断路器失灵保护防误动改进方法及系统与流程

1.本发明属于电力系统继电保护技术领域，具体涉及断路器失灵保护防误动改进方法及系统。


背景技术：

2.断路器失灵保护作为电力系统继电保护中后备保护的重要组成部分，对于电力系统的安全运行起到重要的作用。当发生短路启失灵，无法切除相邻元件，进而切除故障电流的情况下，断路器失灵保护通过切断失灵断路器相邻的断路器实现对故障元件或线路的隔离，消除短路故障对元件和系统的影响。
3.断路器失灵保护由电压闭锁元件、保护动作与电流判别构成的启动回路、时间元件及跳闸出口回路组成。启动回路是保证整套保护正确工作的关键之一，必须安全可靠，应实现双重判别，防止单一条件判断断路器失灵，以及因保护触点卡涩不返回或误碰、误通电等造成的误启动。启动回路包括启动元件和判别元件；2个元件构成“与”逻辑。启动元件通常利用断路器自动跳闸出口回路本身，可直接用瞬时返回的出口跳闸继电器触点，也可与出口跳闸继电器并联的、瞬时返回的辅助中间继电器触点，触点动作不复归表示断路器失灵。判别元件以不同的方式鉴别故障确未消除。现有运行设备采用相电流(线路)、零序电流(变压器)的“有流”判别方式。保护动作后，回路中仍有电流，说明故障确未消除。时间元件是断路器失灵保护的中间环节，为了防止单一时间元件故障造成失灵保护误动，时间元件应与启动回路构成“与”逻辑后，再启动出口继电器。失灵保护的电压闭锁一般由母线低电压、负序电压和零序电压继电器构成。当失灵保护与母差保护共用出口跳闸回路时，它们也共用电压闭锁元件。
4.现有技术中，断路器失灵保护的判断逻辑电路如图1所示，主要依靠继电保护发送的启失灵信号、断路器有流信号和断路器位置信号来构成断路器失灵保护的开出逻辑，这三个信号通过“与”逻辑后，经历延时再触发试跳失灵断路器。从图1可以看出，判断逻辑电路在工作时，当启失灵信号、断路器有流信号和断路器位置信号同时存在时，断路器失灵保护开出回路输出信号，该信号用于切断所对应的所有断路器。
5.由于断路器失灵保护的动作条件较为苛刻，因此，一般情况下断路器失灵保护拒动的可能性很小，这一点在实际运行中也得到了充分的验证。然而，在实际运行中，断路器失灵保护误动事件却时有发生。通过对相关故障事件进行分析，发现断路器失灵保护误动的主要原因为干扰信号等杂散信号耦合进二次回路，进而在开出环节造成了误动信号，导致断路器失灵保护误动。为防止断路器失灵保护误动，现有技术1(cn105914714b)“基于电流波形识别的防止断路器失灵保护误动的方法”，在原有的失灵逻辑中加入断路器跳开识别标志的闭锁信号，通过快速识别拖尾电流，做出断路器已经跳开的推断，迅速闭锁失灵保护逻辑，防止失灵保护因拖尾电流而误动作，同时，由于识别拖尾电流逻辑耗时短，在条件允许时可以进一步缩短失灵保护的固有动作延时。现有技术1的方法主要用于识别断路器失灵保护误动，并未提出避免误动的解决办法，且识别方法复杂，需要大量计算。
6.现有技术2(cn103618296b)“断路器失灵保护闭锁方法”，依据系统发生单相或两相故障后的零序电流、负序电流与其它支路的零序电流、负序电流的关系进行判断，防止失灵保护误动，摆脱使用电压这一单一电气量作为断路器失灵保护闭锁元件的依赖，提高断路器失灵保护闭锁元件的灵敏度与可靠性。现有技术2的方法对零序电流、负序电流等电气量存在依赖，一方面降低了保护功能的可靠性，另一方面误闭锁可能引起失灵保护拒动。
7.现有技术3(cn106451328b)“自适应断路器失灵保护方法”，计算二次相电流中直流分量幅值与基波电流幅值的比值，判断电流互感器二次拖尾电流，断路器保护装置根据直流分量幅值与基波电流幅值的比值确定调整失灵保护动作电流门槛值，防止误动，有效解决了失灵保护的速动性与可靠性之间的矛盾，使电力系统稳定工作，具有快速识别、准确度高、可靠性高的优点。现有技术3提供的方法计算复杂，难以保证准确性和可靠性。
8.现有技术4(cn212811266u)“一种防误动的继电保护开出控制电路及其应用设备”，其中开出控制电路包括双重逻辑控制电路，所述双重逻辑控制电路包括包括继电器供电电源控制电路和出口继电器控制电路，所述继电器供电电源控制电路为双重控制信号共同驱动电路，所述出口继电器控制电路为通过第二mos管控制继电器线圈的电路，双重逻辑控制电路使得每个控制信号的状态明确，开出控制中能够有效避免产品运行中的开出误动作。现有技术4搭建了开出控制电路，该电路结构复杂、元件多，除了增加建设成本以外，并且由于引入新元件，可靠性会因此降低
9.综上，为改善断路器失灵保护装置在运行过程中的表现，减少因断路器失灵保护装置误动所带来的变电站停电事故，降低因断路器失灵保护装置误动所带来的经济损失，需要对断路器失灵保护误动的改进方法进行研究。


技术实现要素：

10.为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提出断路器失灵保护防误动改进方法及系统，对断路器失灵保护误动的开出逻辑进行改进，利用启失灵信号使能断路器失灵保护，避免断路器失灵保护装置由于内部寄生电容电流、外部电磁干扰等导致失灵保护误动的情况发生，并且应用该改进方法而实现的系统适用于断路器的新建和改造项目，有利于控制工程造价。
11.本发明采用如下的技术方案。
12.断路器失灵保护防误动改进方法，包括：
13.步骤1，采集启失灵信号、断路器有流信号和断路器位置信号；
14.常规变电站内，当电流互感器采集到断路器电流时断路器有流信号有效，利用断路器的监测传感器采集到的断路器位置作为失灵保护的断路器位置信号，利用继电保护装置发送的信号作为触发失灵保护的启失灵信号；
15.智能变电站内，当合并单元发出电流信号时断路器有流信号有效，利用合并单元采集的断路器位置作为失灵保护的断路器位置信号，利用继电保护装置发送的信号作为触发失灵保护的启失灵信号；
16.步骤2，利用启失灵信号、断路器有流信号和断路器位置信号进行断路器失灵保护开出的第一逻辑判断；第一逻辑判断的判据为：启失灵信号、断路器有流信号和断路器位置信号均为有效信号时，断路器失灵保护准备开出，并进入步骤3；若启失灵信号、断路器有流
信号和断路器位置信号中任一信号为无效信号时，断路器失灵保护无开出，返回步骤1；
17.步骤3，当断路器失灵保护准备开出时，利用启失灵信号进行断路器失灵保护开出的第二逻辑判断；第二逻辑判断的判据为：启失灵信号为有效信号时，断路器失灵保护开出；启失灵信号为无效信号时，断路器失灵保护无开出，返回步骤1。
18.优选地，步骤1中，对于常规变电站，利用电流互感器采集的断路器电流判断断路器是否有电流流过：当所采集的断路器电流不为零时，则判定断路器有流信号为有效信号，当所采集的断路器电流为零时，则判定断路器有流信号为无效信号；对于智能变电站，利用合并单元发出的电流信号判断断路器是否有电流流过：当合并单元发出电流信号时，则判定断路器有流信号为有效信号，当合并单元未发出电流信号时，则判定断路器有流信号为无效信号；
19.对于常规变电站，利用断路器的监测传感器采集的断路器位置信号作为失灵保护的断路器位置信号；对于智能变电站，利用合并单元采集的断路器位置信号作为失灵保护的断路器位置信号；
20.对于常规变电站和智能变电站，均利用继电保护装置发送的信号作为触发失灵保护的启失灵信号；其中，继电保护装置包括线路、母线、变压器的继电保护装置；
21.对于启失灵信号、断路器有流信号和断路器位置信号，有效信号为高电平，无效信号为低电平。
22.优选地，步骤2中，将启失灵信号、断路器有流信号和断路器位置信号进行逻辑“与”运算，得到第一逻辑判断结果，即：
23.当启失灵信号、断路器有流信号和断路器位置信号均为高电平时，第一逻辑判断结果为高电平，断路器失灵保护准备开出；
24.当启失灵信号、断路器有流信号和断路器位置信号中任一信号为低电平时，第一逻辑判断结果为低电平，断路器失灵保护无开出。
25.优选地，步骤3中，当第一逻辑判断结果为高电平时，利用启失灵信号作为第一逻辑判断结果输出的使能信号或控制信号。
26.优选地，对于启失灵信号作为第一逻辑判断结果输出的使能信号，当启失灵信号为高电平时，输出第一逻辑判断结果，即断路器失灵保护开出；
27.当启失灵信号为低电平时，不输出第一逻辑判断结果，即断路器失灵保护无开出。
28.优选地，对于启失灵信号作为第一逻辑判断结果输出的控制信号时，当启失灵信号为高电平时，第一逻辑判断结果输出回路导通，即断路器失灵保护开出；
29.当启失灵信号为低电平时，第一逻辑判断结果输出回路开断，即断路器失灵保护无开出。
30.断路器失灵保护防误动改进系统包括：信号采集模块、断路器失灵保护开出逻辑模块；
31.信号采集模块，用于采集启失灵信号、断路器有流信号和断路器位置信号；
32.断路器失灵保护开出逻辑模块，用于根据启失灵信号、断路器有流信号和断路器位置信号，输出断路器失灵保护是否开出；
33.断路器失灵保护开出逻辑模块包括：第一逻辑判断单元和第二逻辑判断单元；第一逻辑判断单元以启失灵信号、断路器有流信号和断路器位置信号为输入信号，第二逻辑
判断单元以第一逻辑判断单元的输出和启失灵信号为输入信号；
34.其中，第一逻辑判断单元利用启失灵信号、断路器有流信号和断路器位置信号进行断路器失灵保护开出的第一逻辑判断；当启失灵信号、断路器有流信号和断路器位置信号均为有效信号时，第一逻辑判断单元输出断路器失灵保护准备开出；若启失灵信号、断路器有流信号和断路器位置信号中任一信号为无效信号时，第一逻辑判断单元不输出断路器失灵保护开出；
35.当第一逻辑判断单元输出断路器失灵保护准备开出时，第二逻辑判断单元利用启失灵信号进行断路器失灵保护开出的第二逻辑判断；当启失灵信号为有效信号时，第二逻辑判断单元输出断路器失灵保护开出，当启失灵信号为无效信号时，第二逻辑判断单元不输出断路器失灵保护开出。
36.优选地，第一逻辑判断单元包括与门；
37.将启失灵信号、断路器有流信号和断路器位置信号进行逻辑“与”运算，得到第一逻辑判断单元的输出，即：
38.当启失灵信号、断路器有流信号和断路器位置信号均为高电平时，第一逻辑判断单元输出高电平，断路器失灵保护准备开出；
39.当启失灵信号、断路器有流信号和断路器位置信号中任一信号为低电平时，第一逻辑判断单元输出低电平，断路器失灵保护无开出。
40.优选地，第二逻辑判断单元是第一逻辑判断单元输出的使能信号端口，即与门的使能信号端口；
41.当启失灵信号为高电平时，断路器失灵保护开出逻辑模块输出断路器失灵保护开出；当启失灵信号为低电平时，断路器失灵保护开出逻辑模块不输出断路器失灵保护开出。
42.优选地，第二逻辑判断单元是第一逻辑判断单元输出的控制信号端口；其中，第二逻辑单元包括联动开关的一端连接第一逻辑判断单元的输出，联动开关的控制信号是启失灵信号；其中，联动开关包括继电器，常开开关；
43.当启失灵信号为高电平时，联动开关导通，若第一逻辑判断单元输出高电平，则断路器失灵保护开出逻辑模块输出的断路器失灵保护开出；若第一逻辑判断单元输出低电平，断路器失灵保护开出逻辑模块不输出断路器失灵保护开出；
44.当启失灵信号为低电平时，联动开关开断，断路器失灵保护开出逻辑模块不输出断路器失灵保护开出。
45.本发明的有益效果在于，与现有技术相比：
46.1、仍然采用启失灵信号、断路器有流信号和断路器位置信号来构成断路器失灵保护的开出逻辑，不会增加继电保护电路和开出逻辑电路；尤其是面向工程改造时，不需要增加任何硬件设施，仅需更新开出逻辑并增加一条连线，或者增加一台继电器或联动开关和一条连线即可完成改造；有效避免由于断路器失灵保护装置二次回路干扰等异常引起的断路器失灵保护误动的发生，极大减少运行检修人员的工作量和运维成本；
47.2、将断路器失灵保护启失灵信号，作为断路器失灵保护判断逻辑中的使能信号，同时也可以作为断路器失灵保护开出功能的控制信号；即使在启失灵信号、断路器有流信号和断路器位置信号全部满足后，若无启失灵信号，断路器失灵保护仍将不会出口，有效的防止了断路器失灵保护的误动；仅仅采用联动以及使能的技术手段，不依赖于任何外界的
电气量，也无需复杂计算，可靠性高，也不会引入拒动；
48.3、不论是新建设断路器还是已投运的断路器进行失灵保护改造，均可采用本发明提出的改进方法及系统，通过对联动开关或者逻辑算法的改进等简单操作，即可实现对断路器失灵保护误动的有效防止，有利于控制工程造价和施工周期；本发明易于部署和应用于改造，适用范围广，预期推广性和经济效益可观。
附图说明
49.图1是现有的断路器失灵保护开出判断逻辑电路示意图；
50.图2是本发明断路器失灵保护防误动改进方法的步骤框图；
51.图3是本发明一实施例中改进后的断路器失灵保护开出判断逻辑电路示意图；
52.图4是本发明另一实施例中改进后的断路器失灵保护开出判断逻辑电路示意图；
53.图1至图4中的附图标记说明如下：
54.1-继电保护装置；2-启失灵信号；3-断路器有流信号；4-断路器位置信号；
55.5-试跳失灵断路器；6-跳开相邻断路器。
具体实施方式
56.下面结合附图对本技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本技术的保护范围。
57.如图2，本发明提出的断路器失灵保护防误动改进方法，包括：
58.步骤1，采集启失灵信号2、断路器有流信号3和断路器位置信号4。
59.具体地，步骤1中，对于常规变电站，利用电流互感器采集的断路器电流判断断路器是否有电流流过：当所采集的断路器电流不为零时，则判定断路器有流信号为有效信号，当所采集的断路器电流为零时，则判定断路器有流信号为无效信号；对于智能变电站，利用合并单元发出的电流信号判断断路器是否有电流流过：当合并单元发出电流信号时，则判定断路器有流信号为有效信号，当合并单元未发出电流信号时，则判定断路器有流信号为无效信号；
60.对于常规变电站，利用断路器的监测传感器采集的断路器位置信号作为失灵保护的断路器位置信号；对于智能变电站，利用合并单元采集的断路器位置信号作为失灵保护的断路器位置信号；
61.对于常规变电站和智能变电站，均利用继电保护装置发送的信号作为触发失灵保护的启失灵信号；其中，继电保护装置包括线路、母线、变压器的继电保护装置；
62.对于启失灵信号、断路器有流信号和断路器位置信号，有效信号为高电平，无效信号为低电平。
63.步骤2，利用启失灵信号、断路器有流信号和断路器位置信号进行断路器失灵保护开出的第一逻辑判断；第一逻辑判断的判据为：启失灵信号、断路器有流信号和断路器位置信号均为有效信号时，断路器失灵保护准备开出，并进入步骤3；若启失灵信号、断路器有流信号和断路器位置信号中任一信号为无效信号时，断路器失灵保护无开出，返回步骤1。
64.具体地，步骤2中，将启失灵信号、断路器有流信号和断路器位置信号进行逻辑“与”运算，得到第一逻辑判断结果，即：
65.当启失灵信号、断路器有流信号和断路器位置信号均为高电平时，第一逻辑判断结果为高电平，断路器失灵保护准备开出；
66.当启失灵信号、断路器有流信号和断路器位置信号中任一信号为低电平时，第一逻辑判断结果为低电平，断路器失灵保护无开出。
67.步骤3，当断路器失灵保护准备开出时，利用启失灵信号进行断路器失灵保护开出的第二逻辑判断；第二逻辑判断的判据为：启失灵信号为有效信号时，断路器失灵保护开出；启失灵信号为无效信号时，断路器失灵保护无开出，返回步骤1。
68.具体地，步骤3中，当第一逻辑判断结果为高电平时，利用启失灵信号作为第一逻辑判断结果输出的使能信号或控制信号。
69.具体地，对于启失灵信号作为第一逻辑判断结果输出的使能信号，当启失灵信号为高电平时，输出第一逻辑判断结果，即断路器失灵保护开出；
70.当启失灵信号为低电平时，不输出第一逻辑判断结果，即断路器失灵保护无开出。
71.具体地，对于启失灵信号作为第一逻辑判断结果输出的控制信号时，当启失灵信号为高电平时，第一逻辑判断结果输出回路导通，即断路器失灵保护开出；
72.当启失灵信号为低电平时，第一逻辑判断结果输出回路开断，即断路器失灵保护无开出。
73.本发明提出的断路器失灵保护防误动改进方法，在具体实施时包括两种开出判断逻辑电路，如下：
74.1、如图3，利用启失灵信号作为断路器失灵保护的使能信号，可通过修改软件逻辑实现，当且仅当启失灵信号存在时，断路器失灵保护才会发出高电平的动作信号；
75.2、如图4，利用联动开关控制失灵保护动作量开出的方案，当且仅当断路器失灵保护启失灵信号存在时，断路器失灵保护开出回路完整，动作量方可正常开出，否则无论内部出现任何异常信号，均无法开出，杜绝了断路器失灵保护误动引起的断路器跳闸。
76.两种开出判断逻辑电路均能够实现，当启失灵信号、开关位置信号、开关电流信号全部满足后，同时启失灵信号使能断路器失灵保护功能或开出功能，然后断路器失灵保护开出并切断对应断路器；当断路器失灵保护装置二次回路中出现异常，使得启失灵信号、开关位置信号、开关电流信号判断后的信号出现异常变位，此时，若无启失灵信号，断路器失灵保护仍将不会出口，有效的防止了断路器失灵保护的误动。
77.本发明还提出断路器失灵保护防误动改进系统，包括：信号采集模块、断路器失灵保护开出逻辑模块；
78.信号采集模块，用于采集启失灵信号、断路器有流信号和断路器位置信号；
79.断路器失灵保护开出逻辑模块，用于根据启失灵信号、断路器有流信号和断路器位置信号，输出断路器失灵保护是否开出；
80.断路器失灵保护开出逻辑模块包括：第一逻辑判断单元和第二逻辑判断单元；第一逻辑判断单元以启失灵信号、断路器有流信号和断路器位置信号为输入信号，第二逻辑判断单元以第一逻辑判断单元的输出和启失灵信号为输入信号；
81.其中，第一逻辑判断单元利用启失灵信号、断路器有流信号和断路器位置信号进行断路器失灵保护开出的第一逻辑判断；当启失灵信号、断路器有流信号和断路器位置信号均为有效信号时，第一逻辑判断单元输出断路器失灵保护准备开出；若启失灵信号、断路
器有流信号和断路器位置信号中任一信号为无效信号时，第一逻辑判断单元不输出断路器失灵保护开出；
82.当第一逻辑判断单元输出断路器失灵保护准备开出时，第二逻辑判断单元利用启失灵信号进行断路器失灵保护开出的第二逻辑判断；当启失灵信号为有效信号时，第二逻辑判断单元输出断路器失灵保护开出，当启失灵信号为无效信号时，第二逻辑判断单元不输出断路器失灵保护开出。
83.具体地，第一逻辑判断单元包括与门；
84.将启失灵信号、断路器有流信号和断路器位置信号进行逻辑“与”运算，得到第一逻辑判断单元的输出，即：
85.当启失灵信号、断路器有流信号和断路器位置信号均为高电平时，第一逻辑判断单元输出高电平，断路器失灵保护准备开出；
86.当启失灵信号、断路器有流信号和断路器位置信号中任一信号为低电平时，第一逻辑判断单元输出低电平，断路器失灵保护无开出。
87.具体地，第二逻辑判断单元是第一逻辑判断单元输出的使能信号端口，即与门的使能信号端口；
88.当启失灵信号为高电平时，断路器失灵保护开出逻辑模块输出断路器失灵保护开出；当启失灵信号为低电平时，断路器失灵保护开出逻辑模块不输出断路器失灵保护开出。
89.具体地，第二逻辑判断单元是第一逻辑判断单元输出的控制信号端口；其中，第二逻辑单元包括联动开关的一端连接第一逻辑判断单元的输出，联动开关的控制信号是启失灵信号；其中，联动开关包括继电器，常开开关；
90.当启失灵信号为高电平时，联动开关导通，若第一逻辑判断单元输出高电平，则断路器失灵保护开出逻辑模块输出的断路器失灵保护开出；若第一逻辑判断单元输出低电平，断路器失灵保护开出逻辑模块不输出断路器失灵保护开出；
91.当启失灵信号为低电平时，联动开关开断，断路器失灵保护开出逻辑模块不输出断路器失灵保护开出。
92.本发明的有益效果在于，与现有技术相比：
93.1、仍然采用启失灵信号、断路器有流信号和断路器位置信号来构成断路器失灵保护的开出逻辑，不会增加继电保护电路和开出逻辑电路；尤其是面向工程改造时，不需要增加任何硬件设施，仅需更新开出逻辑并增加一条连线，或者增加一台继电器或联动开关和一条连线即可完成改造；有效避免由于断路器失灵保护装置二次回路干扰等异常引起的断路器失灵保护误动的发生，极大减少运行检修人员的工作量和运维成本；
94.2、将断路器失灵保护启失灵信号，作为断路器失灵保护判断逻辑中的使能信号，同时也可以作为断路器失灵保护开出功能的控制信号；即使在启失灵信号、断路器有流信号和断路器位置信号全部满足后，若无启失灵信号，断路器失灵保护仍将不会出口，有效的防止了断路器失灵保护的误动；仅仅采用联动以及使能的技术手段，不依赖于任何外界的电气量，也无需复杂计算，可靠性高，也不会引入拒动；
95.3、不论是新建设断路器还是已投运的断路器进行失灵保护改造，均可采用本发明提出的改进方法及系统，通过对联动开关或者逻辑算法的改进等简单操作，即可实现对断路器失灵保护误动的有效防止，有利于控制工程造价和施工周期；本发明易于部署和应用
于改造，适用范围广，预期推广性和经济效益可观。
96.本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。