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：目前配网继电保护选择性差，整定工作量大且繁杂的问题。提出了一种通过无线通信协调上下级保护装置之间动作策略的基于无线通信的配电网继电保护装置。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案为：一种基于无线通信的配电网继电保护装置，适用于包括微机型线路保护装置和线路断路器的单电源非环形区段线路，包括闭锁式保护装置，所述微机型线路保护装置对所在线路运行状态进行分析并进行保护判别，微机型线路保护装置发出的保护信号传输到闭锁式保护装置，由闭锁式保护装置再次处理后发送至线路断路器；所述闭锁式保护装置包括保护动作信号输入接口、保护动作信号输入寄存器、MCU、无线通信模块、存储器和保护动作信号输出接口，所述保护动作信号输入接口与微机型线路保护装置连接，接收微机型线路保护装置发送的保护动作信号，所述保护动作信号输入寄存器用于存储保护动作信号，所述保护动作信号输入寄存器、无线通信模块和存储器均与MCU连接，所述保护动作信号输出接口与线路断路器连接，MCU经保护动作信号输出接口向线路断路器发送保护信号可使线路断路器动作跳闸；所述无线通信模块包括天线、天线驱动模块、通信数据缓冲器、微处理器、SIM卡、SIM卡接口和串行通信端口，所述微处理器通过串行通信端口连接MCU，SIM卡通过SIM卡接口与微处理器连接，微处理器通过通信数据缓冲器连接天线驱动模块，天线驱动模块与天线连接，微处理器通过从MCU和SIM接收到信息并经过处理形成通信数据后，输入到通信数据缓冲器内，由天线驱动模块将通信数据缓冲器内的通信数据由天线发送出去。

所述微机型线路保护装置为三段过流保护装置、零序过流保护装置、失压保护装置、重合闸装置或过负荷保护装置。通过在微机型线路保护装置和线路断路器之间增设闭锁式保护装置，使闭锁式保护装置分布在单电源非环形区段线路的各个馈线和支路上，闭锁式保护装置能够获取微机型线路保护装置发出的保护动作信号，即能获取所在区段的故障信号，当闭锁式保护装置所在区段的微机型线路保护装置发出保护动作信号时，闭锁式保护装置首先通过无线通信将其所在区段出现故障的信息向相邻上级区段的闭锁式保护装置发送，而后检测是否收到下级的闭锁式保护装置发送的故障信号，若收到则闭锁与之连接的线路断路器，使其保持合闸，反之，则发送保护动作信号给线路断路器使其断开。当同样检测到微机型保护装置发出的保护动作信号的相邻上级区段闭锁式保护装置收到下级闭锁式保护装置发送的故障信息后，将闭锁与之相连的线路断路器，使其保持合闸。

作为优选，所述闭锁式保护装置还包括电流调制装置、电流调制装置驱动电路和电流信号解调装置，所述电流调制装置驱动电路与MCU连接，所述电流调制装置包括平板电容器、限流电阻、压电陶瓷、绝缘层和外壳，所述平板电容器第一极板绝缘固定在外壳内侧，平板电容器第二极板经绝缘层与压电陶瓷一端固定连接，压电陶瓷另一端固定在外壳内侧，压电陶瓷受电流调制装置驱动电路的驱动，所述平板电容器第一极板经限流电阻连接区段线路，且限流电阻与区段线路的连接点位于线路断路器前侧，平板电容第二极板接地，所述电流信号解调装置包括顺次连接的电流互感器、选频单元和模数转换单元，所述电流互感器与区段线路耦合，模数转换单元与MCU连接。通过压电陶瓷的周期性伸长和缩短，可以周期性改变平板电容器的容抗，若该周期较短，即平板电容器的容抗以一个较高频率变化，则会在区段线路中形成一个同频率的信号，通过该信号的幅值进行信号调制即可利用该信号在配电网线路中实时传递信息，传递的信息包括闭锁式保护装置所在区段的微机型保护装置是否发出保护动作信号及所在区段线路是否带电，能够辅助上级闭锁式保护装置判断是否依靠下级线路断路器即可将故障线路切除。

作为优选，所述闭锁式保护装置还包括电流调制装置、电流调制装置驱动电路和电流信号解调装置，所述电流调制装置驱动电路与MCU连接，所述电流调制装置包括平板电容器、限流电阻、第一压电陶瓷、第二压电陶瓷、第一绝缘层、第二绝缘层和外壳，所述平板电容器第一极板经过第一绝缘层与第一压电陶瓷第一端固定连接，平板电容器第二极板经过第二绝缘层与第二压电陶瓷第一端固定连接，所述第一压电陶瓷和第二压电陶瓷的第二端分别固定在外壳的两侧，第一压电陶瓷和第二压电陶瓷均受电流调制装置驱动电路的单独驱动，所述平板电容器第一极板经限流电阻连接区段线路，且限流电阻与区段线路的连接点位于线路断路器前侧，平板电容第二极板接地，所述电流信号解调装置包括顺次连接的电流互感器、选频单元和模数转换单元，所述电流互感器与区段线路耦合，模数转换单元与MCU连接。将平板电容器的两个极板分别通过第一压电陶瓷和第二压电陶瓷驱动，能够增大平板电容器的阻抗变化范围，增加信号幅度，利用上级闭锁式保护装置有效检出信号。

作为优选，所述闭锁式保护装置还包括断电发报装置，所述断电发报装置包括电容式电源、充电电路、电子开关、调制电路、功率放大电路、报文录入电路、报文存储器和发射天线，所述报文存储器与调制电路以及报文录入电路连接，所述发射天线经功率放大电路与调制电路连接，所述电容式电源经电子开关为调制电路和功率放大电路供电，所述充电电路输入端连接区段线路，充电电路输出端与电容式电源连接，所述电子开关在区段线路带电时断开，在区段线路无电时闭合。当区段线路由于出现故障而遭对应线路断路器切断时，区段线路掉电，此时由断电发报装置向上级闭锁式保护装置发送信号，能够使上级闭锁式保护装置确认故障线路已经被切除。当对应线路断路器因故障拒动时，上级闭锁式保护装置通过判断一定时限内未接收到断电发报装置发出的信号即可判断故障线路没有成功切除，从而及时发出动作信号，将区段线路从本级区段开始切除，达到切除故障线路和保护一次侧配电设备的安全。

作为优选，所述无线通信模块还包括GPS单元，所述GPS单元与微处理器通信连接，所述微处理器将GPS单元获取的位置信息作为通信数据内容的一部分发送。通过GPS信号能够方便维修人员判断故障位置，方便安排维修。

本实用新型的实质性效果是：配网保护整定方便简洁，可大大压缩上级各保护的动作时限，更加快速隔离故障点，保护一次设备的安全稳定运行。

附图说明

图1为闭锁式保护装置结构图。

图2为无线通信模块结构图。

图3为电流调制装置结构图。

图4为电流调制装置第二个实施例结构图。

图5为断电发报装置结构图。

其中：1、无线通信模块，2、保护动作信号输入寄存器，3、MCU，4、保护动作信号输出接口，5、微机型线路保护装置，6、保护动作信号输入接口，7、存储器，8、线路断路器，9、天线，10、串行通信端口，11、天线驱动模块，12、通信数据缓冲器，13、微处理器，14、SIM卡接口，15、SIM卡，16、GPS单元，17、区段线路，18、外壳，19、绝缘层，20、压电陶瓷，21、限流电阻，22、平板电容第一极板，23、平板电容第二极板，24、弹性压板，25、外壳，26、第一压电陶瓷，27、第一绝缘层，28、第二绝缘层，29、第二压电陶瓷，30、限流电阻，31、第一弹性压板，32、平板电容器第一极板，33、平板电容器第二极板，34、第二弹性压板，35、充电电路，36、电容式电源，37、电子开关，38、发射天线，39、报文存储器，40、调制电路，41、功率放大电路，42、报文录入电路。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步具体说明。

如图1所示，为闭锁式保护装置结构图，适用于包括微机型线路保护装置5和线路断路器8的单电源非环形区段线路，微机型线路保护装置5对所在线路运行状态进行分析并进行保护判别，微机型线路保护装置5发出的保护信号传输到闭锁式保护装置，由闭锁式保护装置再次处理后发送至线路断路器8。闭锁式保护装置包括保护动作信号输入接口6、保护动作信号输入寄存器2、MCU3、无线通信模块1、存储器7和保护动作信号输出接口4，保护动作信号输入接口6与微机型线路保护装置5连接，接收微机型线路保护装置5发送的保护动作信号，保护动作信号输入寄存器2用于存储保护动作信号，保护动作信号输入寄存器2、无线通信模块1和存储器7均与MCU3连接，保护动作信号输出接口4与线路断路器8连接，MCU3经保护动作信号输出接口4向线路断路器8发送保护信号可使线路断路器8动作跳闸。

配网继电保护的难题是上下级保护动作协调的问题，故障发生在下级区段线路，则只需要下级继电保护装置动作即可，然而由于故障电流同时流经上下级继电保护装置，使得上下级难以判断故障发生的确切区段，若通过无线通信的方式，将上下级继电保护装置的动作信息进行传递，可解决上下级保护动作协调难的问题，当故障发生后，监测到故障电流的配电网继电保护装置即微机型线路保护装置5均向闭锁式保护装置发送保护动作信号，而闭锁式保护装置则均第一时间向上级闭锁式保护装置发送信号，这样离故障发生区段最近的末端闭锁式保护装置将收不到其他闭锁式保护装置发送的信号，而自其溯上的闭锁式保护装置均可收到下级闭锁式保护装置发送的信号，因而从是否收到下级闭锁式保护装置发送的信号即可判断本级是处于故障区段还是故障区段的上级线路，从而进行准确的动作协调配合，未收到其他闭锁式保护装置发送的信号的闭锁式保护装置向与之连接的线路断路器8发送保护动作信号，使其将故障线路切断，收到下级闭锁式保护装置发送的信号的闭锁式保护装置闭锁与之连接的线路断路器8，使上级线路保持接通，即可快速切除故障线路，同时防止故障扩大。

如图2所示，为无线通信模块结构图，无线通信模块1包括天线9、天线驱动模块11、通信数据缓冲器12、微处理器13、SIM卡15、SIM卡接口14和串行通信端口10，微处理器13通过串行通信端口10连接MCU3，SIM卡15通过SIM卡接口14与微处理器13连接，微处理器13通过通信数据缓冲器12连接天线驱动模块11，天线驱动模块11与天线9连接，微处理器13通过从MCU3和SIM卡15接收到信息并经过处理形成通信数据后，输入到通信数据缓冲器12内，由天线驱动模块11将通信数据缓冲器12内的通信数据由天线9发送出去。SIM卡15能够存储加密信息，如地理位置、编号和上下级关系，也能够加密需要发送的无线信号，使无线通信具有较好的安全性。

如图3所示，为电流调制装置结构图，电流调制装置包括平板电容器、限流电阻21、压电陶瓷20、绝缘层19和外壳18，平板电容器第一极板22绝缘固定在外壳18内侧，平板电容器第二极板23经绝缘层19与压电陶瓷20一端固定连接，压电陶瓷20另一端固定在外壳18内侧，压电陶瓷20受电流调制装置驱动电路的驱动，平板电容器第一极板22经限流电阻21连接区段线路17，且连接点位于线路断路器8前侧，平板电容第二极板23接地，电流信号解调装置包括电流感应单元、选频单元和模数转换单元，电流感应单元通过与区段线路17耦合，测量区段线路17内电流并按设定比例缩小，选频单元从电流感应单元获取到的电流信号中选取出设定频率的信号，而后模数转换单元按照设定频率采样获取该频率信号所携带的信息。通过压电陶瓷20的周期性伸长和缩短，可以周期性改变平板电容器的容抗，若该周期较短，即平板电容器的容抗以一个较高频率变化，则会在区段线路17中形成一个同频率的信号，通过该信号的幅值进行信号调制即可利用该信号在配电网线路17中实时传递信息，传递的信息包括闭锁式保护装置所在区段的微机型保护装置5是否发出保护动作信号及所在区段线路17是否带电，能够辅助上级闭锁式保护装置判断是否依靠下级线路断路器8即可将故障线路切除。

如图4所示，为电流调制装置第二个实施例结构图，包括平板电容器、限流电阻30、第一压电陶瓷26、第二压电陶瓷29、第一绝缘层27、第二绝缘层28和外壳25，平板电容器第一极板32经过第一绝缘层27与第一压电陶瓷26第一端固定连接，平板电容器第二极板33经过第二绝缘层28与第二压电陶瓷29第一端固定连接，第一压电陶瓷26和第二压电陶瓷29的第二端分别固定在外壳25的两侧，第一压电陶瓷26和第二压电陶瓷29均受电流调制装置驱动电路的单独驱动，平板电容器第一极板32经限流电阻30连接区段线路17，且连接点位于线路断路器8前侧，平板电容第二极板33接地，电流信号解调装置包括电流感应单元、选频单元和模数转换单元，电流感应单元通过与区段线路17耦合，测量区段线路17内电流并按设定比例缩小，选频单元从电流感应单元获取到的电流信号中选取出设定频率的信号，而后模数转换单元按照设定频率采样获取该频率信号所携带的信息。将平板电容器的两个极板分别通过第一压电陶瓷26和第二压电陶瓷29驱动，能够增大平板电容器的阻抗变化范围，增加信号幅度，利用上级闭锁式保护装置有效检出信号。

如图5所示，为断电发报装置结构图，包括电容式电源36、充电电路35、电子开关37、调制电路40、功率放大电路41、报文录入电路42、报文存储器39和发射天线38，报文存储器39与调制电路40和报文录入电路42连接，发射天线38经功率放大电路41与调制电路40连接，电容式电源36经电子开关37为调制电路40和功率放大电路41供电，充电电路35连接区段线路17并为电容式电源充电，电子开关在区段线路17带电时断开，在区段线路17无电时闭合。当区段线路17由于出现故障而遭对应线路断路器8切断时，区段线路17掉电，此时由断电发报装置向上级闭锁式保护装置发送信号，能够使上级闭锁式保护装置确认故障线路已经被切除。当对应线路断路器8因故障拒动时，上级闭锁式保护装置通过判断一定时限内未接收到断电发报装置发出的信号即可判断故障线路没有成功切除，从而及时发出动作信号，将区段线路17从本级区段开始切除，达到切除故障线路和保护一次侧配电设备的安全。

以上所述的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，并非对本实用新型作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (9)

1.一种基于无线通信的配电网继电保护装置，适用于包括微机型线路保护装置和线路断路器的单电源非环形区段线路，其特征在于，

它还包括闭锁式保护装置，所述微机型线路保护装置与所在区段线路和闭锁式保护装置连接，所述闭锁式保护装置与线路断路器连接；

所述闭锁式保护装置包括保护动作信号输入接口、保护动作信号输入寄存器、MCU、无线通信模块、存储器和保护动作信号输出接口，所述保护动作信号输入接口与微机型线路保护装置连接，所述保护动作信号输入接口、保护动作信号输入寄存器、无线通信模块和存储器均与MCU连接，所述保护动作信号输出接口与线路断路器连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于无线通信的配电网继电保护装置，其特征在于，

所述闭锁式保护装置还包括电流调制装置、电流调制装置驱动电路和电流信号解调装置，所述电流调制装置驱动电路与MCU连接，所述电流调制装置包括平板电容器、限流电阻、压电陶瓷、绝缘层和外壳，所述平板电容器、限流电阻、压电陶瓷和绝缘层安装在外壳内，所述平板电容器第一极板绝缘固定在外壳内侧，平板电容器第二极板经绝缘层与压电陶瓷一端固定连接，压电陶瓷另一端固定在外壳内侧，压电陶瓷受电流调制装置驱动电路的驱动，所述平板电容器第一极板经限流电阻连接区段线路，且限流电阻与区段线路的连接点位于线路断路器前侧，平板电容第二极板接地，所述电流信号解调装置包括顺次连接的电流互感器、选频单元和模数转换单元，所述电流互感器与区段线路耦合，模数转换单元与MCU连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于无线通信的配电网继电保护装置，其特征在于，

所述闭锁式保护装置还包括电流调制装置、电流调制装置驱动电路和电流信号解调装置，所述电流调制装置驱动电路与MCU连接，所述电流调制装置包括平板电容器、限流电阻、第一压电陶瓷、第二压电陶瓷、第一绝缘层、第二绝缘层和外壳，所述平板电容器、限流电阻、第一压电陶瓷、第二压电陶瓷、第一绝缘层和第二绝缘层安装在外壳内，所述平板电容器第一极板经过第一绝缘层与第一压电陶瓷第一端固定连接，平板电容器第二极板经过第二绝缘层与第二压电陶瓷第一端固定连接，所述第一压电陶瓷和第二压电陶瓷的第二端分别固定在外壳的两侧，第一压电陶瓷和第二压电陶瓷均受电流调制装置驱动电路的单独驱动，所述平板电容器第一极板经限流电阻连接区段线路，且限流电阻与区段线路的连接点位于线路断路器前侧，平板电容第二极板接地，所述电流信号解调装置包括顺次连接的电流互感器、选频单元和模数转换单元，所述电流互感器与区段线路耦合，模数转换单元与MCU连接。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种基于无线通信的配电网继电保护装置，其特征在于，

所述闭锁式保护装置还包括断电发报装置，所述断电发报装置包括电容式电源、充电电路、电子开关、调制电路、功率放大电路、报文录入电路、报文存储器和发射天线，所述报文存储器与调制电路以及报文录入电路连接，所述发射天线经功率放大电路与调制电路连接，所述电容式电源经电子开关为调制电路以及功率放大电路供电，所述充电电路输入端连接区段线路，充电电路输出端与电容式电源连接，所述电子开关控制端与区段线路连接。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种基于无线通信的配电网继电保护装置，其特征在于，

所述微机型线路保护装置为三段过流保护装置、零序过流保护装置、失压保护装置、重合闸装置或过负荷保护装置。

6.根据权利要求4所述的一种基于无线通信的配电网继电保护装置，其特征在于，

所述微机型线路保护装置为三段过流保护装置、零序过流保护装置、失压保护装置、重合闸装置或过负荷保护装置。

7.根据权利要求1或2或3所述的一种基于无线通信的配电网继电保护装置，其特征在于，

所述无线通信模块还包括GPS单元，所述GPS单元与微处理器通信连接。

8.根据权利要求4所述的一种基于无线通信的配电网继电保护装置，其特征在于，

所述无线通信模块还包括GPS单元，所述GPS单元与微处理器通信连接。

9.根据权利要求1或2或3所述的一种基于无线通信的配电网继电保护装置，其特征在于，

所述无线通信模块包括天线、天线驱动模块、通信数据缓冲器、微处理器、SIM卡、SIM卡接口和串行通信端口，所述微处理器通过串行通信端口连接MCU，SIM卡通过SIM卡接口与微处理器连接，微处理器通过通信数据缓冲器连接天线驱动模块，天线驱动模块与天线连接。