一种电力线路保护系统的制作方法

本实用新型涉及电力线路保护领域，具体涉及一种电力线路保护系统。

背景技术：

差动保护是一种线路保护方法，对主干线路和分支线路之间常采用差动保护的方式。现有的差动保护是分别通过电流互感器（ct）获取线路两端电流、电压等参数，并变成报文发送给计算机，由计算机进行报文解读，并由此对线路上游位点的电流和下游位点的电流进行比较，看上点电流是否与下点电流相等，如果不相等则判断发生故障，并切断线路的开关，以此来切除故障线路。但是，报文的编写和制造、传输、接收、解释等过程涉及诸多环节，不仅涉及器件多，计算量大，而且算法复杂，整体耗时长，装置可靠性设计难度大。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种电力线路保护系统，该系统利用差动原理并极大简化了处理过程，数据处理、传输实时快速，所用部件少，过程简单，响应更及时，能够更快对线路进行保护。

为了实现上述目的，本实用新型采取如下技术方案：

一种电力线路保护系统，包括干线和支线，在干线上设有电能入口开关a和与开关a相邻的开关b，开关a和开关b之间设有若干支线，在支线上设有开关f，将所述开关a、开关b和开关f上通过的电流量经电流互感器和压频转换电路分别转换成具有对应关系的脉冲量，并通过通信介质将各所述脉冲量点对点直接传给转换计算单元，所述转换计算单元对各所述脉冲量进行转换和计算，通过计算脉冲量来判断通过所述开关a的电流量与通过所述开关b和开关f的电流量之和是否相等，如果不相等并超出阈值时则切断开关a。

优选的，所述转换计算单元将各所述脉冲量分别转换成代表脉冲个数的数字量，并根据所述数字量计算开关a对应的脉冲量与开关b和开关f对应的脉冲量之和是否相等，如果不相等并超出阈值，则判断为通过所述开关a的电流量与通过所述开关b与开关f的电流量之和不相等。

优选的，分别通过一次电流互感器和二次电流互感器将所述开关a、开关b和开关f上通过的电流量转换为弱电信号后再输入到所述压频转换电路。

优选的，所述通信介质为光纤、5gvpn/ipsee隧道、微波或通讯电缆。

优选的，所述通信介质为光纤、5gvpn/ipsee、微波或通讯电缆。

优选的，所述转换计算单元包括计数器和加法器/减法器，通过计数器将所述脉冲量转换成代表脉冲个数的数字量，通过加法器/减法器对所述数字量进行计算。

优选的，每隔固定周期对所述转换计算单元的输出清零。

优选的，通过电压互感器引入所述电力线路的电压量，将所述电压量经过波形整形电路转化成同相位方波，由方波上升沿或下降沿经过延时电路将所述转换计算单元的输出清零。

进一步的，设置n个转换计算单元分别对各所述脉冲量并行转换和计算，且每隔固定周期t对各个所述转换计算单元的输出清零，且对不同转换计算单元开始清零的时刻依次相隔t/n，当至少有一个转换计算单元的计算结果超过所述阈值时则切断所述开关a，所述n为大于1的正整数。

进一步优选的，通过电压互感器引入所述电力线路的电压量，将所述电压量经过波形整形电路转化成同相位方波，由方波上升沿或下降沿分别经过n个延时电路将所述n个转换计算单元的输出分别清零，所述n个延时电路的延时清零周期t相同，并且各个延时电路清零开始时刻依次相隔t/n，所述n为大于1的正整数。

本实用新型有益效果在于，将开关a、开关b和开关f处的电流通过一次、二次电流互感器等方式转换成弱电信号，再将弱电信号通过通过电压频率转化器（vfc）等方式转换成与电流成正比例的脉冲量并直接点对点传给具有计数器和加法/减法功能的转换计算单元，或者对开关b、f而言，经压频转换电路得到脉冲后在本地直接经计数器计数得到新的数字脉冲，再传给转换计算单元直接进行加法/减法运算（如采用５g的vpn／ipsee隧道技术低延时实时进行点对点直接传输），通过计算与开关a处电流对应的脉冲是否与开关b、开关f等处电流对应的脉冲之和是否相等，可以得出开关a处的电流是否与开关b、开关f处的电流之和相等，如果不相等并超过一定阈值时，则可判断故障发生，从而切断开关a。上述方式采用脉冲量向转换计算单元的点对点直接实时传输，不再使用以太网模式下协议、报文结合同步采集技术等经寻址的非点对点因而也是相对非实时的传输方式，简化了数据处理量，提升了传输、转换和计算速度。本系统所用器件少，只需简单计数和加法或减法运算，甚至可以做到没有计算机的cpu参与，各项成本低，使得判断故障速度可在5个毫秒以内，远快于采用报文的几十个毫秒的时间，提升了保护的及时性。

附图说明

图1是本实用新型实施例示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例对本实用新型做进一步说明：

实施例1

本实用新型的实施例中，开关a和开关b位于干线上，开关a为电能入口开关，开关b与开关a相邻并通过干线导线相连，在开关a和开关b之间的干线上设有两条支线（也可以没有支线或者有其他数目的支线），其上分别设置开关f。在开关a上经一次电流互感器和二次电流互感器将通过开关a的电流量转换成弱电电压信号，然后直接经第一压频转换电路转换成与输入电压量具有正比例关系的脉冲量，也即与开关a处的电流量具有正比例关系的脉冲量，将脉冲量实时传给转换计算单元。同样，将开关b、两个开关f处的电流量分别经一次电流互感器和二次电流互感器转换成弱电电压量，再分别输出到第二压频转换电路和第三、第四压频转换电路，通过第二压频转换电路将开关b的电流量转换成具有正比例对应关系的脉冲量，并通过光纤或5g信号等独立的通信链路点对点直接传给转换计算单元。通过第三、第四压频转换电路分别将两个开关f的电流量转换成具有正比例对应关系的脉冲量，并通过光纤或5g信号等独立的通信链路点对点直接传给转换计算单元。转换计算单元中设置相应个数的计数器分别接收开关a、开关b和两个开关f对应的脉冲量，并转化成代表脉冲个数的数字量。各个数字量再送入加法器或加法器，进行运算，比较开关a的脉冲数与开关b、两个开关f的脉冲数之和是否相等。

如果在开关a、开关b以及两个开关f之间的导线发生故障，导致开关a的电流与开关b、两个开关f的电流之和不相等，则转换计算单元计算的与开关a对应的脉冲数和与开关b、两个开关f对应的脉冲数之和不再相等并且会超出预设的阈值，此时即判断故障发生，转换计算单元或相应控制单元即可发出命令，使开关a断开，这样即把故障限定在开关a、开关b和开关f内，而不会向开关外扩展，起到了保护线路的作用。

考虑到转换计算单元计算时存在的噪声误差以及误差的累积效果，为了不使误差的累积超过所预设的阈值，从而影响判断，需要每隔固定周期对转换计算单元的输出清零。例如，在一个实施例中，在开关a处通过电压互感器引入线路的电压量，将电压量经过波形整形电路转化成与过零点同相位方波，由方波上升沿或下降沿经过延时电路每延时12ms将转换计算单元的输出清零，这就保证了不会因噪声误差的累积超出阈值造成误判。但是，故障发生具有随机性，假如故障发生时刻位于清零发生后的大于等于0而小于6ms内，并假设从故障发生时起需要累积6ms转换计算单元的计算结果才会超出所设置的阈值（计算结果指开关a电流对应的脉冲减去开关b和两个开关f对应的脉冲之和的差值），则自清零发生后需要6~11ms的时间即能判断出故障发生并切断开关a。但假如故障发生在清零后大于等于6而小于12ms内，因同样需要6ms的积累，则自清零发生后则需要12ms以上的时间才能累积到超出阈值的结果，而在12ms时会又发生一次清零，这样转换计算单元的计算结果被清零后需要重新计算和累积，只有又到6ms才会累积达到阈值，这样在故障发生后至再次清零的时间就不会起到累积作用，造成时间浪费形成跳闸迟延，这样切断开关a的时间就会最长拖延达6ms，从而延迟了故障判断的时间和切断操作。

为了克服这种状况，可以设置多个转换计算单元，比如设置两个转换计算单元，与各开关电流对应的脉冲量既输入到第一个转换计算单元，也同时输入到第二个转换计算单，两个转换计算单元同时并行转换成数字量并进行加法或减法计算，而由方波上升沿或下降沿分别经两个延时电路，第一个延伸电路对第一个转换计算单元清零，第二个延伸电路对第二个转换计算单元清零，二者清零周期都为12ms，但是第二个转换计算单元的清零开始时刻位于第一个转换计算单元清零后的12/2=6ms，即给第一个转换计算单元清零后6ms再对第二个转换计算单元清零。对两个转换计算单元的计算结果取“或”，即至少有一个计算结果超出阈值时，则切断开关a。对于前述情况（故障发生在清零后大于等于6而小于12ms的情况），对第一个转换计算单元而言，到下一次清零时，故障仍未能累积达到阈值，只能从清零后再累积6ms，这与前述情况相同。但是对于第二个转换计算单元，其清零操作开始于第一个转换计算单元清零后6ms，则故障发生时刻对于第二个转换计算单元而言，相当于在清零后大于等于0而小于等于6ms内发生故障，则在该次清零后大于等于6小于等于12ms就会累积到阈值（即发生在对第二个转换计算单元清零之前），而不会有时间的浪费。当第二个转换计算单元计算结果超出阈值时，虽然因第一个转换计算单元由于重新计算还没有达到阈值，则也会切断开关a，这样就不会产生迟延。

如果故障发生后至累积达到阈值的时间不是6ms而是4ms，假设清零周期仍为12ms，则此时可以设置三个转换计算单元，清零时间依次相隔12/3=4毫秒，即可避免类似问题。采用多个转换计算单元并行计算并错开清零时间点的处理方式，与采用一个转换计算单元并单纯缩短清零周期不同，因为清零周期不变保证了对噪声误差的容忍度，也就是保证了动作可靠性，同时交错清零又增强了动作的及时性。

在一个实施例中，如果压频转换电路只能接受正电压，则通过一次电流互感器、二次电流互感器获取开关a、开关b和开关f的弱电信号后，先经过直流基准电压抬高电路，使弱电电压量均为正，再输入给压频转换电路，但是在计算时，要相应扣除各个基准电压抬高电路所导致的脉冲数目。

实施例2模拟试验

电力线路保护一般是高压配电线路（10kv、35kv等）的保护，下面通过低压线路环境进行模拟试验，以此验证本实用新型的可行性和效果。

1、模拟试验环境

a、ln单相实验电路环境

b、在开关a上口安装电流互感器1（10a/3.53v），并与压频转换器vfc1相连，输入压频转换器vfc1前经基准电压抬高电路处理，压频转换器vfc1理论最大脉冲频率500k，压频转换器vfc1直接点对点将脉冲传送给监控主板13上的转换计算单元（采用可编程逻辑控制器，因压频转换器vfc1与监控主板13位于同一监控主板，故无需采用光纤传递信号，只需通过线路板上导线传输即可）；在开关b上口安装电流互感器2、开关f1上口安装电流互感器3、开关f2上口安装电流互感器4（均为10a/3.53v）分别经直流基准电压抬高电路后输入压频转换器vfc2、vfc3、vfc4，压频转换器vfc2、vfc3、vfc4分别经电光转换器及光纤与监控主板13相连，以及相应负载9、10、11。

c、监控主板13：含压频转换器vfc1及cpld（可编程逻辑控制器）12（即转换计算单元，内含计数器和减法器），若干光电装换器用于接收压频转换器vfc2、vfc3、vfc4传送过来的脉冲；1个跳闸继电器，当与开关a电流对应的脉冲减去开关b、开关f1、开关f2的脉冲之和的差值大于cpld设定的脉冲时继电器驱动切断开关a（采用交流接触器）。

d、区内故障电阻5：配置一个独立开关k1，用于人为制造故障，从而判断故障发生后是否会可靠跳闸；

e、区外故障电阻6、7、8：分别配置独立开关k2、k3、k4，用于人为制造故障，从而判断故障发生在开关a、b、f1、f2外是是否可靠不跳闸。

2、区内试验过程（目的是在开关a、b、f1、f2内发生故障要可靠跳闸以及测试动作时延）

a、根据实验环境搭建好电路，除故障电阻的开关k1、k2、k3、k4外，其他开关a、b、f1、f2闭合；

b、所有装置上电后，脉冲数量计数器同过示波器和逻辑分析仪查看脉冲个数，发现脉冲10ms内在50个以内（属于噪声导致的误差，此时没有故障），将cpld（可编程逻辑控制器）阈值设定为70（如果超过70，说明不是噪声误差导致，此时判断发生故障，也可以设置其他大于50的阈值，计算时已经扣除个基准电压抬高电路导致的脉冲数），脉冲个数每10ms定时清零。当脉冲个数超过70个立刻触发继电器动作，从而断开开关a（本模拟场景与高压配电线路不尽相同，因此本实验不考虑开关a自身动作的时延，只考虑截止到驱动跳闸继电器发出动作的耗时，通过使用示波器和录波器实时监测控制跳闸继电器动作电平的状态）。

c、录波系统监测点包括区内故障电阻回路（利用电流互感器的输出电压测）和测量继电器控制线圈电压（初始为0，动作后电压3.3v）。

多次手动闭合开关k1，跳闸继电器控制管脚动作正常。录波器启动，根据多次测试，从故障发生到跳闸继电器动作，时间均小于5ms动作，多数在2-3ms内继电器动作。

3、区外试验过程（目的是在开关a、b、f1、f2外发生故障要可靠不跳闸）

依次/随机闭合开关k2、k3、k4数次,开关a处控制跳闸线圈的继电器未曾动作。

4、测量其他厂家保护装置保护动作时间

a、开关a处安装不同厂家继电保护装置，并设置速断保护，速断电流阈值2a；

b、合k1控制故障电流突然1.8a十次保护继电器不误动，2.2a十次过保护继电器不拒动；

c、示波器查看位置：开关a处的互感器输出端电压（交流）；继电器线圈两测电压（直流）；

d、依次/随机合k1、k2、k3、k4，测定使故障电流2.2a发生到跳闸继电器控制管脚动作的时间。

测试结果如下：

厂家一：区内外故障产生到跳闸继电器线圈动作时间大于26ms；

厂家二：区内外故障产生到跳闸继电器线圈动作时间大于30ms；

厂家三：区内外故障产生到跳闸继电器线圈动作时间大于40ms；

厂家四：区内外故障产生到跳闸继电器线圈动作时间大于30ms。

说明：本实用新型通过差动原理对开关设置区域内进行保护，并且动作时间小于5ms，当发生故障时，如果不采用本系统，线路原有的速断保护也会发生作用，但是上述四厂家设备反应时间明显长于采用本实用新型的动作时间。这既说明了本系统的有效性，还说明本系统可以直接适用于配电线路而不改变原有的速断保护措施，并且本实用新型可在更短时间内切除故障，原有速断保护措施可作为补充手段使用。

此外，在本实用新型的构架下，还可以在定时位置插入几个远大于电流信息编码速率的快速编码，以此实现其他开关量或者电能方向的信息传送。还可以对通道定时累计最小值，可以判断通道故障等。

上述实施例只是对本实用新型构思和实现的若干说明，并非对其进行限制，在本实用新型构思下，未经实质变换的技术方案仍然在保护范围内。