專利名稱：一種可區(qū)分短路與諧波的繼電保護(hù)系統(tǒng)及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種可區(qū)分短路與諧波的繼電保護(hù)系統(tǒng)及其工作方法。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的主要任務(wù)就是在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，以盡可能短的時(shí)間有選擇地切除故障線路。一般繼電保護(hù)裝置是由測(cè)量比較元件、邏輯判斷元件和執(zhí)行輸出元件三部分組成。目前，為了適應(yīng)快速發(fā)展的電力事業(yè)，使得電網(wǎng)可以連續(xù)、安全、可靠的為用戶提供高質(zhì)量的電能，數(shù)字式繼電保護(hù)控制技術(shù)越來越多的應(yīng)用于實(shí)際操作中，從而提高了繼電保護(hù)裝置的各方面性能。目前，幾乎所有的繼電保護(hù)裝置，尤其是量度繼電器，其閥值的設(shè)置都是基于對(duì)各電氣量在系統(tǒng)正常運(yùn)行和故障運(yùn)行的兩種不同運(yùn)行狀態(tài)下存在的差別進(jìn)行分析，并沒有考慮不正常運(yùn)行狀態(tài)的運(yùn)行特性。然而，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是可控硅技術(shù)的應(yīng)用，使得系統(tǒng)在運(yùn)行過程中產(chǎn)生大量的諧波，對(duì)電力系統(tǒng)構(gòu)成了嚴(yán)重的危害，尤其是給繼電保護(hù)等自動(dòng)化裝置的正常運(yùn)作造成很大的影響。就繼電保護(hù)本身而言，它可以區(qū)分故障狀態(tài)和由諧波引起的不正常運(yùn)行狀態(tài)的能力很差?？梢?，如何快速、有效地區(qū)分電力系統(tǒng)故障運(yùn)行狀態(tài)和不正常運(yùn)行狀態(tài)，尤其是短路故障和諧波狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)裝置正確、可靠地動(dòng)作變得非常重要。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于發(fā)明一種可區(qū)分短路與諧波的繼電保護(hù)系統(tǒng)及其工作方法，它運(yùn)用經(jīng)典的對(duì)稱分量法的序電流理論，并結(jié)合高性能處理器，可較好的克服上述傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)，是一種快速度、高精度、可有效區(qū)分短路與諧波的繼電保護(hù)系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術(shù)方案一種可區(qū)分短路與諧波的繼電保護(hù)系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)，其特征在于系統(tǒng)還包括數(shù)字信號(hào)處理單元、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、開關(guān)量輸入/輸出模塊、電源模塊、報(bào)警模塊及人機(jī)交換模塊；所說的數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接外部電壓互感器和電流互感器，其輸出端連接數(shù)字信號(hào)處理單元的輸入端；所說的開關(guān)量輸入/輸出模塊的輸入端分別連接數(shù)字信號(hào)處理單元和保護(hù)單元的輸出端，其輸出端連接保護(hù)單元的輸入端；所說的電源模塊輸出端接數(shù)字信號(hào)處理單元的輸入端；中央處理模塊與人機(jī)交換模塊呈雙向連接；所說的報(bào)警模塊的輸入端連接數(shù)字信號(hào)處理單元的輸出端。
上述所說的數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊由電壓、電流交流采樣前端電路、濾波、放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路組成；交流采樣前端電路將采集的電流信號(hào)，經(jīng)過二次電流互感器后變換為小電流量，小電流量再經(jīng)濾波、放大電路后，變換為A/D轉(zhuǎn)換器可以接受的電壓范圍并存儲(chǔ)數(shù)字信號(hào)處理單元RAM中；濾波電路采用二階低通有源濾波器。
上述所說的電壓、電流交流采樣前端電路用D11、D12、D21、D22構(gòu)成輸入限幅保護(hù)，用R24、R25、R26、R34、R35、R36、C11、C12、C16、C17構(gòu)成互感器相移補(bǔ)償及阻容濾波電路；所說的濾波、放大電路用R1、R2、R3、R4、R5、R6及比較器構(gòu)成；所說的A/D轉(zhuǎn)換電路由R6、R7、R8、R9、R10、R11、C3、比較器U3A、U4A和A/D轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成。
上述所說的數(shù)字信號(hào)處理單元由數(shù)字信號(hào)處理芯片、電源管理模塊、晶振電路和數(shù)據(jù)總線驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成；所說的數(shù)據(jù)總線驅(qū)動(dòng)電路、電源管理模塊、晶振電路的輸出端分別連接數(shù)字信號(hào)處理芯片的輸入端。
上述所說的數(shù)字信號(hào)處理芯片是單片機(jī)或DSP芯片；電源管理模塊由雙電源供電器件及周邊電阻R15、R16、C1、C2電容構(gòu)成；晶振電路由給數(shù)字信號(hào)處理芯片提供時(shí)鐘信號(hào)的電容C3、C4和晶振體U2構(gòu)成；數(shù)據(jù)總線驅(qū)動(dòng)電路由一片雙向數(shù)據(jù)緩沖器構(gòu)成；其中電源管理模塊與晶振電路的輸出與DSP芯片相連，輸入與交流采樣電路的輸出相連。
上述所說的人機(jī)交換模塊由通訊模塊和鍵盤與顯示模塊構(gòu)成；其中所說的鍵盤的輸出端連接數(shù)字信號(hào)處理單元的輸入端，所說的顯示模塊的輸入端連接數(shù)字信號(hào)處理單元的輸出端；所說的鍵盤可以采用工作于中斷方式的行列式鍵盤，顯示模塊可以采用彩色液晶顯示器。
一種可區(qū)分短路與諧波的繼電保護(hù)系統(tǒng)的工作方法，其特征在于它包括以下步驟①系統(tǒng)投入運(yùn)行，數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊中的電壓、電流交流采樣前端電路實(shí)時(shí)采集的電流信號(hào)，經(jīng)過電流互感器后將其變換為小電流量，小電流量再經(jīng)濾波、放大電路后，變換為A/D轉(zhuǎn)換器可以接受的電壓范圍并存儲(chǔ)數(shù)字信號(hào)處理單元RAM中，此時(shí)的信號(hào)為數(shù)字信號(hào)處理單元可以接受的數(shù)字式信號(hào)；
②接收到數(shù)字信號(hào)后，計(jì)算機(jī)將啟動(dòng)測(cè)量比較步驟，判斷此時(shí)采集的電流值所對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)運(yùn)行方式、相應(yīng)的繼電保護(hù)的整定參數(shù)值及等效阻抗，并將采集到的電流信號(hào)與整定參數(shù)值進(jìn)行比較；③當(dāng)檢測(cè)出系統(tǒng)中的電流值發(fā)生異常的變化時(shí)，計(jì)算機(jī)將啟動(dòng)區(qū)分短路和諧波狀態(tài)的邏輯判斷步驟，將系統(tǒng)的電流分解成正序、負(fù)序和零序電流，并做進(jìn)一步的比較判斷，以區(qū)分短路和諧波；④最后將判斷的結(jié)果以開關(guān)量的形式通知繼電保護(hù)的執(zhí)行裝置是否動(dòng)作。
上述所說的步驟③中的區(qū)分短路和諧波狀態(tài)的邏輯判斷步驟是由以下步驟構(gòu)成(1)將采集到的電流信號(hào)分解成正序、負(fù)序和零序的電流形式；(2)判斷系統(tǒng)線路中流過的電流是否大于繼電保護(hù)的整定值，“是”則轉(zhuǎn)(3)，“否”則轉(zhuǎn)(11)；(3)判斷零序電流是否為零，“是”則轉(zhuǎn)(4)，“否”則轉(zhuǎn)(11)；(4)判斷正序電流是否為零，“是”則轉(zhuǎn)(5)，“否”則轉(zhuǎn)(6)；(5)系統(tǒng)中存在3n-1次諧波，判斷諧波電流值是否占到系統(tǒng)電流的30％以上，“是”則轉(zhuǎn)(16)，“否”則轉(zhuǎn)(17)；(6)判斷負(fù)序電流是否為零，“是”則轉(zhuǎn)(7)，“否”則轉(zhuǎn)(8)；(7)判斷正序電流與系統(tǒng)中流過的電流是否相等，“是”則轉(zhuǎn)(9)，“否”則轉(zhuǎn)(10)；(8)系統(tǒng)中發(fā)生兩相相間短路故障，判斷故障發(fā)生相，并使相應(yīng)的繼電保護(hù)的斷路器跳閘；(9)系統(tǒng)中發(fā)生三相短路故障，判斷故障發(fā)生相，并使相應(yīng)的繼電保護(hù)的斷路器跳閘；(10)系統(tǒng)中存在3n+1次諧波，判斷諧波電流值是否占到系統(tǒng)電流的30％以上，“是”則轉(zhuǎn)(16)，“否”則轉(zhuǎn)(17)；(11)判斷正序電流與負(fù)序電流是否相等，“是”則轉(zhuǎn)(12)，“否”則轉(zhuǎn)(13)；(12)判斷判斷正序電流與負(fù)序電流是否相等且均為零，“是”則轉(zhuǎn)(14)，“否”則轉(zhuǎn)(15)；(13)系統(tǒng)中發(fā)生兩相接地短路故障，判斷故障發(fā)生相，并使相應(yīng)的繼電保護(hù)的斷路器跳閘；(14)系統(tǒng)中存在3n次諧波，判斷諧波電流值是否占到系統(tǒng)電流的30％以上，“是”則轉(zhuǎn)(16)，“否”則轉(zhuǎn)(17)；
(15)系統(tǒng)中發(fā)生單相接地短路故障，判斷故障發(fā)生相，并使相應(yīng)的繼電保護(hù)的斷路器跳閘；(16)向繼電保護(hù)的執(zhí)行裝置發(fā)出跳閘信號(hào)，將諧波含量大的線路斷開；(17)仍然保持繼電保護(hù)原始狀態(tài)不動(dòng)作；上述所說的步驟(5)、(10)和(14)中的n為自然數(shù)。
本發(fā)明的工作原理此系統(tǒng)主要是利用控制單元對(duì)電力系統(tǒng)線路中的電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)。信號(hào)整形變換處理電路把輸電線路電流互感器二次側(cè)電流變換為較低幅值交流電壓，處理后送入到以DSP為核心的中央數(shù)據(jù)處理電路中。設(shè)定DSP的計(jì)數(shù)器為定時(shí)采樣的時(shí)間計(jì)數(shù)器，數(shù)據(jù)處理子程序集中在該時(shí)間計(jì)數(shù)器的中斷服務(wù)子程序中，并賦予其中斷優(yōu)先級(jí)為系統(tǒng)最高級(jí)，這樣可以避免數(shù)據(jù)處理被其他中斷所打斷，從而保證采樣數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。在數(shù)據(jù)處理模塊中，采集到離散的電壓電流量后，最重要的一步是精確計(jì)算電網(wǎng)的瞬時(shí)參數(shù)。正常工作時(shí)，繼電保護(hù)的執(zhí)行裝置(即斷路器)處于閉合狀態(tài)，系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)檢測(cè)到電流瞬時(shí)突變時(shí)，此時(shí)的突變可能是因故障引起的，也可能是由于某些裝置的投切或正常的人工操作引起的諧波所導(dǎo)致。采用經(jīng)典的對(duì)稱分量法中的序電流理論，依據(jù)線路中電流值、諧波分量的特征，中央數(shù)據(jù)處理電路按照一定的控制規(guī)律判斷各序電流及其相互間的關(guān)系，給出斷路器控制信號(hào)，只有當(dāng)系統(tǒng)中存在短路或存在高含量諧波時(shí)，繼電保護(hù)裝置才會(huì)動(dòng)作。
本發(fā)明的優(yōu)越性和技術(shù)效果在于①利用高性能數(shù)字信號(hào)處理芯片實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)動(dòng)作的控制，很大程度上提高了繼電保護(hù)動(dòng)作的可靠性和快速性，克服了PLC技術(shù)及單片機(jī)技術(shù)處理速度限制而引起的控制滯后、動(dòng)作不及時(shí)的缺陷；②整個(gè)控制系統(tǒng)具有很好的調(diào)節(jié)性能和可靠性，降低了因繼電保護(hù)得誤動(dòng)或拒動(dòng)帶來的停產(chǎn)等事故的概率，進(jìn)而增強(qiáng)了電網(wǎng)的穩(wěn)定性；③采用經(jīng)典對(duì)稱分量法的序電流理論，可以有效的對(duì)系統(tǒng)中存在的短路故障和諧波進(jìn)行區(qū)分，且不影響繼電保護(hù)原有的區(qū)分故障和正常運(yùn)行狀態(tài)的能力；④對(duì)繼電保護(hù)的動(dòng)作執(zhí)行裝置進(jìn)行雙重信號(hào)控制，其硬件電路簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)控制精度高，具有廣闊的技術(shù)應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明所涉一種可區(qū)分短路與諧波的繼電保護(hù)系統(tǒng)及其工作方法的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明所涉一種可區(qū)分短路與諧波的繼電保護(hù)系統(tǒng)及其工作方法的原理框圖(其中I0為零序電流；I1為正序電流；I2為負(fù)序電流；I為系統(tǒng)中流過的電流)；圖3為本發(fā)明所涉一種可區(qū)分短路與諧波的繼電保護(hù)系統(tǒng)及其工作方法中的數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理電路(圖3-a為電壓、電流交流采樣電路；圖3-b為濾波、放大電路；圖3-c為A/D轉(zhuǎn)換電路圖)；圖4為本發(fā)明所涉一種可區(qū)分短路與諧波的繼電保護(hù)系統(tǒng)及其工作方法中的中央數(shù)據(jù)處理電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一種可區(qū)分短路與諧波的繼電保護(hù)系統(tǒng)(見圖1)，包括計(jì)算機(jī)，其特征在于它包括數(shù)字信號(hào)處理單元、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、開關(guān)量輸入/輸出模塊、電源模塊、報(bào)警模塊及人機(jī)交換模塊；所說的數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接外部電壓互感器和電流互感器，其輸出端連接數(shù)字信號(hào)處理單元的輸入端；所說的開關(guān)量輸入/輸出模塊的輸入端分別連接數(shù)字信號(hào)處理單元和保護(hù)單元的輸出端，其輸出端連接保護(hù)單元的輸入端；所說的電源模塊輸出端接數(shù)字信號(hào)處理單元的輸入端；中央處理模塊與人機(jī)交換模塊呈雙向連接；所說的報(bào)警模塊的輸入端連接數(shù)字信號(hào)處理單元的輸出端。
上述所說的數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊(見圖3)由電壓、電流交流采樣前端電路、濾波、放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路組成；交流采樣前端電路將采集的電流信號(hào)，經(jīng)過二次電流互感器后變換為小電流量，小電流量再經(jīng)濾波、放大電路后，變換為A/D轉(zhuǎn)換器可以接受的電壓范圍并存儲(chǔ)數(shù)字信號(hào)處理單元RAM中；濾波電路采用二階低通有源濾波器。
上述所說的電壓、電流交流采樣前端電路用D11、D12、D21、D22構(gòu)成輸入限幅保護(hù)，用R24、R25、R26、R34、R35、R36、C11、C12、C16、C17構(gòu)成互感器相移補(bǔ)償及阻容濾波電路；所說的濾波、放大電路用R1、R2、R3、R4、R5、R6及比較器構(gòu)成；所說的A/D轉(zhuǎn)換電路由R6、R7、R8、R9、R10、R11、C3、比較器U3A、U4A和A/D轉(zhuǎn)換芯片ADS8364構(gòu)成。
上述所說的數(shù)字信號(hào)處理單元(見圖4)由DSP芯片TMS320F2812、電源管理模塊、晶振電路和數(shù)據(jù)總線驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成；所說的數(shù)據(jù)總線驅(qū)動(dòng)電路、電源管理模塊、晶振電路的輸出端分別連接數(shù)字信號(hào)處理芯片的輸入端；利用所編軟件程序設(shè)定各種執(zhí)行條件控制DSP芯片TMS320F2812對(duì)數(shù)據(jù)總線驅(qū)動(dòng)電路的輸入信號(hào)進(jìn)行辨識(shí)、處理并發(fā)出相關(guān)控制指令；電源管理模塊電源管理模塊由雙電源供電器件TPS73HD301負(fù)責(zé)提供電能；晶振電路向DSP芯片TMS320F2812提供時(shí)鐘信號(hào)；數(shù)據(jù)總線驅(qū)動(dòng)電路主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)緩沖和電平轉(zhuǎn)換。
上述所說的DSP芯片包含大容量快速閃存、多個(gè)32位定時(shí)器、2個(gè)事件管理器和SPI、SCI、CAN多種接口，提供12路PWM控制脈沖信號(hào)；電源管理模塊由雙電源供電器件及周邊電阻R15、R16、C1、C2電容構(gòu)成；晶振電路由給DSP芯片提供時(shí)鐘信號(hào)的電容C3、C4和晶振體U2構(gòu)成；數(shù)據(jù)總線驅(qū)動(dòng)電路由一片雙向數(shù)據(jù)緩沖器74LVC16245構(gòu)成；上端的A/D轉(zhuǎn)換電路將轉(zhuǎn)化所得的數(shù)字量接收到DSP后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償、數(shù)字濾波后，對(duì)應(yīng)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值轉(zhuǎn)化為標(biāo)么值，運(yùn)算得出動(dòng)作整定值，并產(chǎn)生出三相共計(jì)3個(gè)控制信號(hào)；其中電源管理模塊與晶振電路的輸出與DSP芯片相連，輸入與交流采樣電路的輸出相連。
上述所說的人機(jī)交換模塊由通訊模塊和鍵盤與顯示模塊構(gòu)成；其中所說的鍵盤的輸出端連接數(shù)字信號(hào)處理單元的輸入端，所說的顯示模塊的輸入端連接數(shù)字信號(hào)處理單元的輸出端；所說的鍵盤可以采用工作于中斷方式的行列式鍵盤，顯示模塊可以采用彩色液晶顯示器。
一種可區(qū)分短路與諧波的繼電保護(hù)系統(tǒng)的工作方法，其特征在于它包括以下步驟①系統(tǒng)投入運(yùn)行，數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊中的電壓、電流交流采樣前端電路實(shí)時(shí)采集的電流信號(hào)，經(jīng)過電流互感器后將其變換為小電流量，小電流量再經(jīng)濾波、放大電路后，變換為A/D轉(zhuǎn)換器可以接受的電壓范圍并存儲(chǔ)數(shù)字信號(hào)處理單元RAM中，此時(shí)的信號(hào)為數(shù)字信號(hào)處理單元可以接受的數(shù)字式信號(hào)；②接收到數(shù)字信號(hào)后，計(jì)算機(jī)將啟動(dòng)測(cè)量比較步驟，判斷此時(shí)采集的電流值所對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)運(yùn)行方式、相應(yīng)的繼電保護(hù)的整定參數(shù)值及等效阻抗，并將采集到的電流信號(hào)與整定參數(shù)值進(jìn)行比較；③當(dāng)檢測(cè)出系統(tǒng)中的電流值發(fā)生異常的變化時(shí)，計(jì)算機(jī)將啟動(dòng)區(qū)分短路和諧波狀態(tài)的邏輯判斷步驟，將系統(tǒng)的電流分解成正序、負(fù)序和零序電流，并做進(jìn)一步的比較判斷，以區(qū)分短路和諧波；④最后將判斷的結(jié)果以開關(guān)量的形式通知繼電保護(hù)的執(zhí)行裝置是否動(dòng)作。
上述所說的步驟③中的區(qū)分短路和諧波狀態(tài)的邏輯判斷步驟是由以下步驟構(gòu)成(見圖2)(1)將采集到的電流信號(hào)分解成正序、負(fù)序和零序的電流形式；
(2)判斷系統(tǒng)線路中流過的電流是否大于繼電保護(hù)的整定值，“是”則轉(zhuǎn)(3)，“否”則轉(zhuǎn)(11)；(3)判斷零序電流是否為零，“是”則轉(zhuǎn)(4)，“否”則轉(zhuǎn)(11)；(4)判斷正序電流是否為零，“是”則轉(zhuǎn)(5)，“否”則轉(zhuǎn)(6)；(5)系統(tǒng)中存在3n-1次諧波，判斷諧波電流值是否占到系統(tǒng)電流的30％以上，“是”則轉(zhuǎn)(16)，“否”則轉(zhuǎn)(17)；(6)判斷負(fù)序電流是否為零，“是”則轉(zhuǎn)(7)，“否”則轉(zhuǎn)(8)；(7)判斷正序電流與系統(tǒng)中流過的電流是否相等，“是”則轉(zhuǎn)(9)，“否”則轉(zhuǎn)(10)；(8)系統(tǒng)中發(fā)生兩相相間短路故障，判斷故障發(fā)生相，并使相應(yīng)的繼電保護(hù)的斷路器跳閘；(9)系統(tǒng)中發(fā)生三相短路故障，判斷故障發(fā)生相，并使相應(yīng)的繼電保護(hù)的斷路器跳閘；(10)系統(tǒng)中存在3n+1次諧波，判斷諧波電流值是否占到系統(tǒng)電流的30％以上，“是”則轉(zhuǎn)(16)，“否”則轉(zhuǎn)(17)；(11)判斷正序電流與負(fù)序電流是否相等，“是”則轉(zhuǎn)(12)，“否”則轉(zhuǎn)(13)；(12)判斷判斷正序電流與負(fù)序電流是否相等且均為零，“是”則轉(zhuǎn)(14)，“否”則轉(zhuǎn)(15)；(13)系統(tǒng)中發(fā)生兩相接地短路故障，判斷故障發(fā)生相，并使相應(yīng)的繼電保護(hù)的斷路器跳閘；(14)系統(tǒng)中存在3n次諧波，判斷諧波電流值是否占到系統(tǒng)電流的30％以上，“是”則轉(zhuǎn)(16)，“否”則轉(zhuǎn)(17)；(15)系統(tǒng)中發(fā)生單相接地短路故障，判斷故障發(fā)生相，并使相應(yīng)的繼電保護(hù)的斷路器跳閘；(16)向繼電保護(hù)的執(zhí)行裝置發(fā)出跳閘信號(hào)，將諧波含量大的線路斷開；(17)仍然保持繼電保護(hù)原始狀態(tài)不動(dòng)作。
上述所說的步驟(5)、(10)和(14)中的n為自然數(shù)。
上述技術(shù)方案中所涉及的各工作模塊均采用常規(guī)單元電路。
權(quán)利要求
1.一種可區(qū)分短路與諧波的繼電保護(hù)系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)，其特征在于系統(tǒng)還包括數(shù)字信號(hào)處理單元、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、開關(guān)量輸入/輸出模塊、電源模塊、報(bào)警模塊及人機(jī)交換模塊；所說的數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接外部電壓互感器和電流互感器，其輸出端連接數(shù)字信號(hào)處理單元的輸入端；所說的開關(guān)量輸入/輸出模塊的輸入端分別連接數(shù)字信號(hào)處理單元和保護(hù)單元的輸出端，其輸出端連接保護(hù)單元的輸入端；所說的電源模塊輸出端接數(shù)字信號(hào)處理單元的輸入端；中央處理模塊與人機(jī)交換模塊呈雙向連接；所說的報(bào)警模塊的輸入端連接數(shù)字信號(hào)處理單元的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種可區(qū)分短路與諧波的繼電保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于所說的數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊由電壓、電流交流采樣前端電路、濾波、放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路組成；交流采樣前端電路將采集的電流信號(hào)，經(jīng)過二次電流互感器后變換為小電流量，小電流量再經(jīng)濾波、放大電路后，變換為A/D轉(zhuǎn)換器可以接受的電壓范圍并存儲(chǔ)數(shù)字信號(hào)處理單元RAM中；濾波電路采用二階低通有源濾波器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的一種可區(qū)分短路與諧波的繼電保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于所說的電壓、電流交流采樣前端電路用D11、D12、D21、D22構(gòu)成輸入限幅保護(hù)，用R24、R25、R26、R34、R35、R36、C11、C12、C16、C17構(gòu)成互感器相移補(bǔ)償及阻容濾波電路；所說的濾波、放大電路用R1、R2、R3、R4、R5、R6及比較器構(gòu)成；所說的A/D轉(zhuǎn)換電路由R6、R7、R8、R9、R10、R11、C3、比較器U3A、U4A和A/D轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種可區(qū)分短路與諧波的繼電保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于所說的數(shù)字信號(hào)處理單元由數(shù)字信號(hào)處理芯片、電源管理模塊、晶振電路和數(shù)據(jù)總線驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成；所說的數(shù)據(jù)總線驅(qū)動(dòng)電路、電源管理模塊、晶振電路的輸出端分別連接數(shù)字信號(hào)處理芯片的輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4中所述的一種可區(qū)分短路與諧波的繼電保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于所說的數(shù)字信號(hào)處理芯片是單片機(jī)或DSP芯片；電源管理模塊由雙電源供電器件及周邊電阻R15、R16、C1、C2電容構(gòu)成；晶振電路由給數(shù)字信號(hào)處理芯片提供時(shí)鐘信號(hào)的電容C3、C4和晶振體U2構(gòu)成；數(shù)據(jù)總線驅(qū)動(dòng)電路由一片雙向數(shù)據(jù)緩沖器構(gòu)成；其中電源管理模塊與晶振電路的輸出與DSP芯片相連，輸入與交流采樣電路的輸出相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種可區(qū)分短路與諧波的繼電保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于所說的人機(jī)交換模塊由通訊模塊和鍵盤與顯示模塊構(gòu)成；其中所說的鍵盤的輸出端連接數(shù)字信號(hào)處理單元的輸入端，所說的顯示模塊的輸入端連接數(shù)字信號(hào)處理單元的輸出端；所說的鍵盤可以采用工作于中斷方式的行列式鍵盤，顯示模塊可以采用彩色液晶顯示器。
7.一種可區(qū)分短路與諧波的繼電保護(hù)系統(tǒng)的工作方法，其特征在于它包括以下步驟①系統(tǒng)投入運(yùn)行，數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊中的電壓、電流交流采樣前端電路實(shí)時(shí)采集的電流信號(hào)，經(jīng)過電流互感器后將其變換為小電流量，小電流量再經(jīng)濾波、放大電路后，變換為A/D轉(zhuǎn)換器可以接受的電壓范圍并存儲(chǔ)數(shù)字信號(hào)處理單元RAM中，此時(shí)的信號(hào)為數(shù)字信號(hào)處理單元可以接受的數(shù)字式信號(hào)；②接收到數(shù)字信號(hào)后，計(jì)算機(jī)將啟動(dòng)測(cè)量比較步驟，判斷此時(shí)采集的電流值所對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)運(yùn)行方式、相應(yīng)的繼電保護(hù)的整定參數(shù)值及等效阻抗，并將采集到的電流信號(hào)與整定參數(shù)值進(jìn)行比較；③當(dāng)檢測(cè)出系統(tǒng)中的電流值發(fā)生異常的變化時(shí)，計(jì)算機(jī)將啟動(dòng)區(qū)分短路和諧波狀態(tài)的邏輯判斷步驟，將系統(tǒng)的電流分解成正序、負(fù)序和零序電流，并做進(jìn)一步的比較判斷，以區(qū)分短路和諧波；④最后將判斷的結(jié)果以開關(guān)量的形式通知繼電保護(hù)的執(zhí)行裝置是否動(dòng)作。
8.根據(jù)權(quán)利要求7中所述的一種可區(qū)分短路與諧波的繼電保護(hù)系統(tǒng)的工作方法，其特征在于所說的步驟③中的區(qū)分短路和諧波狀態(tài)的邏輯判斷步驟是由以下步驟構(gòu)成:(1)將采集到的電流信號(hào)分解成正序、負(fù)序和零序的電流形式；(2)判斷系統(tǒng)線路中流過的電流是否大于繼電保護(hù)的整定值，“是”則轉(zhuǎn)(3)，“否”則轉(zhuǎn)(11)；(3)判斷零序電流是否為零，“是”則轉(zhuǎn)(4)，“否”則轉(zhuǎn)(11)；(4)判斷正序電流是否為零，“是”則轉(zhuǎn)(5)，“否”則轉(zhuǎn)(6)；(5)系統(tǒng)中存在3n-1次諧波，判斷諧波電流值是否占到系統(tǒng)電流的30％以上，“是”則轉(zhuǎn)(16)，“否”則轉(zhuǎn)(17)；(6)判斷負(fù)序電流是否為零，“是”則轉(zhuǎn)(7)，“否”則轉(zhuǎn)(8)；(7)判斷正序電流與系統(tǒng)中流過的電流是否相等，“是”則轉(zhuǎn)(9)，“否”則轉(zhuǎn)(10)；(8)系統(tǒng)中發(fā)生兩相相間短路故障，判斷故障發(fā)生相，并使相應(yīng)的繼電保護(hù)的斷路器跳閘；(9)系統(tǒng)中發(fā)生三相短路故障，判斷故障發(fā)生相，并使相應(yīng)的繼電保護(hù)的斷路器跳閘；(10)系統(tǒng)中存在3n+1次諧波，判斷諧波電流值是否占到系統(tǒng)電流的30％以上，“是”則轉(zhuǎn)(16)，“否”則轉(zhuǎn)(17)；(11)判斷正序電流與負(fù)序電流是否相等，“是”則轉(zhuǎn)(12)，“否”則轉(zhuǎn)(13)；(12)判斷判斷正序電流與負(fù)序電流是否相等且均為零，“是”則轉(zhuǎn)(14)，“否”則轉(zhuǎn)(15)；(13)系統(tǒng)中發(fā)生兩相接地短路故障，判斷故障發(fā)生相，并使相應(yīng)的繼電保護(hù)的斷路器跳閘；(14)系統(tǒng)中存在3n次諧波，判斷諧波電流值是否占到系統(tǒng)電流的30％以上，“是”則轉(zhuǎn)(16)，“否”則轉(zhuǎn)(17)；(15)系統(tǒng)中發(fā)生單相接地短路故障，判斷故障發(fā)生相，并使相應(yīng)的繼電保護(hù)的斷路器跳閘；(16)向繼電保護(hù)的執(zhí)行裝置發(fā)出跳閘信號(hào)，將諧波含量大的線路斷開；(17)仍然保持繼電保護(hù)原始狀態(tài)不動(dòng)作；所說的步驟(5)、(10)和(14)中的n為自然數(shù)。
全文摘要
一種可區(qū)分短路與諧波的繼電保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于它包括數(shù)字信號(hào)處理單元、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、開關(guān)量輸入/輸出模塊、電源模塊、報(bào)警模塊及人機(jī)交換模塊；其工作方法為數(shù)據(jù)采集、檢測(cè)比較、開關(guān)量信號(hào)輸出、繼電保護(hù)動(dòng)作；其優(yōu)越性在于①利用數(shù)字信號(hào)處理芯片實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)動(dòng)作的控制，提高了繼電保護(hù)動(dòng)作的可靠性和快速性；②調(diào)節(jié)性能好和可靠性高，降低了因繼電保護(hù)得誤動(dòng)或拒動(dòng)帶來的停產(chǎn)等事故的概率，進(jìn)而增強(qiáng)了電網(wǎng)的穩(wěn)定性；③可以有效的對(duì)系統(tǒng)中存在的短路故障和諧波進(jìn)行區(qū)分，且不影響繼電保護(hù)原有的區(qū)分故障和正常運(yùn)行狀態(tài)的能力；④對(duì)繼電保護(hù)的動(dòng)作執(zhí)行裝置進(jìn)行雙重信號(hào)控制，其硬件電路簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)控制精度高。
文檔編號(hào)H02H7/22GK1972054SQ20061001635
公開日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2006年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月26日
發(fā)明者周雪松, 徐曉寧, 馬幼捷, 侯明, 弓晉霞, 張智勇, 劉富永 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)