一种用于提高非电量保护可靠性的系统的制作方法

本发明创造属于继电保护领域，尤其是涉及一种用于提高非电量保护可靠性的系统。

背景技术：

为了保证电气化铁路牵引变压器安全、可靠的运行，牵引变压器均设置了电量和非电量保护。作为电量保护的重要补充，非电量保护的判据是是气体体积、流速、油面高度、压力、温度、油位等非电量。非电量保护主要包括本体轻瓦斯、本体重瓦斯、油温过高、压力释放、超温跳闸等，其中重瓦斯保护、压力释放、超温跳闸等一直与差动保护配合作为变压器主变保护使用。

但是，外接线的非电量信号，需要通过电缆连接到主变处，若线缆过长，或者敷设不合理，高次谐波分量干扰极易通过电缆上的分布电容被引进非电量保护的输入，最终导致误动作；再或者，如果真实发生故障时，非电量信号虽然引入非电量保护了，但是由于非电量保护插件设计的不合理，导致拒动或误动，都将对牵引供电系统的安全运行造成重大影响。

因此，非电量保护误动作或者拒动作已经成为影响牵引变压器可靠性的首要因素，设计人员应充分认识到牵引变压器非电量保护的重要性，并努力提高非电量保护的可靠性、安全性与稳定性，为电气化铁路牵引变压器安全、可靠的运行提供保障。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明创造旨在克服上述现有技术中存在的缺陷，提出一种用于提高非电量保护可靠性的系统。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种用于提高非电量保护可靠性的系统，包括继电器起动电压分类子系统和非电量保护子系统：

所述继电器起动电压分类子系统包括继电器分类装置、以及为继电器分类装置供电的电源模块、以及用于控制电源模块工作的上位机；所述继电器分类装置上设有多个用于安装待装继电器的tport测试端口，所述上位机通过直流电压采集模块和开关量采集模块与每一tport测试端口连接；所述电源模块包括为继电器分类装置供电的直流源、以及用于控制每一tport测试端口通断电的程控电源开关，所述上位机与程控电源开关电气连接；

所述非电量保护子系统包括并联设置的出口模块和信号反馈模块、以及用于控制二者通断的非电量输入模块，所述出口模块一端通过ij-1触点开关与正控母+km连接，另一端与负控母-km连接，信号反馈模块一端通过ij-2触点开关与正控母+km连接，另一端与负控母-km连接；所述非电量输入模块包括非电量输入端口、功率控制子模块、i类待装继电器子模块、用于控制i类待装继电器子模块延时的延时子模块1、以及用于控制i类待装继电器子模块复归的复归子模块，所述功率控制子模块与i类待装继电器子模块并联设置；所述i类待装继电器子模块包括分类后的i类继电器和用于调整非电量输入模块电流或功率的串联功率电阻子模块1，延时子模块1、复归子模块与ⅰ类继电器相连，所述ij-1触点开关和ij-2触点开关的开合均受ⅰ类继电器控制。

进一步的，所述出口模块包括出口继电器、用于控制出口继电器延时的延时子模块2、用于调整出口模块电流或功率的串联功率电阻子模块2；所述延时子模块2与出口继电器相连。

进一步的，所述信号反馈模块包括控制继电器、信号继电器、用于调整信号反馈模块电流或功率的串联功率电阻子模块3；所述非电量输入端口上设有用于控制非电量输入端口通断的kj触点开关，该kj触点开关受控制继电器控制。

相对于现有技术，本发明创造具有以下优势：

本发明创造通过将继电器起动电压分类和非电量保护相结合，设计了一种用于提高非电量保护可靠性的系统，主要在于对系统整体的设计，该系统通过设计两个子系统，在得到了具有合理起动电压区间的继电器，使得非电量保护起动回路具有更高的起动可靠性的同时，基于得到的待装继电器进行了非电量保护子系统的设计，使得非电量保护子系统具有继电器保持线圈复归、额定电压下的动作延迟、起动需要达到一定功率，且可在ⅰ类继电器起动后，利用信号反馈回路自动切断非电量起动回路以降低非电量保护子系统的整体功耗，大大提高非电量保护抗干扰、防误动的可靠性，有利于增强了牵引变电站综合自动化系统的鲁棒性。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造实施例所述用于提高非电量保护可靠性的系统的示意图；

图2为本发明创造实施例所述继电器起动电压分类子系统的示意图；

图3为本发明创造实施例所述非电量保护子系统的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

一种用于提高非电量保护可靠性的系统，如图1至图3所示，包括继电器起动电压分类子系统和非电量保护子系统：

所述继电器起动电压分类子系统包括继电器分类装置、以及为继电器分类装置供电的电源模块、以及用于控制电源模块工作的上位机；所述继电器分类装置上设有多个用于安装待装继电器的tport测试端口，所述上位机通过直流电压采集模块和开关量采集模块与每一tport测试端口连接；所述电源模块包括为继电器分类装置供电的直流源、以及用于控制每一tport测试端口通断电的程控电源开关，所述上位机与程控电源开关电气连接；

具体的，结合图2和图3，详细技术方案如下：

如图2所示，利用继电器起动电压分类子系统对待装继电器进行分类，分类的目的是为了找到具有合适的起动电压的待装继电器；由继电器的特性可知，各继电器供应商所生产的继电器差异性较大，即使是电压等级相同的继电器，起动电压值也存在较大的不同；继电器是设计非电量保护的关键器件，继电器的起动电压波动范围较大，将会导致非电量保护出现不稳定、误动、拒动等可靠性降低的问题；因此，仅仅通过继电器的datasheet去计算得出继电器的起动电压是不可靠的，它需要通过辅助的分类系统进行分类，而由于采用人工分类，则耗时、耗力、成本高，分类准确度较低；

因此，本发明创造首先设计了继电器起动电压分类子系统，利用该系统可方便、快速、准确的对待装继电器进行分类；本发明创造中设计的继电器起动电压分类子系统可以实现对待装继电器的快速精准分类，大大提高了待装继电器的分类效率和准确性；

具体的，所述的直流源的电压调节范围为0～300v，可为绝大多数继电器测试提供直流电压；

所述的继电器分类装置包含10个常规tport测试端口，2个备用tport测试端口，它具有多种封装的测试能力，只需选择不同模式，即可切换底座封装，实现多种继电器的分类。

程控电源开关是一种多路程控开关，工作频率宽，适用于dc～100mhz，路间隔离度高，每个设备具有32路i/o，可级联，具有远程控制功能，可通过网络对其进行配置；

直流电压采集模块最大可同时满足16路直流电压采集，分辨率为16位，采样率为200ksps，具有1兆欧模拟输入阻抗的缓冲器，可扩展采集通道；

开关量采集模块采集的状态量为所测的待装继电器的触点闭合/断开情况，由此可判断继电器是否起动；

所述待装继电器是一种小型、有极性、双线圈磁保持型功率继电器；具体的，所述的待装继电器是一种小型、有极性、双线圈磁保持型功率继电器，可以采用型号为松下dsp2a-l2-24v的继电器，理论起动电压范围为额定值的80％或以下，实测起动电压范围约为9.5v～17.7v；

具体的，上位机可以采用现有的控制上位机，本发明创造主要创新点在于对继电器起动电压分类子系统的结构设计和改进，主要是为用于提高非电量保护可靠性的系统提供一种硬件框架结构，不涉及上位机控制软件，本领域技术人员可以自行选择使用现有控制软件，只要可以实现对程控电源开关的控制即可。

所述非电量保护子系统包括并联设置的出口模块和信号反馈模块、以及用于控制二者通断的非电量输入模块，所述出口模块一端通过ij-1触点开关与正控母+km连接，另一端与负控母-km连接，信号反馈模块一端通过ij-2触点开关与正控母+km连接，另一端与负控母-km连接；所述非电量输入模块包括非电量输入端口、功率控制子模块、i类待装继电器子模块、用于控制i类待装继电器子模块延时的延时子模块1、以及用于控制i类待装继电器子模块复归的复归子模块，所述功率控制子模块与i类待装继电器子模块并联设置；所述i类待装继电器子模块包括分类后的i类继电器和用于调整非电量输入模块电流或功率的串联功率电阻子模块1，延时子模块1、复归子模块与ⅰ类继电器相连，所述ij-1触点开关和ij-2触点开关的开合均受ⅰ类继电器控制。

所述出口模块包括出口继电器、用于控制出口继电器延时的延时子模块2、用于调整出口模块电流或功率的串联功率电阻子模块2；所述延时子模块2与出口继电器相连；具体的，所述的出口继电器为快速出口继电器，动作时间小于t4，所述的串联功率电阻子模块1和串联功率电阻子模块2的功率下限值均大于w0。

所述信号反馈模块包括控制继电器、信号继电器、用于调整信号反馈模块电流或功率的串联功率电阻子模块3；所述非电量输入端口上设有用于控制非电量输入端口通断的kj触点开关，该kj触点开关受控制继电器控制。

具体的，如图3所示，非电量保护子系统中，出口继电器可以采用松下dk2a-24v继电器，动作时间小于3ms，所述的串联功率电阻子模块1和串联功率电阻子模块2的功率下限值均大于3w，所述的串联功率电阻子模块1和2一端分别与ⅰ类继电器线圈负极和出口继电器线圈负极相连，另一端均连接至-km，所述的ⅰ类继电器的触点ij-1，其一端与出口继电器线圈正极相连，另一端与+km相连；所述的复归子模块与ⅰ类继电器的复归线圈相连，当ⅰ类继电器起动后，需要复归，操作复归子模块即可完成；

所述的延时子模块1与ⅰ类继电器相并连，所述的延时子模块2与出口继电器相并连，延时子模块1和延时子模块2均由金属化聚酯膜电容器(浸渍型)组成，它采用无感卷绕结构，容量范围宽，体积小，重量轻，自愈性好，寿命长，阻燃性环氧粉末包封，特别适合于继电保护装置稳定性与可靠性的要求；延时子模块1的延时时间设置为15ms，延时子模块1的延时时间设置为5ms，由于存在累积误差，时间的延时时间存在较大波动，需要非电量保护的其他性能参数协同、配合，找到最优值；它的原理是在工频交流电的正半周为其充电，负半轴放电；当充电电压达到继电器的起动电压时，继电器动作，以达到延时的效果；

信号反馈模块包含控制继电器、信号继电器及串联功率电阻子模块3，由三者串联组成，串联功率电阻子模块3的一端与-km相连，另一端与信号继电器线圈负极相连；所述的控制继电器的触点kj一端与ⅰ类继电器线圈正极相连，另一端接“输入”，即非电量信号输入；所述的ⅰ类继电器的触点ij-2一端与控制继电器线圈正极相连，另一端与+km相连；所述的功率控制子模块与ⅰ类继电器线圈正极相连，另一端与-km相连，所述的功率控制子模块的所述的复归子模块与ⅰ类继电器相连；当非电量保护起动回路动作时，功率控制子模块的功率值应大于或等于5w；

经过了继电器起动电压分类子系统的分类得到了高可靠性的i类继电器，同时增加了出口模块、信号反馈模块、以及用于控制二者通断的非电量输入模块，使得非电量保护子系统的抗干扰性能、可靠性大幅提升；可满足作用于跳闸的非电量保护起动功率大于5w，起动电压在额定直流电源电压的55％～70％范围内、额定直流电源电压下动作时间为10ms～35ms、具有抗220v工频电压干扰的能力，达到非电量保护“确定动作和确定不动作的要求”。

一种应用上述用于提高非电量保护可靠性系统的方法，包括：

s1、首先利用继电器起动电压分类子系统对待装继电器进行分类；按照待装继电器的起动电压v等级分为i类和ii类；

s2、利用分类得到的ⅰ类继电器设计非电量保护子系统；

s3、在非电量保护子系统中设计出口模块、非电量输入模块以及信号反馈模块；

s4、设计实现非电量保护的非电量保护子系统控制逻辑；

s5、利用改进粒子群寻优算法搜索s2中非电量保护子系统的最优性能参数；

s6、当非电量保护子系统的性能参数最优且稳定时，统计大量的性能参数数据输入进步骤s1的继电器起动电压分类子系统中，以优化待装继电器分类；通过反复迭代运算，实现对待装继电器的最优分类，以提高继电器起动电压分类子系统和非电量保护子系统的性能。

所述步骤s1中继电器起动电压分类子系统对待装继电器的具体分类方法如下：

s11、在继电器分类装置上安装n个待装继电器；

s12、在上位机使用继电器智能分类软件控制程控电源开关，使得直流源以v0步进调整输出电压值，步进周期设置为t1；

s13、根据非电量保护的电压等级确定分类阈值vf，ⅰ类继电器为起动电压v大于vf，其余为ii类；

s14、开始分类，直流电压采集模块实时采集n路tport的电压值，设置为n路tport同步采样方式，采样周期为t2；开关量采集模块动态监测继电器触点变位情况，设置为轮询方式，轮询周期为t3，应满足t2<t3<t1，当触点发生变位时，上位机立刻记录下当前直流电压采集模块上传的电压值v，并闭锁当前的tport，直至n路tport全部分类完毕。

实施例1，具体的继电器起动电压分类子系统对待装继电器的分类步骤如下：

步骤一、首先在继电器分类装置上安装10个松下dsp2a-l2-24v，然后给继电器起动电压分类子系统上电，进入等待分类状态；

步骤二、根据非电量保护的电压等级，即现场的电压制式为24v/60v/110v/220v等，确定分类阈值vf，这里以110v为例，分类阈值vf经大量实验可定为15.5v，ⅰ类继电器为起动电压v大于15.5v，其余为ii类；

步骤三、在上位机打开控制与分析软件，选择“继电器分类”，再选择“松下dsp2a-l2-24v”，设置参数：(1)直流源的步进值0.1v；(7)直流源的初始值设置为15.0v；(2)直流源步进周期20ms；(3)电压制式110v；(4)tport同步采样方式；(5)tport同步采样周期500us；(6)开关量采集设为轮询方式；(7)轮询周期设为10ms；点击“开始分类”，即可启动分类程序；

步骤四、软件启动后，控制程控电源开关打开，并使得直流源以0.1v步进、10ms为周期调整输出电压值；

步骤五、直流电压采集模块实时采集10路tport的电压值，开关量采集模块动态监测继电器触点变位情况，当触点发生变位时，上位机立刻记录当前直流电压采集模块上传的电压值u，并闭锁当前的tport，直至10路tport全部分类完毕。

所述步骤s3中，当非电量输入模块动作时，功率控制子模块的功率值应大于或等于w1。所述步骤s4中，非电量保护子系统的具体控制逻辑为：

当有非电量信号输入时，满足输入功率大于w1，且输入可保持至延时子模块1延时t5结束，则ⅰ类继电器动作，ij-1触点开关和ij-2触点开关闭合，控制继电器与信号继电器起动；控制继电器起动后控制kj触点开关打开，使得非电量输入模块掉电，同时功率控制子模块也停止工作，降低非电量保护子系统的功耗，非电量输入模块掉电后，所有触点均保持当前状态；在ij-1触点开关闭合后，经过延时子模块2延时t6，出口继电器起动，此时可通过出口继电器触点对外出口；

当有外界干扰输入时，干扰的输入能量小于w1，或未能保持至延时子模块1延时t5结束，则ⅰ类继电器不起动；

具体的，当有非电量信号输入时，满足输入功率大于5w，且输入可保持至延时子模块1延时15ms结束，则ⅰ类继电器动作，两个触点开关ij-1和ij-2闭合，控制继电器与信号继电器起动，经过延时子模块2延时5ms，出口继电器也起动，控制继电器触点kj打开，使得ⅰ类继电器掉电，保持当前触点状态，同时使得功率控制子模块停止工作，极大的降低了非电量保护子系统的整体功耗；

当有外界干扰输入时，干扰的输入能量小于5w，或未能保持至延时子模块1延时15ms结束，则ⅰ类继电器不起动。

所述步骤s5中，改进粒子群寻优算法搜索步骤s2中非电量保护子系统最优性能参数的具体方法如下：

s51、获取从ⅰ类继电器起动至出口继电器起动的总时间t7，t7等于ⅰ类继电器动作时间t0、t4、t5及t6之和，设置t7作为特征向量；

s52、设置搜索时间区间(tql,tqh)，初始化粒子位置、速度、种群大小、学习因子、最大迭代次数tmax、惯性权重ω以及位置更新方程；

s53、根据粒子间距动态调整惯性权重ω，平滑惯性权重ω的搜索特性，平衡局部与全局搜索状态，使得解趋向于平稳并快速收敛，避免陷入局部最优；

s54、通过反复迭代，优化粒子空间，当满足搜索时间区间(tql,tqh)或最大迭代次数tmax时，停止迭代，输出最优解；

s55、得到最优解，则根据最优解确定i类继电器最优起动电压数据，优化继电器起动电压分类子系统分类准确度；

s56、未得到最优解，则返回继续搜索、优化，直到满足条件为止；

具体的，所述的改进粒子群寻优算法搜索非电量保护子系统的最优性能参数步骤如下：步骤一、在非电量保护子系统设计完成后，通过示波器或继保仪获取从ⅰ类继电器起动至出口继电器触点闭合的总时间t7，t7等于ⅰ类继电器动作时间t0、t4、t5及t6之和，设置t7作为特征向量；设置搜索时间最优区间(25ms,30ms,)，初始化粒子位置、速度、种群大小、学习因子、最大迭代次数tmax、惯性权重ω和位置更新方程；步骤二、根据粒子间距动态调整惯性权重ω，平滑惯性权重ω的搜索特性，平衡局部与全局搜索状态，使其快速收敛，同时避免陷入局部最优；通过反复迭代，优化粒子空间，当满足搜索时间区间或最大迭代次数tmax时，停止迭代，输出最优解；步骤三、否则返回继续搜索、优化，直到满足条件为止。

本发明创造通过将继电器起动电压分类和非电量保护相结合，设计了一种用于提高非电量保护可靠性的系统，主要在于对系统整体的设计，该系统通过设计两个子系统，在得到了具有合理起动电压区间的继电器，使得非电量保护起动回路具有更高的起动可靠性的同时，基于得到的待装继电器进行了非电量保护子系统的设计，使得非电量保护子系统具有继电器保持线圈复归、额定电压下的动作延迟、起动需要达到一定功率，且可在ⅰ类继电器起动后，利用信号反馈回路自动切断非电量起动回路以降低非电量保护子系统的整体功耗，大大提高非电量保护抗干扰、防误动的可靠性，有利于增强了牵引变电站综合自动化系统的鲁棒性。

本发明创造也提出了一种用于提高非电量保护可靠性的方法，通过根据继电器的起动电压对继电器进行分类，得到了具有合理起动电压区间的继电器，使得非电量保护起动回路具有更高的起动可靠性；同时，通过设计复归、延时、功率控制与信号反馈等模块，使得非电量保护子系统具有继电器保持线圈复归、额定电压下的动作延迟、起动需要达到一定功率，且可在ⅰ类继电器起动后，利用信号反馈回路自动切断非电量起动回路以降低非电量保护子系统的整体功耗；最后，通过利用改进粒子群寻优算法搜索中非电量保护子系统的最优性能参数，统计大量的性能参数数据后，反向输入进继电器起动电压分类子系统中，以优化待装继电器分类，使得非电量保护起动电压更加准确和可控，经过反复迭代运算与测试，可提高非电量保护抗干扰、防误动的可靠性。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。