CN104808102A - 一种继电保护直流操作回路在线监视与预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种继电保护直流操作回路在线监视与预警方法，直流操作回路包括合闸回路和跳闸回路；该包括以下步骤：分别搭建合闸回路监测支路和跳闸回路监测支路；合闸回路监测支路和跳闸回路监测支路中元件选择和参数整定；检测流过合/跳闸回路监测支路的电流值，并与合/跳闸回路断线报警电流值比较，判断合/跳闸回路是否存在断线。本发明通过搭建合/跳闸回路监测支路，在线监测流过合/跳闸回路监测支路的电流值，并根据监测电流大小判断回路是否存在断线问题，从而实现跳闸与合闸回路的完整性监视；该方法不仅可以实现直流操作回路的完整性全工况监视，并且不会对系统正常运行造成影响。

Description

一种继电保护直流操作回路在线监视与预警方法

技术领域

本发明涉及一种预警方法，具体涉及一种继电保护直流操作回路在线监视与预警方法。

背景技术

继电保护硬件缺陷是导致隐性故障发生的主要原因之一，由直流操作回路缺陷引起的保护不正确动作占相当高的比例，因而对直流操作回路进行有效的监视与预警是预防隐性故障、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。

面对我国要建设智能电网的需求，对电力系统设备和回路的在线监测将是实现其目标的重要举措之一。同时，电子元器件可靠性指标的不断提高，也为在线监测方法及措施的应用提供了可能。文献《带跳闸回路监视的断路器操作回路设计与实现》指出了一种串接高内阻继电器的跳闸回路断线监视方案，但该方案中合闸回路仍属于非全工况监视。同时，智能操作箱的概念也被提出，但在常规变电站中采用智能操作箱，不仅增加了系统的复杂性而且也不经济。目前，还没有成熟的手段实现直流操作回路全面有效的监视。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种继电保护直流操作回路在线监视与预警方法，通过搭建合/跳闸回路监测支路，在线监测流过合/跳闸回路监测支路的电流值，并根据监测电流大小判断回路是否存在断线问题，从而实现跳闸与合闸回路的完整性监视；该方法不仅可以实现直流操作回路的完整性全工况监视，并且不会对系统正常运行造成影响。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种继电保护直流操作回路在线监视与预警方法，所述直流操作回路包括合闸回路和跳闸回路；所述方法包括以下步骤：

分别搭建合闸回路监测支路和跳闸回路监测支路；

合闸回路监测支路和跳闸回路监测支路中元件选择和参数整定；

检测流过合/跳闸回路监测支路的电流值，并与合/跳闸回路断线报警电流值比较，判断合/跳闸回路是否存在断线。

所述合闸回路包括合闸保持继电器常开触点、第一自动合闸触点、第一手动合闸触点、合闸保持继电器、防跳继电器触点、第一断路器常闭辅助触点、合闸线圈和跳闸位置继电器。

所述合闸保持继电器常开触点、第一自动合闸触点、第一手动合闸触点并联后，与所述合闸保持继电器、防跳继电器触点、第一断路器常闭辅助触点和合闸线圈依次串联，所述跳闸位置继电器一端连接直流操作电源，另一端经第一断路器常闭辅助触点连接合闸线圈。

第一附加监测电阻、第一霍尔电流传感器、第一断路器常开辅助触点与合闸回路中的合闸线圈依次串联构成所述合闸回路监测支路。

所述跳闸回路包括跳闸保持继电器常开触点、第二自动跳闸触点、第二手动跳闸触点、跳闸保持继电器、第二断路器常开辅助触点、跳闸线圈和合闸位置继电器。

所述跳闸保持继电器常开触点、第二自动跳闸触点、第二手动跳闸触点并联后，与所述跳闸保持继电器、第二断路器常开辅助触点、跳闸线圈依次串联，所述合闸位置继电器一端连接直流操作电源，另一端经第二断路器常开辅助触点连接跳闸线圈。

第二附加监测电阻、第二霍尔电流传感器、第二断路器常闭辅助触点与跳闸回路中的跳闸线圈依次串联构成所述跳闸回路监测支路。

所述第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器均采用磁平衡式霍尔电流传感器。

合闸回路监测支路中元件的选择和参数的整定过程如下：

(1)断路器处于合闸位置时，第一断路器常闭辅助触点断开而第一断路器常开辅助触点闭合，此时第一附加监测电阻经第一霍尔电流传感器、第一断路器常开辅助触点与合闸线圈构成通路L1，忽略第一霍尔电流传感器的内阻，用U_n表示直流操作回路额定电压，R_c表示合闸线圈电阻，可知第一附加监测电阻的阻值R₁满足：

$\frac{110\%\×U_n}{R_c+R_1}\≤5\%\×\frac{U_n}{R_c}$

于是可得R₁≥21R_c，根据第一附加监测电阻的阻值R₁的范围，选择第一附加监测电阻，且要求第一附加监测电阻的额定功率大于实际承受功率的两倍以上，以保证其长期工作的可靠性；

(2)根据选择的第一附加监测电阻可知合闸回路监测支路的长期工作电流I_c为：

$I_c=\frac{U_n}{R_1+R_c}$

根据I_c的大小选择第一霍尔电流传感器；

(3)合闸回路的接触电阻用R_h表示，忽略合闸保持继电器的内阻，为了保证断路器可靠合闸，R_h需满足：

$\frac{U_n}{R_h+R_c}\×R_c\≥80\%\×U_n$

于是可得R_h≤0.25R_c；

合闸回路断线报警电流值用I_h表示，于是有：

$I_h=\frac{U_n}{R_1+R_c+R_h}.$

跳闸回路监测支路中元件的选择和参数的整定过程如下：

(1)断路器处于跳闸位置时，第二断路器常开辅助触点断开而第二断路器常闭辅助触点闭合，此时第二附加监测电阻经第二霍尔电流传感器、第二断路器常闭辅助触点与跳闸线圈构成通路L2，忽略第二霍尔电流传感器的内阻，用U_n表示直流操作回路额定电压，R_d表示跳闸线圈电阻，可知第二附加监测电阻的阻值R₂满足：

$\frac{110\%\×U_n}{R_d+R_2}\≤5\%\×\frac{U_n}{R_d}$

于是可得R₂≥21R_d，根据第二附加监测电阻的阻值R₂的范围，选择第二附加监测电阻，且要求第二附加监测电阻的额定功率大于实际承受功率的两倍以上，以保证其长期工作的可靠性；

(2)根据选择的第二附加监测电阻可知跳闸回路监测支路的长期工作电流I_d为：

$I_d=\frac{U_n}{R_2+R_d}$

根据I_d的大小选择第二霍尔电流传感器；

(3)跳闸回路的接触电阻用R_t表示，忽略跳闸保持继电器的内阻，为了保证断路器可靠跳闸，R_t需满足：

$\frac{U_n}{R_t+R_d}\×R_d\≥80\%\×U_n$

于是可得R_t≤0.25R_d；

跳闸回路断线报警电流值用I_t表示，于是有：

$I_t=\frac{U_n}{R_2+R_d+R_t}.$

当断路器处于合闸状态时，监测流过合闸回路监测支路的电流值，并将监测的合闸回路监测支路的电流值与合闸回路断线报警电流值I_h比较，若合闸回路监测支路的电流值小于合闸回路断线报警电流值I_h，则判断合闸回路出现接触不良或回路断线故障，发出报警信号。

当断路器处于跳闸状态时，监测流过跳闸回路监测支路的电流值，并将监测的跳闸回路监测支路的电流值与跳闸回路断线报警电流值I_t比较，若跳闸回路监测支路的电流值小于跳闸回路断线报警电流值I_t，则判断跳闸回路出现回路断线故障，发出报警信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明实现了直流操作回路的完整性全工况监视，能克服现有技术中合闸回路失去监视以及跳闸回路失去监视的不足；

本发明的监视灵敏度高，能够有效发现直流操作回路接触不良、回路断线问题；

本发明采用霍尔电流传感器，实现合/跳闸回路监测支路与合/跳闸回路之间完全电隔离，不会对断路器的主系统正常运行造成影响，而且精度高、响应快、体积小。

附图说明

图1是本发明实施例中合闸回路和合闸回路监测支路结构图；

图2是本发明实施例中跳闸回路和跳闸回路监测支路结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明提供一种继电保护直流操作回路在线监视与预警方法，所述直流操作回路包括合闸回路和跳闸回路；所述方法包括以下步骤：

分别搭建合闸回路监测支路和跳闸回路监测支路；

合闸回路监测支路和跳闸回路监测支路中元件选择和参数整定；

检测流过合/跳闸回路监测支路的电流值，并与合/跳闸回路断线报警电流值比较，判断合/跳闸回路是否存在断线。

如图1，所述合闸回路包括合闸保持继电器常开触点HBJ、第一自动合闸触点ZHJ、第一手动合闸触点SHJ、合闸保持继电器HBJ、防跳继电器触点TBJV、第一断路器常闭辅助触点QF1、合闸线圈HQ和跳闸位置继电器TWJ。

所述合闸保持继电器常开触点HBJ、第一自动合闸触点ZHJ、第一手动合闸触点ZHJ并联后，与所述合闸保持继电器HBJ、防跳继电器触点TBJV、第一断路器常闭辅助触点QF1和合闸线圈HQ依次串联，所述跳闸位置继电器TWJ一端连接直流操作电源+KW，另一端经第一断路器常闭辅助触点QF1连接合闸线圈HQ。

第一附加监测电阻R1、第一霍尔电流传感器HL1、第一断路器常开辅助触点QF2与合闸回路中的合闸线圈HQ依次串联构成所述合闸回路监测支路。

如图2，所述跳闸回路包括跳闸保持继电器常开触点TBJ、第二自动跳闸触点TJ、第二手动跳闸触点STJ、跳闸保持继电器TBJ、第二断路器常开辅助触点QF3、跳闸线圈TQ和合闸位置继电器HWJ。

所述跳闸保持继电器常开触点、TBJ第二自动跳闸触点TJ、第二手动跳闸触点STJ并联后，与所述跳闸保持继电器TBJ、第二断路器常开辅助触点QF3、跳闸线圈TQ依次串联，所述合闸位置继电器HWJ一端连接直流操作电源+KW，另一端经第二断路器常开辅助触点QF3连接跳闸线圈TQ。

第二附加监测电阻R2、第二霍尔电流传感器HL2、第二断路器常闭辅助触点QF4与跳闸回路中的跳闸线圈TQ依次串联构成所述跳闸回路监测支路。

所述第一霍尔电流传感器HL1和第二霍尔电流传感器HL2均采用磁平衡式霍尔电流传感器。

合闸回路监测支路中元件的选择和参数的整定过程如下：

(1)断路器处于合闸位置时，第一断路器常闭辅助触点断开QF1而第一断路器常开辅助触点QF2闭合，此时第一附加监测电阻R1经第一霍尔电流传感器HL1、第一断路器常开辅助触点QF2与合闸线圈构成通路L1，忽略第一霍尔电流传感器HL1的内阻，用U_n表示直流操作回路额定电压，R_c表示合闸线圈电阻，可知第一附加监测电阻的阻值R₁满足：

$\frac{110\%\×U_n}{R_c+R_1}\≤5\%\×\frac{U_n}{R_c}$

于是可得R₁≥21R_c，根据第一附加监测电阻的阻值R₁的范围，选择第一附加监测电阻R1，且要求第一附加监测电阻R1的额定功率大于实际承受功率的两倍以上，以保证其长期工作的可靠性；

(2)根据选择的第一附加监测电阻R1可知合闸回路监测支路的长期工作电流I_c为：

$I_c=\frac{U_n}{R_1+R_c}$

根据I_c的大小选择第一霍尔电流传感器HL1；

(3)合闸回路的接触电阻用R_h表示，忽略合闸保持继电器的内阻，为了保证断路器可靠合闸，R_h需满足：

$\frac{U_n}{R_h+R_c}\×R_c\≥80\%\×U_n$

于是可得R_h≤0.25R_c；

合闸回路断线报警电流值用I_h表示，于是有：

$I_h=\frac{U_n}{R_1+R_c+R_h}.$

跳闸回路监测支路中元件的选择和参数的整定过程如下：

(1)断路器处于跳闸位置时，第二断路器常开辅助触点QF3断开而第二断路器常闭辅助触点QF4闭合，此时第二附加监测电阻R2经第二霍尔电流传感器HL2、第二断路器常闭辅助触点QF4与跳闸线圈构成通路L2，忽略第二霍尔电流传感器的内阻，用U_n表示直流操作回路额定电压，R_d表示跳闸线圈电阻，可知第二附加监测电阻的阻值R₂满足：

$\frac{110\%\×U_n}{R_d+R_2}\≤5\%\×\frac{U_n}{R_d}$

于是可得R₂≥21R_d，根据第二附加监测电阻的阻值R₂的范围，选择第二附加监测电阻R2，且要求第二附加监测电阻R2的额定功率大于实际承受功率的两倍以上，以保证其长期工作的可靠性；

(2)根据选择的第二附加监测电阻R2可知跳闸回路监测支路的长期工作电流I_d为：

$I_d=\frac{U_n}{R_2+R_d}$

根据I_d的大小选择第二霍尔电流传感器HL2；

(3)跳闸回路的接触电阻用R_t表示，忽略跳闸保持继电器的内阻，为了保证断路器可靠跳闸，R_t需满足：

$\frac{U_n}{R_t+R_d}\×R_d\≥80\%\×U_n$

于是可得R_t≤0.25R_d；

跳闸回路断线报警电流值用I_t表示，于是有：

$I_t=\frac{U_n}{R_2+R_d+R_t}.$

当断路器处于合闸状态时，监测流过合闸回路监测支路的电流值，并将监测的合闸回路监测支路的电流值与合闸回路断线报警电流值I_h比较，若合闸回路监测支路的电流值小于合闸回路断线报警电流值I_h，则判断合闸回路出现接触不良或回路断线故障，发出报警信号。

当断路器处于跳闸状态时，监测流过跳闸回路监测支路的电流值，并将监测的跳闸回路监测支路的电流值与跳闸回路断线报警电流值I_t比较，若跳闸回路监测支路的电流值小于跳闸回路断线报警电流值I_t，则判断跳闸回路出现回路断线故障，发出报警信号。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (12)

1.一种继电保护直流操作回路在线监视与预警方法，其特征在于：所述直流操作回路包括合闸回路和跳闸回路；所述方法包括以下步骤：

分别搭建合闸回路监测支路和跳闸回路监测支路；

合闸回路监测支路和跳闸回路监测支路中元件选择和参数整定；

检测流过合/跳闸回路监测支路的电流值，并与合/跳闸回路断线报警电流值比较，判断合/跳闸回路是否存在断线。

2.根据权利要求1所述的继电保护直流操作回路在线监视与预警方法，其特征在于：所述合闸回路包括合闸保持继电器常开触点、第一自动合闸触点、第一手动合闸触点、合闸保持继电器、防跳继电器触点、第一断路器常闭辅助触点、合闸线圈和跳闸位置继电器。

3.根据权利要求2所述的继电保护直流操作回路在线监视与预警方法，其特征在于：所述合闸保持继电器常开触点、第一自动合闸触点、第一手动合闸触点并联后，与所述合闸保持继电器、防跳继电器触点、第一断路器常闭辅助触点和合闸线圈依次串联，所述跳闸位置继电器一端连接直流操作电源，另一端经第一断路器常闭辅助触点连接合闸线圈。

4.根据权利要求2所述的继电保护直流操作回路在线监视与预警方法，其特征在于：第一附加监测电阻、第一霍尔电流传感器、第一断路器常开辅助触点与合闸回路中的合闸线圈依次串联构成所述合闸回路监测支路。

5.根据权利要求4所述的继电保护直流操作回路在线监视与预警方法，其特征在于：所述跳闸回路包括跳闸保持继电器常开触点、第二自动跳闸触点、第二手动跳闸触点、跳闸保持继电器、第二断路器常开辅助触点、跳闸线圈和合闸位置继电器。

6.根据权利要求5所述的继电保护直流操作回路在线监视与预警方法，其特征在于：所述跳闸保持继电器常开触点、第二自动跳闸触点、第二手动跳闸触点并联后，与所述跳闸保持继电器、第二断路器常开辅助触点、跳闸线圈依次串联，所述合闸位置继电器一端连接直流操作电源，另一端经第二断路器常开辅助触点连接跳闸线圈。

7.根据权利要求5所述的继电保护直流操作回路在线监视与预警方法，其特征在于：第二附加监测电阻、第二霍尔电流传感器、第二断路器常闭辅助触点与跳闸回路中的跳闸线圈依次串联构成所述跳闸回路监测支路。

8.根据权利要求7所述的继电保护直流操作回路在线监视与预警方法，其特征在于：所述第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器均采用磁平衡式霍尔电流传感器。

9.根据权利要求1所述的继电保护直流操作回路在线监视与预警方法，其特征在于：合闸回路监测支路中元件的选择和参数的整定过程如下：

(1)断路器处于合闸位置时，第一断路器常闭辅助触点断开而第一断路器常开辅助触点闭合，此时第一附加监测电阻经第一霍尔电流传感器、第一断路器常开辅助触点与合闸线圈构成通路L1，忽略第一霍尔电流传感器的内阻，用U_n表示直流操作回路额定电压，R_c表示合闸线圈电阻，可知第一附加监测电阻的阻值R₁满足：

$\frac{100\%\×U_n}{R_c+R_1}\≤5\%\×\frac{U_n}{R_c}$

于是可得R₁≥21R_c，根据第一附加监测电阻的阻值R₁的范围，选择第一附加监测电阻，且要求第一附加监测电阻的额定功率大于实际承受功率的两倍以上，以保证其长期工作的可靠性；

(2)根据选择的第一附加监测电阻可知合闸回路监测支路的长期工作电流I_c为：

$I_c=\frac{U_n}{R_1+R_c}$

根据I_c的大小选择第一霍尔电流传感器；

(3)合闸回路的接触电阻用R_h表示，忽略合闸保持继电器的内阻，为了保证断路器可靠合闸，R_h需满足：

$\frac{U_n}{R_h+R_c}\×R_c\≥80\%\×U_n$

于是可得R_h≤0.25R_c；

合闸回路断线报警电流值用I_h表示，于是有：

$I_h=\frac{U_n}{R_1+R_c+R_h}.$

10.根据权利要求1所述的继电保护直流操作回路在线监视与预警方法，其特征在于：跳闸回路监测支路中元件的选择和参数的整定过程如下：

(1)断路器处于跳闸位置时，第二断路器常开辅助触点断开而第二断路器常闭辅助触点闭合，此时第二附加监测电阻经第二霍尔电流传感器、第二断路器常闭辅助触点与跳闸线圈构成通路L2，忽略第二霍尔电流传感器的内阻，用U_n表示直流操作回路额定电压，R_d表示跳闸线圈电阻，可知第二附加监测电阻的阻值R₂满足：

$\frac{100\%\×U_n}{R_d+R_2}\≤5\%\×\frac{U_n}{R_d}$

于是可得R₂≥21R_d，根据第二附加监测电阻的阻值R₂的范围，选择第二附加监测电阻，且要求第二附加监测电阻的额定功率大于实际承受功率的两倍以上，以保证其长期工作的可靠性；

(2)根据选择的第二附加监测电阻可知跳闸回路监测支路的长期工作电流I_d为：

$I_d=\frac{U_n}{R_2+R_d}$

根据I_d的大小选择第二霍尔电流传感器；

(3)跳闸回路的接触电阻用R_t表示，忽略跳闸保持继电器的内阻，为了保证断路器可靠跳闸，R_t需满足：

$\frac{U_n}{R_t+R_d}\×R_d\≥80\%\×U_n$

于是可得R_t≤0.25R_d；

跳闸回路断线报警电流值用I_t表示，于是有：

$I_t=\frac{U_n}{R_2+R_d+R_t}.$

11.根据权利要求9所述的继电保护直流操作回路在线监视与预警方法，其特征在于：当断路器处于合闸状态时，监测流过合闸回路监测支路的电流值，并将监测的合闸回路监测支路的电流值与合闸回路断线报警电流值I_h比较，若合闸回路监测支路的电流值小于合闸回路断线报警电流值I_h，则判断合闸回路出现接触不良或回路断线故障，发出报警信号。

12.根据权利要求10所述的继电保护直流操作回路在线监视与预警方法，其特征在于：当断路器处于跳闸状态时，监测流过跳闸回路监测支路的电流值，并将监测的跳闸回路监测支路的电流值与跳闸回路断线报警电流值I_t比较，若跳闸回路监测支路的电流值小于跳闸回路断线报警电流值I_t，则判断跳闸回路出现回路断线故障，发出报警信号。