面向线路电压闭锁的无源静态操作继电器

冯宗建，梁朝政

深圳供电局有限公司，广东 深圳， 518000

摘要：随着电力系统快速的发展，电网系统中需要对线路电压进行独立判定，为远程操作提供可靠状态；现有线路电压闭锁继电器在应用中不能满足要求；为了解决上述技术问题，研发面向线路电压闭锁回路的无源静态操作继电器，为电力输变电及配电网系统中提供安全可靠的闭锁继电器，适用于户内外的户内外操作端子箱、配网柜等设备中。

关键词：线路电压闭锁；无源静态操作继电器；自生取电供电电路；防误动驱动电路

1 引言

电网系统中线路电压检测监视、继电保护以及一次设备操作的逻辑判断中对线路电压进行独立判定，为远程操作提供可靠状态判据；现有线路电压闭锁继电器在应用中往往受外部电源的供电限制，电池的使用寿命有限，以及受外界干扰大，可靠性不高，并且继电器使用寿命较短等；为了解决上述技术问题，研发面向线路电压闭锁回路的无源静态操作继电器，一方面该继电器不使用电源，解决了电源使用寿命的问题；另一方面，通过软硬件的设计，提高继电器的可靠度，为电力输变电及配电网系统中提供安全可靠的闭锁继电器。

2 无源静态操作继电器的技术方案

针对上面问题，面向线路电压闭锁回路的无源静态操作继电器采取了以下解决办法：

其一，自生取电供电电路单元设计，使得继电器无需使用电源，解决了电源问题，自生取电供电电路单元设计包括信号检测电路、功率放大电路、低压电源稳压电路三部分，用于内部回路的供电电源；

其二，防误动驱动电路实现方法，对干扰信号进行了隔离和具备防反窜电，提高了继电器的可靠性，防误动驱动电路单元主要包括限流、驱动、信号指示及出口继电器，以实现信号指示及出口接点输出。

2.1 无缘静态操作继电器的技术特征

面向线路电压闭锁回路的无源静态操作继电器的自生取电供电电路单元设计包括电源管理单元11、启动控制单元12、驱动信号管理单元13、控制功率单元14、监视反馈单元15、DC-DC隔离输出单元16，构成可实现25～450V的超范围的电源变换成稳压输出，如图1所示。在具体实施中，电源管理单元11，实现对输入信号检测电路和接受启动控制单元12和驱动信号管理单元13反馈的信息，对启动控制单元12和驱动信号管理单元13发送控制命令，驱动信号管理单元13控制功率单元14和监视反馈单元15的输出端的负载、保护和预置端的预值信息，最终由DC-DC隔离输出单元16实现电源隔离。

当检测到输入电压大于25V时，电源管理芯片启动，开始输出电压，随着电压的升高由电源管理芯片控制驱动信号的频率以及通过检测输出电流并反馈给驱动信号管理单元，实现输出的电压恒定，另外通过对输出电压、驱动功率器件温度的实时检测实现电路保护，防止过载、过压、过温故障，对于前级输出稳压电源再通过DC-DC隔离变换，变换后的电压输出反馈给启动单元，从而实现自生取电，实现了通用性强，抗干扰能力强的低功率的隔离电源，适用范围极广。

图1：自生取电供电电路单元

线路电压电子滤波电路实现方法是带阻滤波电路带通滤波, 带阻滤波电路实现对三次谐波的阻隔和带通滤波电路实现对工频外波进行阻隔，实现对需要检测的纯工频电量的输出，有利于提高动作的可靠精度；

精密整流电路实现方法是采用成对低功耗、高输入阻抗的运算放大器和快速二极管组成全桥整流电流，再通过后级的带阻滤波，可实现微信号的无损整流，保证了信号采集与输出侧的线性的无偏离。

高精度比较电路实现方法由级差调整电路和比较电路组成，其输入的信号与继电器输出信号成线性关系，其级差调整电路起到的是信号变换功能，变换后的电压是与后级比较电路的参考电压电压值相对应，即动作点的电压都需变换成参考电压值，以反应输入的信号的故障动作点电量值; 信号变换的方法通过8421码调整9步电阻的并联组合，实现99级的调整运算放大器的放大倍数，实现对输入信号的99步精确变换。

防误动驱动电路实现方法是在常见的三极管驱动电路中增加了下拉嵌位电阻、驱动限流强拉稳压管设计，增强了三极管的驱动能力，减小上级芯片的输出负载，避免静态时受干扰误动作；在输出出口继电器线圈上设计有反向浪涌快速泄放防误动二极管和单向导流的反向隔离二极管，因电感具备有存储电量效应，在出口继电器线圈电路失电时产生有反向电动势，通过快速泄放电路二极管可以实现就地快速泄放，避免了通过输入线路传输到其他控制电路中其他电路产生干扰，并且通过继电器线圈控制回路中设计单向导流的反向隔离二极管的方法，对干扰信号进行了隔离和具备防反窜电引起继电器误动的功能。

2.2 防误动驱动电路的实现方法

防误动驱动电路的实现方法分为两步：

其一，在常见的三极管驱动电路中增加了下拉嵌位电阻、驱动限流强拉稳压管设计，增强了三极管的驱动能力，减小上级芯片的输出负载，避免静态时受干扰误动作；

其二，在输出出口继电器线圈上设计有反向浪涌快速泄放防误动二极管和单向导流的反向隔离二极管，因电感具备有存储电量效应，在出口继电器线圈电路失电时产生有反向电动势，通过快速泄放电路二极管可以实现就地快速泄放，避免了通过输入线路传输到其他控制电路中其他电路产生干扰，并且通过继电器线圈控制回路中设计单向导流的反向隔离二极管的方法，对干扰信号进行了隔离和具备防反窜电引起继电器误动的功能。

如图2所示，防误动驱动电路设计有驱动三极管、限流强拉稳压管51、下拉嵌位电阻53、快速泄放浪涌保护52、反向隔离防反接保护54。在具体实施中，限流强拉稳压管51是在常见的三极管驱动电路中增加以实现限流强拉作用，和下拉嵌位电阻53相结合、增强了三极管的驱动能力，减小上级芯片的输出负载，避免静态时受干扰误动作。

此外，还设计了快速泄放浪涌保护52、反向隔离防反接保护54两个部分，因电感具备有存储电量效应， 在继电器线圈电路失电时产生有反向电动势，通过快速泄放浪涌保护52可以就地快速泄放，避免了通过输入线路传输到其他控制电路中其他电路产生干扰，并且通过增加单向导流的反向隔离防反接保护54的方法，对干扰信号进行了隔离和具备防反接线功能。

图2：防误动驱动电路

3 结束语

面向线路电压闭锁回路的无源静态操作继电器，解决了静态继电器的外接电源、动作可靠性不高的问题，提供了安全可靠的无源静态操作继电器和电压闭锁回路的器件，为数字化电网提供了新型的工具配件，积极推进电网自动化建设；此外，创新设计的操作继电器不仅适用范围广，而且可以对传统的操作继电器进行插拔式的替换，无缝连接，提高设备运维的便利性，保障了电网的安全稳定运行。

参考文献：

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[3]梁展翼，訾建平．新建变电站验收工作的几点经验［Ｊ］．山东电力高等专科学校学报，2000：3.