CN109119964A - 防止开关跳闸线圈烧毁的智能控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电力系统继电保护技术领域，具体涉及一种防止开关跳闸线圈烧毁的智能控制器，解决断路器跳闸控制回路中出现的问题，主要是增加开关跳闸的可靠性及防止跳闸线圈烧毁。实现了对原有开关控制回路的智能控制，有效防止开关跳闸线圈的烧毁及因开关辅助接点原因引起的开关拒动事故发生。该智能控制器也提供了跳闸线圈断线监视、断路器辅助接点接触可靠性监视、跳闸线圈温度监视，各处合闸脉冲录波记录等多项辅助性功能。
Description
技术领域
本发明属于电力系统继电保护技术领域，具体涉及一种防止开关跳闸线圈烧毁的智能控制器，解决断路器(开关)跳闸控制回路中出现的问题，主要是增加开关跳闸的可靠性及防止跳闸线圈烧毁。
背景技术
目前电力系统的电力元件(线路、变压器、母线等)的继电保护装置输出的跳闸接点回路与开关跳闸线圈回路相连接构成的开关控制回路，一个基本结构是如说明书附图1、图2所示。
上述开关跳闸回路，TBJ为防跳兼跳闸自保持继电器，当保护跳闸时，跳闸继电器接点TJ闭合，通过TBJ继电器电流线圈、闭合的断路器辅助接点DL、使跳闸线圈TQ两端加上220伏直流电压，使开关跳闸。
上述跳闸过程中，为了防止开关因跳闸机构机械卡壳原因拒动，而故障被上一级保护切除，本保护TJ接点就会返回，如果不采取措施，TJ接点就会因拉弧而烧坏，这样在跳闸接点两端就并联一个TBJ防跳继电器的跳闸自保持接点，保护TJ接点不被烧坏。
TBJ防跳继电器自保持接点的引入，带来一个问题：一旦开关跳闸不成功，DL辅助接点不切换、断不开跳闸回路，TQ两端就一直带电，直到烧坏为止。
另一个方面跳闸回路开关辅助接点的引入，使得开关跳闸可靠性下降，一旦开关辅助接点接触不良，就会使开关拒动。
上述传统的开关跳闸回路，带来的开关线圈被烧毁事故及因开关辅助接点接触不良引起的开关拒动事故，在现场运行中大量发生。
和继电保护装置已经实现微机化、智能化比起来，开关控制回路的上述传统结构还停留在几十年以前的非智能化水平。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种防止开关跳闸线圈烧毁的智能控制器。
本发明是这样实现的，一种防止开关跳闸线圈烧毁的智能控制器，包括直流操作电源失电自动补救回路(1)、防跳继电器自保持状态自动复归回路(3)和智能控制模块(4)，直流操作电源失电自动补救回路(1)与开关跳闸回路(2)连接，开关跳闸回路(2)与防跳继电器自保持状态自动复归回路(3)连接，智能控制模块(4)上设有多个开关量输入接点、多个模拟量输入接点、CPU逻辑运算模块、多个开关量输出接点、通讯接口和逆变电源，直流操作电源失电自动补救回路(1)为逆变电源提供电能，开关跳闸回路(2)、防跳继电器自保持状态自动复归回路(3)中的输出接点与智能控制模块(4)上的开关量输入接点连接，开关跳闸回路(2)、防跳继电器自保持状态自动复归回路(3)中的模拟量输出与智能控制模块中的模拟量输入接点连接，智能控制模块(4)中接收的开关量输入与模拟量输入经过CPU逻辑运算模块的处理，通过通讯接口和开关量输出接点与变电站监控系统连接。
进一步地，所述直流操作电源失电自动补救回路(1)包括蓄电池直流电路和交流整流输出直流电路，蓄电池直流电路由220V直流正负电源端子C、D起，顺次连接直流电源监视继电器ZJ2的两个常开接点、两个反向二极管D3、D4，最终输出到201、202端子；
所述交流整流输出直流电路由与220V交流电源连接的A端子、B端子起，顺次连接220V/160V交流变压器、4个二极管组成的整流桥、4个电容，将220V交流整流为220V直流，最终通过两个反向二极管D1和D2、直流监视继电器ZJ2的两个常闭接点，输出到201、202端子；
通过201、202端子将直流操作电源失电自动补救回路(1)与开关跳闸回路(2)连接。
进一步地，所述开关跳闸回路(2)中，设位置点235、237和239，在235与237之间、237与DL之间、DL与239之间分别设有三个电流检测互感器。
进一步地，所述防跳继电器自保持状态自动复归回路(3)包括开关辅助接点测试支路、防跳继电器自保持状态自动复归支路、跳闸回路开关辅助接点状态监视支路、跳闸线圈断线监视支路、正极电源201对地电压监视支路；
开关辅助接点测试支路由R1和输出接点SYJ串联后并联在在开关跳闸回路的237、239接点之间形成，R1为110Ω电阻，输出接点SYJ为智能控制模块(4)中的一个开关量输出接点；
防跳继电器自保持装填自动复归支路由R2和输出接点FGJ串联后并联在在201接点和237接点之间形成，R2为0-10Ω可变电阻，输出接点FGJ为智能控制模块(4)中的一个开关量输出接点；
跳闸回路开关辅助接点状态监视支路由跳闸回路开关辅助接点状态监视继电器DLJ与接点237、239之间的线路并联、两个DLF接点与DL接点串联串联后并联在237、239接点之间形成，DL在两个DLF之间，两个DLF输出接点为智能控制模块(4)中的两个开关量输出接点；
跳闸线圈断线监视支路由跳闸线圈断线监视器DX1并联在接点202和接点237之间形成，DX1的接点为智能控制模块(4)中的一个开关量输出接点；
正极电源201对地电压监视支路由正极电源201对地电压监视继电器JD1并联在接点202和接点235之间形成，JD1接点为智能控制模块(4)中的一个开关量输出接点。
进一步地，所述201、202接点连接智能控制模块(4)的逆变电源，所述多个开关量输入接点包括取自保护装置的跳闸出口备用接点TJ、取自保护开关操作回路的手动跳闸继电器接点STJ、安装在跳闸线圈上的温度继电器接点WJ、防跳继电器自保持状态自动复归回路(3)中跳闸线圈断线监视继电器DX1输出的接点DX1、防跳继电器自保持状态自动复归回路(3)输出的负极电源对地电压监视继电器JD1输出的接点JD1、开关辅助接点DL，DL由开关机构输出后引入，为一开一闭两个接点；
模拟量输入接点包括保护装置输入的CT二次三相电流IABC及零序电流I0、开关跳闸回路(2)中235与237之间、237与DL之间、DL与239之间的电流检测互感器输出的电流I235、I237、I239；
开关量输出接点除权利要求4中所述的SYJ、FGJ、两个DLF、DX1、JD1之外，还设有告警开关量输出接点。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、利用智能控制模块，使开关跳闸回路不会长期带电，防止开关线圈TQ烧毁；
2、该智能控制模块只会增加跳闸的可靠性，而不会带来负面影响；
3、具有跳闸回路是否完好的监视回路，随时给出跳闸回路的电阻值；
4、具有跳闸线圈温度监视回路，当跳闸线圈温度过高时，给出告警信息，并自动断开跳闸回路200毫秒，后再接通；
5、具有备用跳闸电源自动切换功能。防止因蓄电池及充电机故障原因引起的开关拒动；
6、具有跳闸脉冲录波功能：为开关的偷跳原因查找提供分析依据；
7、具有开关辅助接点强制接通功能：智能控制模块有开关辅助接点强制接通按钮，其接点并联在原有开关辅助接点两端。当有控制回路断线信号出现时，智能控制模块自动临时接通该按钮接点，如果控制回路断线消失则说明开关辅助接点接触不好，自动判断出了控制回路断线的常见原因之一；
8、具有与变电站后台监控系统实时通讯功能。
附图说明
图1为现有技术中典型的开关跳闸回路；
图2为现有技术中简化的开关跳闸回路；
图3为直流操作电源失电自动补救回路；
图4为开关跳闸回路示意图；
图5为防跳继电器自保持状态自动复归回路；
图6为智能控制模块结构示意图；
图7为防跳继电器自动复归逻辑框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
参考图3，为防止开关跳闸线圈烧毁的智能控制器中的直流操作电源失电自动补救回路(1)，其中，A、B端子分别接入变电站所用变输出的220V交流电源或所外220V交流电源，该220V交流电源经过1000瓦、变比为220V/160V的交流变压器，降压后再经过G1、G2、G3、G4四个可通过10A电流的二极管组成的整流桥，及C1、C2、C3、C4四只耐压300伏、容量为2000微法的电容，实现将220V交流，整流为220V的直流的目的，最终通过反向二极管D1、D2、直流监视继电器ZJ2的两个常闭接点，输出到201、202端子，这即为交流整流输出直流电路；
C、D端子分别为变电站的220V直流正负电源端子，C接220V正电端101，D接220V负电端102。ZJ2为变电站直流电源监视继电器，当变电站有正常的220V直流电源时，ZJ2继电器处于动作状态，101、102直流通过两个ZJ2的常开接点、两个反向二极管D3、D4输出到201、202端子，这即为蓄电池直流电路。
直流操作电源失电自动补救回路(1)的最终功能是：通过将所内220V交流经过调压、整流、滤波，变成与变电站内直流蓄电池组同电压的220V直流。当变电站内蓄电池直流有电时，开关的操作直流201、202使用蓄电池直流，当蓄电池直流消失时，采用交流整流输出的直流。解决了如何在变电站直流蓄电池组电源损坏的情况下，也能够实现开关正确跳闸的问题。
参考图4，为开关跳闸回路，其中，201、202为上述图3中输出的直流220V电源的正电端及负电端，TJ为保护装置输出的跳闸接点，TBJ为原有的开关控制回路的防跳继电器、DL为开关辅助接点(在开关合位时接通)、TQ为开关跳闸线圈、235、237、239为跳闸回路不同位置点、I235、I237、I239分别为235与237之间、237与DL之间、DL与239之间的电流检测互感器，当该段导线流过电流时，该互感器二次有电流输出。
参考图5，为防跳继电器自保持状态的自动复归回路，R1为110欧，电阻功率300W，可短时通过2A电流，SYJ为智能控制模块中输出的接点，当开关处于合闸位置且出现控制回路断线现象时，智能控制模块使SYJ接点闭合10秒，看控制回路断线现象是否消失，如果消失则判断开关辅助接点接触不良。
R2为可调整电阻(0-10欧之间变化)，FGJ为防跳继电器自保持状态自动复归继电器接点，该节点由智能控制输出，当智能控制模块判断开关接到跳闸令秒几秒后、保护故障电流IABC已经消失、但开关辅助接点DL还不变为，则自动接通FGJ一定时间后再自动断开。
DLJ为跳闸回路开关辅助接点状态监视继电器，当开关处于合闸状态，如果DLJ继电器两端出现110V以上的直流电压，说明开关辅助接点接触不良，智能控制模块自动输出一对接点DLF，与外部的DL接点串联后强制接通跳闸回路，防止开关拒动。
DX1继电器为跳闸线圈断线监视继电器，当跳闸线圈断线时，该继电器两端出现220V电压而动作，该继电器接点DX1接入智能控制模块中，通过智能控制模块发出跳闸线圈断线信号。
JD1为正极电源201对地电压监视继电器，当正极电源接地时，该继电器动作，该继电器接点JD1接入到智能控制模块中。
图5中的201、202、235、237、239与图4中的201、202、235、237、239端子一一对应直接连接。
参考图6，为智能控制模块结构图，逆变电源模块的工作电源201、202取自于图3的201、202端子。开关量输入模块输入的接点：TJ取自保护装置的跳闸出口备用接点；STJ取自保护开关操作回路的手动跳闸继电器接点；WJ为安装在跳闸线圈上的温度继电器接点；DX1为图5中跳闸线圈断线监视继电器DX1输出的接点；JD1为图5输出的负极电源对地电压监视继电器JD1输出的接点；DL为开关辅助接点、由开关机构输出后引入，为一开一闭两个接点。
模拟量输入模块的输入量：IABC及I0为保护装置输入的CT二次三相电流，及零序电流，用以判断开关一次电流是否消失，开关是否拒动；I235、I237、I239分别图4中235与237之间、237与DL之间、DL与239之间的电流检测互感器输出的电流。当有电流出现时，说明该段导线有跳闸脉冲出现，此为分析开关偷跳原因提供录波数据。
开关量输出模块输出的接点：FGJ为防跳继电器自保持状态自动复归接点，当智能控制模块判断开关接到跳闸令秒几秒后、保护故障电流IABC已经消失、但开关辅助接点DL还不变为，则自动接通FGJ一定时间后再自动断开。
DLF为开关辅助接点接触不良后输出的替代性辅助接点，如果图5中DLJ继电器两端出现110V以上的直流电压，说明开关辅助接点接触不良，智能控制模块图6，自动输出一对DLF接点。
DX1接点为输出给变电站监控系统的跳闸线圈断线信号接点。
JD1为直流正极接地监视接点，输出给变电站后台监控系统。
SYJ接点输出的判断开关辅助接点是否接触不良的试验接点。当开关处于合闸位置且出现控制回路断线现象时，智能控制模块使SYJ接点闭合10秒后再断开，看闭合期间控制回路断线现象是否消失，如果消失则判断开关辅助接点接触不良。
告警接点为智能控制模块输出的自身运行状态监视接点，当CPU逻辑出错、电源故障、等问题时，该接点闭合，输出给变电站后台监控系统，以便让运行值班人员知晓。
CPU逻辑运算模块：对开关量输入、模拟量输入的信息进行逻辑运算、分析、录波等，并最终使进行开关量输出模块输出相应的命令信号，使通讯接口模块与外接进行通讯。
参考图7，为防跳继电器自动复归逻辑框图，当系统发生短路故障，一开始开关处于合位，保护跳闸接点TJ动作向断路器发出跳闸命令，或手动分闸时STJ动作，经T1延时后开关没有变位T(WJ＝0)，证明开关拒动(此时防跳自保持回路一直动作)，在经过T2延时后，驱动FGJ继电器动作100毫秒后返回，在FGJ继电器动作的100毫秒期间，FGJ继电器常闭接点并联在防跳继电器TBJ电流保持线圈两端，使TBJ失磁复归，断开跳闸保持回路。
上述图3、图4、图5、图6、图7按照数字编号，及上述说明的方式连接后就实现了对原有开关控制回路的智能控制，有效防止开关跳闸线圈的烧毁及因开关辅助接点原因引起的开关拒动事故发生。
上述智能控制模块，也提供了跳闸线圈断线监视、断路器辅助接点接触可靠性监视、跳闸线圈温度监视，各处合闸脉冲录波记录等多项辅助性功能。
Claims (5)
1.一种防止开关跳闸线圈烧毁的智能控制器，其特征在于，包括直流操作电源失电自动补救回路(1)、防跳继电器自保持状态自动复归回路(3)和智能控制模块(4)，直流操作电源失电自动补救回路(1)与开关跳闸回路(2)连接，开关跳闸回路(2)与防跳继电器自保持状态自动复归回路(3)连接，智能控制模块(4)上设有多个开关量输入接点、多个模拟量输入接点、CPU逻辑运算模块、多个开关量输出接点、通讯接口和逆变电源，直流操作电源失电自动补救回路(1)为逆变电源提供电能，开关跳闸回路(2)、防跳继电器自保持状态自动复归回路(3)中的输出接点与智能控制模块(4)上的开关量输入接点连接，开关跳闸回路(2)、防跳继电器自保持状态自动复归回路(3)中的模拟量输出与智能控制模块中的模拟量输入接点连接，智能控制模块(4)中接收的开关量输入与模拟量输入经过CPU逻辑运算模块的处理，通过通讯接口和开关量输出接点与变电站监控系统连接。
2.如权利要求1所述的防止开关跳闸线圈烧毁的智能控制器，其特征在于，所述直流操作电源失电自动补救回路(1)包括蓄电池直流电路和交流整流输出直流电路，蓄电池直流电路由220V直流正负电源端子C、D起，顺次连接直流电源监视继电器ZJ2的两个常开接点、两个反向二极管D3、D4，最终输出到201、202端子；
所述交流整流输出直流电路由与220V交流电源连接的A端子、B端子起，顺次连接220V/160V交流变压器、4个二极管组成的整流桥、4个电容，将220V交流整流为220V直流，最终通过两个反向二极管D1和D2、直流监视继电器ZJ2的两个常闭接点，输出到201、202端子；
通过201、202端子将直流操作电源失电自动补救回路(1)与开关跳闸回路(2)连接。
3.如权利要求1所述的防止开关跳闸线圈烧毁的智能控制器，其特征在于，所述开关跳闸回路(2)中，设位置点235、237和239，在235与237之间、237与DL之间、DL与239之间分别设有三个电流检测互感器。
4.如权利要求3所述的防止开关跳闸线圈烧毁的智能控制器，其特征在于，所述防跳继电器自保持状态自动复归回路(3)包括开关辅助接点测试支路、防跳继电器自保持状态自动复归支路、跳闸回路开关辅助接点状态监视支路、跳闸线圈断线监视支路、正极电源201对地电压监视支路；
开关辅助接点测试支路由R1和输出接点SYJ串联后并联在在开关跳闸回路的237、239接点之间形成，R1为110Ω电阻，输出接点SYJ为智能控制模块(4)中的一个开关量输出接点；
防跳继电器自保持装填自动复归支路由R2和输出接点FGJ串联后并联在在201接点和237接点之间形成，R2为0-10Ω可变电阻，输出接点FGJ为智能控制模块(4)中的一个开关量输出接点；
跳闸回路开关辅助接点状态监视支路由跳闸回路开关辅助接点状态监视继电器DLJ与接点237、239之间的线路并联、两个DLF接点与DL接点串联串联后并联在237、239接点之间形成，DL在两个DLF之间，两个DLF输出接点为智能控制模块(4)中的两个开关量输出接点；
跳闸线圈断线监视支路由跳闸线圈断线监视器DX1并联在接点202和接点237之间形成，DX1的接点为智能控制模块(4)中的一个开关量输出接点；
正极电源201对地电压监视支路由正极电源201对地电压监视继电器JD1并联在接点202和接点235之间形成，JD1接点为智能控制模块(4)中的一个开关量输出接点。
5.如权利要求4所述的防止开关跳闸线圈烧毁的智能控制器，其特征在于，所述201、202接点连接智能控制模块(4)的逆变电源，所述多个开关量输入接点包括取自保护装置的跳闸出口备用接点TJ、取自保护开关操作回路的手动跳闸继电器接点STJ、安装在跳闸线圈上的温度继电器接点WJ、防跳继电器自保持状态自动复归回路(3)中跳闸线圈断线监视继电器DX1输出的接点DX1、防跳继电器自保持状态自动复归回路(3)输出的负极电源对地电压监视继电器JD1输出的接点JD1、开关辅助接点DL，DL由开关机构输出后引入，为一开一闭两个接点；
模拟量输入接点包括保护装置输入的CT二次三相电流IABC及零序电流I0、开关跳闸回路(2)中235与237之间、237与DL之间、DL与239之间的电流检测互感器输出的电流I235、I237、I239；
开关量输出接点除权利要求4中所述的SYJ、FGJ、两个DLF、DX1、JD1之外，还设有告警开关量输出接点。
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