[发明专利]具有提升性能的模块的自供保护继电器

说明书

技术领域

本发明涉及电力分配的领域。本发明具体涉及生成跳闸信号以在故障条件情况下操作断路器的保护继电器。

背景技术

保护继电器（也称为智能电子装置（IED））是基于微控制器的智能电子装置，其具有通过在异常情形下使断路器跳闸并且中断功率线来保护电气设备的基本功能。对于断路器的跳闸线圈或其他致动器的跳闸信号典型地由保护继电器在特定参数（例如，线路或相电流）持续预定义时段地超过标称或预设值时生成。

自供（自供电）保护继电器利用来自电流感测互感器的能量以供应给继电器电子电路以及操作跳闸线圈所需要的能量。自供继电器的设计具有与之关联的若干约束来确保测量是准确且灵敏的，以避免任何误操作。还需要特殊规定以使得它的电路高效且对于功耗优化。通过受控充电生成功率供应来操作自供电继电器的这些约束和方法中的一些在WIPO发布WO2009101463和WO2012056277中公开。

自供电继电器需要最小时间和相电流来通电。因此，测量和保护功能性可以仅在自供电继电器从牵涉受保护电气设备的电路中的能量通电后进行。在需要继电器在故障条件（即，因为故障而可能存在高电流）下接通的条件下，自供电继电器尽可能快地接通并且还最早进行故障条件的检测以使由于故障引起的任何损坏可能性最小化，这是可取的。继电器的接通和检测故障或正常条件来决定跳闸所贡献的延迟反映为接通到故障（SOTF）时间，其是评估保护系统速度的重要参数。

在作为示例具有75 MHZ操作频率的微控制器上工作的现有技术的保护继电器对于主要牵涉功率稳定（使用线路电流加电）、通电复位延迟（初始化）和非易失性存储器读操作的活动可能消耗约50毫秒。控制器电子器件（基本模块）仅在从即时装置通电约50毫秒后开始执行保护算法。该持续时间是SOTF时间的关键期。

预期具有较低SOTF时间的保护系统更快且更安全地操作。在自供电继电器中使用的处理装置（例如，微控制器）的起动时间是对SOTF时间的主要贡献因子。起动包括初始化（引导）的时间和执行为了计算正常/异常条件而使用的保护算法的时间。可靠且不太复杂的算法当然优先具有在可接受极限内的SOTF时间和可靠性。

此外，来自自供电继电器的跳闸信号借助于跳闸电容器（其提供驱动线圈所需要的功率）而提供。因此，在自供电继电器中，需要快速跳闸电容器充电电路具有较快SOTF并且考虑到自供电装置中的挑战而需要发展充电方法。

从而，在自供电继电器中，使SOTF时间最小化需要进一步考虑并且这是本发明的重要目标。

发明内容

本发明的目标是使接通到故障（SOTF）的时间最小化。在本发明的一个方面中，提供保护继电器。该保护继电器具有：基本模块（也称为第一模块），其由用于操作继电器所需要的所有功能性组成；和额外的一个或多个专门模块（称为额外模块），用于提升性能。为了自供电保护继电器中的SOTF提高（即，为了使特别自供电保护继电器中的SOTF的时间减少），额外模块（称为SOTF核或第二模块）包括功率且时间高效的电路，用于高效执行测量和保护相关任务。

在一个实施例中，对于断路器的跳闸信号基于来自第一模块的跳闸信号和来自额外模块的跳闸信号而生成。在实施例中来自第一模块的跳闸信号和来自额外模块的跳闸信号可与“或”逻辑逻辑地组合以从保护继电器产生对于断路器的跳闸信号。从减少SOTF的角度看，来自额外模块的跳闸信号使用现场可编程门阵列（FPGA）模块作为示例以高效处理而产生以具有功率且时间高效手段来实施处理。额外模块（第二模块）执行与用于比第一模块快得多地生成跳闸信号的决定有关的任务。用于生成跳闸信号的决定在将测量电流的幅度和至少一个特定频率中谐波含量的幅度与继电器中基于它的设置的预先配置值比较的基础上做出。跳闸信号也可以由用于确定跳闸条件的其他算法产生。

在再另一个实施例中，额外模块可以由例如微控制器或基于微处理器的电路或专用集成电路（ASIC）或可编程逻辑装置（PLD）等可编程装置组成。

在再另一个实施例中，额外模块可以由模拟电路组成，该模拟电路由模拟滤波器和比较器组成。

在再另一个实施例中，额外模块可以由数字电路组成。

在再另一个实施例中，为了具有更快SOTF值而配置的额外模块仅在保护继电器的通电期间使用。额外模块可以在保护继电器通电后在第一模块完全功能性和操作后被电隔离。