低壓電網遠距離短路故障靈敏保護模塊的製作方法

2023-10-09 01:31:19 1

專利名稱：低壓電網遠距離短路故障靈敏保護模塊的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於電力系統故障檢測和繼電保護，具體涉及低壓線路遠端三相短路、兩相短 路及單相短路的故障鑑別與靈敏保護。
技術背景工礦企業低壓(380V、 660V)供電系統中，遠離電源的線路末端發生短路故障，尤其是 發生兩相短路時，常出現短路電流小於線路上的最大工作電流或短路保護靈敏度校驗不符合要 求等情況，給繼電保護整定及供電系統設計與運行增加不少麻煩，處理不好，會直接影響供電 的可靠性和現場的安全性，這是傳統的基於電流模擬量(或幅值)比較原理構成的保護繼電器 難以解決的問題。國內外專家、學者為此做了大量的研究工作，取得了多種研究成果，例如採 用負序保護原理解決兩相短路保護問題，採用零序保護原理解決單相短路保護問題，採用相敏 保護原理來區分三相對稱短路電流與電動機起動電流以提高三相短路保護的靈敏度等，這些不 同構成原理的保護設施都取得了可喜的應用效果。申請人針對中、低壓電網中性點不直接接地系統的單相接地漏電故障，曾提出"零序基波 時序鑑別"保護原理與法則，運用該法則先後獲得了三項實用新型專利，即"小電流接地系統 單相接地選線裝置"(專利號ZL02237567.8)、"諧振接地系統單相接地選線裝置"(專利號 ZL200520080013.0)、"礦井低壓電網時序鑑別選漏保護器"(專利號ZL200520081430.7)。這 些專利成果都由單相接地選線模塊及外圍電路組成。其中"礦井低壓電網時序鑑別選漏保護器" 是一種靈敏度高且能快速動作的保護器。 發明內容本申請的目的是，根據任意兩相量時序鑑別法，在"礦井低壓電網時序鑑別選漏保護器" 基礎上進行改進，提供一種低壓電網遠距離短路故障靈敏保護模塊，用於單相接地短路、兩相 短路和三相短路三種短路故障的識別與保護。為實現上述目的，本實用新型的靈敏保護模塊包括零序電壓信號處理電路和零序電流信 號處理電路，其特徵是還包括遠距離短路故障時序鑑別器，三相電壓信號處理電路和三相電流 信號處理電路，其中遠距離短路故障時序鑑別器可以是一個設置有零序電流時序鑑別程序和兩相量時序鑑別 程序的單片機，也可以是一個設置有零序電流時序鑑別電路和兩相量時序鑑別電路的複雜可編
程邏輯器件CPLD。三相電流信號處理電路是從線路上的三相電流互感器TA 二次繞組取出三相電流信號Ia、 Ib、 Ie，分別經過濾波後再分成三組， 一組再分別經整形、光電隔離後接入"遠距離短路故障 時序鑑別器"的Ia、 Ib、 IC三個輸入端；第二組分別再經移相、整形、光電隔離後分別接入"遠 距離短路故障時序鑑別器"的Iay、 Ihy、 1。y三個輸入端；第三組分別再經鑑幅、整形、光隔後 接入"遠距離短路故障時序鑑別器"的Iw、 IbF、 Ief三個輸入端。三相電壓信號處理電路是從電壓互感器TV二次繞組取出三相電壓信號Uab、 Ube、 Uea,分 別經濾波、移相、整形、光電隔離後接到"遠距離短路故障時序鑑別器"的對應輸入端Uaby、 '、Ucayo該模塊是基於以下工作原理實現的1、 將一個正弦波信號整形得出的高、低電平各佔180"的規則矩形波定義為基準相量JZ;將另一個與JZ同頻率的正弦波或非正弦波信號整形得到的規則或非規則矩形波定義為參鑑相量CJ，並設定以下鑑別法則CJ的上升沿必須滯後於JZ的上升沿而超前於JZ下降沿，CJ的下降沿必須滯後JZ下降沿 0(' 180"，若符合此法則，則確定相量CJ必滯後於相量JZ;否則，本法則無效。根據該鑑別法則設計"任意兩相量時序鑑別器"，該時序鑑別器可以是一個設置有兩相量 時序鑑別法則程序的單片機，或者是一個設置有"兩相量時序鑑別電路"的複雜可編程邏輯器件CPLD。 一個時序鑑別器中可以包含多個不同功用的時序鑑別電路。2、 從電網線路上的三相電流互感器TA二次繞組取出三相電流信號L,、 Ib、 1。，經I/V變 換後分別經過濾波再分成三組， 一組再分別經整形得到矩形波L、 Ih、 Ic;第二組分別再經移 相、整形得到矩形波U、 I—第三組分別再經鑑幅、整形得到矩形波L" L、 L卜。從電壓互感器TV二次繞組取出三相電壓LL、 l、 LL信號，分別經移相、整形得到矩形波3、 根據線路故障特徵，確定"兩相量時序鑑別電路"輸入端JZ、 CJ的連接方法。當要檢 測三相短路故障時，則設定1 為JZ， IU為CJ。當要檢測其兩相(如A與B兩相)短路故障 時，則設定"為JZ， L為CJ。本申請的積極效果是、用統一的"時序鑑別法"同時解決單相接地短路、兩相短路和三相短路三種不同特徵 的短路故障的鑑別與保護。2短路保護通常是依據線路電流數值的顯著增大這一特徵進行檢測與判斷的，既不能將單
相短路、兩相短路和三相短路加以區分，更不能當短路故障發生在遠離電源的線路末端，即短 路迴路阻抗較大，短路電流小於線路上最大工作電流(如異步電動機起動電流)的情況下，正 確切除短路故障線路。本發明採用"任意兩相量時序鑑別法"，妥善解決了這個難題，即提高 了短路保護的靈敏度、可靠性，又能將單相短路、兩相短路、三相短路加以區分，因此，具有 實用價值和創新意義。

圖1兩相量時序鑑別法則原理圖；圖2是兩相量時序鑑別電路基本結構圖；圖3是"遠距離短路故障靈敏保護模塊"電路方框圖。
具體實施方式
現結合圖1說明本實用新型鑑別原理，當鑑別電路中的信號為a、 b兩種情況時，表明符 合本鑑別法則；當鑑別電路中的信號為c、 d、 e三種情況時，表明不符合本鑑別法則。現結合圖2說明兩相量時序鑑別電路的基本原理，它是由兩個D觸發器DC1、 DC2，兩個 非門Fl、 F2， 一個二與非門YF， 一個R-S鎖存器RS及一個分頻和限時電路所組成。在圖2中， 相量JZ接DC1的D輸入端，JZ取反後接DC2的D輸入端；相量CJ接DC1的時鐘輸入端，CJ 取反後接DC2的時鐘輸入端JZ信號經過分頻、限時電路處理後接DC1和DC2的R輸入端； DC1和DC2的輸出端Q接YF的兩個輸入端，YF的輸出端接RS的S端，RS的R端接復位信號， RS的輸出端就是時序鑑別結果，若為高電平，表明相量CJ滯後於相量JZ。現以圖3說明本發明的靈敏保護模塊的一個實施例的電路構造。本實施例主要用來監護低 壓電網遠距離短路故障，核心器件是時序鑑別器VC1。附圖3所示的低壓線路"遠距離短路故障靈敏保護模塊"中，由一片可編程專用集成電路 (ASIC) VC1構成時序鑑別器，時序鑑別器包括多個不同功用的時序鑑別電路(詳細電路原理 如圖2所示)。VC1的輸入端從CZ1分別接入三相電壓LU、 LL.、 LL信號線，U,,,,、 LL、 LU信號線分別經濾波電路、移相電路、整形電路、光隔耦合電路，電聯接後輸出Uaby、 Ubcy、 Ucay分別接入時序鑑別器VC1的28、 29、 30號引腳；VC1的輸入端從CZ1接入母線U。信號線，U。信號 線經過總的濾波電路，然後分成兩個支路第一支路依次經過移相電路、鑑幅及整形電路、光 隔耦合電路，電聯接後輸出U。,信號接入時序鑑別器VC1的32號引腳；第二支路經總的移相電路後又分為兩個支路第一支路依次經過整形電路、光隔耦合電路，電聯接後輸出Uj+信號接入時序鑑別器VC1的33號引腳，第二支路依次經過取反電路、整形電路、光隔耦合電路，電 聯接後輸出U(,.,信號接入時序鑑別器VC1的34號引腳；VC1的輸入端還從插座CZ1接入零序電
流L,信號線，L,信號線經濾波電路、移相電路、鑑幅電路、整形電路、光隔電路，電聯接後接入時序鑑別器VC1的31號引腳；VC1的輸入端還從插座CZ1接入三相電流L、 Ih、 I,信號線， I 、 lh、 L信號線分別經總的濾波電路後分成四組支路第一組支路依次經移相電路、整形電路、光隔電路，電聯接後輸出Iay、 Iby、 Icy，分別接入時序鑑別器VC1的49、 48、 47號引腳；第二組支路依次經整形電路、光隔電路，電聯接後輸出Ia、 Ib、 Ic，分別接入時序鑑別器VC1 的輸出端52、 51、 50號引腳；第三組支路依次經鑑幅電路、整形電路、光隔電路，電聯接後輸出IaF、 IbF、 IcF，分別接入時序鑑別器VC1的46、 45、 38號引腳;第四組支路依次經比幅電路、整形電路、光隔電路，電聯接後輸出Iag、 Icg分別接入時序鑑別器VCl的輸出引腳26、 27號引腳；VC1的58、 59、 60、 68、 69、 70號引腳經驅動電路分別接輸出插座CZ2對應引腳； VC1的71號引腳經光隔電路、驅動電路後接輸出插座CZ3; VC1的54、 55、 56、 57、 80號引 腳經光電隔離電路後分別接輸出插座CZ4對應引腳。
權利要求1、一種低壓電網遠距離短路故障靈敏保護模塊，它包括零序電壓信號處理電路和零序電流信號處理電路，其特徵還包括遠距離短路故障時序鑑別器，三相電壓信號處理電路和三相電流信號處理電路，其中所述的遠距離短路故障時序鑑別器是一個設置有零序電流時序鑑別程序和兩相量時序鑑別程序的單片機；所述的三相電流信號處理電路是從線路上的三相電流互感器TA二次繞組取出三相電流信號Ia、Ib、Ic，分別經過濾波後再分成三組，一組再分別經整形、光電隔離後接入遠距離短路故障時序鑑別器的Ia、Ib、Ic三個輸入端；第二組分別再經移相、整形、光電隔離後分別接入遠距離短路故障時序鑑別器的Iay、Iby、Icy三個輸入端；第三組分別再經鑑幅、整形、光隔後接入遠距離短路故障時序鑑別器的IaF、IbF、IcF三個輸入端；所述的三相電壓信號處理電路是從電壓互感器TV二次繞組取出三相電壓信號Uab、Ubc、Uca，分別經濾波、移相、整形、光電隔離後接到遠距離短路故障時序鑑別器的對應輸入端Uaby、Ubcy、Ucay。
2、 如權利要求1所述的低壓電網遠距離短路故障靈敏保護模塊，其特徵是，所述的遠距 離短路故障時序鑑別器是一個設置有零序電流時序鑑別電路和兩相量時序鑑別電路的複雜可 編程邏輯器件CPLD。
專利摘要本申請公開了一種低壓電網遠距離短路故障靈敏保護模塊，它包括零序電壓信號處理電路和零序電流信號處理電路，其特徵是還包括遠距離短路故障時序鑑別器，三相電壓信號處理電路和三相電流信號處理電路。本申請用統一的「時序鑑別法」同時解決單相接地短路、兩相短路和三相短路三種不同特徵的短路故障的鑑別與保護，並提高了保護的靈敏度，具有實用價值和創新意義。
文檔編號H02H3/08GK201018262SQ20072001788
公開日2008年2月6日 申請日期2007年2月13日 優先權日2007年2月13日
發明者英 付, 傅桂興 申請人:傅桂興