專利名稱：抗電流互感器飽和靜態(tài)集成電流繼電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電流繼電器，尤其是指一種抗電流互感器飽和靜態(tài)集成電流繼電器，該繼電器用于電力系統(tǒng)。
電力系統(tǒng)中對一次大電流的保護與測量都要用到電流互感器(CT)，正常情況下，CT二次側(cè)電流波形與一次側(cè)相同，均為正弦波，幅值為I2＝I1/n(n為變比)，保護測量系統(tǒng)根據(jù)CT二次值換算CT一次側(cè)電流值。CT一般都工作于非飽和區(qū)，當(dāng)CT一次電流大于額定值十幾倍以上時，鐵芯飽和，輸出幅值減小，誤差增大。
近幾年，隨著電網(wǎng)容量的增大，短路電流大幅增加(由幾KA增至幾十KA)，CT飽和導(dǎo)致保護裝置拒動或母差保護誤動的情況時有發(fā)生，使電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行受到損害。
國內(nèi)目前研究或應(yīng)用的抗CT飽和方案，有如下幾種1、波形判據(jù)法以電流量為判別量，采用瞬時值算法，對飽和電流進行波形相位比較，判別區(qū)內(nèi)、區(qū)外故障。
2、局部測算法利用過零點后2ms～3ms真實傳變區(qū)采點計算，推算電流有效值。
3、基于采樣值的CT飽和同步識別法與電流比相法，在CT飽和時閉鎖差動保護出口，躲過故障非周期分量，避免母差保護誤動。
國外目前采用抗CT飽和技術(shù)方案有1、瑞典ASEA公司的RADS5母線保護裝置中，應(yīng)用中阻抗原理抗CT飽和。
2、瑞士原BBC公司的INX5母線保護裝置采用“飽和發(fā)生器”，避免裝置在CT飽和時誤動。
3、ABB公司新推出的REB500微機保護裝置采用“靜態(tài)最大值保持法”結(jié)合傅氏變換來判別CT飽和。
其他方案還有利用速飽和變換器延時將電流送入差動回路以躲開故障電流的暫態(tài)過程來實現(xiàn)抗CT飽和目的；利用飽和時有較大諧波量作為CT飽和檢測判別等。
上述方案各有側(cè)重，主要針對非周期暫態(tài)分量進行判別，適用于微機型母線差動保護，大多應(yīng)用于高壓、超高壓輸電線路中，一般中高壓輸電系統(tǒng)中較少采用。電力系統(tǒng)繼電保護中大量采用的啟動元件—電流繼電器在CT飽和時觸點動作不可靠，會發(fā)生抖動或拒動，由電流繼電器啟動的時間繼電器便處于啟動→返回→啟動→返回……，保護無法出口跳閘，導(dǎo)致越級跳閘事故。
目前電力系統(tǒng)主要從兩方面著手解決CT飽和問題一是增大變比，二是提高CT帶載能力，同時降低CT二次負載，避免CT飽和使電流繼電器拒動。
這種方案有明顯的不利之處換CT以增大變比，不但投資大，工作量大，停電時間長，社會效益和經(jīng)濟效益不佳，而且測量表計需配套更換，保護定值精度受影響(大變比CT正常輸出值較小)。降低CT負擔(dān)，只能提高10％電流值，抗飽和能力有限，而短路電流可大至30KA，遠超過10％電流值。因此，研發(fā)抗CT飽和電流繼電器，保證在CT飽和情況下電流繼電器也能正確可靠動作，應(yīng)是理想解決方案。
對CT飽和時電流分析，有如下特征1、波形畸變，非正弦波，有效值減小。
2、二次阻抗飽和電流繼電器越大，CT負荷越大，CT也更容易飽和。
3、深度飽和時，CT無輸出，間斷角增大。
4、飽和的兩種情況一是暫態(tài)電流分量使CT飽和，波形偏于時間軸一側(cè)，此時無CT輸出。二是穩(wěn)態(tài)周期短路，CT飽和時輸出對稱飽和畸變波形。
5、飽和電流有高次諧波存在。
6、每次過零點后2ms～3ms內(nèi)，仍有一段真實傳變區(qū)。
針對目前電力系統(tǒng)中，因電網(wǎng)容量增大，故障時CT飽和導(dǎo)致保護拒動，造成越級跳閘而擴大停電范圍的現(xiàn)象，本實用新型的目的在于提供一種抗電流互感器飽和靜態(tài)集成電流繼電器，保證在正常狀態(tài)及CT飽和情況下，均能正確可靠動作，只需簡單地更換電流繼電器，無需更換CT即可解決CT飽和問題，既可節(jié)約資金，減少工作量，又不會降低保護測量精度，無需更換測量表計系統(tǒng)，可大大減少停電時間，能產(chǎn)生很好的經(jīng)濟效益與社會效益。
為達到上述目的，本實用新型采取的解決方案是一種抗電流互感器飽和靜態(tài)集成電流繼電器，其特征在于由CT飽和判別回路和常規(guī)電流繼電器組合而成，CT飽和判別回路由間斷角檢測電路、鑒幅閉鎖電路、飽和特征甄別電路、脈沖展寬延時電路依次組成，還有一暫態(tài)抑制電路在電源上電和斷電瞬間閉鎖常規(guī)電流繼電器和CT飽和判別回路出口。
本實用新型具有如下有益效果1、由于具有間斷角檢測電路這種新的CT飽和鑒別方法(可稱之謂“間斷角飽和識別法”)，當(dāng)檢測出飽和波形存在間斷角時立即驅(qū)動出口。
2、正常時，CT輸出正弦波電流，此時抗飽和電流繼電器與常規(guī)電流繼電器特性一致，輸入電流的有效值大于整定值時即動作出口。動作依據(jù)CT二次電流有效值。定值精度整定誤差小于3％。
3、飽和時，CT輸出畸變飽和波形，此時抗飽和電流繼電器能正確識別出CT飽和并出口動作。動作判據(jù)CT飽和特征判據(jù)。定值精度不要求。因為飽和時CT一次電流超過額定值10～200倍，遠遠大于動作定值。
4、相比于更換CT，換本實用新型無疑更省時省工省力，并節(jié)約投資。以一個地區(qū)級供電局為例，若更換CT1千只計，連同測量表計配套改造，投資超過400萬，這尚且不包括施工投入及停電造成的損失。若僅更換本實用新型，所需資金約70萬元～80萬元，節(jié)約資金4/5，且輕松便捷，同時也實現(xiàn)了電流繼電器的升級換代，極受用戶歡迎。以此類推，本實用新型全國的推廣應(yīng)用將產(chǎn)生更為可觀的經(jīng)濟效益與積極的社會效益。
5、隨著電網(wǎng)規(guī)模及容量的不斷擴大，過去不易發(fā)生的CT飽和問題日漸增多，CT飽和的危害性及解決該問題的迫切性日益凸顯。使用本實用新型，提供了一個解決CT飽和問題最為簡便、經(jīng)濟、有效的手段。
下面結(jié)合實施例及其附圖對本實用新型及其產(chǎn)生的積極效果再作描述。
圖1是本實施例的原理框圖。
圖2是本實施例中常規(guī)電流繼電器的電路原理圖。
圖3是本實施例中CT飽和判別回路電路原理圖。
如圖1所示，一種抗電流互感器飽和靜態(tài)集成電流繼電器，其特征在于由CT飽和判別回路和常規(guī)電流繼電器組合而成，CT飽和判別回路由間斷角檢測電路、鑒幅閉鎖電路、飽和特征甄別電路、脈沖展寬延時電路依次組成，還有一暫態(tài)抑制電路在電源上電和斷電瞬間閉鎖常規(guī)電流繼電器和CT飽和判別回路出口。
本實施例以現(xiàn)有常規(guī)電流繼電器為基礎(chǔ)，另增設(shè)CT飽和判別回路，兩者分別完成CT不飽和與飽和時故障判別并驅(qū)動出口。CT飽和判別回路對飽和波形間斷角進行檢測，當(dāng)檢測出飽和波形存在36°～126°間斷角時(相應(yīng)于CT飽和值約10～200倍額定電流)，即認為飽和判據(jù)成立，立即驅(qū)動出口。
如圖3所示，間斷角檢測電路包括集成塊IC4↓雙運放比較器，采樣波形分別經(jīng)電阻RL1↓、RL2↓接集成塊IC4↓反相輸入端2腳和同相輸入端5腳，集成塊IC4↓3、6腳外接門檻分壓設(shè)定電阻RL3↓、RL4↓、RL5↓、RL6↓，二極管DL1↓、DL2↓陰極分別接集成塊IC4↓1、7腳，陽極相連輸出脈沖，電阻RL7↓一端接正電源VCC，另一端接脈沖輸出端。
如圖3所示，集成塊IC5↓2腳外接門檻設(shè)定元件電阻RL15↓、RL16↓，集成塊IC5↓3腳輸入采樣波形，集成塊IC5↓1腳輸出控制脈沖，經(jīng)二極管DL5↓電平變換后，集成塊IC6↓將控制脈沖展寬延時，經(jīng)二極管DL3↓加到間斷角檢測電路輸出端，集成塊IC6↓1、2腳外接展寬時間常數(shù)設(shè)定元件電容CL2↓、電阻RL12↓，集成塊IC6↓3、5腳相連經(jīng)上拉電阻RL18↓接正電源VCC，構(gòu)成所述的鑒幅閉鎖電路。
如圖3所示，間斷點檢測輸出脈沖經(jīng)電阻RL8↓、二極DL4↓加至電容CL1↓，集成塊IC5↓6腳外接電阻RL10↓、RL9↓與電容CL1↓共同組成飽和判據(jù)甄別電路，集成塊IC5↓7腳輸出真實飽和特征脈沖。
如圖2和圖3所示，飽和特征脈沖經(jīng)電阻RL11↓、二極管DL6↓電平變換輸入集成塊IC6↓12腳，集成塊IC6↓將飽和特征脈沖展寬經(jīng)確認后輸出高電平，經(jīng)電阻RL19↓、二極管DL7↓、電容CL4↓積分延時，通過穩(wěn)壓管WL1↓、二極管DL12↓加至出口驅(qū)動三極管T1↓基級，集成塊IC6↓1、2腳外接展寬時間常數(shù)設(shè)定元件電阻RL12↓、電容CL2↓，構(gòu)成所述的脈沖展寬延時電路。
如圖2所示，電磁兼容(EMI)抗干擾電路電源回路由電感I1↓、I2↓、電容C10↓、C11↓組成，正負電源先經(jīng)EMI電路吸收傳導(dǎo)干擾脈沖后，再為裝置供電，信號通道采用片狀EMI濾波器，采樣放大后波形經(jīng)EMI元件濾去高次諧波，經(jīng)電阻RL1↓、RL2↓輸入間斷角檢測電路。
如圖3所示，集成塊ICF↓與外圍元件構(gòu)成暫態(tài)抑制電路，正電源V+經(jīng)電阻RL32↓、穩(wěn)壓管WL3↓接集成塊ICF↓2腳，+12V電源建立后經(jīng)電阻RL31↓、二極管DL10↓、電容CL5↓、二極管DL11↓網(wǎng)絡(luò)維持集成塊ICF↓2腳在掉電時的電平，集成塊ICF↓3腳外接電阻RL30↓、穩(wěn)壓管WL2↓、電容CL6↓積分延時電路，二極管DL9↓快速釋放CL6電荷，集成塊ICF↓1腳輸出控制電平分別經(jīng)二極管DL8↓、DL13↓接常規(guī)電流繼電器輸出端以及CT飽和判據(jù)回路電路輸出端。
本實例具有如下特點1、對CT飽和特征判別回路來說，電流波形過零點也是一個小的間斷點，幅值越小，該間斷點越寬，故裝置設(shè)有鑒幅閉鎖電路，當(dāng)電流幅值較小，不會導(dǎo)致CT飽和時，將CT飽和判別回路退出，電流大于閾值時才投入。
2、飽和特征甄別電路用于甑別過零點與間斷角，輸出真實飽和判據(jù)。
3、脈沖展寬延時電路確認飽和判據(jù)，防止脈沖干擾誤判。
4、EMI抗干擾電路截止并吸收窄尖峰干擾脈沖，對傳導(dǎo)干擾有很強的抑制作用，提高可靠性。
5、暫態(tài)抑制電路在電源升降的暫態(tài)過程中，組合邏輯電路邏輯關(guān)系易錯誤。該電路可使組合邏輯電路避開暫態(tài)過程，確保邏輯關(guān)系正確可靠。
權(quán)利要求1.一種抗電流互感器飽和靜態(tài)集成電流繼電器，其特征在于由電流互感器飽和判別回路和常規(guī)電流繼電器組合而成，電流互感器飽和判別回路由間斷角檢測電路、鑒幅閉鎖電路、飽和特征甄別電路、脈沖展寬延時電路依次組成，還有一暫態(tài)抑制電路在電源上電和斷電瞬間閉鎖常規(guī)電流繼電器和CT飽和判別回路出口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗電流互感器飽和靜態(tài)集成電流繼電器，其特征在于間斷角檢測電路包括集成塊IC4↓雙運放比較器，采樣波形分別經(jīng)電阻RL1↓、RL2↓接集成塊IC4↓反相輸入端2腳和同相輸入端5腳，集成塊IC4↓3、6腳外接門檻分壓設(shè)定電阻RL3↓、RL4↓、RL5↓、RL6↓，二極管DL1↓、DL2↓陰極分別接集成塊IC4↓1、7腳，陽極相連輸出脈沖，電阻RL7↓一端接正電源VCC，另一端接脈沖輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗電流互感器飽和靜態(tài)集成電流繼電器，其特征在于集成塊IC5↓2腳外接門檻設(shè)定元件電阻RL15↓、RL16↓，集成塊IC5↓3腳輸入采樣波形，集成塊IC5↓1腳輸出控制脈沖，經(jīng)二極管DL5↓電平變換后，集成塊IC6↓將控制脈沖展寬延時，經(jīng)二極管DL3↓加到間斷角檢測電路輸出端，集成塊IC6↓1、2腳外接展寬時間常數(shù)設(shè)定元件電容CL2↓、電阻RL12↓，集成塊IC6↓3、5腳相連經(jīng)上拉電阻RL18↓接正電源VCC，構(gòu)成所述的鑒幅閉鎖電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗電流互感器飽和靜態(tài)集成電流繼電器，其特征在于間斷點檢測輸出脈沖經(jīng)電阻RL8↓、二極DL4↓加至電容CL1↓，集成塊IC5↓6腳外接電阻RL10↓、RL9↓與電容CL1↓共同組成飽和判據(jù)甄別電路，集成塊IC5↓7腳輸出真實飽和特征脈沖。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗電流互感器飽和靜態(tài)集成電流繼電器，其特征在于飽和特征脈沖經(jīng)電阻RL11↓、二極管DL6↓電平變換輸入集成塊IC6↓12腳，集成塊IC6↓將飽和特征脈沖展寬經(jīng)確認后輸出高電平，經(jīng)電阻RL19↓、二極管DL7↓、電容CL4↓積分延時，通過穩(wěn)壓管WL1↓、二極管DL12↓加至出口驅(qū)動三極管T1↓基級，集成塊IC6↓1、2腳外接展寬時間常數(shù)設(shè)定元件電阻RL12↓、電容CL2↓，構(gòu)成所述的脈沖展寬延時電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗電流互感器飽和靜態(tài)集成電流繼電器，其特征在于電源回路由電感I1↓、I2↓、電容C10↓、C11↓組成，正負電源先經(jīng)EMI電路吸收傳導(dǎo)干擾脈沖后，再為裝置供電，信號通道采用片狀電磁兼容濾波器，采樣放大后波形經(jīng)電磁兼容元件濾去高次諧波，經(jīng)電阻RL1↓、RL2↓輸入間斷角檢測電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗電流互感器飽和靜態(tài)集成電流繼電器，其特征在于集成塊ICF↓與外圍元件構(gòu)成暫態(tài)抑制電路，正電源V+經(jīng)電阻RL32↓、穩(wěn)壓管WL3↓接集成塊ICF↓2腳，+12V電源建立后經(jīng)電阻RL31↓、二極管DL10↓、電容CL5↓、二極管DL11↓網(wǎng)絡(luò)維持集成塊ICF↓2腳在掉電時的電平，集成塊ICF↓3腳外接電阻RL30↓、穩(wěn)壓管WL2↓、電容CL6↓積分延時電路，二極管DL9↓快速釋放CL6電荷，集成塊ICF↓1腳輸出控制電平分別經(jīng)二極管DL8↓、DL13↓接常規(guī)電流繼電器輸出端以及電流互感器飽和判據(jù)回路電路輸出端。
專利摘要一種抗電流互感器飽和靜態(tài)集成電流繼電器,其特征在于由CT飽和判別回路和常規(guī)電流繼電器組合而成,CT飽和判別回路由間斷角檢測電路、鑒幅閉鎖電路、飽和特征甄別電路、脈沖展寬延時電路依次組成,還有一暫態(tài)抑制電路在電源上電和斷電瞬間閉鎖常規(guī)電流繼電器和CT飽和判別回路出口。它保證在正常狀態(tài)及CT飽和情況下,均能正確可靠動作,只需簡單地更換繼電器,無需更換CT即可解決CT飽和問題。
文檔編號H01H47/00GK2457724SQ0026252
公開日2001年10月31日 申請日期2000年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月17日
發(fā)明者繆仙榮 申請人:樂清市愛光電氣有限公司