弧光保護系統的製作方法
2024-02-09 09:50:15
弧光保護系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了安全可靠、快速靈敏和抗幹擾的弧光保護系統。它包括若干超聲波傳感器、超聲波輔助檢測單元、若干電弧光傳感器、電弧光輔助檢測單元、若干電流互感器、電流輔助檢查單元、主控單元、報警裝置、快速接地開關、上遊斷路器和後臺機，所述的超聲波傳感器連接超聲波輔助檢測單元，所述的電弧光傳感器連接電弧光輔助檢測單元，所述的電流互感器連接電流輔助檢查單元，所述的超聲波輔助檢測單元、電弧光輔助檢測單元、電流輔助檢查單元、報警裝置、快速接地開關、上遊斷路器和後臺機均連接主控單元。本實用新型的有益效果是：具備安全可靠、快速靈敏和抗幹擾等特點，確保做到故障點的準確定位。
【專利說明】弧光保護系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及本實用新型涉及配電電網保護相關【技術領域】，尤其涉及一種弧光保護系統。
【背景技術】
[0002]隨著配電電網的發展，成套開關櫃大量應用在中低壓系統中。由於設備原因、運行環境等各種因素影響，中低壓母線出現弧光故障事故頻發。中低壓母線發生的弧光故障具有發展迅速、無法預測、破壞力大等特點，可以造成開關櫃、母線燒毀或爆炸、操作人員傷亡等嚴重後果。目前我國應用的中低壓母線保護無法快速切除弧光故障，而現有的弧光保護系統的弧光電流雙判據存在缺陷，並且僅僅通過上遊斷路器無法快速熄滅短路電弧。
[0003]故障電弧是電力系統開關櫃內部頻發性故障之一。目前故障電弧檢測系統的保護機理是當故障電弧發生之後，以弧光、電弧短路電流信號為雙判據的檢測保護機制。這種事後保護機制不但導致大多數故障電弧不能夠快速切除，而且存在某些特殊情況下過電流判據失效從而無法可靠動作的情況。研究故障電弧的早期預測預警技術，將故障電弧消滅在萌芽階段並且提高系統動作的可靠性，是新一代中低壓開關櫃故障電弧保護系統的關鍵技術。故障電弧早期放電聲頻譜特性研究結果表明:故障電弧放電前後，在可聽波段產生IOkHz的微弱電弧聲，該特徵頻段峰值出現在7kHz附近。通過在線監測該特徵波段弧聲成分存在即可實現故障電弧的早期預測預警。
實用新型內容
[0004]本實用新型是為了克服現有技術中存在上述的不足，提供了一種安全可靠、快速靈敏和抗幹擾的弧光保護系統。
[0005]為了實現上述目的，本實用新型採用以下技術方案:
[0006]—種弧光保護系統，包括若干超聲波傳感器、超聲波輔助檢測單兀、若干電弧光傳感器、電弧光輔助檢測單元、若干電流互感器、電流輔助檢查單元、主控單元、報警裝置、快速接地開關、上遊斷路器和後臺機，所述的超聲波傳感器連接超聲波輔助檢測單元，所述的電弧光傳感器連接電弧光輔助檢測單元，所述的電流互感器連接電流輔助檢查單元，所述的超聲波輔助檢測單元、電弧光輔助檢測單元、電流輔助檢查單元、報警裝置、快速接地開關、上遊斷路器和後臺機均連接主控單元。
[0007]通過超聲信號檢測這一突破性檢測手段，在增強了系統反應速度的基礎上，增強了系統的可靠性，保證在一些特殊情況下電流過流檢測單元不能動作的情況下，系統的可靠動作並且提出了新的弧光保護三判據原理；在弧光保護系統中通過快速接地開關進行消弧，極大地提高了消除電弧的效率，形成了接地開關消弧，上遊斷路器清除故障電流的全新弧光保護模式；與常規電弧光保護裝置相比，超聲波、電流和電弧光三信號弧光保護系統可以避免傳統電弧光保護裝置的光信號幹擾產生的誤動情況下，消除了在某些故障情況下因為過流檢測不能通過而不能動作的情況，提高了保護系統的可靠性，這樣設計達到了安全可靠、快速靈敏和抗幹擾的目的。
[0008]作為優選，所述的超聲波輔助檢測單元包括放大電路、濾波電路和比較電路，所述的超聲波傳感器、放大電路、濾波電路、比較電路和主動單元依次連接。將採集超聲波傳感器檢測的信號通過放大電路、濾波電路、比較電路進行處理與比較，當檢測信號大於設定超聲波參考信號值時，輔助單元能向主控單元發出超聲波動作的動作信號。在試驗中，超聲波傳感器安裝在開關櫃的適當位置，當開關櫃內的超聲波傳感器檢測到弧光短路發生的超聲波時，會發出相應跳閘信號。
[0009]作為優選，所述的電弧光輔助檢測單元包括若干個弧光檢測接口，所述的電弧光傳感器連接弧光檢測接口，弧光檢測接口連接主控單元。弧光檢測接口的主要作用是接入弧光傳感器的信號，並將弧光傳感器的弧光信號進行判斷，並將結果發送到主控單元，同時，輔助單元能顯示出動作弧光傳感器的地址，方便檢修人員進行檢查。
[0010]作為優選，所述的電流輔助檢查單元包括光電隔離器、A/D轉換器、數據緩存器、複雜可編程邏輯器件和數位訊號處理器，所述的電流互感器、光電隔離器、A/D轉換器、數據緩存器、數位訊號處理器和主控單元依次連接，所述的複雜可編程邏輯器件分別連接A/D轉換器、數據緩存器和數位訊號處理器。電流輔助檢測單元檢測來自母線上各進線上的電流互感器的電流信號，能同時檢測多個母線上的電流，將電流量由模擬量轉換為數字量，進行計算並把動作信號傳至主控單元。利用配電站內現有的電流互感器來獲取過電壓信號，這樣沒有增加母線的電氣節點，不影響系統的正常運行，同時可以大大節省設備投資。
[0011]作為優選，所述的主控單元為中央處理器。
[0012]作為優選，還包括後備電源，所述的後備電源連接主控單元。在系統中加入了後備電源提高了系統的可靠性。
[0013]本實用新型的有益效果是:具備安全可靠、快速靈敏和抗幹擾等特點，確保做到故障點的準確定位，通過快速接地開關將故障電弧引入地下進行消弧，通過上遊斷路器清除故障電流。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]下面根據附圖對本實用新型作進一步詳細說明。
[0015]圖1是本實用新型的系統框圖；
[0016]圖2是放大電路的電路原理圖；
[0017]圖3是濾波電路的電路原理圖；
[0018]圖4是比較電路的電路原理圖；
[0019]圖5是實施例中電流輔助檢測單元的結構示意圖；
[0020]圖6是本實用新型的系統邏輯框圖。
[0021]圖中:
[0022]1、超聲波傳感器；2、超聲波輔助檢測單元；3、電弧光傳感器；4、電弧光輔助檢測單元；5、電流互感器；6、電流輔助檢查單元；7、主控單元；8、報警裝置；9、快速接地開關；10、上遊斷路器；11、後臺機；12、後備電源。
【具體實施方式】[0023]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型做進一步的描述。
[0024]如圖1、圖2、圖3、圖4所述的實施例中，一種弧光保護系統,包括若干超聲波傳感器1、超聲波輔助檢測單元2、若干電弧光傳感器3、電弧光輔助檢測單元4、若干電流互感器
5、電流輔助檢查單元6、主控單元7、報警裝置8、快速接地開關9、上遊斷路器10、後臺機11和後備電源12，主控單元7為中央處理器，超聲波傳感器I連接超聲波輔助檢測單元2，電弧光傳感器3連接電弧光輔助檢測單元4，電流互感器5連接電流輔助檢查單元6，超聲波輔助檢測單元2、電弧光輔助檢測單元4、電流輔助檢查單元6、報警裝置8、快速接地開關9、上遊斷路器10、後臺機11和後備電源12均連接主控單元7。其中:超聲波輔助檢測單元2包括放大電路、濾波電路和比較電路，超聲波傳感器1、放大電路、濾波電路、比較電路和主動單元依次連接。電弧光輔助檢測單元4包括若干個弧光檢測接口，電弧光傳感器3連接弧光檢測接口，弧光檢測接口連接主控單元7。電流輔助檢查單元6包括光電隔離器、A/D轉換器、數據緩存器、複雜可編程邏輯器件和數位訊號處理器，電流互感器5、光電隔離器、A/D轉換器、數據緩存器、數位訊號處理器和主控單元7依次連接，所述的複雜可編程邏輯器件分別連接A/D轉換器、數據緩存器和數位訊號處理器。
[0025]在弧光故障前期，超聲波傳感器I檢測潛在的弧光故障的放電現象，當超聲波信號大於整定閥值或者電流輔助檢測單元檢測到過電流的時候，通過報警裝置8發出預警信號並開放電弧光保護；如果潛在弧光故障繼續發展，此時弧光增量達到整定值，啟動跳閘切除故障。其保護的邏輯圖如圖6所示，如果在電弧光尚未發展成為弧光短路故障時，弧光的微小放電現象能通過超聲波檢測發現，當超聲波檢測發出告警後，運行維護人員可以提前對故障進行處理。加入超聲波檢測，可以對開關櫃內潛在的電弧故障進行檢測並能消除潛在故障這樣防止故障的發展方法，不僅將被動保護方式轉變為主動防禦模式，並且還保留了電弧光保護的快速切除故障的功能，這樣大大降低弧光故障的發生以及其產生的危害。由於超聲波檢測時在弧光故障前已經開始探測，所以採用這樣的動作邏輯不影響弧光保護動作的快速性。同時，引入了超聲波 檢測判據後，避免了傳統的電弧光傳感器3有可能在某些情況下雖然發生弧光故障，但是電流輔助檢測單元卻不能動作的情況，極大的增強了保護的可靠性。
[0026]本系統共需要監測A、B、C三相過電流信號(在需要的情況下可擴展至N線)，因此系統有三路模擬信號輸入通道，信號變換與傳輸部分的具體結構如圖5所示。在電流檢測中從電流互感器5 二次側傳來的電壓信號經過信號調理和光電隔離器以後，進入A/D轉換器，再經過FIFO (數據緩存器)進入DSP (數位訊號處理器)的存儲區。採樣頻率的變換由DSP通過CPLD (複雜可編程邏輯器件)來控制。系統中採用的A/D轉換器的帶寬為12bit，在使用較高的採樣頻率(20MHz左右)採集過電流信號時，每秒鐘形成的數據量很大，有20MX12bit = 240Mbit=30MB，因此需要使用FIFO進行數據緩衝。FIFO是一種先進先出的數據緩存器，他與普通存儲器的區別是沒有外部讀寫地址線，使用起來非常簡單。DSP對電流信號的判斷是通過比較電流上升率來實現的。當電流上升率大於臨界電流上升率時，DSP認為配電站內產生了過電流信號，立即跳出環形區並輸出過流信號。定義電流上升率為Ki，單位為Kv/μ S，其中
【權利要求】
1.弧光保護系統，其特徵在於:包括若干超聲波傳感器(I)、超聲波輔助檢測單元(2)、若干電弧光傳感器(3)、電弧光輔助檢測單元(4)、若干電流互感器(5)、電流輔助檢查單元(6)、主控單元(7)、報警裝置(8)、快速接地開關(9)、上遊斷路器(10)和後臺機(11)，所述的超聲波傳感器(I)連接超聲波輔助檢測單元(2 )，所述的電弧光傳感器(3 )連接電弧光輔助檢測單元(4)，所述的電流互感器(5)連接電流輔助檢查單元(6)，所述的超聲波輔助檢測單元(2)、電弧光輔助檢測單元(4)、電流輔助檢查單元(6)、報警裝置(8)、快速接地開關(9)、上遊斷路器(10)和後臺機(11)均連接主控單元(7)。
2.根據權利要求1所述的弧光保護系統，其特徵在於:所述的超聲波輔助檢測單元(2)包括放大電路、濾波電路和比較電路，所述的超聲波傳感器(I)、放大電路、濾波電路、比較電路和主控單元(7)依次連接。
3.根據權利要求1所述的弧光保護系統，其特徵在於:所述的電弧光輔助檢測單元(4)包括若干個弧光檢測接口，所述的電弧光傳感器(3 )連接弧光檢測接口，弧光檢測接口連接主控單元(7)。
4.根據權利要求1所述所述的弧光保護系統，其特徵在於:所述的電流輔助檢查單元(6)包括光電隔離器、A/D轉換器、數據緩存器、複雜可編程邏輯器件和數位訊號處理器，所述的電流互感器(5)、光電隔離器、A/D轉換器、數據緩存器、數位訊號處理器和主控單元(7)依次連接，所述的複雜可編程邏輯器件分別連接A/D轉換器、數據緩存器和數位訊號處理器。
5.根據權利要求1或2或3或4所述的弧光保護系統，其特徵在於:所述的主控單元(7)為中央處理器。
6.根據權利要求1或2或3或4所述的弧光保護系統，其特徵在於:還包括後備電源(12)，所述的後備電源(12)連接主控單元(7)。
【文檔編號】H02H7/22GK203504160SQ201320656040
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年10月22日 優先權日:2013年10月22日
【發明者】吳振躍, 譚東現, 肖登明 申請人:上海交通大學