技术领域
[0001] 本
发明涉及变电站电压控制装置故障检测技术，具体涉及一种用于变电站的PT并列装置及其电压故障自动判别方法。
背景技术
[0002] 传统变电站PT并列装置（电压控制装置）由继电器元件结合外部回路构成，实现对变电站电压互感器副边（二次）
输出电压的控制及两段
母线（母线I和母线II）电压的切换。传统变电站PT并列装置的母线I和母线II各自带有独立的电压互感器，变电站的室外母线分段
断路器DL及两侧刀闸辅助触点1G、2G，且母线I和母线II之间设有母线间并列继电器BLJ5。但是，传统变电站PT并列装置不具有电压显示功能，不能防止PT并列时二次电压反充电，不能实时监视变电站电压回路运行状态，当电压异常时，需通过人工测量及分析，以确定故障原因，影响故障处理效率；而且这类装置不具有故障自动判别功能，进行故障判别依赖人工经验来判断，判断精确度不高，而且效率低下。
发明内容
[0003] 本发明要解决的技术问题：针对
现有技术的上述
缺陷，提供一种具备电压
采样及显示功能，方便实时监视变电站电压回路运行状态，能够提高故障处理效率的用于变电站的PT并列装置，并且在该用于变电站的PT并列装置的
基础上，提供了一种能够实现故障自动判别、故障诊断精确可靠、诊断速度快的用于变电站的PT并列装置的电压故障自动判别方法。
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
[0005] 一种用于变电站的PT并列装置，其特征在于：包括CPU及开入开出单元、电压采集单元、继电器单元和
人机交互单元，所述CPU及开入开出单元包括开入模
块、开出模块和CPU模块，所述开入模块包括分别和CPU模块开入端相连的多路开入量连接
端子，所述多路开入量连接端子均与人机交互单元相连，所述多路开入量连接端子包括开入量连接端子1PTG、开入量连接端子2PTG以及开入量连接端子FD，所述开入量连接端子1PTG和母线I的电压互感器隔刀辅助触点相连，所述开入量连接端子2PTG和母线II的电压互感器隔刀辅助触点相连，所述开入量连接端子FD和变电站的室外母线分段断路器及两侧刀闸辅助触点相连；所述CPU模块的开出端通过开出模块和继电器单元相连，所述人机交互单元和CPU模块相连，所述电压采集单元的输入端分别与母线I及母线II的A、B、C各相及开口三
角绕组相连，所述电压采集单元的输出端与CPU模块的输入端相连。
[0006] 优选地，所述电压采集单元包括7个并列继电器和14个电压采集
电路，所述14个电压采集电路包括I母A相电压采集电路A602、I母B相电压采集电路B602、I母C相电压采集电路C602、I母零序电压连接端L602、I母A相计量电压采集电路A602J、I母B相计量电压采集电路B602J、I母C相计量电压采集电路C602J、II母A相电压采集电路A604、II母B相电压采集电路B604、II母C相电压采集电路C604、II母零序电压连接端L604、II母A相计量电压采集电路A604J、II母B相计量电压采集电路B604J、II母C相计量电压采集电路C604J，所述I母A相电压采集电路A602和II母A相电压采集电路A604共同连接至一个并列继电器后输出，所述I母B相电压采集电路B602和II母B相电压采集电路B604共同连接至一个并列继电器后输出，所述I母C相电压采集电路C602和II母C相电压采集电路C604共同连接至一个并列继电器后输出，所述I母零序电压连接端L602和II母零序电压连接端L604共同连接至一个并列继电器后输出，所述I母A相计量电压采集电路A602J和II母A相计量电压采集电路A604J共同连接至一个并列继电器后输出，所述I母B相计量电压采集电路B602J和II母B相计量电压采集电路B604J共同连接至一个并列继电器后输出，所述I母C相计量电压采集电路C602J和II母C相计量电压采集电路C604J共同连接至一个并列继电器后输出。
[0007] 优选地，所述电压采集单元还包括14个重动继电器和21个快恢复热敏
电阻，所述14个电压采集电路和并列继电器之间各
串联连接有一个重动继电器，所述电压采集单元中的14个重动继电器和7个并列继电器均串联有一个快恢复
热敏电阻。
[0008] 优选地，所述多路开入量连接端子还包括外部复归连接端子FGK和母线间并列继电器连接端子BL5，所述母线间并列继电器连接端子BL5和变电站的母线I和母线II之间的母线间并列继电器BLJ5的辅助触点相连；所述继电器单元包括用于控制母线I投入的继电器1PT、用于控制母线II投入的继电器2PT、用于输出母线I故障
信号的继电器1VFJ、用于输出母线II故障信号的继电器2VFJ、用于输出装置告警信号的继电器GJ、用于输出装置闭
锁信号的继电器BSJ、用于输出并列
输出信号的继电器BL，所述继电器1PT、继电器2PT、继电器1VFJ、继电器2VFJ、继电器GJ、继电器BSJ、继电器BL分别与CPU模块的开出端相连，所述继电器BL并联有发光
二极管LED1，所述继电器GJ并联有
发光二极管LED2。
[0009] 以本发明提供的用于变电站的PT并列装置的技术方案为基础，本发明还进一步提供一种用于变电站的PT并列装置的电压故障自动判别方法，步骤包括：
[0010] 1）针对前述用于变电站的PT并列装置中的每一条母线，首先检测该母线的电压互感器隔刀
位置，如果电压互感器隔刀位置为合位，则跳转执行步骤3）；否则如果电压互感器隔刀位置为分位，则跳转执行步骤2）；
[0011] 2）判断变电站的室外母线分段断路器及两侧刀闸辅助触点的位置，如果室外母线分段断路器及两侧刀闸辅助触点的位置为分位，则重新跳转执行步骤1）；如果室外母线分段断路器及两侧刀闸辅助触点的位置为合位，则跳转执行步骤3）；
[0012] 3）获取该母线进行PT切换前A、B、C三相中任意一相的相电压幅值UX1以及其余两相的相电压幅值UX2和UX3，获取该母线进行PT切换后的零序电压UL1；
[0013] 4）针对任意一相的相电压幅值UX1：判断相电压幅值UX1在预设的第一电压
阈值区间内是否成立，如果成立则判定相电压幅值UX1正常，否则判定相电压幅值UX1异常；判断相电压幅值UX1小于预设的第一电压阈值区间的下边界、零序电压UL1小于预设的第二电压阈值两个条件是否同时成立，如果同时成立则判定相电压幅值UX1对应相二次电压空开跳闸；判断相电压幅值UX1小于预设的第一电压阈值区间的下边界、零序电压UL1大于预设的第三电压阈值、电压幅值UX2大于预设的第三电压阈值、电压幅值UX3大于预设的第三电压阈值四个条件是否同时成立，如果同时成立则判定相电压幅值UX1对应相母线接地；判断相电压幅值UX1小于预设的第一电压阈值区间的下边界、零序电压UL1位于预设的第四电压阈值区间内两个条件是否同时成立，如果同时成立则判定相电压幅值UX1对应相高压保险熔断。
[0014] 优选地，所述步骤2）中判断室外母线分段断路器及两侧刀闸辅助触点的位置时，具体是指将室外母线分段断路器DL、分段断路器DL一侧的隔刀1G的辅助触点、分段断路器DL另一侧的隔刀2G的辅助触点串联连接，如果室外母线分段断路器DL、分段断路器DL一侧的隔刀1G的辅助触点、分段断路器DL另一侧的隔刀2G的辅助触点同时处于合位，则判定室外母线分段断路器及两侧刀闸辅助触点的位置为合位，否则判定室外母线分段断路器及两侧刀闸辅助触点的位置为分位。
[0015] 优选地，所述步骤4）中的预设的第一电压阈值区间为50V到65V之间，第二电压阈值为20V，第三电压阈值为80V，第四电压阈值区间为25V到40V之间。
[0016] 本发明用于变电站的PT并列装置具有下述优点：本发明用于变电站的PT并列装置包括CPU及开入开出单元、电压采集单元、继电器单元和人机交互单元，CPU及开入开出单元包括开入模块、开出模块和CPU模块，开入模块包括分别和CPU模块开入端相连的多路开入量连接端子，多路开入量连接端子均与人机交互单元相连，多路开入量连接端子包括开入量连接端子1PTG、开入量连接端子2PTG以及开入量连接端子FD，能够分别采集母线I和母线II的电压互感器隔刀辅助触点以及变电站的室外母线分段断路器及两侧刀闸辅助触点，同时电压采集单元的输入端分别与母线I及母线II的A、B、C各相及开口三角绕组相连，具备电压采样及显示功能，方便实时监视变电站电压回路运行状态，能够提高故障处理效率，而且当所采集电压异常时，能够受控发出相应告警信息，提示运维检修人员处理，从而缩短对故障的查找和处理时间。
[0017] 本发明用于变电站的PT并列装置的电压故障自动判别方法具有下述优点：本发明用于变电站的PT并列装置的电压故障自动判别方法针对前述用于变电站的PT并列装置中的每一条母线，检测该母线的电压互感器隔刀位置，如果电压互感器隔刀位置为合位，或者如果电压互感器隔刀位置为分位且室外母线分段断路器及两侧刀闸辅助触点的位置为合位时，获取母线进行PT切换前A、B、C三相中任意一相的相电压幅值UX1以及其余两相的相电压幅值UX2和UX3，获取该母线进行PT切换后的零序电压UL1，根据采集的上述电压，能够分别判别变电站的PT并列装置中母线I和母线II中A、B、C任意一相的相电压幅值UX1异常情况、相电压幅值UX1对应相二次电压空开跳闸情况、相电压幅值UX1对应相母线接地情况、相电压幅值UX1对应相高压保险熔断情况，具有故障诊断精确可靠、诊断速度快的优点。
附图说明
[0018] 图1为本发明
实施例PT并列装置的结构示意图。
[0019] 图2为本发明实施例中CPU及开入开出单元的结构示意图。
[0020] 图3为本发明实施例中电压采集单元的接入点电路原理示意图。
[0021] 图4为本发明实施例中的电压采集电路原理示意图。
[0022] 图5为本发明实施例PT并列装置的工作步骤流程示意图。
[0023] 图6为本发明实施例电压故障自动判别方法的步骤流程示意图。
具体实施方式
[0024] 如图1、图2和图3所示，本实施例用于变电站的PT并列装置包括CPU及开入开出单元1、电压采集单元2、继电器单元3和人机交互单元4，CPU及开入开出单元1包括开入模块11、开出模块12和CPU模块13，开入模块11包括分别和CPU模块13开入端相连的多路开入量连接端子，多路开入量连接端子均与人机交互单元4相连，多路开入量连接端子包括开入量连接端子1PTG、开入量连接端子2PTG以及开入量连接端子FD，开入量连接端子1PTG和母线I的电压互感器隔刀辅助触点相连，开入量连接端子2PTG和母线II的电压互感器隔刀辅助触点相连，开入量连接端子FD和变电站的室外母线分段断路器及两侧刀闸辅助触点相连；CPU模块13的开出端通过开出模块12和继电器单元3相连，人机交互单元4和CPU模块13相连，电压采集单元2的输入端分别与母线I及母线II的A、B、C各相及开口三角绕组相连，电压采集单元2的输出端与CPU模块13的输入端相连。
[0025] 参见图1，本实施例用于变电站的PT并列装置还包括总线板和电源，电源、CPU及开入开出单元1、电压采集单元2、继电器单元3和人机交互单元4分别通过总线板实现信号和电源的互联互通，CPU及开入开出单元1、电压采集单元2、继电器单元3和人机交互单元4上均设有接插连接件。毫无疑问的是，总线板并非是实施本发明技术方案的必需部件，此外也可以将上述部件直接通过线缆相连，而电源也可以采用独立外置的形式或者和变电站其他设备共用电源，故本实施例中不再对总线板和电源进行进一步的说明或描述。
[0026] 本实施例中，CPU模块13采用选用STM32f103vft6为核心
控制器，该控制器为ARM32位CPU，其最大工作
频率为72MHz，1.25DMips/MHZ，具有768K 1M闪存空间，具有96KSRAM，其~采样通道数多达16个，采样
精度为12位，能够充分满足装置性能要求。
[0027] 如图2所示，本实施例中一共设有9路开入量连接端子，其中5路开入量连接端子已使用，4路开入量连接端子未使用。已使用的5路开入量连接端子中，除了前述的3路开入量连接端子外，还包括外部复归连接端子FGK和母线间并列继电器连接端子BL5，母线间并列继电器连接端子BL5和变电站的母线I和母线II之间的母线间并列继电器BLJ5的辅助触点相连。本实施例中，多路开入量连接端子和CPU模块13开入端之间设有光耦模块，以确保多路开入量的强弱
电信号隔离、交流和直流信号的分离，抗干扰性能更好。变电站的传统PT并列装置（电压控制装置）为简单继电器控制装置，无CPU开入量检测功能，不能防止PT并列时二次电压反充电。本实施例的PT并列装置为完善防反充电功能，增加了母线间并列继电器连接端子BL5，母线间并列继电器连接端子BL5和变电站的母线I和母线II之间的母线间并列继电器BLJ5的辅助触点相连，可为用于防止二次电压反充电事故发生的并列控制逻辑提供基础
硬件，当母线I和母线II任意一组PT（电压互感器）投入运行、且母线间并列继电器BLJ5闭合时，则本实施例的PT并列装置不需要判同相电压差，可直接并列；当母线间并列继电器BLJ5断开时，通过CPU检测同相电压差是否超出设定值，判断是否允许PT并列，从而防止二次电压反充电事故发生。
[0028] 如图2所示，继电器单元3包括用于控制母线I投入（通过驱动控制母线I的电压互感器实现）的继电器1PT、用于控制母线II投入（通过驱动控制母线II的电压互感器实现）的继电器2PT、用于输出母线I故障信号的继电器1VFJ、用于输出母线II故障信号的继电器2VFJ、用于输出装置告警信号的继电器GJ、用于输出装置闭锁信号的继电器BSJ、用于输出并列输出信号的继电器BL，继电器1PT、继电器2PT、继电器1VFJ、继电器2VFJ、继电器GJ、继电器BSJ、继电器BL分别与CPU模块13的开出端相连，继电器BL并联有发光二极管LED1，继电器GJ并联有发光二极管LED2。本装置该部分开入、开出变位信息可在人机交互单元直接显示，继电器单元3驱动发光二极管LED1和发光二极管LED2，实时监控电压投入、并列状态、有无异常告警等并列运行状态，方便变电站运维人员进行电压并、解列倒闸操作时查看电压一次及二次回路运行状态，防止因人员误操作导致设备损坏、保护装置误动事件发生。参见图2，本实施例中继电器单元3还包括一个备用继电器。本实施例中，继电器单元3具体是同一块继电器板实现，以方便实现和总线板的插接连接，且每个继电器由多只24V电压继电器串联，触点容量不小于5A。
[0029] 如图3所示，电压采集单元2包括7个并列继电器（BLJ1#1、BLJ1#2、BLJ2#1、BLJ2#2、BLJ3#1、BLJ3#2、BLJ4#1）和14个电压采集电路，14个电压采集电路包括I母A相电压采集电路A602、I母B相电压采集电路B602、I母C相电压采集电路C602、I母零序电压连接端L602、I母A相计量电压采集电路A602J、I母B相计量电压采集电路B602J、I母C相计量电压采集电路C602J、II母A相电压采集电路A604、II母B相电压采集电路B604、II母C相电压采集电路C604、II母零序电压连接端L604、II母A相计量电压采集电路A604J、II母B相计量电压采集电路B604J、II母C相计量电压采集电路C604J，I母A相电压采集电路A602和II母A相电压采集电路A604共同连接至一个并列继电器后输出，I母B相电压采集电路B602和II母B相电压采集电路B604共同连接至一个并列继电器后输出，I母C相电压采集电路C602和II母C相电压采集电路C604共同连接至一个并列继电器后输出，I母零序电压连接端L602和II母零序电压连接端L604共同连接至一个并列继电器后输出，I母A相计量电压采集电路A602J和II母A相计量电压采集电路A604J共同连接至一个并列继电器后输出，I母B相计量电压采集电路B602J和II母B相计量电压采集电路B604J共同连接至一个并列继电器后输出，I母C相计量电压采集电路C602J和II母C相计量电压采集电路C604J共同连接至一个并列继电器后输出。
[0030] 如图3所示，电压采集单元2还包括14个重动继电器（1PTJ1#1～1PTJ4#1，2PTJ1#1～2PTJ4#1）和21个快恢复热敏电阻PPTC，14个电压采集电路和并列继电器之间各串联连接有一个重动继电器，电压采集单元2中的14个重动继电器和7个并列继电器均串联有一个快恢复热敏电阻。例如I母A相电压采集电路A602依次串联重动继电器1PTJ1#1、一个快恢复热敏电阻PPTC后连接到并列继电器BLJ1#1的一端；II母A相电压采集电路A604依次串联重动继电器2PTJ1#1、一个快恢复热敏电阻PPTC和另一个快恢复热敏电阻PPTC后连接到并列继电器BLJ1#1的另一端。
[0031] 如图4所示，本实施例中的电压采集电路为直接电阻电压采样电路，主要包括调整限流电阻R22、电压互感器T9和采样电阻25，其中电压互感器T9选用微型
电流型电压互感器T9，PT并列装置设计的外部电压采集范围为0～120VAC，为便于CPU模块13的采样，电压采集电路需利用电压互感器T9把输入电压降至CPU模块13可直接采样的范围。电压互感器T9的型号为DL-PT202H1，其额定输入电流为2mA，额定输出电流为2mA，最大输入10mA，
相位差为<=15′，空载线性度<=0.1%，
工作温度为-35℃～+70℃，可根据检测电压范围调整限流电阻R22的大小，以满足采样精度要求。需要说明的是，图4仅仅为电压采集电路的一个实例，毫无疑问，本领域的技术人员也可以根据需要采用其他类型的电压采集电路。
[0032] 如图5所示，本实施例的PT并列装置的工作步骤如下：
[0033] S1）系统上电，CPU模块13自检，如果正常，则控制人机交互单元4上的运行灯亮，否则控制人机交互单元4上的告警灯亮；
[0034] S2）在运行状态下，CPU模块13定时检测开入模块11的开入量信号；如果开入量连接端子1PTG的值为1（母线I的电压互感器闭合），则切换母线I电压输出；如果开入量连接端子2PTG的值为1（母线II的电压互感器闭合），则切换母线II电压输出；如果开入量连接端子FD的值为1（变电站的室外母线分段断路器DL及两侧刀闸1G、2G闭合），且跳转执行下一步；
[0035] S3）判断开入量连接端子1PTG的值为1且开入量连接端子2PTG的值为1（1PTG=1 & 2PTG=1）是否同时成立，如果成立则计算母线I和母线II的同相电压差，当同相电压差小于
15V时，设置开出量并列允许BL的值为0（继电器BL断开、发光二极管LED1熄灭），否则当同相电压差大于或等于15V时，跳转执行步骤S6）；如果不成立，则跳转执行下一步；
[0036] S4）判断开入量连接端子1PTG的值为1或开入量连接端子2PTG的值为1（1PTG=1 or 2PTG=1）是否成立，如果成立，则跳转执行步骤S6）；否则跳转执行步骤S5）；
[0037] S5）判断母线间并列继电器连接端子BL5的开入量是否为1（母线间并列继电器BLJ5合位），如果母线间并列继电器连接端子BL5的开入量为1，则跳转执行步骤S6）；否则跳转执行步骤S3）；
[0038] S6）设置开出量并列允许BL的值为1（继电器B闭合、发光二极管LED1亮），此时可控制PT并列装置的母线I和母线II并列输出。
[0039] 需要说明的是，本实施例中还为PT并列装置中设置有并列输出继电器BLK，在控制PT并列装置的母线I和母线II并列输出前还需要循环检测PT并列装置中并列输出继电器BLK的开入状态，当并列输出继电器BLK的开入状态为1时，则PT并列装置的母线I和母线II并列输出，否则继续检测PT并列装置中并列输出继电器BLK的开入状态。此外，并列输出继电器BLK并非是变电站的PT并列装置的必备部件，且上述流程仅仅是本实施例的PT并列装置的一种工作方法示例，在实际应用过程中，可能根据需要增加更多的继电器或者选择其他不同的运行控制逻辑。
[0040] 如图6所示，本实施例用于变电站的PT并列装置的电压故障自动判别方法的步骤包括：
[0041] 1）针对用于变电站的PT并列装置中的每一条母线，首先检测该母线（母线I或母线II）的电压互感器隔刀位置，如果电压互感器隔刀位置为合位，则跳转执行步骤3）；否则如果电压互感器隔刀位置为分位，则跳转执行步骤2）；
[0042] 2）判断变电站的室外母线分段断路器及两侧刀闸辅助触点的位置，如果室外母线分段断路器及两侧刀闸辅助触点的位置为分位，则重新跳转执行步骤1）；如果室外母线分段断路器及两侧刀闸辅助触点的位置为合位，则跳转执行步骤3）；
[0043] 3）获取该母线进行PT切换前A、B、C三相中任意一相的相电压幅值UX1以及其余两相的相电压幅值UX2和UX3，获取该母线进行PT切换后的零序电压UL1；
[0044] 4）针对任意一相的相电压幅值UX1：判断相电压幅值UX1在预设的第一电压阈值区间内是否成立，如果成立则判定相电压幅值UX1正常，否则判定相电压幅值UX1异常；判断相电压幅值UX1小于预设的第一电压阈值区间的下边界、零序电压UL1小于预设的第二电压阈值两个条件是否同时成立，如果同时成立则判定相电压幅值UX1对应相二次电压空开跳闸；判断相电压幅值UX1小于预设的第一电压阈值区间的下边界、零序电压UL1大于预设的第三电压阈值、电压幅值UX2大于预设的第三电压阈值、电压幅值UX3大于预设的第三电压阈值四个条件是否同时成立，如果同时成立则判定相电压幅值UX1对应相母线接地；判断相电压幅值UX1小于预设的第一电压阈值区间的下边界、零序电压UL1位于预设的第四电压阈值区间内两个条件是否同时成立，如果同时成立则判定相电压幅值UX1对应相高压保险熔断。
[0045] 本实施例上述步骤可以分别判别出母线I和母线II的故障：对于母线I而言，步骤3）获取的是母线I进行PT切换前A、B、C三相中任意一相的相电压幅值UX1（1）以及其余两相的相电压幅值UX2（1）和UX3（1），获取母线I进行PT切换后的零序电压UL1（1）；对于母线II而言，步骤
3）获取的是母线I进行PT切换前A、B、C三相中任意一相的相电压幅值UX1（2）以及其余两相的相电压幅值UX2（2）和UX3（2），获取母线I进行PT切换后的零序电压UL1（2）；在此不再赘述。本实施例通过上述步骤，能够分别判别变电站的PT并列装置中母线I和母线II中A、B、C任意一相的相电压幅值UX1异常情况、相电压幅值UX1对应相二次电压空开跳闸情况、相电压幅值UX1对应相母线接地情况、相电压幅值UX1对应相高压保险熔断情况，并且可以针对不同的故障情况可以通过人机交互单元4进行显示，当母线I被判定为图6中任意一种故障类型时，均驱动I母电压故障继电器1VFJ，当母线II被判定为图6中任意一种故障类型时，均驱动II母电压故障继电器2VFJ，从而方便监控人员了解故障状态。
[0046] 本实施例中，步骤2）中判断室外母线分段断路器及两侧刀闸辅助触点的位置时，具体是指将室外母线分段断路器DL、分段断路器DL一侧的隔刀1G的辅助触点、分段断路器DL另一侧的隔刀2G的辅助触点串联连接，如果室外母线分段断路器DL、分段断路器DL一侧的隔刀1G的辅助触点、分段断路器DL另一侧的隔刀2G的辅助触点同时处于合位，则判定室外母线分段断路器及两侧刀闸辅助触点的位置为合位，否则判定室外母线分段断路器及两侧刀闸辅助触点的位置为分位。该方式实现判断室外母线分段断路器及两侧刀闸辅助触点的位置所需的电路结构最简单，此外也可以根据需要设置逻辑与模块来实现通过检测判断室外母线分段断路器及两侧刀闸辅助触点的位置。
[0047] 如图6所示，本实施例中步骤4）中的预设的第一电压阈值区间为50V到65V之间，第二电压阈值为20V，第三电压阈值为80V，第四电压阈值区间为25V到40V之间。
[0048] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
