便携式220千伏线路临时保护装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种便携式220千伏线路临时保护装置，包括箱体和电路板，其电路板具体构件包括交流模块、开关量输入模块、CPU保护模块、电源模块、人机对话模块、继电器出口模块及通讯接口模块；交流模块、开关量输入模块与CPU保护模块的输入端相连，CPU保护模块的输出端连接人机对话模块、继电器出口模块及通讯接口模块；电源模块给上述模块提供电源。本发明包括独立的充电保护、过流保护、过负荷保护、信息记录和分析、故障录波等功能，适用于220kV及以下电压等级的线路临时保护、主要用于220kV新线路投运时加装的临时保护。
【专利说明】便携式220千伏线路临时保护装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电力线路保护装置，尤其涉及一种便携式220千伏线路临时保护装置，属于继电保护【技术领域】。
【背景技术】
[0002]在电力系统发生故障时或发生其他危及安全运行的异常工况时继电保护装置能够在可能实现的最短时间和最小区域内自动将故障设备从系统中切除，或发出信号由值班人员消除异常工况根源，以减少或避免对其他设备的损坏和对相邻地区供电的影响。在国内220kV及以上电压等级线路和重要IlOkV联络线路上，一般都配置利用两端电气量的纵联保护和利用单端电气量的后备保护，其中后备保护包括线路距离保护和零序电流方向保护。这三种保护在新投运时，需要带负荷测相位正确后，方可投入运行。在投入运行前，若不加装临时保护装置，高压设备将失去保护，最终导致如果出现事故后，将扩大事故范围，影响电网稳定性和安全性。
[0003]新设备投产前虽然做过包括耐压试验在内的一系列检测，但仍有可能在投产过程中发生故障；新安装的保护装置在一次设备带电前通常未做过相量检查，不能100%的保证其交流输入回路的完好正确。因此，为保证一旦新设备在投产过程中发生故障能够可靠将其切除，在投产前应做好事故预想，合理安排启动时的运行方式，一旦新投产设备的保护拒动，则应通过与新投产设备串联或相邻设备的保护将故障与运行系统隔离，以保证系统可靠运行。
【发明内容】
[0004]本发明针对上述现有技术中存在的问题，提供一种便携式220千伏线路临时保护装置，解决了现有技术中新设备在投产过程中发生故障无法快速可靠将其切除的问题。
[0005]本发明的技术方案如下:
包括箱体和电路板，电路板具体构件包括交流模块、开关量输入模块、CPU保护模块、电源模块、人机对话模块、继电器出口模块及通讯接口模块；交流模块、开关量输入模块与CPU保护模块的输入端相连，CPU保护模块的输出端连接人机对话模块、继电器出口模块及通讯接口模块；电源模块给上述模块提供电源。
[0006]所述的电路板上设有主电路、定时采样电路和故障处理电路。
[0007]所述的CPU保护模块采用32位处理器，32位处理器包含采样频率为IOOHz的AD采样回路；32位处理器设有启动元件，用于起动后开放出口继电器的正电源。
[0008]所述的通讯接口模块同时提供一个RS-485 口，两个以太网口和一个打印口，传输规约为ffiC60870-5-103和94规约两种。
[0009]所述的主电路进行硬件自检、定值校验、人机对话模块和CPU模块运行是否正常相互检查；如果出错，给出相应的报告，并且发出告警信号。
[0010]所述的硬件自检包括ROM、RAM、EEPR0M、开出光耦。[0011 ] 所述定时采样电路进行模拟量采集和相量计算、开关量的采集和启动元件计算。
[0012]所述的故障处理电路进行保护算法计算、跳合闸判断和执行、事件记录、故障录波、保护所有元件的动作过程记录，最后进行故障报告的整理和记录所用定值。
[0013]所述的故障处理电路记录的模拟量为la、lb、Ic,310 ;记录的状态量为断路器位置、保护跳闸命令；记录的录波报告为12至48个，记录状态输入量变位事件、装置告警事件；记录动作时的录波、事件、定值和保护详细的动作过程，实时读取保护发送的事件，读取装置中记录的历史信息。
[0014]本发明的优点效果如下:
1、采用了全汉化显示/操作界面和全汉化、图形化、表格化打印输出。
[0015]2、采用透明化设计思想，保护内部元件在系统故障时的动作过程可以全息再现，便于分析保护的动作过程。
[0016]3、强大的故障录波功能，可以保存1000次事件，12至48次故障录波报告(含内部元件动作过程)，故障时有重要开关量多次变化时会自动多次启动录波并且记录重要开关量的变化。录波数据可以保存为C0MTRADE格式。
[0017]4、灵活的通信接口方式，配有RS_232、485和以太网通信接口。通信规约支持IEC60870-5-103 标准。
[0018]综述，本发明提供一种220千伏线路临时保护。包括独立的充电保护、过流保护、过负荷保护、信息记录和分析、故障录波等功能，适用于220kV及以下电压等级的线路临时保护、主要用于220kV新线路投运时加装的临时保护。当用本装置所在的断路器对母线、线路等元件充电而合于故障元件上时，本装置有充电保护作用为此种情况下保护。为了满足现场运行的需要，本装置还专门设置了 一段独立的过流保护，通过“过流投入”压板手动控制投入。本装置还设置了过负荷保护，过负荷保护可通过定值整定，当负荷过大时装置自动判别并发出告警。该保护具备故障录波功能。可记录的模拟量为la、lb、Ic、310。可记录的状态量为断路器位置、保护跳闸命令。本发明最终扩展了继电保护装置的功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，该描述的附图仅仅是本发明的一些实施例。
[0020]图1为本发明实施例公开的一种便携式220千伏线路临时保护装置的整体电路结构示意图。
[0021]图2为本发明实施例公开的一种便携式220千伏线路临时保护装置的硬件模块结构示意图。
[0022]图3为本发明实施例公开的一种便携式220千伏线路临时保护装置的交流模块与系统接线图。
[0023]图4为本发明实施例公开的一种便携式220千伏线路临时保护装置的CPU包括模块端子定义图。
[0024]图5为本发明实施例公开的一种便携式220千伏线路临时保护装置的通讯模块定义及GPS对时接线图。[0025]图6A为本发明实施例公开的一种便携式220千伏线路临时保护装置的电源模块原理及输入接线图。
[0026]图6B为本发明实施例公开的一种便携式220千伏线路临时保护装置的电源模块原理及输入接线图。
[0027]图6C为本发明实施例公开的一种便携式220千伏线路临时保护装置的电源模块原理及输入接线图。
[0028]图7为本发明实施例公开的一种便携式220千伏线路临时保护装置的充电保护和过流保护逻辑图。
[0029]图8为本发明实施例公开的一种便携式220千伏线路临时保护装置的工作流程示意图。
【具体实施方式】
[0030]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部。
实施例
[0031]如图1所示，本发明包括主电路、定时采样电路和故障处理电路。正常运行主电路，每隔Ims采样间隔定时执行一次定时采样电路，定时采样电路中执行启动元件，如果启动元件没有动作，返回主电路。如果启动元件动作，则进入故障处理电路(定时采样中断仍然执行)，完成相应保护功能，整组复归时启动元件返回，电路又返回进入正常运行的主电路。
[0032]主电路中进行硬件自检、定值校验、人机对话模块和CPU保护模块运行是否正常相互检查等。硬件自检包括ROM、RAM、EEPR0M、开出光耦等。
[0033]定时采样电路中进行模拟量采集和相量计算、开关量的采集和启动元件计算等。
[0034]故障处理电路中进行各种保护的算法计算、跳合闸判断和执行、事件记录、故障录波、保护所有元件的动作过程记录，最后进行故障报告的整理和记录所用定值。
[0035]如图2所示，电路板具体构件包括交流模块(AC)、开关量输入模块、CPU保护模块、电源模块(POWER)、人机对话模块(丽I)、继电器出口模块及通讯接口模块；交流模块、开关量输入模块与CPU保护模块的输入端相连，CPU保护模块的输出端连接人机对话模块、继电器出口模块及通讯接口模块；电源模块给上述模块提供电源。
[0036]如图3所示，交流模块(AC)中Ia、Ib、Ic、1，分别为三相电流和零序电流输入，电流变换器的线性工作范围为201η ;交流模块中三相电流和零序电流输入，按额定电流可分为1A、5A两种。
[0037]CPU保护模块采用32位处理器，具有完善的自检功能，为保护运算提供高可靠、高速度的支持。模件所包含的AD采样回路，采用高精度AD，采样频率为IOOHz ;另设有启动元件，用于起动后开放出口继电器的正电源。
[0038]CPU保护模块端子定义见图4。2X01端子:保护跳A，引自保护的跳闸接点，同相位的电流继电器的接点串联输出，用以启动失灵，下同；2X02端子:保护跳B;2X03端子:保护跳C ;2X04端子:三相跳闸；2X05端子:TWJA，引自开关的分相跳闸位置接点，用于开关非全相状态和手动合闸的判断，下同；2X06端子:TWJB ;2X07端子:TWJC ;2X08端子:三相不一致，当定值中的控制字第7位KG.7整定为“I”时，需引入由开关提供的非全相接点；当此开入有效时，保护经三相不一致延时动作出口，延时期间若此非全相接点返回，则保护瞬时复归；2X16端子:过流投入。
[0039]通讯接口模块完成公共的开入量接入、打印和接入监控系统的功能，如图5所示:同时提供一个RS-485 口，两个以太网口，一个打印口供选择，传输规约为IEC60870-5-103和94规约两种供用户选择。
[0040]通讯接口模块端子定义:6X09端子:信号复归，用于复归保护动作后自保持的信号；6X11端子:C0M，开入量公共地；6X12-6X13端子:GPS脉冲对时接入，6X12为内部光耦的正极性端，6X13为内部光耦的负极性端；6X15-6X18端子:为RS-485差分信号线；以太网口 A:接入监控系统的以太网中，单监控系统的以太网为双网结构时，接入A子网络中；以太网口 B:单监控系统的以太网络为双网结构时，接入B子网络中。
[0041]电源模块，保护装置的电源从4X08端子(直流电源+220V/+110V端)、4X10端子(直流电源-220V/-110V端)经滤波器、背板电源开关至内部电源模块，输出+5V、±12V、±24V给保护装置其它插件供电；经4X03、4X04端子输出一组24V电源，其中4X03端子为+24V，4X04端子为-24V ;另外经4X05、4X06端子输出一付电源消失告警常闭输出接点，当电源消失后接点闭合输出信号，正常有电源时接点是打开的；输入电源的额定电压有220V和IlOV两种，投运调试前请检查所提供电源插件的额定输入电压是否控制电源电压相同，电源输入连接如图6A。
[0042]电源24V的连接说明:电源模块输出-24V (4X04端子)，经外部连线直接接至CPU保护模块或者通讯模块的COM端子；输出24V接至屏上开入公共端子；当开入为空节点方式且为本保护装置提供电源时，开入量的接法如图6B。
[0043]当开入不是空节点而是48V或220V高电平量时，开入量必须通过光耦转换在接入如图6C ;当开入量通过外部空接点接入信号，但是外部空接点离装置较远时，要经220V转24V的光隔后再接入装置，如图6C所示，以保证输入信号的可靠性。
[0044]人机对话模块处理人机对话部分，完成液晶显示、键盘操作和打印功能；由于采用大液晶、全汉化显示使得用户操作变得简单。
[0045]本装置充电保护只在手合时保护自动投入，并且只开放10s，即IOs后该段电流元件自动退出；本装置不需要引入“手合”信号，手合状态完全由保护通过开关位置接点来判断；三个分相TWJ均动作且无流并超过30s后，如果任一 TWJ返回或者线路有流，则判断为手合；充电保护的逻辑框图如图7所示，充电保护为带时限的无方向电流保护，计算三相电流值，若任一相电流大于充电保护电流整定值时，经整定延时后充电保护出口跳闸，充电保护投入IOS后，保护自动复归；充电保护可由控制自选择退出。
[0046]为了满足现场运行的需要，本装置还专门设置了一段独立的过流保护，通过“过流投入”压板手动控制投入；过流保护逻辑图见图7，为了防止线路充电后过流保护长期投入，装置在前面板上设有一“过流投入”指示灯，在信号插件上留有两组信号接点用于指示本压板状态；过流保护在定值上完全和充电保护分开。图7中，ICD为充电保护过流定值；TCD为充电保护延时时间定值；IGL为过流保护过流定值；TGL为过流保护延时时间定值。
[0047]图8为本发明的工作流程示意图，包括以下步骤:步骤801:系统初始化； 步骤802:系统自检、定值检查；系统自检、定值检查，然后进入803过流检测、804过负荷检测、805开关由分到合；步骤803过流检测进入步骤806 ;步骤806:若是进入807 ;步骤807:是否投入过流压板，若是进入步骤808、进入步骤814，若是进入步骤815 ;步骤808:录波；步骤814:是否投入跳闸压板；步骤815:执行跳闸；步骤804:若是进入步骤809，若是进入步骤810 ;步骤805:若在IOs内进入步骤811、进入步骤812 ；步骤812:若是进入步骤813 ;步骤813:若是进入步骤808、进入步骤814、进入步骤815。
[0048]本发明主要技术数据为，直流电源:220V，IlOV ;交流电压:100/S V, 100V ;交流电流:5A, IA ;频率:50Hz。
[0049]功能消耗为，直流回路:《25W ;交流电压回路:〈0.5VA/相；交流电流回路:〈1VA/相(IN=5A)。
[0050]精确工作范围为，电流:0.05In-20In ;电压:0.4V-100V ;频率:45Hz-50Hz ;时间:O-1OOs ο
[0051]定值误差为，电流及电压定值误差:〈±5%整定值；频率定值误差:〈0.01Hz ;时间定值误差:〈±1%整定时间+35ms。
[0052]冲击电压为，各输入输出端子对地，交流回路与直流回路间，交流电流与交流电压间能承受5kV (峰值)标准雷电冲击波试验。
[0053]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合于本文所公开的原理和新颖特点相一致范围。
【权利要求】
1.便携式220千伏线路临时保护装置，包括箱体和电路板，其特征在于电路板具体构件包括交流模块、开关量输入模块、CPU保护模块、电源模块、人机对话模块、继电器出口模块及通讯接口模块；交流模块、开关量输入模块与CPU保护模块的输入端相连，CPU保护模块的输出端连接人机对话模块、继电器出口模块及通讯接口模块；电源模块给上述模块提供电源。
2.根据权利要求1所述的便携式220千伏线路临时保护装置，其特征在于所述的CPU保护模块采用32位处理器，32位处理器包含采样频率为IOOHz的AD采样回路；32位处理器设有启动元件，用于起动后开放出口继电器的正电源。
3.根据权利要求1所述的便携式220千伏线路临时保护装置，其特征在于所述的通讯接口模块同时提供一个RS-485 口，两个以太网口和一个打印口，传输规约为IEC60870-5-103 和 94 规约两种。
4.根据权利要求1所述的便携式220千伏线路临时保护装置，其特征在于所述的电路板上设有主电路、定时采样电路和故障处理电路。
5.根据权利要求4所述的便携式220千伏线路临时保护装置，其特征在于所述的主电路进行硬件自检、定值校验、人机对话模块和CPU模块运行是否正常相互检查；如果出错，给出相应的报告，并且发出告警信号。
6.根据权利要求5所述的便携式220千伏线路临时保护装置，其特征在于所述的硬件自检包括ROM、RAM、EEPROM、开出光耦。
7.根据权利要 求4所述的便携式220千伏线路临时保护装置，其特征在于所述定时采样电路进行模拟量采集和相量计算、开关量的采集和启动元件计算。
8.根据权利要求4所述的便携式220千伏线路临时保护装置，其特征在于所述的故障处理电路进行保护算法计算、跳合闸判断和执行、事件记录、故障录波、保护所有元件的动作过程记录，最后进行故障报告的整理和记录所用定值。
9.根据权利要求8所述的便携式220千伏线路临时保护装置，其特征在于所述的故障处理电路记录的模拟量为la、lb、Ic,310 ;记录的状态量为断路器位置、保护跳闸命令；记录的录波报告为12至48个，记录状态输入量变位事件、装置告警事件；记录动作时的录波、事件、定值和保护详细的动作过程，实时读取保护发送的事件，读取装置中记录的历史信肩、O
【文档编号】H02H7/26GK104022493SQ201410266685
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月16日 优先权日:2014年6月16日
【发明者】李英锋, 高源 , 潘徉安, 牛春娇, 罗贤斌, 李想, 曹頔, 薛晓丰, 王通, 金彪, 郝世清 申请人:国家电网公司, 国网辽宁省电力有限公司铁岭供电公司