专利名称：变电站综合逻辑判断继电保护装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是用于各级变电站的继电保护装置。
变电站为防止线路故障采用断路器和与此相配的继电保护装置，当线路出现故障(如短路)，由继电装置测出并使断路器动作、切断线路。断路器一般分为三级、一级为变压器进线端，二级为变压器出线端，三级为出线端后的支线。现有的继电保护方式是一个继电保护装置管一个断路器，各级继电保护装置之间没有联系，因而会出现越级跳闸现象，本应一线切断变成多线同断，出现供电故障。现有技术为了防止越级跳闸事故，将各级继电保护装置的动作时间设为不同，以三级保护电站为例，则第三级最快，第二级为中，第一级最慢，这样无论那一级出现故障都不会使前一级先于本级跳闸。但是这种级间定时延长的设量方式，虽然能克服越级跳闸事故，但使前级的速动性受到影响，而对电站来讲越是前级，故障电流的危害越大，越是要求速动，这种分级延长时间的方式只能在最前级允许的时间长度内，否则不能采用。现有的继电保护时间△t300－500ms，其速动性较差，因而这种方式不是一种理想的方式。
本实用新型的目的在于克服现有变电站继电保护装置的不足，提供一种新型的变电站综合逻辑判断继电保护装置，它具有防止越级跳闸且各级速动性相同的优点。
本实用新型的变电站综合逻辑判断继电保护装置，它有按三级分布的多个断路器和相应数量的继电保护装置，每个继电保护装置管理一个断路器，其特征在于有一个级间管理的逻辑门控电路，该电路以三个光隔和二个与非门为主要器件构成，三个光隔的输入端分别接三级继电保护装置的输出端，第三级光隔的输出端分别接第一个、第二个与非门的输入端之一，第二级光隔的输出端一路经反向器接第二个与非门的输入端之二，另一路接第一个与非门的输入端之一，第一级光隔的输出端接第一个与非门的输入端之二，两个与非门的输出端分别经各自的动率驱动电路接第一级和第二级断路器的电磁线圈，第三级的各继电保护装置直接接其管理的第三级断路器的电磁线圈。
上述变电站综合逻辑判断继电保护装置，其特征在于第三级、第二级光隔的输出端还接有一个开关拒动保护电路，该电路由一个光隔、反向器和放大器组成，第三级开关拒动保护电路的输出端接第二级与非门的输出端，第二级开关拒动保护电路的输出端接第一级与非门的输出端。
上述变电站综合逻辑判断继电保护装置，其特征在于第三级、第二级开关拒动保护电路的输出端，先经各自的防误光隔再分别接第二级和第一级与非门的输出端。
上述变电站综合逻辑判断继电保护装置，其特征在于第三级继电保护装置设有一个防误电路，该电路由第二级辅助继电保护装置经4个光隔两两串联后并联，再与第三级继电保护装置未端的输出光隔串接相与而成。
上述变电站综合逻辑判断继电保护装置，其特征在于第一级继电保护处还有一个合闸涌流检测电路，该电路由3个异或门为主构成，前两个异或门前接有桥式整流器和4个光隔，4个反向器，整流桥的输入端接第一级继电保护装置输出，前两个异或门之后接电压幅值比较器和反向器，两反向器经后异或门和功率放大器接逻辑门控电路的第二级光隔输入端。
上述变电站综合逻辑判断继电保护装置，当变电站有两台或两台以上变压器并联运行时，其特征在于有两套或多套与上述相同的逻辑门控电路，逻辑门控电路后有一个由光隔和二极管构成的电流值与电流方向偶合器，以及与此相配的电流方向判别电路，偶合器分为第一级和第二级，第一级偶合器由与变压器相同个数的光隔并联连接而成，光隔输出部分串接在级间管理的逻辑门控电路的第一级与非门与功率驱动电路之间，光隔输出端接两个二级管的负极，一个二极管的正极接第一级功率驱动电路的输入端，另一个二极管的正极接第二级功率拒动电路的输入端，第二级偶合器由与变压器相同个数的光隔并联连接而成，光隔输出部分串接在级间管理的逻辑门控电路的第二级与非门与功率驱动电路之间，光隔输出端接两个二极管的负极，一个二极管的正极接第二级功率驱动电路的输入端，另一个二极管的正极接母线功率驱动电路的输入端，电流方向判别电路有两套或多套，每套分为第一、二级方向判别两路，两路方向判别电路分别由一对异或门和一个与非门为主构成，异或门前接有4个反向器和4个光隔，异或门后接电压幅值比较器和反向器，第二级的2反向器经与非门、功率放大器后分别接第一、二级偶合器的光隔输入端，第一级的2反向器经与非门、功率放大器后接第一级偶合器的光隔输出端和各套的第三级继电保护装置的输出端，第一级方向判别电路的4个光隔，经2个整流桥分别接第一、二级继电保护装置的输出端，第二级方向判别电路的4个光隔，经2个整流桥分别接第二级、母线继电保护装置的输出端。
上述变电站综合逻辑判断继电保护装置，其特征在于电流方向判别电路的第一路的功率放大器和光隔输出端之间串有一个电路故障防误电路，它由三个与非门和三个光隔、二个反向器和一个功率放大器组成，第一个光隔的输入端接合闸涌流检测电路的输出端和第二级继电保护装置的输出端，第二光隔输入端接第一级继电保护装置的输出端，第三个光隔输入端接第一级电流方向判别电路的输出端，将整个防误电路串接在第一级电流方向判别电路与第一级偶合器光隔输出端之间，两与非门并联接入第三个与非门的输入端，第一个光隔接入第一个与非门输入端之一，第二个光隔接入第1、2个与非门输入端之二，第三个光隔接第2个与非门输入端之一，第三个与非门经功率放大器接入偶合器的光隔的输出端。
本实用新型同现有技术相比，具有如下主要优点；1、解决了继电保护级间配合上速动性与选择性的矛盾。
本实用新型中，继电保护的选择性由整体综合逻辑判断获得，各级继电保护级间配合不需时间级差，且不会出现越级跳闸事故，保护的速动性与选择性不存在矛盾，极大地提高了前级切除故障的速动性，促进了电力系统的稳定性和提高了供电可靠性，这是现有技术无法达到的。
2、装置具有较高的可靠性。
本实用新型设有断路器拒动的设备保护电路和多处自身电路故障的防误电路，有效地防止了拒动引起的拒跳闸事故和自身电路误动引起的误跳闸，在装置的各种电路中大量使用光隔器件，以提高装置对工作现场中的强电磁场可能引起的干挠的防范能力。
图1，单变压器变电站断路器分布示意图。
图2，双变压器变电站断路器分布示意图。
图3，本实用新型单台变压器时的电原理框图。
图4，本实用新型双变压器时的电原理框图。
图5，单变压器时级间管理的逻辑门控电路图。
图6，双变压器时逻辑门控电路及电流值与电流方向偶合器电路图。
图7，电流方向检测电路图。
图8，电路故障防误电路。
图9，功率驱动及跳闸电路图。
图10，合闸涌流检测电路图。
图11，本实用新型较好实施例的电原理图一(逻辑门控，偶合器，防误电路)图12，本实用新型较好实施例的电原理图二(电流方向，合闸涌流)
图13，本实用新型较好实施例的电原理图三(电子继电保护装置)图14，本实用新型较好实施例的电原理图四(第三级继电保护装置接线图)图15，本实用新型较好实施例的电原理图五(第二级继电保护装置接线图)图16，本实用新型较好实施例的电原理图六(第一级继电保护装置接线图)
以下结合附图对本实用新型做进一步的描述。
现有变电站和本实用新型的断路器分布，如图1和图2所示，DL为断路器，B为变压器，DL一般分为三级，变压器B的上面为第一级，下面为第二级，再下面是第三级，图2表示双变压器运时的情况，其中的DLM为母线断路器，每多一台变压器就增加一个母线断路器DLM。
现有变电站的各断路器都由一个自身的继电保护装置直接操纵，级间继电保护装置之间没有联系，为防止越级跳闸前级的继电保护动作时间必须长于后级继电保护动作时间，故各级的继电保护动作时间不等，越往前级时间越长，这正好与理想的继电保护时间要求相反。本实用新型将三级继电保护装置用一个级间管理的逻辑门控电路联系起来，使各级的继电保护动作时间相等。本实用新型的电原理框图如图3、图4所示。
单台变压器时的级间管理的逻辑门控电路如图5所示。该电路以光隔T1、T3，T4、T6，T12，和与非门U4、U5为主要器件构成，光隔T1、T3，T4、T6的作用与一个光隔的作用相当，但两个复用可以进一步隔离前级电路中的干挠信号。光隔T1、T4、T12的输入端①、②、⑤分别接三级继电保护装置的输出端，第三级光隔T3的输出端分别接第二级的与非门U4和第一级的与非门U5的输入端之一，第二级光隔T6的输出端一路经反向器U1接第二级与非门U4的输入端之二，另一路接第一级与非门U5的输入端之一，第一级光隔T12的输出端接第一级与非门U5的输入端之二，两个与非门U4、U5的输出端分别经反向器U7、放大器(555)U10和反向器U9、放大器(555)U11组成的功率放大器接第一级和第二级断路器电磁线圈的功率驱动电路。功率放大电路U7、U10的U9、U12是为了与其后的功率驱动电路相匹配。
在图5中，还表示了本实用新型的开关拒动保护电路。第三级开关拒动保护电路由光隔T2，非门U3和放大器U6组成，放大器U6用器件555，在该器件上还起着信号延时器作用，当第三级断路器拒动，一段时间后U6就会有输出经第二级的功率驱动电路到第二级断路器，使之跳闸。第二级开关拒动保护电路由光隔T8、反向器U8和放大器U11组成，放大器U11也用器件555并起延时作用，当第二级断路器拒动，一段时间后U11就会有输出经第一级的功率驱动电路到第一级断路器，使之跳闸。
图5中的光隔T5、T11接在开关拒动保护电路中，起着防止第三级、第二级继电保护装置和相应开关拒动电路自身故障引起的误动。光隔T9虽然接在第二级的与非门U4之后也是起防装置自身故障的作用。
当第三级出现故障时，三级的继电保护装置都会出现故障电流，第三级继电保护装置会直接经功率驱动电路至第三级某断路器的跳闸线圈，使该断路器跳闸，而逻辑门控电路虽然三级的输入光隔T1、T4、T12均有故障电流信号，由于第三级光隔T3的输出端锁住了与非门U4和U5，第二级、第一级的故障电流信号不能过U4和U5，第一、二级断路器就不会跳闸，只有第三级跳闸。
当第二级出现故障时，第三级的继电保护装置无故障电流出现，第一、二级有故障电流出现，信号到达光隔T4和T12，由于第二级的光隔T6锁住了与非门U5，第一级故障电流信号不能过U5，第一、三级断路器不会跳闸，只有第二级跳闸。
当第一级出现故障时，第二、三级的继电保护装置无故障电流出现，第一级有故障电流出现，故第二、三级断路器不会跳闸，只有第一级断路器跳闸。
双台变压器时间的级间管理逻辑门控电路有两套图5所示的电路工作，还应有选套的电路与之配合工作，选套的电路由图6的双变压器逻辑门控电路及偶合器电路图和图7的电流方向检测电路图所示。第一级偶合器由T26、T25和T27、T28及4个二极管组成(光隔复用为提高抗干挠)。第一级方向判别电路由一对异或门U33、U34和与非门U56为主构成，异或门前接有4个光隔T29、T32、T33、T34和4个反向器U23、U26、U27、U28，光隔T29、T32和T33、T34经整流桥接第一、二级继电保护装置的输出端，异或门U33后接有源滤波器U39、运放比较器U45组成的电压幅值比较器和反向器U51，异或门U34后接有源滤波器U40、运放比较器U46组成的电压幅值比较器和反向器U52，两反向器U51、U52经与非门U56和U60、U64组成的功率放大器，接第一级偶合器的光隔T26的输出端和第一、二套的第三级继电保护装置的输出端(第1套为T1的输入端，第二套未画出)。第二级方向判别电路由一对异或门U35、U36和与非门U57为主构成，异或门前接有4个光隔T33、T34、T35、T36和4个反向器U27、U28、U29、U30，光隔T33、T34和T35、T36经两个整流桥分别接第二级、母线继电保护装置的电流变换器输出端，异或门U35后接有源滤波器U41、运放比较器U47组成的电压幅值比较器和反向器U53，异或门U36后接有源滤波器U42、运放比较器U48组成的电压幅值比较器和反向器U54，两反向器U53、U54经与非门U57和U61、U62、U65组成的功率放大器后分别接第一、二级偶合器光隔T24、T28的输入端。
双变压器并联运行时(见图2)，有如下的断路控制关系第三级的d5点出现故障，1DL、3DL、2DL、4DL、6DL的继电保护装置均有故障电流出现，第一套逻辑门控电路(变压器1B)的光隔T3、T2导通将与非门U4、U5封死(见图6)，故1DL、3DL均不会跳闸，又由于第一套电流方向判别电路(见图7)的第二级输出T41、T42锁住了第二套逻辑门控电路的偶合器光隔T27、T28的输入端，使4DL、6DL的继电保护装置的信号不能越过T27、T28让4DL、6DL动作，只有6DL受其继电保护装置的直接控制而跳闸。
第二级的d3点出现故障，1DL、3DL、2DL、4DL的继电保护装置均有故障电流出现，由于第三级无故障，图6逻辑门控电路的第三级输入光隔(第一套为T1)不会导通，图6中的T4、T5、、T6、T7、T8、T9、T10、T11、T12均导通，T7导通将第一级与非门U5封死使T9－12不会起作用，即1DL不会跳闸，又由于第一套电流方向判别电路的第二级T41、T42锁住了第二套逻辑门控电路和偶合器光隔T27、T28的输入端，使4DL、6DL的继电保护装置的信号不能越过T27、T28让4DL、6DL动作，只有3DL和5DL在图6的T21的输出作用下跳闸。
第一级的d1点出现故障，1DL、3DL、2DL、4DL的继电保护装置均有故障电流出现，图6中第一套逻辑门控电路第二级的T4－7导通，T7导通将第一级与非门U5封死，T26不通，第三级的T1、T3因第一级电流方向电路输出端(T40)的作用封住了第二级与非门U4，T22不通。第二套的T28、T24也因同样理由而不通。1DL、3DL、2DL、4DL都不会被T26、T28、T22、T24驱动跳闸，但第一套电流方向判别电路的第一级方向判别电路T39有输出至第一套逻辑门控电路的第一级偶合器光隔T26的输出端，经T25使1DL、3DL跳闸。这样故障点d1的上、下断路器1DL、3DL将故障点与线路隔断，母线上的5DL没有切断，使6DL、7DL、8DL所管的线路继续得到第二套变压器2B的供电，不因第一套变压器线路d1点出现故障就被迫停电。
故障点出现在第二套变压器2B一边时，工作原理完全相同，不再重复描述。
为排除合闸涌流的影响使本装置在合闸的同时就可投入使用，我们在第一级继电保护处设计了合闸涌流检测电路，使合闸涌流不会造成第一级断路器误跳。电路如图10所示，该电路由3个异或门U31、U32、U55为主构成，异或门U31、U32前接有桥式整流器和4个光隔T29、T30、T31、T32，4个反向器U23、U24、U25、U26，整流桥的输入端接第一级继电保护装置的输出端，U31、U32后分别接U37、U43和U38、U44组成的两个电压幅值比较器和反向器U49、U50，两反向器U49、U50经后异或门U55和U58、U59、U63组成功率放大器接逻辑门控电路的第二级光隔T4的输入端。
为防止电流方向判别电路自身出现故障导致开关误动作，本实用新型还设计有一个电路故障防误电路，该电路如图8所示。它由三个与非门U15、U16、U17和三个光隔T13、T14、T15，二个反向器U13、U14和一个功率放大器U18组成，光隔T13的输入端接合闸涌流检测电路的T37输出端和第二级继电保护装置的输出端(即T4的输入端)，光隔T14接第一级继电保护装置的输出端(也即T12的输入端)，光隔T15接第一级电流方向判别电路的T38输出端，两与非门U15、U16并联接入与非门U17的输入端，U17经功率放大器U18、光隔T16接第一级偶合器光隔T26的输出端。第二套变压器的电流方向判别电路也有一个与上述相同的电路故障防误电路。
本实用新型的功率驱动及跳闸电路如图9所示。它由三个光隔T49、T50、T51，大功率三级管U74和前级放大管U73组成，U74的输出作用于断路器DL的跳闸线圈TQ，使DL动作跳闸。光隔T52供信号处理电路取用U74发出的信号，比如用于显示。
图11－16表达了本实用新型的一个较好实施例，它在解决各级断路器有相同速动性而又不会越级跳闸的情况，还兼顾了各种防误目的，如合闸涌流、拒动保护、电路自身防误，单双变压器兼顾运行(图中接线表示方法图号－线号)图13表示了第一级、第二级、第三级各继电保护装置的电原理图，现有技术的继电保护装置也可以使用。为了进行电路自身防误及电流方向判断，第一、二级的继电保护都设有一个辅助继电保护通路，该辅助继电保护的输出由4个光隔两两串联后并联而成，以加大承载能力。
图14－16表示了三级继电保护装置主、辅通道的接线关系。本实用新型的第三级继电保护装置的防误电路由图14中的T53和图15中第二级辅通道组成(即T57、T58、T59、T60)。
图11包含了两套逻辑门控电路及自身线路防误和偶合器、方向电路故障防误电路、拒动保护。逻辑门控电路由T1、T3、T4、T6、T12和与非门U4、U5为主要器件构成，T9串在线路中起自身线路故障防误作用；第三级拒动保护电路由T1、T2、T3，U3、U6组成，T5串在其中起自身线路故障防误作用；第二级拒动保护电路由T8、U8、U11组成，T11串在其中起自身线路故障防误作用。第一级的T10与第一级的辅助继电保护一起构成第一级的自身线路故障防误电路。
偶合器由T21、T22、T23、T24、T25、T26、T27、T28和光隔后的8个二极管组成。
方向电路故障防误电路第一套由T13、T14、T15、U13、U14、U15、U16、U17、U18、T16组成，第二套由T17、T18、T19、T20、U19、U20、U21、U22、U75、U76组成。
图12包含了两套电流方向判别电路和合闸涌流检测电路，两套电路相同故只画出了第一套。合闸涌流检测电路由T29、T30、T31、T32、U23、U24、U25、U26、U31、U32、U37、U38、U43、U44、U49、U50、U55、U58、U59、U63、T37、T38组成。
第二级电流方向判别电路由T29、T30、T33、T34、U29、U28、U33、U34、U39、U40、U45、U46、U51、U52、U56、U60、U64、T39、T40组成。
第一级电路方向判别电路由T33、T34、T35、T36、U29、U30、U35、U36、U41、U42、U47、U48、U53、U54、U57、U61、U62、U65、T41、T42组成。
本较好实施例的功率驱动和跳闸电路与图9相同，第一、二、三级及母线的各断路器均由各自的功率驱动和跳闸电路控制。
权利要求1.变电站综合逻辑判断继电保护装置，它有按三级分布的多个断路器和相应数量的继电保护装置，每个继电保护装置管理一个断路器，其特征在于有一个级间管理的逻辑门控电路，该电路以三个光隔和二个与非门为主要器件构成，三个光隔的输入端分别接三级继电保护装置的输出端，第三级光隔的输出端分别接第一个、第二个与非门的输入端之一，第二级光隔的输出端一路经反向器接第二个与非门的输入端之二，另一路接第一个与非门的输入端之一，第一级光隔的输出端接第一个与非门的输入端之二，两个与非门的输出端分别经各自的动率驱动电路接第一级和第二级断路器的电磁线圈，第三级的各继电保护装置直接接其管理的第三级断路器的电磁线圈。
2.如权利要求1所述变电站综合逻辑判断继电保护装置，其特征在于第三级、第二级光隔的输出端还接有一个开关拒动保护电路，该电路由一个光隔、反向器和放大器组成，第三级开关拒动保护电路的输出端接第二级与非门的输出端，第二级开关拒动保护电路的输出端接第一级与非门的输出端。
3.如权利要求2所述变电站综合逻辑判断继电保护装置，其特征在于第三级、第二级开关拒动保护电路的输出端，先经各自的防误光隔再分别接第二级和第一级与非门的输出端。
4.如权利要求3所述变电站综合逻辑判断继电保护装置，其特征在于第三级继电保护装置设有一个防误电路，该电路由第二级辅助继电保护装置经4个光隔两两串联后并联，再与第三级继电保护装置未端的输出光隔串接相与而成。
5.如权利要求4所述变电站综合逻辑判断继电保护装置，其特征在于第一级继电保护处还有一个合闸涌流检测电路，该电路由3个异或门为主构成，前两个异或门前接有桥式整流器和4个光隔，4个反向器，整流桥的输入端接第一级继电保护装置输出，前两个异或门之后接电压幅值比较器和反向器，两反向器经后异或门和功率放大器接逻辑门控电路的第二级光隔输入端。
6.如权利要求1、2、3、4、5所述变电站综合逻辑判断继电保护装置，当变电站有两台或两台以上变压器并联运行时，其特征在于有两套或多套与上述相同的逻辑门控电路，逻辑门控电路后有一个由光隔和二极管构成的电流值与电流方向偶合器，以及与此相配的电流方向判别电路，偶合器分为第一级和第二级，第一级偶合器由与变压器相同个数的光隔并联连接而成，光隔输出部分串接在级间管理的逻辑门控电路的第一级与非门与功率驱动电路之间，光隔输出端接两个二极管的负极，一个二极管的正极接第一级功率驱动电路的输入端，另一个二极管的正极接第二级功率拒动电路的输入端，第二级偶合器由与变压器相同个数的光隔并联连接而成，光隔输出部分串接在级间管理的逻辑门控电路的第二级与非门与功率驱动电路之间，光隔输出端接两个二极管的负极，一个二极管的正极接第二级功率驱动电路的输入端，另一个二极管的正极接母线功率驱动电路的输入端，电流方向判别电路有两套或多套，每套分为第一、二级方向判别两路，两路方向判别电路分别由一对异或门和一个与非门为主构成，异或门前接有4个反向器和4个光隔，异或门后接电压幅值比较器和反向器，第二级的2反向器经与非门、功率放大器后分别接第一、二级偶合器的光隔输入端，第一级的2反向器经与非门、功率放大器后接第一级偶合器的光隔输出端和各套的第三级继电保护装置的输出端，第一级方向判别电路的4个光隔，经2个整流桥分别接第一、二级继电保护装置的输出端，第二级方向判别电路的4个光隔，经2个整流桥分别接第二级、母线继电保护装置的输出端。
7.如权利要求6所述变电站综合逻辑判断继电保护装置，其特征在于电流方向判别电路的第一路的功率放大器和光隔输出端之间串有一个电路故障防误电路，它由三个与非门和三个光隔、二个反向器和一个功率放大器组成，第一个光隔的输入端接合闸涌流检测电路的输出端和第二级继电保护装置的输出端，第二光隔输入端接第一级继电保护装置的输出端，第三个光隔输入端接第一级电流方向判别电路的输出端，将整个防误电路串接在第一级电流方向判别电路与第一级偶合器光隔输出端之间，两与非门并联接入第三个与非门的输入端，第一个光隔接入第一个与非门输入端之一，第二个光隔接入第1、2个与非门输入端之二，第三个光隔接第2个与非门输入端之一，第三个与非门经功率放大器接入偶合器的光隔的输出端。
专利摘要变电站综合逻辑判断继电保护装置，它有按三级分布的多个断路器和相应数量的继电保护装置，每个继电保护装置管理一个断路器，其特征在于有一个级间管理的逻辑门控电路，该电路以三个光隔和二个与非门为主要器件构成，当配以偶合器和电流方向判别电路后，可以在两台及两台以上变压器的电站中控制断路器。本装置使多放级断路器的继电保护速动性相等且无越级跳闸现象，再加以各种防误措施使之具有很高的可靠性，实际运行证明其完全可行可靠，适用于各种电压级的电站使用。
文档编号H02H7/22GK2206510SQ9421969
公开日1995年8月30日 申请日期1994年8月29日 优先权日1994年8月29日
发明者黄松柏 申请人:云梦县电力科技开发公司