專利名稱：復式電壓綜合突變量啟動和反時限開放繼電器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種送變電設備，具體地說是一種復式電壓綜合突變量啟動和反時限開放繼電器。
背景技術：
目前運行的各種電壓等級的保護裝置，無一例外，作為故障啟動的必要條件之一，系統(tǒng)電壓變化情況是裝置必須考慮的。在一般情況下，發(fā)生短路之后，總是要伴隨著電流的增大、電壓的降低、輸電線路始端的測量阻抗減小，以及電壓與電流之間的相位的變化等象征。但是，作為“電壓”這種重要且特殊的故障分量，由于它特定的作用，同時在保障電氣設備本身性能指標的前提下，二次回路的帶負載能力也必須予以正確對待。
近年來，大規(guī)模的集成電路及數(shù)字處理技術在電力系統(tǒng)中得到廣泛應用，使得數(shù)據(jù)采集、計算、比較及處理變得非常簡單和容易。系統(tǒng)運行中的電氣量通過VFC積分器時時地輸入至DSP高速數(shù)字信號處理器內(nèi)，供裝置的CPU進行比較和邏輯分析，使得已成復式電壓綜合突變量啟動和反時限開放繼電器實現(xiàn)起來非常簡單。以母線保護為例，介紹復式電壓綜合突變量啟動和反時限開放繼電器原理及其應用。
運行中的大接地電力系統(tǒng)的電壓互感器(或電容式電壓互感器)，其二次側一般都是有兩組主繞組和一組輔助繞組，主繞組分別按Y形接線供繼電保護和測量儀表使用。輔助繞組反極性串聯(lián)，接成開口三角的形式，供保護和自動裝置用。目前運行的各種類型保護裝置的電壓全部取的是保護級繞組。復式電壓綜合突變量啟動和反時限開放繼電器原理接線是，把保護級繞組和測量級繞組分別接入U1、U2電壓繼電器，其算法采用付氏算法。正常運行時，電壓通道的采樣值均正常，如果有一通道異常，即投入同名相比較電路，比較結果不一致，則立即切換至另外一組電壓，在Icd差動啟動元件未動作時，發(fā)出TV斷線警示信號，保證保護裝置正確運行，；若比較結果一致，且Icd差動啟動元件動作，則立即打開H1電路，并根據(jù)復式電壓值反時限曲線特性開放保護出口。如此，使得裝置的電壓回路更加可靠，克服由于單一的電壓回路異常造成的裝置誤動作。

發(fā)明內(nèi)容目前運行的各種類種的保護裝置的電壓全部取自保護級繞組，測量級繞組電壓只供給測量儀表使用。通常測量級繞組的負載能力要比保護級繞組強。所以，本實用新型的繼電器工作電壓取自保護級和測量級，即增加四個電壓通道。
電網(wǎng)正常運行時，電壓通道采樣值均正常，如果有一通道出現(xiàn)異常，且電流采樣正常，通過同名相比較電路比較結果不一致，則立即切換至另外一組電壓，保證保護裝置正確運行，同時發(fā)出TV斷線信號；若比較結果一致，且電流有異常，則立即打開H1電路，并根據(jù)復式電壓值反時限曲線特性開放保護出口。以此使繼電器的電壓回路更加完善，克服由于單一的電壓回路異常所造成的裝置誤動作。
原因簡要說明一下，①由于一個變電站(電廠的升壓站)，尤其是大型樞紐變電站，連接于母線上的出線或者元件較多，那么保護級電壓也就分別并接到每套保護裝置上，而測量級電壓也只是接到了電度表(大多是三相三線制表)上，而且每個單元有一只電度表就滿足了要求。很顯然，保護級電壓使用(并接處)要比測量級多一倍強，實際運行證明，保護級電壓回路異常情況要多一些。②運行中，由于二次系統(tǒng)唯一N600接地點變化或漂移的原因，對稱系統(tǒng)發(fā)生變化，致使裝置常發(fā)“TV斷線”，使得保護裝置不能可靠閉鎖或因元器件質(zhì)量問題造成設備誤動，因而起不到把關的作用。
傳統(tǒng)的電磁型母差保護由于受當時工業(yè)化技術影響，復合電壓電壓元件一直作為整套裝置的啟動元件。當技術發(fā)展到當今，尤其是“四統(tǒng)一”設計以后，由于感應型電壓回路固有的缺陷及電子元氣件制造質(zhì)量等原因，復合電壓元件一直是作為閉鎖或開放元件出口元件，而沒有應用作故障啟動元件。但是這絲毫沒有降低中的最重要指標的地位。信息化時代的到來，特別是將來光電式互感器投入實際運行，“電壓”這種電氣量在電力系統(tǒng)繼電保護中的作用將無可比擬。所以，作為故障啟動和開放的保護之一，特別是對于220kV及以上電壓的復雜電網(wǎng)、或者大型樞紐變電站，因為電源側上一級斷路器上配置的保護裝置，特別是目前運行的雙高頻快速保護(高頻方向、高頻距離)，是不能對相鄰元件實現(xiàn)完全、快速地保護。盡管保護配置滿足了雙重化的要求，即每套保護裝置均能實現(xiàn)對斷路器獨立實施各種功能。即使是一套裝置不能正確動作(或不動作)，也可以由另外一套保護動作于跳閘。但是，如果此時斷路器失靈，就必須由安裝于母差上的所有元件的近后備保護，即斷路器的失靈保護，來切斷所有連接于該母線的元件。足見母線保護裝置在電力系統(tǒng)重要。這就要求母差保護，在區(qū)內(nèi)故障時，快速動作，區(qū)外故障時閉鎖裝置。但是，如果區(qū)外故障，故障元件雖然動作了，但故障仍然存在，這時就需要母差保護來啟動連接于該母線的所有元件動作，快速切除故障。很顯然，越是嚴重的區(qū)內(nèi)故障，越是需要母差保護快速動作切除故。本實用新型的目的是提供一種結構簡單、生產(chǎn)成本低、易于加工、能對對電網(wǎng)進行自動保護的復式電壓綜合突變量啟動和反時限開放繼電器。
目前運行的110kV及以上電壓等級的各種型號的保護，無一例外，作為故障啟動的必要條件之一，系統(tǒng)電壓是裝置必須考慮的。在一般情況下，發(fā)生短路之后，總是要伴隨著電流突然增大、電壓突然降低、輸電線路始端的測量阻抗減小，以及電壓與電流之間的相位的變化等象征。傳統(tǒng)的電磁型保護由于受當時工業(yè)化技術影響，復合電壓電壓元件一直作為整套裝置的啟動元件。技術發(fā)展到當今，尤其是“四統(tǒng)一”設計以后，由于感應型電壓回路固有的缺陷及電子元氣件制造質(zhì)量等原因，復合電壓元件一直是作為閉鎖或開放元件出口元件，而沒用作故障啟動元件。但是這絲毫沒有降低中的最重要指標的地位。隨著信息化時代的到來，復式電壓綜合突變量啟動和反時限開放繼電器，這種反映電壓突然變化的繼電器在系統(tǒng)繼電保護得以應用，已成必然。
下面就幾種類型的保護進行比較說明。
一、母線保護作為母線故障的惟一保護，特別是對于220kV及以上電壓等級的復雜電網(wǎng)因為電源側上一級斷路器上配置的保護裝置，特別是目前運行的雙高頻快速線路保護(高頻方向、高頻距離)，是不能對相鄰元件實現(xiàn)完全、快速地保護。于是，盡管保護配置滿足了雙重化的要求，即每套保護裝置均能實現(xiàn)對斷路器獨立實施各種功能。即使是一套裝置不能正確動作(或不動作)，也可以由另外一套保護動作于跳閘。但是，如果此時斷路器失靈，就必須由安裝于母線上的所有元件的近后備保護，即斷路器的失靈保護，來切斷所有連接于該母線的元件。足見母線保護裝置在電力系統(tǒng)重要。這就要求母線保護，在區(qū)內(nèi)故障時，快速動作，區(qū)外故障時閉鎖裝置。但是，如果區(qū)外故障，故障元件雖然動作了，但故障仍然存在，這時就需要母線保護來啟動連接于該母線的所有元件動作，快速切除故障。很顯然，越是嚴重的區(qū)內(nèi)故障，越是需要母差保護快速動作切除故障。上述講到，嚴重的故障總是表現(xiàn)為“電壓突然降低、電流突然增大”。而實際運行過程中，TV斷線或異常經(jīng)常發(fā)生，電壓元件經(jīng)常的開放，這就使得母線保護的可靠性大打折扣，系統(tǒng)中由此而引發(fā)的母線保護誤動發(fā)生過若干例。而采用復式電壓綜合突變量啟動和反時限開放繼電器后，發(fā)生斷線的那組TV會自動退出并切換至另外一組TV上去，不會使電壓元件無故開放，并且當發(fā)生故障時能快速的啟動保護。
二、主變壓器保護同樣的原理也適用于主變壓器后備保護及主保護，因為TV二次回路的異常會使得退出方向元件、阻抗保護；同時主差動保護的TA斷線沒有了參照量，如果電流回路有異常，將閉鎖主差動保護。使得主變失去很多重要類型的保護，只保留后備保護和各種類別的非電氣量保護。這是大型變壓器運行中所不能容許。而采用復式電壓綜合突變量啟動和反時限開放繼電器后，發(fā)生斷線的那組TV會自動退出并切換至另外一組TV上去，主變壓器保護有可靠的選折性和速動性。
三、輸電線的線路保護線路保護在運行過程中，由于TV二次回路的異常會使得零序方向元件、突變量方向元件、距離保護、零序II段過流保護元件，電壓原理的選相元件也退出，也就相當于自動退出了高頻主保護。這對發(fā)生故障的線路來講都是不允許的。而采用復式電壓綜合突變量啟動和反時限開放繼電器后，上述問題都可以避免。因為，當裝置發(fā)現(xiàn)某一組TV回路有異常且TA回路正常后，會將TV回路自動切換到正常的那一組TV回路上去，同時發(fā)出是哪一組的TV回路異常，當然不會閉鎖保護裝置，有關的主保護仍然得以繼續(xù)運行。可是，如果兩組TV回路均異常，同時伴有電流的躍變，復式電壓元件將會一方面反時限快速啟動出口元件，另一方面快速啟動有關的邏輯判定元件，保證保護以最短的時限出口切除故障。
四、復式電壓綜合突變量啟動和反時限開放繼電器特點1、降低了對TA回路作為主要啟動元件的依賴，因為越是嚴重的故障，故障電流越大，TA就越快飽和，使保護裝置不能正確反映故障信息，對保護裝置的影響是很大的，尤其是穿越性姑丈，而TV同樣的情況傳變故障的能力要比TA好得多。相應的保護動作可靠性和快速性均得到了較大的提高。
2、充分利用一次主設備的資源。系統(tǒng)繼電保護的是保障電力系統(tǒng)正常運行，
正確、快速切除系統(tǒng)中的各種故障，保障無故障設備繼續(xù)運行。相對來講，二次設備是控制和保障一次主設備的。所以，在一次主設備正常健康運行，不增加額外投入的前提下，作為二次設備必須在依附于一次設備的同時，更好的服務于主設備。那么，我們只需在保護裝置上增加復式電壓綜合突變量啟動和反時限開放繼電器，便能解決這個問題。如此，設備的可靠性的提高很多。


附圖1為復式電壓綜合突變量啟動和反時限開放繼電器的電路原理框圖；附圖2為復式電壓綜合突變量啟動和反時限開放繼電器的電路結構示意圖。
參照說明書附圖對本實用新型的復式電壓綜合突變量啟動和反時限開放繼電器作以下詳細地說明。
5、實施方式本實用新型的復式電壓綜合突變量啟動和反時限開放繼電器，如附圖所示，其結構是由可編程加權算法電路A和可編程同名相判別電路B，可編程加權算法電路A和可編程同名相判別電路B通過數(shù)據(jù)線串接在一起。
可編程加權算法電路A是由可編程加權算法集成電路U1與非門集成電路U2、U3、U4、U5、U6、U8、獲非門集成電路U7、反向器集成電路U10和母差保護投?？刂崎_關SW組成，可編程加權算法集成電路U1的1腳接大差增量比率差動元件ΔBLCD，2腳接I母增量比率差動元件ΔBLCD1，3腳與與非門集成電路U3的1腳相接；與非門集成電路U2的1腳接大差比率差動元件BLCD′，2腳接I母比率差動元件BLCD1′，3腳與與非門集成電路U3的2腳相接，與非門集成電路U3的3腳接獲非門集成電路U7的1腳；獲非門集成電路U7的2腳接與非門集成電路U6的3腳，與非門集成電路U6的1腳接與非門集成電路U5的4腳，與非門集成電路U6的2腳接I母比率差動元件BLCD1，與非門集成電路U5的1、2、3腳分別接諧波制動開放電路、大差比率差動元件BLCD和與非門集成電路U4的3腳；與非門集成電路U4的1并接差動啟動元件Icd和反向器集成電路U10的1腳；2腳并接反向器集成電路U10的2腳和復式電壓突變量UFH傳感器；母差保護投?？刂崎_關SW串接在獲非門集成電路U7的3腳和與非門集成電路U8的2腳之間，與非門集成電路U8的3腳接跳1母；反向器集成電路U10的3腳接電壓斷線傳感器TV。
可編程付氏算法電路A是由可編程付氏算法集成電路U13、U12、可編程同名相判別及切換集成電路U11、反時限時間集成電路U9及電壓互感器B組成，電壓互感器B的L1L2L3繞組分別并接在電網(wǎng)的ABC相線和地線之間，L7-L12繞組分別并接可編程付氏算法集成電路U13、U12的1-4腳與地線之間，可編程付氏算法集成電路U13、U12的5腳分別接可編程同名相判別及切換集成電路U11的1、2腳，可編程同名相判別及切換集成電路U11的3腳接反時限時間集成電路U9的1腳，反時限時間集成電路U9的2腳接與非門集成電路U8的1腳，可編程付氏算法集成電路U13的5腳還并接反向器集成電路U10的2腳。
實施例1、電網(wǎng)正常運行時，接于母線上的各元件各母線電壓互感器的二次電壓均經(jīng)隔離互感器輸入至二次側，區(qū)內(nèi)母線出現(xiàn)故障時，母線電壓急劇變化，電流突然增大且流向故障點，繼電器應迅速開放母線保護出口元件，切除故障。區(qū)外母線出現(xiàn)故障時，由于母線電壓的變化不是很明顯，加之故障電流的方向與區(qū)內(nèi)母線故障相反，故保護不會誤動。原理接線見圖。同樣的原理也適用于失靈保護。
2、同樣的原理也適用于主變壓器后備保護及主保護，因為TV二次回路的異常會使得退出方向元件、阻抗保護；同時主差動保護也就沒有了參照量，如果此時電流回路有異常，將閉鎖主差動保護。使得主變失去很多重要類型的保護，只保留后備保護和各種類型的非電氣量保護。如此也適用于線路保護，TV二次回路的異常會使得零序方向元件、ΔF+、距離保護、零序II段過流保護元件，電壓原理的選相元件也退出，也就相當于自動退出了高頻主保護。這對發(fā)生故障的主設備或者線路來講都是不允許的。而采用保護級和測量級雙電壓回路引至保護裝置后，上述問題即可避免。因為，當裝置發(fā)現(xiàn)某一組TV回路有異常，且復式電壓突變量啟動和反時限開放繼電器回路正常后，會將TV回路自動切換到正常的那一組TV回路上去，同時發(fā)出是哪一組的TV回路異常，當然不會閉鎖保護裝置，有關的主保護仍然得以繼續(xù)運行?？墒?，如果兩組TV回路均異常，同時伴有電流的躍變，復式電壓元件將會一方面反時限快速啟動出口元件，另一方面快速啟動有關的邏輯判定元件，保證保護以最短的時限出口切除故障。
3、引入雙繞組TV回路后，降低了對TA回路作為主要啟動元件的依賴，因為越是嚴重的故障，故障電流越大，電磁感應型TA就越快飽和。而電磁感應型TV同樣的情況要比TA特性好得多。相應的保護動作可靠性和快速性均得到了較大的提高是因為TV回路抗飽和的能力要強一些。
4、充分利用一次主設備的資源。大家知道，系統(tǒng)繼電保護的本意是保障電力系統(tǒng)正常運行，正確、快速切除系統(tǒng)中的各種故障，保障無故障設備繼續(xù)運行。相對來講，二次設備是控制和保障一次主設備的。所以，在一次主設備正常健康運行，不增加額外投入的前提下，作為二次設備必須在依附于一次設備的同時，更好的服務于主設備。那么，我們只需在保護裝置的軟、硬件上略作改動，便能解決這個問題。因此，設備的可靠性的提高很多，應該是非常劃算的。本實用新型的復式電壓綜合突變量啟動和反時限開放繼電器其加工制作非常簡單方便，按說明書附圖所示加工制作即可，電路中所使用的集成電路均為電力控制設備中通用的集成電路和元器件。
電路中各元件的型號或代用型號為可編程付氏算法集成電路U13、U12、可編程同名相判別及切換集成電路U11、可用可編程集成電路BI0代替；反時限時間集成電路U9的型號為89C51反向器集成電路U10的型號為89C與非門集成電路的型號為8255或非門集成電路的型號為8255本實用新型的復式電壓綜合突變量啟動和反時限開放繼電器和現(xiàn)有技術相比，具有設計合理、結構簡單、使用方便、運行安全可靠等特點，因而，具有很好的推廣使用價值。
權利要求1.復式電壓綜合突變量啟動和反時限開放繼電器，包括可編程付氏算法電路A和可編程同名相判別電路B，其特征在于可編程付氏算法電路A和可編程同名相判別電路B通過數(shù)據(jù)線串接在一起。
2.根據(jù)權利要求1所述的繼電器，其特征在于可編程付氏算法電路A是由可編程付氏算法集成電路U1、U2與非門集成電路、U3、U4、U5、U6、U8、或非門集成電路U7、反向器集成電路U10和母差保護投停控制開關SW組成，可編程加權算法集成電路U1的1腳接大差增量比率差動元件ΔBLCD，2腳接I母增量比率差動元件ΔBLCD1，3腳與與非門集成電路U3的1腳相接；與非門集成電路U2的1腳接大差比率差動元件BLCD′，2腳接I母比率差動元件BLCD1′，3腳與與非門集成電路U3的2腳相接，與非門集成電路U3的3腳接獲非門集成電路U7的1腳；獲非門集成電路U7的2腳接與非門集成電路U6的3腳，與非門集成電路U6的1腳接與非門集成電路U5的4腳，與非門集成電路U6的2腳接1母比率差動元件BLCD1，與非門集成電路U5的1、2、3腳分別接諧波制動開放電路、大差比率差動元件BLCD和與非門集成電路U4的3腳；與非門集成電路U4的1并接差動啟動元件Icd和反向器集成電路U10的1腳；2腳并接反向器集成電路U10的2腳和復式電壓突變量UFH傳感器；母差保護投?？刂崎_關SW串接在獲非門集成電路U7的3腳和與非門集成電路U8的2腳之間，與非門集成電路U8的3腳接跳1母；反向器集成電路U10的3腳接電壓斷線傳感器TV。
3.根據(jù)權利要求1所述的繼電器，其特征在于可編程付氏算法電路A是由可編程付氏算法集成電路U13、U12、可編程同名相判別及切換集成電路U11、反時限時間集成電路U9及電壓互感器B組成，電壓互感器B的L1L2L3繞組分別并接在電網(wǎng)的ABC相線和地線之間，L7-L12繞組分別并接可編程付氏算法集成電路U13、U12的1-4腳與地線之間，可編程付氏算法集成電路U13、U12的5腳分別接可編程同名相判別及切換集成電路U11的1、2腳，可編程同名相判別及切換集成電路U11的3腳接反時限時間集成電路U9的1腳，反時限時間集成電路U9的2腳接與非門集成電路U8的1腳，可編程付氏算法集成電路U13的5腳還并接反向器集成電路U10的2腳。
專利摘要本實用新型提供一種復式電壓綜合突變量啟動和反時限開放繼電器，其結構是由可編程付氏算法電路A和可編程同名相判別電路B組成，可編程付氏算法電路A和可編程同名相判別電路B通過數(shù)據(jù)線串接在一起。該繼電器充分利用一次主設備的資源，正確、快速切除系統(tǒng)中的各種故障，保障無故障設備繼續(xù)運行。在一次主設備正常健康運行不增加額外投入的前提下，作為二次設備必須在依附于一次設備的同時，更好的服務于主設備，本實用新型與現(xiàn)有技術相比具有運行絕對安全可靠、設備投入低，因而具有很好的推廣使用價值。
文檔編號H01H47/00GK2679832SQ20042003806
公開日2005年2月16日 申請日期2004年1月19日 優(yōu)先權日2004年1月19日
發(fā)明者金云鵬, 金益民, 于紅 申請人:金云鵬