專利名稱：自適應零時差過電流保護方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電網的一種過電流保護方法，特別是一種自適應零時差過電流保護方法。
背景技術：
過電流保護裝置通常是指其起動電流按照躲開最大負荷電流來整定的一種保護裝置。它在正常運行時不應該起動，而在電網發(fā)生故障時，則能反應于電流的增大而動作，在一般情況下，它不僅能夠保護本線路的全長，而且也能保護相鄰線路的全長，以起到后備保護的作用。
自適應零時差過電流保護是與定時限過電流保護相比較而言的。下面首先介紹定時限過電流保護動作時限的選擇方法。
定時限過電流保護的動作時限是按選擇性的要求整定的。
選擇性的含義是每一段線路范圍內的故障應由負責該段線路的保護裝置先動作來切除。如圖1所示，以保護裝置3為例，當本線路末端d3點短路時，應由保護裝置3先動作切除故障。而當相鄰線路C-D段的始端d2點短路時，按照選擇性的要求，保護裝置3不應該動作，因為該處的故障應由保護裝置2先動作切除。
定時限過電流保護的動作時限的具體選擇方法如下如圖2所示，假定在每個電氣設備上均裝有過電流保護裝置，各保護裝置的起動電流均按照躲開被保護設備上各自的最大負荷電流來整定。這樣當d1點短路時，保護裝置1～5在短路電流的作用下都可能起動，但要滿足選擇性的要求，應該只有保護裝置1動作，切除故障，而保護裝置2～5在故障切除之后應立即返回。這個要求只有依靠保護裝置帶有不同時限來滿足。
保護裝置1位于電網的最末端，只要用電設備發(fā)生故障，它就可以瞬時動作予以切除，圖2中的t1為保護裝置本身的固有動作時間。對保護裝置2來說，為了保證d1點短路時動作的選擇性，則應整定其動作時限t2＞t1。引入時間階段Δt，則保護裝置2的動作時限為t2＝t1+Δt保護裝置2的時限確定以后，當d2點短路時，它將以t2的時限切除故障，此時為了保證保護裝置3動作的選擇性，又必須整定t3＞t2。引入Δt以后則得t3＝t2+Δt依次類推，保護裝置4、5、…、n的動作時限分別為t4＝t3+Δtt5＝t4+Δttn＝tn-1+Δt一般說來，任一過電流保護裝置動作時限，應選擇得比相鄰各設備保護的動作時限均高出至少一個Δt，只有這樣才能充分保證動作的選擇性。
這種保護的動作時限，經整定計算確定之后，即由專門的時間繼電器予以保證，其動作時限與短路電流的大小無關，因此稱為定時限過電流保護裝置。
這種保護的缺點是當故障越靠近電源端時，短路電流越大，而由以上分析可知，此時過電流保護裝置動作切除故障的時限反而越長，因此，容易損壞被保護的電力設備。
通常斷路器的固有動作時限為0.2～0.3s，加上其它控制電器的動作時間，為保證保護裝置的選擇性確定Δt＝0.5s。如圖2所示，當保護裝置1的動作時限t1取為0.5s，Δt＝0.5s時，保護裝置2的動作時限t2為1s。同樣的方法可知，保護裝置4和5的動作時限分別為2s和2.5s。當線路A-B段的d3點短路時，需滯后2s保護裝置4才能動作切除故障。以此類推，若n＝20時，保護裝置t20為10.5s，需滯后10.5s才能動作切除故障。這樣長時間的短路電流極容易損壞被保護的電力設備，使保護裝置失去保護作用。
為了解決上述問題，常規(guī)的作法是在電網中采用三段式保護裝置，即采用電流速斷和限時電流速斷來作為本線路的主保護，以快速切除故障，利用過電流保護來作為本線路和相鄰設備的后備保護。
三段式保護裝置雖然解決了定時限過電流保護裝置存在的問題，但結構復雜。且這種保護裝置直接受電網的接線以及電力系統(tǒng)運行方式的影響。例如整定值必須按系統(tǒng)最大運行方式來選擇，而靈敏性則必須用系統(tǒng)最小運行方式來校驗，這就使它往往不能滿足靈敏系數或保護裝置范圍的要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于，提供一種自適應零時差過電流保護方法，該方法能夠使得電網的最末端保護裝置和靠近電源端的保護裝置動作時限相同。這樣，就避免了定時限過電流保護裝置的缺點，同時達到了三段式保護裝置的效果。
為了實現上述目的，本發(fā)明采取的技術方案是，自適應零時差過電流保護方法，其特征在于，包括下列步驟1)將電網中的每個保護裝置的動作時限設置為相同時間ti，并使其兩個相鄰的保護裝置用直聯(lián)方式或通訊方式相連接；2)直聯(lián)方式或通訊方式相連接的保護裝置(如斷路器)，其監(jiān)控單元中有模擬信號采集與變換模塊和微處理器，電力線路中的電流、電壓通過模擬信號采集與變換模塊輸入到微處理器的CPU中，當線路上發(fā)生短路故障時，微處理器的CPU馬上開始計時，并通過串行通信接口或直聯(lián)方式通知該斷路器的上級相鄰斷路器；3)每個檢測到短路電流的保護裝置將通知它上級相鄰的保護裝置，接到通知的保護裝置自動將動作時限設定為ti+Δt。
所述的串行通信接口是RS-485/422或RS-232，直聯(lián)方式是電流環(huán)型信號接口或CPU控制的小型繼電器。
本發(fā)明的自適應零時差過電流保護方法解決了定時限過電流保護裝置中越靠近電源端動作時限越長的缺陷。使全網任何地點發(fā)生短路時，僅使用過電流保護，故障就可以在極短時間予以切除，且自動滿足主保護和后備保護的配合，達到保護功能的選擇性和速動性的最佳結合。該方法制造的系統(tǒng)結構簡單，可靠性高?？捎迷摲椒▽崿F更高電壓級別和更復雜的保護功能。如在部分應用場合可替代差動保護和距離保護等復雜保護。


圖1是電流保護裝置的選擇性說明示意圖；圖2是單側電源放射形網絡中過電流保護裝置動作時限的選擇說明示意圖；圖3是本發(fā)明的自適應零時差過電流保護裝置動作時限說明示意圖；圖4是實現本發(fā)明的方法采用的斷路器監(jiān)控單元結構框圖。
圖5是相鄰的斷路器監(jiān)控單元的RS-485串行通信接口連接電路示意圖。
圖6是斷路器監(jiān)控單元的電流環(huán)型信號接口電路。
以下結合附圖和工作原理對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
具體實施例方式
依照上述技術方案，自適應零時差過電流保護方法，每兩個相鄰的保護裝置用直聯(lián)方式(如電流環(huán)型信號接口或CPU控制的小型繼電器)或通訊方式(如RS-485/422或RS-232)相連接，如圖3虛線所示。每個檢測到短路電流的保護裝置將通知它上級相鄰的保護裝置，接到通知的保護裝置會自動將動作時限設定為ti+Δt。
實現自適應零時差過電流保護裝置功能的斷路器的監(jiān)控單元結構框圖如圖4所示。
其工作原理如下電力線路中的電流、電壓通過模擬信號采集與變換模塊輸入到微處理器的CPU中。當線路上發(fā)生短路故障時，CPU馬上開始計時，并通過串行通信接口(RS-485/422或RS-232)或電流環(huán)型信號接口通知該斷路器的上級相鄰斷路器，有故障發(fā)生，與此同時檢測是否有下級相鄰斷路器的通知。如果接到下級相鄰斷路器的通知，則微處理器會將動作時限設定為ti+Δt。如果沒有接到通知，則會將動作時限設定為ti，并再次通知其上級相鄰斷路器，故障在本斷路器管轄的區(qū)域。被通知的上級斷路器將作為該區(qū)域的后備保護裝置，沒有接到再次通知的斷路器恢復正常。
例如當圖3中的d1點短路時，保護裝置1通知保護裝置2，有故障發(fā)生，保護裝置2自動將動作時限設為t1+Δt的同時，保護裝置1將以固有動作時間t1切除故障。如果保護裝置1動作后，將故障切除，那么保護裝置2就不動作。反之，保護裝置2將以t1+Δt的時限動作，切除故障。
同理，當圖3中的d2點短路，保護裝置2通知保護裝置3，有故障發(fā)生的同時，會檢測是否有保護裝置1的通知，如果沒有接到通知，則保護裝置2將設定固有動作時限為t2，并再次通知保護裝置3；保護裝置3接到再次通知會自動將動作時限設為t2+Δt，以作為C-D段的后備保護裝置。
在圖3中，可以設各保護裝置的固有時限相等。如對斷路器來說，可設t1＝t2＝t3＝t4＝t5＝0.5s，Δt＝0.5s。因此，在自適應零時差過電流保護裝置方法中，電網末端和靠近電源端的保護裝置動作時限相同。也就是說各保護裝置動作時限的設置是零時差的，且自動選擇動作時限，因此稱這種方法為自適應零時差過電流保護裝置方法。
圖4是實現本發(fā)明的方法采用的斷路器監(jiān)控單元結構框圖。它由以下幾個模塊組成CPU模塊、模擬量變換模塊、電源、開關量輸入、輸出模塊、時鐘溫度模塊、人機交互模塊、通信模塊。
CPU模塊包括其外擴RAM、看門狗電路和晶振電路，是監(jiān)控單元的核心部分，負責對輸入信息進行處理和向外發(fā)出控制命令。開關量輸入輸出模塊，包括開關量輸入和斷路器輸出電路，負責獲取開關量輸入信號以及向外發(fā)出跳閘命令。通訊模塊包括光電隔離和通訊接口，用于裝置與裝置之間的通訊。
圖5是相鄰的斷路器監(jiān)控單元通過RS-485串行通信接口電路連接的示意圖，它們之間通過IC的T+和T-端相連，并分別通過光電隔離器與各自的CPU的D、TXD和RXD端連接。來自下級的斷路器的故障信號通過IC送往微處理器，本實施例中的IC采用的是RS-485接口集成電路，如MAX1485等。
圖6是下級與上級斷路器監(jiān)控單元的電流環(huán)型信號接口電路。圖中虛線框中的部分也可由CPU控制的小型繼電器替代。
本發(fā)明的方法的優(yōu)點①.解決了定時限過電流保護裝置中越靠近電源端動作時限越長的缺陷。使全網任何地點發(fā)生短路時，僅使用過電流保護故障就可以在0.5秒以內的時間予以切除，且自動滿足主保護和后備保護的配合，達到保護功能的選擇性和速動性的最佳結合。
②.系統(tǒng)結構簡單，可靠性高。
③.用該方法制造的保護裝置可為制造商和用戶帶來巨大的經濟效益。
④.可用該方法實現更高電壓級別和更復雜的保護功能。如在部分應用場合可替代差動保護和距離保護等復雜保護。
權利要求
1.自適應零時差過電流保護方法，其特征在于，包括下列步驟1)將電網中的每個保護裝置的動作時限設置為相同時間ti，并使其兩個相鄰的保護裝置用直聯(lián)方式或通訊方式相連接；2)保護裝置中設置有監(jiān)控單元，監(jiān)控單元中有模擬信號采集與變換模塊和微處理器，電力線路中的電流、電壓通過模擬信號采集與變換模塊輸入到微處理器的CPU中，當線路上發(fā)生短路故障時，微處理器的CPU馬上開始計時，并通過串行通信接口或電流環(huán)型信號接口通知該斷路器的上級相鄰斷路器；3)每個檢測到短路電流的保護裝置將通知它的上級相鄰保護裝置，接到通知的上級相鄰保護裝置自動將動作時限增加Δt。
2.如權利要求1所述的自適應零時差過電流保護方法，其特征在于，所述的保護裝置是斷路器。
3.如權利要求1所述的自適應零時差過電流保護方法，其特征在于，所述的串行通信接口為RS-485/422接口或RS-232接口，直聯(lián)方式為電流環(huán)型信號接口或CPU控制的小型繼電器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自適應零時差過電流保護方法，其特征在于，將電網中的每個保護裝置的動作時限設置為相同時間t
文檔編號H02H3/08GK1625009SQ20041007343
公開日2005年6月8日 申請日期2004年12月20日 優(yōu)先權日2004年12月20日
發(fā)明者張愛民, 張杭, 耿英三, 陳德桂 申請人:西安交通大學