跨区域一体化继电保护系统.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911282471.5 (22)申请日 2019.12.13 (71)申请人 国家电网有限公司 地址 100031 北京市西城区西长安街86号 申请人 国网重庆市电力公司长寿供电分公 司 (72)发明人 杨晶易鹏飞杨显峰姚远 梁科黄银阳刘义刘亚洲 朱亦可 (74)专利代理机构 北京海虹嘉诚知识产权代理 有限公司 11129 代理人 吕小琴 (51)Int.Cl. H02H 1/00(2006.01) H02H 1/06(2006.01) H02J 9/06(2006.01)。

2、 H02J 13/00(2006.01) (54)发明名称 跨区域一体化继电保护系统 (57)摘要 本发明提供一种跨区域一体化继电保护系 统， 包括主站装置， 与所述主站装置通信连接的 子站装置， 所述主站装置包括主控器、 与所述主 控器通信连接的整定逻辑计算单元和与所述主 控器通信连接的同步时钟 ； 所述子站装置包括 信息采集单元、 交换机、 执行单元和同步时钟； 所述合并单元与所述执行单元通信连接， 所述执 行单元与所述交换机通信连接， 所述同步时钟 与所述交换机通信连接， 所述交换机与所述主站 装置通信连接； 所述系统还包括电源单元， 所述 电源单元为子站装置提供工作用电。 子站装置采 。

3、集单元采集电力实施数据， 经专用光纤传输至主 控装置， 由主控装置整定计算从而控制多个子站 装置的继电保护， 实现了跨区域一体化继电保 护。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 111049095 A 2020.04.21 CN 111049095 A 1.一种跨区域一体化继电保护系统， 其特征在于： 包括主站装置， 与所述主站装置通信 连接的子站装置， 所述主站装置包括主控器、 与所述主控器通信连接的整定逻辑计算单元 和与所述主控器通信连接的同步时钟 ； 所述子站装置包括信息采集单元、 交换机、 执行单元和同步时钟； 所述信息采集单元包括合并单元、 电压互感器、 电流互感器、 温度传。

4、感器、 光敏传感器 和瓦斯传感器， 所述电压互感器、 电流互感器、 温度传感器、 光敏传感器和瓦斯传感器的输 出端均与所述合并单元的输入端连接； 所述合并单元与所述执行单元通信连接， 所述执行单元与所述交换机通信连接， 所述 同步时钟与所述交换机通信连接， 所述交换机与所述主站装置通信连接； 所述系统还包括电源单元， 所述电源单元为子站装置提供工作用电。 2.根据权利要求1所述跨区域一体化继电保护系统， 其特征在于： 所述执行单元包括智 能终端和继电器， 所述智能终端与所述交换机通信连接， 所述继电器与所述智能终端通信 连接。 3.根据权利要求1所述跨区域一体化继电保护系统， 其特征在于： 所。

5、述电源采用交流和 直流双供电模式。 4.根据权利要求3所述跨区域一体化继电保护系统， 其特征在于： 所述电源包括交流供 电单元、 直流供电单元、 切换控制单元， 所述交流供电单元的输入端与输电线连接， 所述交 流供电单元的输出端与所述切换控制单元的输入端连接， 所述直流供电单元采用蓄电池供 电， 所述直流供电单元的输出端与所述切换控制单元的输入端连接， 所述切换控制单元的 输出端为所述电源的输出端。 5.根据权利要求4所述跨区域一体化继电保护系统， 其特征在于： 所述切换控制单元包 括电阻R3、 电阻R4、 电阻R5、 电阻R6、 电阻R7、 运算放大器U2和MOS管Q4， 电阻R3的一端与所。

6、述 交流供电单元的输出端连接， 电阻R3的另一端为供电单元的输出端， 电阻R6的一端与电阻 R3和所述交流供电元的公共连接点连接， 电阻R6的另一端经电阻R7接地， 电阻R4的一端与 电阻R3和输出端的公共连接点连接， 电阻R4的另一端与运算放大器U2反相端连接， 运算放 大器U2的同相端与电阻R6和电阻R7的公共连接点连接， 电阻R5的一端与电阻R4和运算放大 器U2的反相端的公共连接点连接， 电阻R5的另一端与运算放大器U2的输出端连接， 运算放 大器U2的输出端与MOS管Q4的栅极连接， MOS管Q4的源极与所述直流供电单元的输出端连 接， MOS管Q4的漏极与电阻R3和输出端的公共连接。

7、点连接； 其中， MOS管Q4为P沟道增强型MOS管。 6.根据权利要求4所述跨区域一体化继电保护系统， 其特征在于： 所述交流供电单元包 括电流互感器、 全桥整流电路、 滤波电路和保护单元， 所述电流互感器的输入端与输电线连 接， 所述电流互感器的输出端与所述全桥整流的输入端连接， 所述全桥整流的输出端与所 述滤波电路的输入端连接， 所述保护单元包括瞬态抑制二极管和电压跟随器， 所述瞬态抑 制二极管与所述全桥整流的输入端并联， 所述电压跟随器为运算放大器U1， 所述运算放大 器U1的同相端与所述滤波电路的输出端连接， 所述运算放大器U1的反相端与输出端连接， 所述运算放大器U1的输出端与所述。

8、切换控制单元的输入端连接。 7.根据权利要求4所述跨区域一体化继电保护系统， 其特征在于： 所述电源还包括稳压 输出单元， 所述稳压输出单元的输入端与所述交流供电单元的输出端连接， 所述稳压输出 权利要求书 1/2 页 2 CN 111049095 A 2 单元的输出端与所述切换控制单元的输入端连接； 所述稳压输出单元包括压敏电阻RV、 电阻R2、 电阻R10、 稳压二极管DW1、 MOS管Q1和MOS 管Q2， 压敏电阻RV的一端与所述交流供电单元的输出端连接， 压敏电阻RV的另一端经电阻 R10接地， 电阻R2的一端与所述交流供电单元的输出端连接， 电阻R2的另一端与MOS管Q2的 源极连。

9、接， MOS管Q2的栅极与压敏电阻RV和电阻R10的公共连接点连接， MOS管Q1的漏极与所 述交流供电单元的输出端连接， MOS管Q1的源极与电阻R3的一端连接， MOS管Q1的栅极与MOS 管Q2的漏极连接， 稳压二极管DW1的负极与所述MOS管Q2的漏极与MOS管Q1的栅极的公共连 接点连接， 稳压二极管DW1的正极接地； 其中， MOS管Q1为N沟道增强型MOS管， MOS管Q2为P沟道增强型MOS管。 8.根据权利要求4所述跨区域一体化继电保护系统， 其特征在于： 所述电源还包括过流 自锁单元， 所述过流自锁单元的输入端与所述切换控制单元的输出端连接， 所述过流自锁 单元的输出端为电。

10、源的输出端； 所述过流自锁单元包括电阻R8、 电阻R9、 比较器U3和MOS管Q3， 所述电阻R8的一端与电 阻R3和MOS管Q4的漏极的公共连接点连接， 电阻R8的另一端经电阻R9接地， 比较器U3的同相 端与电阻R8和电阻R9的公共连接点连接， 比较器U3的反相端与基准电压REF连接， MOS管Q4 的源极与电阻R3和MOS管Q4的漏极的公共连接点连接， MOS管Q3的漏极连接， MOS管Q3的栅极 与比较器U3的输出端连接； 其中， MOS管Q3为P沟道增强型MOS管。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111049095 A 3 跨区域一体化继电保护系统 技术领域 0001 本发明涉电。

11、力继电保护领域， 尤其涉及一种跨区域一体化继电保护系统。 背景技术 0002 在电力系统发生故障时需要继电保护装置执行继电保护动作， 而电力系统继电保 护装置正确动作的前提条件， 是能够快速、 准确的接收到反映电力系统故障特征的模拟量 和开关量等电气量特征。 为提高继电保护装置对电气量特征采样的可靠性， 电力系统继电 保护设备设计采取了一系列的措施， 如采用三取二跳闸出口方式防止保护装置误动作、 采 用双CPU模块串联的方式防止处理器故障时导致保护装置误开出、 设置双继电器串联回路 以防止继电器误激励导致跳闸接点闭合、 采用双AD采样以防止单一回路采样异常造成保护 装置拒动或者误动、 引入采样。

12、值异常检测及时发现采样环节异常闭锁相应保护等等。 但其 随着计算机技术和网络技术的深入发展， 将电力系统继电保护的监视、 测量、 控制和保护实 现了实时监控和在线整定计算， 但现有继电器保护的可靠性不高， 容易出现误动、 拒动。 0003 因此， 亟需一种在线实时监测、 整定计算的可靠性高的跨区域一体化继电保护系 统。 发明内容 0004 有鉴于此， 本发明提供一种跨区域一体化继电保护系统， 用于解决现有技术中跨 区域一体化继电保护装置可靠性差的问题。 0005 本发明提供一种跨区域一体化继电保护系统， 其特征在于： 包括主站装置， 与所述 主站装置通信连接的子站装置， 所述主站装置包括主控器。

13、、 与所述主控器通信连接的整定 逻辑计算单元和与所述主控器通信连接的同步时钟 ； 0006 所述子站装置包括信息采集单元、 交换机、 执行单元和同步时钟； 0007 所述信息采集单元包括合并单元、 电压互感器、 电流互感器、 温度传感器、 光敏传 感器和瓦斯传感器， 所述电压互感器、 电流互感器、 温度传感器、 光敏传感器和瓦斯传感器 的输出端均与所述合并单元的输入端连接； 0008 所述合并单元与所述执行单元通信连接， 所述执行单元与所述交换机通信连接， 所述同步时钟与所述交换机通信连接， 所述交换机与所述主站装置通信连接； 0009 所述系统还包括电源单元， 所述电源单元为子站装置提供工作。

14、用电。 0010 进一步， 所述执行单元包括智能终端和继电器， 所述智能终端与所述交换机通信 连接， 所述继电器与所述智能终端通信连接。 0011 进一步， 所述电源采用交流和直流双供电模式。 0012 进一步， 所述电源包括交流供电单元、 直流供电单元、 切换控制单元， 所述交流供 电单元的输入端与输电线连接， 所述交流供电单元的输出端与所述切换控制单元的输入端 连接， 所述直流供电单元采用蓄电池供电， 所述直流供电单元的输出端与所述切换控制单 元的输入端连接， 所述切换控制单元的输出端为所述电源的输出端。 说明书 1/5 页 4 CN 111049095 A 4 0013 进一步， 所述切。

15、换控制单元包括电阻R3、 电阻R4、 电阻R5、 电阻R6、 电阻R7、 运算放 大器U2和MOS管Q4， 电阻R3的一端与所述交流供电单元的输出端连接， 电阻R3的另一端为供 电单元的输出端， 电阻R6的一端与电阻R3和所述交流供电元的公共连接点连接， 电阻R6的 另一端经电阻R7接地， 电阻R4的一端与电阻R3和输出端的公共连接点连接， 电阻R4的另一 端与运算放大器U2反相端连接， 运算放大器U2的同相端与电阻R6和电阻R7的公共连接点连 接， 电阻R5的一端与电阻R4和运算放大器U2的反相端的公共连接点连接， 电阻R5的另一端 与运算放大器U2的输出端连接， 运算放大器U2的输出端与M。

16、OS管Q4的栅极连接， MOS管Q4的 源极与所述直流供电单元的输出端连接， MOS管Q4的漏极与电阻R3和输出端的公共连接点 连接； 0014 其中， MOS管Q4为P沟道增强型MOS管。 0015 进一步， 所述交流供电单元包括电流互感器、 全桥整流电路、 滤波电路和保护单 元， 所述电流互感器的输入端与输电线连接， 所述电流互感器的输出端与所述全桥整流的 输入端连接， 所述全桥整流的输出端与所述滤波电路的输入端连接， 所述保护单元包括瞬 态抑制二极管和电压跟随器， 所述瞬态抑制二极管与所述全桥整流的输入端并联， 所述电 压跟随器为运算放大器U1， 所述运算放大器U1的同相端与所述滤波电路。

17、的输出端连接， 所 述运算放大器U1的反相端与输出端连接， 所述运算放大器U1的输出端与所述切换控制单元 的输入端连接。 0016 进一步， 所述电源还包括稳压输出单元， 所述稳压输出单元的输入端与所述交流 供电单元的输出端连接， 所述稳压输出单元的输出端与所述切换控制单元的输入端连接； 0017 所述稳压输出单元包括压敏电阻RV、 电阻R2、 电阻R10、 稳压二极管DW1、 MOS管Q1和 MOS管Q2， 压敏电阻RV的一端与所述交流供电单元的输出端连接， 压敏电阻RV的另一端经电 阻R10接地， 电阻R2的一端与所述交流供电单元的输出端连接， 电阻R2的另一端与MOS管Q2 的源极连接，。

18、 MOS管Q2的栅极与压敏电阻RV和电阻R10的公共连接点连接， MOS管Q1的漏极与 所述交流供电单元的输出端连接， MOS管Q1的源极与电阻R3的一端连接， MOS管Q1的栅极与 MOS管Q2的漏极连接， 稳压二极管DW1的负极与所述MOS管Q2的漏极与MOS管Q1的栅极的公共 连接点连接， 稳压二极管DW1的正极接地； 0018 其中， MOS管Q1为N沟道增强型MOS管， MOS管Q2为P沟道增强型MOS管。 0019 进一步， 所述电源还包括过流自锁单元， 所述过流自锁单元的输入端与所述切换 控制单元的输出端连接， 所述过流自锁单元的输出端为电源的输出端； 0020 所述过流自锁单元。

19、包括电阻R8、 电阻R9、 比较器U3和MOS管Q3， 所述电阻R8的一端 与电阻R3和MOS管Q4的漏极的公共连接点连接， 电阻R8的另一端经电阻R9接地， 比较器U3的 同相端与电阻R8和电阻R9的公共连接点连接， 比较器U3的反相端与基准电压REF连接， MOS 管Q4的源极与电阻R3和MOS管Q4的漏极的公共连接点连接， MOS管Q3的漏极连接， MOS管Q3的 栅极与比较器U3的输出端连接； 0021 其中， MOS管Q3为P沟道增强型MOS管。 0022 本发明的有益技术效果： 子站装置采集单元采集电力实施数据， 经专用光纤传输 至主控装置， 由主控装置整定计算从而控制多个子站装置。

20、的继电保护， 实现了跨区域一体 化继电保护； 同时， 采用双电流为采集单元供电模式保证了采集单元无间断连续供电， 即使 在停电检修时也能在也能正常采集电力数据， 保证了跨区域一体化继电保护的可靠性。 说明书 2/5 页 5 CN 111049095 A 5 附图说明 0023 下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述： 0024 图1为本发明的结构示框图。 0025 图2为本发明的主站装置结构示框图。 0026 图3为本发明的子站装置结构示框图。 0027 图4为本发明的电源结构框图。 0028 图5为本发明的电源电路原理图。 具体实施方式 0029 以下结合说明书附图对本发明做出进一步的说明。

21、： 0030 本发明提供的一种跨区域一体化继电保护系统， 其特征在于： 如图1所示包括主站 装置， 与所述主站装置通信连接的子站装置； 0031 如图2所示， 所述主站装置包括主控器、 与所述主控器通信连接的整定逻辑计算单 元和与所述主控器通信连接的同步时钟 ； 所述主控器采用现有的 0032 如图3所示， 所述子站装置包括信息采集单元、 交换机、 执行单元和同步时钟； 0033 所述信息采集单元包括合并单元、 电压互感器、 电流互感器、 温度传感器、 光敏传 感器和瓦斯传感器， 所述电压互感器、 电流互感器、 温度传感器、 光敏传感器和瓦斯传感器 的输出端均与所述合并单元的输入端连接； 所述。

22、合并单元、 电压互感器、 电流互感器、 温度 传感器、 光敏传感器和瓦斯传感器， 所述电压互感器、 电流互感器、 温度传感器、 光敏传感器 和瓦斯传感器均采用现有的产品， 在此不再赘述； 0034 所述合并单元与所述执行单元通信连接， 所述执行单元与所述交换机通信连接， 所述同步时钟与所述交换机通信连接， 所述交换机与所述主站装置通信连接； 所述通信 采用专用光纤通信。 0035 所述系统还包括电源单元， 所述电源单元为子站装置提供工作用电。 0036 子站装置负责采集被保护设备， 如变电站， 的实时电力数据， 并将电力数据经合并 单元预处理后通过交换机将实时电力数据传输给主控装置， 主控装置。

23、经整定计算确定是否 需要通过智能机控制继电器动作。 从而实现跨区域一体化的继电保护。 0037 所述执行单元包括智能终端和继电器， 所述智能终端与所述交换机通信连接， 所 述继电器与所述智能终端通信连接。 所述继电器和智能终端均采用现有产品， 在此不再赘 述。 0038 所述电源采用交流和直流双供电模式。 双电流供电保证了采集单元无间断连续供 电， 即使在停电检修时也能在也能正常采集电力数据， 保证了跨区域一体化继电保护的可 靠性。 0039 如图4所示， 所述电源包括交流供电单元、 直流供电单元、 切换控制单元， 所述交流 供电单元的输入端与输电线连接， 所述交流供电单元的输出端与所述切换控。

24、制单元的输入 端连接， 所述直流供电单元采用蓄电池供电， 所述直流供电单元的输出端与所述切换控制 单元的输入端连接， 所述切换控制单元的输出端为所述电源的输出端。 0040 所述切换控制单元包括电阻R3、 电阻R4、 电阻R5、 电阻R6、 电阻R7、 运算放大器U2和 MOS管Q4， 电阻R3的一端与所述交流供电单元的输出端连接， 电阻R3的另一端为供电单元的 说明书 3/5 页 6 CN 111049095 A 6 输出端， 电阻R6的一端与电阻R3和所述交流供电元的公共连接点连接， 电阻R6的另一端经 电阻R7接地， 电阻R4的一端与电阻R3和输出端的公共连接点连接， 电阻R4的另一端与。

25、运算 放大器U2反相端连接， 运算放大器U2的同相端与电阻R6和电阻R7的公共连接点连接， 电阻 R5的一端与电阻R4和运算放大器U2的反相端的公共连接点连接， 电阻R5的另一端与运算放 大器U2的输出端连接， 运算放大器U2的输出端与MOS管Q4的栅极连接， MOS管Q4的源极与所 述直流供电单元的输出端连接， MOS管Q4的漏极与电阻R3和输出端的公共连接点连接； 0041 其中， MOS管Q4为P沟道增强型MOS管。 0042 电源供电模式为双电源供电， 首选交流供电， 当交流供电出现故障时， 采用蓄电池 供电； 交流供电采用电流互感器从输电线感应电流， 经全桥整流后， RC滤波， 随后。

26、经运算放 大器U1的电压跟随器后输出； 0043 当交流电正常供电时， 电阻R3两端有电流流过， 运算放大器U2输出的电压为电阻 R3两端的电压降， 通过电阻R3阻值的设计， 此时， 使MOS管Q4截止， 即交流电向外供电； 0044 当交流电供电异常时， 电阻R3两端无电流流过， 则此时， 运算放大器U2不输出电压 为零， 此时， MOS管Q4的源极电压大于栅极电压， MOS管Q4导通， 由蓄电池向外供电； 0045 从而实现双电源供电， 保证了数据采集的可靠性。 0046 所述交流供电单元包括电流互感器、 全桥整流电路、 滤波电路和保护单元， 所述电 流互感器的输入端与输电线连接， 所述电。

27、流互感器的输出端与所述全桥整流的输入端连 接， 所述全桥整流的输出端与所述滤波电路的输入端连接， 所述保护单元包括瞬态抑制二 极管和电压跟随器， 所述瞬态抑制二极管与所述全桥整流的输入端并联， 所述电压跟随器 为运算放大器U1， 所述运算放大器U1的同相端与所述滤波电路的输出端连接， 所述运算放 大器U1的反相端与输出端连接， 所述运算放大器U1的输出端与所述切换控制单元的输入端 连接。 如图5所示， 所述全桥整流采用现有的二极管全桥整流电路， 所述滤波电路采用RC滤 波， 电阻R1和电容C1， 电阻R1的一端与全桥整流ZL1的正输出端连接， 电阻R1的另一端经电 容C1接地。 0047 所述。

28、电源还包括稳压输出单元， 所述稳压输出单元的输入端与所述交流供电单元 的输出端连接， 所述稳压输出单元的输出端与所述切换控制单元的输入端连接； 0048 所述稳压输出单元包括压敏电阻RV、 电阻R2、 电阻R10、 稳压二极管DW1、 MOS管Q1和 MOS管Q2， 压敏电阻RV的一端与所述交流供电单元的输出端连接， 压敏电阻RV的另一端经电 阻R10接地， 电阻R2的一端与所述交流供电单元的输出端连接， 电阻R2的另一端与MOS管Q2 的源极连接， MOS管Q2的栅极与压敏电阻RV和电阻R10的公共连接点连接， MOS管Q1的漏极与 所述交流供电单元的输出端连接， MOS管Q1的源极与电阻R。

29、3的一端连接， MOS管Q1的栅极与 MOS管Q2的漏极连接， 稳压二极管DW1的负极与所述MOS管Q2的漏极与MOS管Q1的栅极的公共 连接点连接， 稳压二极管DW1的正极接地； 0049 其中， MOS管Q1为N沟道增强型MOS管， MOS管Q2为P沟道增强型MOS管。 0050 其工作原理如下： 0051 当电压小于或等于额定电压时， 无电流流经压敏电阻， 即MOS管Q2的栅极无电压， MOS管Q2的源极电压阿点与栅极电压， MOS管Q2导通， MOS管Q1导通， 经稳压二极管DW1将MOS 管Q1的栅极恒定， 根据MOS管的特性， 当MOS管栅极电压稳定后， 输出电流恒定， 即输出电压。

30、 恒压； 说明书 4/5 页 7 CN 111049095 A 7 0052 若输入电压高于预设电压， 则压敏电阻阻值骤降， 此时压敏电阻的阻值接近于零， 此时MOS管Q2的栅极电压等于电阻R10两端的电压， MOS管Q2的源极电压低于MOS管Q2的栅极 电压， MOS管Q2截止， 此时MOS管Q1的截止， 从而停止向外输出， 保护后续电路。 0053 所述电源还包括过流自锁单元， 所述过流自锁单元的输入端与所述切换控制单元 的输出端连接， 所述过流自锁单元的输出端为电源的输出端； 0054 所述过流自锁单元包括电阻R8、 电阻R9、 比较器U3和MOS管Q3， 所述电阻R8的一端 与电阻R3。

31、和MOS管Q4的漏极的公共连接点连接， 电阻R8的另一端经电阻R9接地， 比较器U3的 同相端与电阻R8和电阻R9的公共连接点连接， 比较器U3的反相端与基准电压REF连接， MOS 管Q4的源极与电阻R3和MOS管Q4的漏极的公共连接点连接， MOS管Q3的漏极连接， MOS管Q3的 栅极与比较器U3的输出端连接； 0055 其中， MOS管Q3为P沟道增强型MOS管。 0056 其工作原理如下： 0057 通过采集电流的电阻R9两端的电压和预设基准电压比较， 当电阻R9两端的电压大 于预设基准电压时， 即电源输出电流高于预设电流， 比较器U3输出高电平， MOS管Q3截止， 从 而断开与后。

32、续电路的连接， 避免大电流流入后续设备， 造成不可逆转的伤害； 当电阻R9两端 的电压不大于预设基准电压时， 即电源输出电流电流正常， 比较器U3输出低电平， MOS管Q3 导通， 输出电流， 为后续电路供电； 通过上述技术方案能实现过流自动断开与后续电路的连 接， 从而保护后续电路。 0058 最后说明的是， 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制， 尽管参照较 佳实施例对本发明进行了详细说明， 本领域的普通技术人员应当理解， 可以对本发明的技 术方案进行修改或者等同替换， 而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围， 其均应涵盖在本 发明的权利要求范围当中。 说明书 5/5 页 8 CN 111049095 A 8 图1 图2 说明书附图 1/3 页 9 CN 111049095 A 9 图3 图4 说明书附图 2/3 页 10 CN 111049095 A 10 图5 说明书附图 3/3 页 11 CN 111049095 A 11 。