一种基于DSP的高压断路器控制回路智能防烧模块的保护方法与流程

本发明涉及一种高压断路器控制回路智能防烧模块的保护方法，尤其涉及一种基于DSP的高压断路器控制回路智能防烧模块的保护方法，属于电力保护技术领域。

背景技术：

断路器是变电站机械和电气动作最频繁的设备,在运行过程中有很高的故障率,并容易引起电网事故,造成较大的经济损失，因此对其可靠性提出了非常高的要求。实际运行过程中，断路器机械状态的故障呈现多种后果：主要有拒分、拒合、断路器机械特性不满足规程要求等。例如线路断路器拒分故障会使故障影响面扩大，导致失灵保护动作，致使母线失电。断路器机械特性达不到要求会导致断路器在切断和闭合负荷电流或故障电流时不能有效熄灭电弧，造成操作过电压或使断路器发生爆炸事故。因此，迫切希望有一种能够实时监测断路器运行状态的系统,以提高电网运行的可靠性,保证电力系统安全运行。

在断路器实际检修过程中，由于设备运行时间较长，且设备老化严重，内部设计不合理等原因，在日常生产过程中给运行与检修人员带来了极大的不便。对于老式的断路器，例如LW8‐35、VB1型等断路器其合闸线圈往往放置在机构内部，不易拆卸与更换。一旦合闸线圈发生烧损等故障，那么对其进行更换将是一件费时费力的技术工作，不仅将严重增加电网的运行维护成本，还严重降低电网公司的供电可靠性，增加电网运行风险。

专利名称为：智能断路器控制回路保护及监测装置，申请号为:201621116102.0,发明人甘凌霄，对智能断路器控制回路保护及监测装置作了介绍，但未进一步公开其保护方法，因此不能精确地监测到合闸回路电流的变化量，无法为下一步的智能判断提供决策依据。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于DSP的高压断路器控制回路智能防烧模块的保护方法，通过本发明提供的一种基于DSP的高压断路器控制回路智能防烧模块的保护方法，从而实现精确地监测到合闸回路电流的变化量，无法为下一步的智能判断提供决策依据。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于DSP的高压断路器控制回路智能防烧模块的保护方法，当断路器分、合闸指令下达后，合闸正电通过合闸保持继电器HBJ形成自保持回路，从控制正电+KM小母线通过装置的霍尔电流传感器一直传到线圈正电端，此时DSP运算模块中的电流/时间模块开始记录断路器分/合闸时间，当断路器分/合闸时间明显高于断路器机械特性所规定的时间时，DSP运算模块作出判断，发出打开常闭接点的指令，后输出到控制模块，实现线圈的保护功能；或者通过霍尔传感器的监测回路监测到的分/合闸电流明显高于正常的分合闸电流时，可能是由于分/合闸回路中发生了短路故障，DSP保护模块发生指令，立即切断分/合闸回路，以最大程度的保护上游的设备和电气元件不受到损坏。

所述的DSP运算模块的运算逻辑的数学表达式为：

T+n≤T_set

I≤kI_m

式中：T为断路器机械特性分合闸时间；n为设计的延时时间；T_set为装置定值设置时间；I为断路器分/合闸电流，kI_m为断路器保护电流整定值。

所述的断路器分/合闸时间包括t₀-t₁阶段、t₁-t₂阶段、t₂-t₃阶段、t₃-t₄阶段和t₄-t₅阶段。

所述的t₀-t₁阶段为线圈在t₀时刻通电到t₁时刻铁心开始运动的时间。

所述的t₁-t₂阶段为铁芯运动，电流下降，t₂为控制电流的最低点，代表铁心已经触动合闸压板，铁芯受力明显因而减速或停止运动的时间。

所述的t₂-t₃阶段为铁芯已经到达最大行程，停止运动，电流又呈指数上升的时间。

所述的t₃-t₄阶段为阶段t₃的延续，电流达到接近稳态值的时间。

所述的t₄-t₅阶段为合闸完成后，辅助开关DL完成转换，切断了控制回路，辅助开关DL触头间产生电弧并被拉长，电弧电压快速升高迫使电流迅速减小直到熄灭的时间。

与现有技术比较，本发明由于采用了上述技术方案，具有以下效果：能够良好的解决断路器在合闸过程中因故障造成合闸线圈频繁故障的缺陷，大大的降低了检修人员的工作量，降低了电网运行风险，提高了供电可靠性，独立于断路器的控制回路，即使保护装置发生异常，也不会对断路器的正常运行造成影响等优点外，更进一步的提出了将断路器合闸线圈的状态量引入监测范围，通过DSP运算模块的计算结果及监测参数引入决策专家库等方法来更好的判断断路器的运行工况，能对断路器的电参数进行实时存储，实现了高压断路器从“事故检修”过渡到“状态检修”。

说明书附图

图1为本发明DSP运算程序流程图；

图2为现有的防烧模块的硬件结构图；

图3为本发明断路器分、合闸线圈电流特性图；

图4为本发明实测的某断路器合闸波形。

具体实施方式

下面对本发明作进一步的详细说明，但不作为对本发明的任何限制。

参见图1‐4所示，一种基于DSP的高压断路器控制回路智能防烧模块的保护方法，当断路器分、合闸指令下达后，合闸正电通过合闸保持继电器HBJ形成自保持回路，从控制正电+KM小母线通过装置的霍尔电流传感器一直传到线圈正电端，此时DSP运算模块中的电流/时间模块开始记录断路器分/合闸时间，当断路器分/合闸时间明显高于断路器机械特性所规定的时间时，DSP运算模块作出判断，发出打开常闭接点的指令，后输出到控制模块，实现线圈的保护功能；或者通过霍尔传感器的监测回路监测到的分/合闸电流明显高于正常的分合闸电流时，可能是由于分/合闸回路中发生了短路故障，DSP保护模块发生指令，立即切断分/合闸回路，以最大程度的保护上游的设备和电气元件不受到损坏，DSP运算模块的运算逻辑的数学表达式为：

T+n≤T_set

I≤kI_m

式中：T为断路器机械特性分合闸时间；n为设计的延时时间；T_set为装置定值设置时间；I为断路器分/合闸电流，kI_m为断路器保护电流整定值。

其断路器分/合闸时间包括t₀-t₁阶段、t₁-t₂阶段、t₂-t₃阶段、t₃-t₄阶段和t₄-t₅阶段。

t₀-t₁阶段为线圈在t₀时刻通电到t₁时刻铁心开始运动的时间。

t₁-t₂阶段为铁芯运动，电流下降，t₂为控制电流的最低点，代表铁心已经触动合闸压板，铁芯受力明显因而减速或停止运动的时间。

t₂-t₃阶段为铁芯已经到达最大行程，停止运动，电流又呈指数上升的时间。

t₃-t₄阶段为阶段t₃的延续，电流达到接近稳态值的时间。

t₄-t₅阶段为合闸完成后，辅助开关DL完成转换，切断了控制回路，辅助开关DL触头间产生电弧并被拉长，电弧电压快速升高迫使电流迅速减小直到熄灭的时间。

试验时，选取了某地市级供电局某220kV变电站的一台10kV断路器来作为试验对象，该断路器正常合闸后，电流型霍尔传感器监测到的合闸电流/时间的变化关系，决策专家库通过通讯规约上传至后台。图4为通过MATLAB软件显示的波形，电流型的线圈保护器将每次断路器合闸过程的电流数据以1mS为间隔保存下来，共保存自电流超过阀值开始的150mS内的电流值，装置最多保存20组数据，这些数据可以通过RS485通讯模式用MODBUS‐RTU通讯规约上传到后台，以备用户查看合闸过程中电流的变化情况。将图4与断路器分、合闸线圈电流特性作对比，发现该断路器合闸线圈在铁心开始运动、运动过程中以及辅助开关DL在合闸后切换均良好，满足断路器正常合闸的需求，实现了对该台断路器的状态监测。