一種帶有斷零線保護功能的智能漏電保護器及斷零線保護方法
2023-04-23 18:09:26
一種帶有斷零線保護功能的智能漏電保護器及斷零線保護方法
【專利摘要】本發明公開了一種帶有斷零線保護功能的智能漏電保護器，包括連接在三相交流電力線通路上的高精度零序CT，用於採集三相不平衡電流Ior；第一邏輯電路，連接所述零序CT並在三相不平衡電流Ior超過一個第一閾值時發送第一邏輯信號；高精度斷零檢測CT，用於採集中性線電流In；第二邏輯電路，連接所述斷零檢測CT並在中性線電流In超過一個第二閾值時發送第二邏輯信號；控制電路，獲取所述第一或第二邏輯信號，在判斷三相不平衡電流Ior大於所述第一閾值而中性線電流In小於第二閾值時，確定發生迴路斷零線故障，產生告警信號。本發明可準確判斷斷零故障並發出跳閘指令，以在信號處理上做糾錯及預判中斷處理。
【專利說明】一種帶有斷零線保護功能的智能漏電保護器及斷零線保護 方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電力系統配變負荷技術，更特定言之，本發明涉及一種在三相四線系 統中的帶有斷零線保護功能的智能漏電保護器及其斷零線保護方法。
【背景技術】
[0002] 在低壓供電系統中，配網零線斷線是經常發生的問題，而在本領域中，通常採用 "TT"或"TN-C"兩種保護方式，零線負荷正常能夠保證三相交流電壓的穩定和對稱。零線或 中性線能夠保證三相負荷電壓恆等於電源的相電壓，不受負荷本身性質的影響，若三相四 線制系統中的任何一相電力線產生斷線，僅僅影響該相電壓負荷，不會影響其餘兩廂電壓。 但是在零線斷線發生的情況下，三相電壓不再平衡，使得中性點發生平移，使得斷點之後的 三相電壓發生變化，造成其完全不對稱，某些相電壓升高，會損壞電器設備，某些相電壓過 低，電器無法正常工作。
[0003] 在三相四線低壓供電系統中，零線斷線雖然經常發生，卻仍未得到有效的解決方 案。例如，因為用電設備電器多數為單相負荷設備，而負荷的啟動或關斷存在很大的隨意 性，所以在零線斷線的情況下，三相電壓很難做到對稱，而目前的做法基本上是：儘量在配 電環節中儘量平均分配負荷；強化零線本身鋪設質量和連接方式；特殊選擇零線本身材質 和截面積；或者是增加設備的接地面積。然而這些做法無法根本解決前述缺陷，而且仍然存 在安全隱患。
[0004] 根據規定，電壓電力網宜採用TT系統，該系統中除變壓器低壓側中性點直接接地 夕卜，中性線不得再行接地且應保持與相線同等的絕緣水平。在實際運行中由於各種因素導 致零線斷線的事故時有發生，造成了大量用戶家用電器損壞事故。按照國家相關標準和行 業規程的規定，保護器一般具有剩餘電流保護、短路保護、過負荷保護、斷零/缺相保護、過 壓/欠壓保護等功能。目前保護器在通訊、電壓、電流保護方面都有了很大的改善，但唯獨 斷零保護還沒有大的突破，到目前為止還未能有效解決這一難題。
【發明內容】
[0005] 本發明技術方案解決前述缺陷，設計一種具有電力線通路斷零線時能夠及時進行 跳閘告警的智能化漏電保護器，藉助高精度內置式電流互感器、零序電流互感器，通過三相 不平衡電流與中性線電流對比與分析計算，準確判斷斷零故障並發出跳閘指令，設計出高 精度內置式電流互感器和零序電流互感器安裝在保護器內部，在信號處理上做糾錯及預判 中斷處理，在斷零判斷及處理上進行多點判斷及多項結果相結合的方式加以實現。
[0006] 為了實現這些目的，本發明的技術方案具體為：
[0007] 技術方案1 :一種帶有斷零線保護功能的智能漏電保護器，包括：
[0008] 連接在三相交流電力線通路上的高精度的零序CT，用於採集此三相交流電力線通 路上的三相不平衡電流I。，；
[0009] 第一邏輯電路，連接所述零序CT並在此三相不平衡電流IOT超過一個第一閾值時 發送第一邏輯信號；
[0010] 高精度的斷零檢測CT，用於採集此三相交流電力線通路上的中性線電流In;
[0011] 第二邏輯電路，連接所述斷零檢測CT並在此中性線電流In超過一個第二閾值時 發送第二邏輯信號；
[0012] 控制電路，獲取所述第一或第二邏輯信號，在判斷此三相不平衡電流IOT大於所述 第一閾值而中性線電流1"小於第二閾值時，確定發生迴路斷零線故障。產生告警信號。
[0013] 在一個實施例中，所述零序CT進一步包括三個分相單CT組件，用於分別採集每一 相交流電信號。
[0014] 在一個實施例中，智能漏電保護器進一步包括：第三邏輯電路，獲取所述三相不平 衡電流和中性線電流I n並將兩者加以比較產生第三邏輯信號。
[0015] 技術方案2 :-種三相交流電力線的斷零線保護方法，包括：
[0016] 1)通過一個零序CT採集此三相交流電力線通路上的三相不平衡電流IOT ;
[0017] 2)通過第一邏輯電路來判定此三相不平衡電流IOT是否超過一個第一閾值；
[0018] 3)通過一個斷零檢測CT採集此三相交流電力線通路上的中性線電流In ;
[0019] 4)通過第二邏輯電路來判定此中性線電流In是否超過一個第二閾值；
[0020] 5)判定此三相不平衡電流IOT是否大於所述第一閾值而此中性線電流1"是否小於 第二閾值，從而確定是否發生迴路斷零線故障。
[0021] 在一個實施例中，在步驟2)中進一步包括：通過控制電路判斷在一個第一預設時 間周期?\內，此三相不平衡電流I OT是否超過一個第一閾值。
[0022] 在一個實施例中，在步驟4)中進一步包括：通過控制電路判斷在一個第二預設時 間周期T 2內，此中性線電流In是否超過一個第二閾值。
[0023] 在一個實施例中，所述零序CT包括三個分相單CT組件，用於分別採集每一相交流 電信號。
[0024] 通過以上技術方案，本發明的優勢可以體現：
[0025] 斷零保護技術研發成功將徹底解決目前由於零線斷線故障帶來的危害。通過帶斷 零保護的智能化保護器的技術實施再配合智能通訊方案的結合使保護器的性能和功能更 好的服務電網。經濟效益可觀：
[0026] 實現保護器斷零保護功能後，能夠杜絕由於中性線斷零引發的故障，從而避免由 於中性線斷線造成的用戶家用電器損壞事故；
[0027] 社會效益明顯，保護器實現斷零保護功能後，可以有效杜絕中性線斷線事故，也便 於運行單位及時發現和處理問題，避免了由於中性線斷線帶來的優質服務軟肋。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028] 圖1為本發明帶有斷零線保護功能的智能漏電保護器的邏輯結構示意圖。
【具體實施方式】
[0029] 實施例1 :
[0030] 參照圖1，本發明帶有斷零線保護功能的智能漏電保護器主要包括：連接在三相 交流電力線二級繞組（包括一個漏電感應器的磁性線圈）通路上的高精度的零序電流互感 器（CT)，採集此三相交流電力線通路上的三相不平衡電流IOT ;在後級負載正常工作的情況 下，根據電磁原理，穿過此零序CT磁性線圈（即其漏電感應器）內的磁通量為Φ = yHS， 單相負載具有各一根L線和N線，流入此感應器線圈內的電流L和流出的電流12產生的交 變磁場強度氏和H 2應當滿足線圈內的磁場強度Η為： η=η,+η2
[_] 一 ^?/, t N2h Li Ll (1)
[0032] 其中&和隊為零序電流CT第一、第二次側的繞組圈數，若匝數相同，那麼一、二次 側的電感係數1^和1^ 2滿足：
[0033] U = y(Il^It) L (2)
[0034] 因此在正常工作時不會產生漏電流，L和12大小相等方向相反，Η應為0,因此零 序CT的二次側沒有感應電流，相應地，漏電開關不產生任何動作。
[0035] 第一邏輯電路C1，連接所述零序CT並在此三相不平衡電流IOT超過一個第一閾值 時發送第一邏輯信號。在一個實施例中，將電流經過一個整流電路和乘法器擴大k倍（因零 線或中性線的感應電流較小，為了精度採樣信號，需要將此電流進行增益或信號放大），即 電流值1" · k與一個第一閾值ITH1進行比較，邏輯電路較佳地選用比較器，當電流值IOT · k 大於第一閾值ITH1時，輸出一個表不三相四線制系統中各相負荷出現不平衡的數位訊號；
[0036] 高精度的斷零檢測CT，用於採集此三相交流電力線通路上的中性線電流In ;
[0037] 第二邏輯電路C2,連接所述斷零檢測CT並在此中性線電流In超過一個第二閾值 時發送第二邏輯信號。在一個實施例中，將電流經過一個整流電路和乘法器擴大k倍，即電 流值I n · k與一個第二閾值ITH2進行比較，邏輯電路較佳地選用比較器，當電流值IOT · k大 於第二閾值ITIE時，輸出一個表不三相四線制系統中接地迴路故障的數位訊號，告知一個後 端的控制器來對負荷迴路進行電壓補償；控制電路10 (選用DSP單片機控制），獲取所述第 一或第二邏輯信號，在判斷此三相不平衡電流大於所述第一閾值而中性線電流In小於 第二閾值時，確定發生迴路斷零線故障。產生告警信號。
[0038] 在一個實施例中，智能漏電保護器進一步包括：第三邏輯電路C3,獲取所述三相 不平衡電流1"和中性線電流I n並將兩者加以比較產生第三邏輯信號，在一個實施例中，此 第三邏輯信號用於進一步與之前的第一與第二邏輯的判斷結果進行對比分析，以進一步確 定是否出現斷零線故障。
[0039] 實施例2 :
[0040] 在前述實施例的基礎上，所述零序CT進一步包括單獨對每一相負荷設置的三個 分相單CT組件，用於分別採集每一相交流電信號。
[0041] 進一步地，將三相電力線的A相採樣CT組件、B相採樣CT組件和C相採樣CT組 件分別採樣的A相感應電流I A，B相感應電流IB和C相感應電流I。的信號，分別與中性線 電流In進行比較，得出三個邏輯信號值，進而通過控制器10將這三個邏輯值進行耦合，得 出相應的邏輯動作。
[0042] 實施例3 :
[0043] 在前述實施例的基礎上設計一種三相交流電力線的斷零線保護方法，其包括：
[0044] 1)通過一個零序CT採集此三相交流電力線通路上的三相不平衡電流IOT ;
[0045] 2)通過第一邏輯電路來判定此三相不平衡電流IOT是否超過一個第一閾值；
[0046] 3)通過一個斷零檢測CT採集此三相交流電力線通路上的中性線電流In ;
[0047] 4)通過第二邏輯電路來判定此中性線電流In是否超過一個第二閾值；
[0048] 5)判定此三相不平衡電流IOT是否大於所述第一閾值而此中性線電流1"是否小於 第二閾值，從而確定是否發生迴路斷零線故障。
[0049] 在一個實施例中，在步驟2)中進一步包括：通過控制電路判斷在一個第一預設時 間周期?\內，此三相不平衡電流1"是否超過一個第一閾值。在一個實施例中，在邏輯電路 C1後端耦合定時器TR1，當時間周期Τ1達到時判斷出一個觸發信號。
[0050] 同樣地，在一個實施例中，在步驟4)中進一步包括：通過控制電路判斷在一個第 二預設時間周期！^內，此中性線電流Ι η是否超過一個第二閾值。
[0051] 在一個實施例中，所述零序CT包括三個分相單CT組件，用於分別採集每一相交流 電信號。
[0052] 實施例4 :
[0053] 在前述實施例的基礎上進一步細化地設計三相交流電力線的斷零線保護方法，其 包括：
[0054] 1)通過3個單CT組件分別採集此三相交流電力線通路上A、B、C相的感應電流ΙΑ、 IB> Ic ；
[0055] 2)通過第一邏輯電路來判定電流^1。是否超過一個第一閾值，若各自超出則 輸出第一邏輯信號；
[0056] 3)通過一個斷零檢測CT採集此三相交流電力線通路上的中性線電流In ;
[0057] 4)通過第二邏輯電路來判定此中性線電流1"是否超過一個第二閾值，若超出則輸 出第二邏輯信號；
[0058] 5)判定此三相不平衡電流IOT是否大於所述第一閾值而此中性線電流1"是否小於 第二閾值，從而確定是否發生迴路斷零線故障。
[0059] 在一個實施例中，在步驟2)中進一步包括：通過控制電路判斷在一個第一預設時 間周期?\內，此三相不平衡電流1"是否超過一個第一閾值。在一個實施例中，在邏輯電路 C1後端耦合定時器TR1，當時間周期Τ1達到時判斷出一個觸發信號。
[0060] 同樣地，在一個實施例中，在步驟4)中進一步包括：通過控制電路判斷在一個第 二預設時間周期！^內，此中性線電流Ι η是否超過一個第二閾值。
[0061] 在一個實施例中，所述零序CT包括三個分相單CT組件，用於分別採集每一相交流 電信號。
[0062] 在一個實施例中，所述零序CT進一步包括單獨對每一相負荷設置的三個分相單 CT組件，用於分別採集每一相交流電信號。
[0063] 進一步地，將三相電力線的Α相採樣CT組件、Β相採樣CT組件和C相採樣CT組 件分別採樣的A相感應電流I A，B相感應電流IB和C相感應電流I。的信號，分別與中性線 電流In進行比較，得出三個邏輯信號值，進而通過控制器10將這三個邏輯值進行耦合，得 出相應的邏輯動作。
【權利要求】
1. 一種帶有斷零線保護功能的智能漏電保護器，其特徵在於包括： 連接在三相交流電力線二級繞組線圈上的零序CT，用於採集此三相交流電力線通路上 的三相不平衡電流1? ; 第一邏輯電路，連接所述零序CT並在此三相不平衡電流IOT超過一個第一閾值時發送 第一邏輯信號； 斷零檢測CT，用於採集此三相交流電力線通路上的中性線電流In ; 第二邏輯電路，連接所述斷零檢測CT並在此中性線電流In超過一個第二閾值時發送 第二邏輯信號； 控制電路，獲取所述第一或第二邏輯信號，在判斷此三相不平衡電流大於所述第一 閾值而中性線電流In小於第二閾值時，確定發生迴路斷零線故障。
2. 根據權利要求1所述的帶有斷零線保護功能的智能漏電保護器，其特徵在於：所述 零序CT進一步包括三個分相單CT組件，用於分別採集每一相交流電信號。
3. 根據權利要求2所述的帶有斷零線保護功能的智能漏電保護器，其特徵在於：將三 相電力線各自的A相採樣CT組件、B相採樣CT組件和C相採樣CT組件分別採樣的A相感 應電流I A，B相感應電流IB和C相感應電流I。的信號，分別與中性線電流In進行比較，得 出三個邏輯信號值，進而通過控制器10將這三個邏輯值進行耦合，得出相應的邏輯動作。
4. 根據權利要求1所述的帶有斷零線保護功能的智能漏電保護器，其特徵在於進一步 包括：第三邏輯電路，獲取所述三相不平衡電流1"和中性線電流I n並將兩者加以比較產生 第三邏輯信號。
5. 根據權利要求1所述的帶有斷零線保護功能的智能漏電保護器，其特徵在於：將三 相不平衡電流經過一個整流電路和乘法器擴大k倍後，得出電流值I OT *k與所述第一閾 值ITH1進行比較。
6. 根據權利要求1所述的帶有斷零線保護功能的智能漏電保護器，其特徵在於：將中 性線電流In經過一個整流電路和乘法器擴大k倍後，得出電流值I n *k與所述第二閾值ITH2 進行比較。
7. -種三相交流電力線的斷零線保護方法，其特徵在於包括： 1) 通過一個零序CT採集此三相交流電力線通路上的三相不平衡電流IOT ; 2) 通過第一邏輯電路來判定此三相不平衡電流IOT是否超過一個第一閾值； 3) 通過一個斷零檢測CT採集此三相交流電力線通路上的中性線電流In ; 4) 通過第二邏輯電路來判定此中性線電流In是否超過一個第二閾值； 5) 判定此三相不平衡電流IOT是否大於所述第一閾值而此中性線電流In是否小於第二 閾值，從而確定是否發生迴路斷零線故障。
8. 根據權利要求3所述的三相交流電力線的斷零線保護方法，其特徵在於在步驟2)中 進一步包括：通過控制電路判斷在一個第一預設時間周期?\內，此三相不平衡電流I OT是否 超過一個第一閾值。
9. 根據權利要求3所述的三相交流電力線的斷零線保護方法，其特徵在於在步驟4)中 進一步包括：通過控制電路判斷在一個第二預設時間周期T 2內，此中性線電流1"是否超過 一個第二閾值。
10. 根據權利要求3所述的三相交流電力線的斷零線保護方法，其特徵在於：所述零序 CT包括三個分相單CT組件，用於分別採集每一相交流電信號。
【文檔編號】H02H3/32GK104158149SQ201410328333
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月10日 優先權日:2014年7月10日
【發明者】鄒永龍, 蔣建傑, 盧峰, 周安仁, 謝華躍, 蘇毅方, 陳蕾, 莊曉丹 申請人:國家電網公司, 國網浙江省電力公司湖州供電公司, 國網浙江長興縣供電公司