一種應用於電磁式電壓互感器的熔斷器保護裝置及方法與流程

2023-10-23 21:00:22 2

本發明涉及電力系統用熔斷器安全保護技術領域，尤其涉及一種應用於電磁式電壓互感器的熔斷器保護裝置及方法。

背景技術：

在66kv及66kv以下的配電網中，系統母線上接有監視對地絕緣的電磁式電壓互感器(potentialtransformer，pt)。因線路發生雷擊、單相接地、合空母線操作、負荷劇烈變化以及二次電壓負荷切換等原因產生的暫態衝擊可能激發電磁式電壓互感器的勵磁電抗與系統對地電容間出現鐵磁諧振或引起電磁式電壓器鐵芯飽和，導致保護電磁式電壓互感器的熔斷器中出現衝擊脈衝電流，該脈衝電流的幅值可能達到數10安培，大大超過了熔斷器所能承受的電流。因此造成熔斷器熔絲老化壽命嚴重縮短以及熔斷器頻繁熔斷等問題，且熔斷器的更需要停電，增加了安全風險及無人值守站的運維成本。

熔斷器的頻繁熔斷嚴重困擾著設備運行維護單位並嚴重增加了運行維護成本，目前採用增大熔斷器額定電流的方法來解決熔斷器頻繁熔斷的問題，導致熔斷器失去了保護電磁式電壓互感器能力。因此，尚未有相關技術和產品能解決熔斷器壽命短及頻繁熔斷問題，研究和開發熔斷器保護技術和產品具有重要意義。

技術實現要素：

為解決相關技術中存在的問題，本發明提供了一種電磁式電壓互感器用熔斷器保護裝置及方法，本發明採用檢測電磁式電壓互感與地之間的零序脈衝電流，判斷熔斷器在運行中是否承受高於熔斷器額定電流瞬時值或有效值。當此電流值超過了熔斷器所能承受的電流值時，保護模塊動作將保護電阻投入，吸收電磁式電壓互感器飽和或鐵磁諧振引起的能量，消除電磁式電壓互感器飽和，從而降低通過熔斷器的衝擊脈衝電流幅值，保護熔斷器。

本發明的實施例提供的技術方案可以包括以下有益效果：

本發明實施例提供一種電磁式電壓互感器用熔斷器保護裝置及方法，所述裝置與配電網中的電磁式電壓互感器電連接，具體的，所述裝置包括電源模塊、衝擊脈衝電流判斷模塊、保護模塊和電流互感器，其中，所述電源模塊電連接至所述衝擊脈衝電流判斷模塊；所述電流互感器電連接至所述電磁式電壓互感器中性點與地之間的連接導線，所述電流互感器與所述衝擊脈衝電流模塊電連接；所述保護模塊包括保護電阻和控制開關，所述保護電阻的兩端串聯連接至所述電磁式電壓互感器的開口三角迴路的兩端，所述控制開關串聯於所述保護電阻與所述開口三角迴路之間；所述衝擊脈衝電流判斷模塊電連接至所述控制開關。

本發明實施例通過電源模塊為衝擊脈衝電流判斷模塊和電流互感器提供供電電壓，並由電流互感器檢測電磁式電壓互感器中性點與地之間的零序電流，並將所述零序電流發送至衝擊脈衝電流判斷模塊，所述衝擊脈衝電流判斷模塊根據零序電流的大小即可判斷所述電磁式電壓互感器用熔斷器是否能承受通過此電流，如果熔斷器不能承受此電流，則可以控制開關閉合，使保護電阻與開口三角迴路形成串聯迴路，由保護電阻增加電磁式電壓互感器一次迴路阻尼，從而預先快速消除電磁式電壓互感器中的飽和電流，由於檢測電磁式電壓互感器中性點與地之間的零序電流，能直觀地反映電磁式電壓互感器是否保護，熔斷器中是否通過了較大電流，通過檢測此電流的瞬時值或一段時間內的有效值，能夠預先快速消除電磁式電壓互感器中的飽和電流，並能提前抑制鐵磁諧振，從而提高了電磁式電壓互感器用熔斷器保護效率，而且結構簡單，並能有效提高電磁式電壓互感器的使用壽命和電磁式電壓互感器發生鐵磁諧振的概率。

應當理解的是，以上的一般描述和後文的細節描述僅是示例性和解釋性的，並不能限制本發明。

附圖說明

此處的附圖被併入說明書中並構成本說明書的一部分，示出了符合本發明的實施例，並與說明書一起用於解釋本發明的原理。

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對於本領域普通技術人員而言，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例提供的一種應用於電磁式電壓互感器的熔斷器保護裝置的結構示意圖；

圖2為本發明實施例提供的一種應用於電磁式電壓互感器的熔斷器保護裝置的應用場景示意圖；

圖3為本發明實施例提供的一種應用於電磁式電壓互感器的熔斷器的保護原理示意圖；

圖4為本發明實施例提供的一種應用於電磁式電壓互感器的熔斷器保護方法的流程示意圖。

具體實施方式

這裡將詳細地對示例性實施例進行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數字表示相同或相似的要素。以下示例性實施例中所描述的實施方式並不代表與本發明相一致的所有實施方式。相反，它們僅是與如所附權利要求書中所詳述的、本發明的一些方面相一致的裝置和方法的例子。

圖1是根據一示例性實施例示出的一種應用於電磁式電壓互感器的熔斷器保護裝置的結構示意圖。如圖1所示，該裝置可以包括電源模塊11、衝擊脈衝電流判斷模塊12、保護模塊和電流互感器15(ct，currenttranfer)。

在本發明公開的實施例中，電源模塊11電連接至所述衝擊脈衝電流判斷模塊12和保護模塊，從而為衝擊脈衝電流判斷模塊12和保護模塊提供電源，電源模塊11可以直接連接ac220v電源，所述衝擊脈衝電流判斷模塊12可以為cpu(centralprocessingunit，中央處理器)或plc(programmablelogiccontroller，可編程邏輯控制器)，所述衝擊脈衝電流判斷模塊12電連接至所述保護模塊，用於控制所述保護模塊進行熔斷器保護；所述電流互感器15用於電連接至所述電磁式電壓互感器中性點與地之間，從而由電流互感器15測量零序電流(即電磁式電壓互感器三相勵磁電流之和)。

為了實現對電磁式電壓互感器用熔斷器的保護，該保護模塊至少包括保護電阻13和控制開關14，所述保護電阻13的兩端串聯連接至所述電磁式電壓互感器16的開口三角迴路的兩端，所述控制開關14串聯於所述保護電阻13與開口三角迴路之間，即開口三角迴路、保護電阻13和控制開關14形成串聯迴路，且通過控制開關14的通斷使開口三角迴路、保護電阻13和控制開關14形成閉合或斷開的串聯迴路。且在本發明公開的實施例中，所述衝擊脈衝電流判斷模塊12電連接至控制開關14，從而由衝擊脈衝電流判斷模塊12控制所述控制開關14的通斷。

其中，在本發明公開的實施例中，所述保護電阻13的阻值範圍為0.1-500ω，通過保護電阻13接入電磁式電壓互感器16的開口三角迴路的兩端，從而通過保護電阻13的阻值增加電磁式電壓互感器一次迴路阻尼，從而預先快速消除電磁式電壓互感器飽和而產生的衝擊脈衝電流，保護熔斷器。而且，所述控制開關14一般採用電力電子開關或繼電器開關，由衝擊脈衝電流判斷模塊12投切控制開關14使保護電阻13直接與開口三角迴路串聯，使其對預先快速消除電磁式電壓互感器飽和衝擊脈衝電流。在具體實施過程中，保護電阻13的可由鐵磁諧振試驗得出，例如，當保護電阻13的阻值為10ω時，這算到一次迴路的阻尼為10k2ω(其中k為電磁式電壓互感器的變比)。

另外，在本發明公開的實施例中，該裝置還可以包括計時器(未在圖中示出)，所述計時器與衝擊脈衝電流判斷模塊12和保護模塊電連接，電源模塊11為計時器提供工作電壓，由衝擊脈衝電流判斷模塊12根據計時器的計時時間精確投切控制開關14，從而達到對電磁式電壓互感器16的飽和脈衝電流進行精確預先消除的目的，有效提高保護熔斷器的效率。同時，在本發明公開的實施例中，可以通過一個計時器進行不同時段的控制，且所述計時器的個數可以根據需要設置多個，由多個計時器對不同時段分段計時，從而有效提高對時間的精確控制。

圖2示出了本發明實施例提供的應用於電磁式電壓互感器的熔斷器保護裝置在配電網中應用場景示意圖，如圖2所示，本發明實施例提供的電磁式電壓互感器用熔斷器保護裝置包括電源模塊11、衝擊脈衝電流判斷模塊12、保護電阻13、控制開關14和電流互感器15，所述電源模塊11分別電連接至所述衝擊脈衝電流判斷模塊12，所述電流互感器15還電連接至衝擊脈衝電流判斷模塊12，電流互感器15用於將採集的零序電流傳送至衝擊脈衝電流判斷模塊12。其中，在配電網中，三相電壓(e1、e2、e3)分別電連接經熔斷器17電連接至電磁式電壓互感器16，且配電網對地等效c0電容與電磁式電壓互感並聯分別電連接至三相電壓。所述電磁式電壓互感器16包括一開口三角迴路，所述電流互感器15電連接至電磁式電壓互感器16的中性點與地之間的連接導線，從而用於採集電磁式電壓互感器16的零序電流；所述保護電阻13和控制開關14串接、且串聯於開口三角迴路的兩端。

在具體實施過程中，電磁式電壓互感器16未受到衝擊的情況下，所述控制開關14處於開斷狀態，當電磁式電壓互感器16受到衝擊擾動導致飽和產生衝擊脈衝電流時，由衝擊脈衝電流判斷模塊12控制控制開關14閉合，使開口三角迴路和保護電阻13形成串聯迴路，通過保護電阻13增加電磁式電壓互感器16的一次迴路阻尼，從而減低通過熔斷器的電磁式電壓互感引起的衝擊電流保護熔斷器；當控制開關14閉合預設時間(如50ms)後飽和衝擊脈衝電流仍沒有消除的話，衝擊脈衝電流判斷模塊12控制控制開關14再次閉合，如此循環(循環次數可整定)。多次投入控制開關14後，衝擊脈衝電流仍然沒有消除，則轉入鐵磁諧振消除裝置消除鐵磁諧振。衝擊脈衝電流消除後衝擊脈衝電流判斷模塊將第一控制開關14打開，電磁式電壓互感器用熔斷器保護裝裝置返回。

採用本發明實施例提供的電磁式電壓互感器用熔斷器保護裝置，通過電源模塊為衝擊脈衝電流判斷模塊和保護模塊提供供電電壓，並由電流互感器檢測電磁式電壓互感器中性點與地之間的零序電流，並將所述零序電流傳送至衝擊脈衝電流判斷模塊，所述衝擊脈衝電流判斷模塊根據零序電流的大小即可判斷所述電磁式電壓互感器用熔斷器電流是否過載，如果發生熔斷器過載，則可以控制控制開關閉合，使保護電阻與開口三角迴路形成串聯迴路，由保護電阻增加電磁式電壓互感器一次迴路阻尼，從而預先快速消除電磁式電壓互感器飽和引起的脈衝電流，並能提前抑制鐵磁諧振，從而提高了電磁式電壓互感器用熔斷器保護效率，而且結構簡單，能有效提高電磁式電壓互感器的使用壽命和電磁式電壓互感器發生鐵磁諧振的概率。

以上是針對本發明提供的裝置的實施例進行詳細描述，在本發明公開的實施例中，還提供了對電磁式電壓互感器用熔斷器進行保護時的保護方法的實施例方式，具體參見以下詳細實施例的描述。

圖3示出了本發明實施例提供的一種應用於電磁式電壓互感器的熔斷器保護原理示意圖。電力系統正常運行時電磁式電壓互感器的勵磁電抗xm很大(mω級)，勵磁電流im很小；電磁式電壓互感器運行時相當於開路，負荷很小，則負荷電流i2≈0，相當於k打開；因此流過熔斷器rxnp的電流i1＝im+i2很小(ma級)。當電力系統遭受雷擊、接地、甩負荷和操作等衝擊擾動使電磁式電壓互感器鐵芯飽和時，勵磁電抗xm急劇減小，電阻r1、r2、rm和漏抗x1、x2不變，則im、i1將急劇增大，熔斷器rxnp將承受衝擊脈衝過電流，導致熔斷器熔體老化或熔斷，大大降低了熔斷器的使用壽命。本發明裝置的保護原理為：當檢測到i1突變，啟動熔斷器保護裝置檢測i1的0.01ms～5ms固定時間間隔內的零序電流瞬時值或一定時間內的有效值，當零序電流脈衝瞬時值或一定時間的零序電流脈衝有效值達到電磁式電壓互感器用熔斷器0.5～1in(電磁式電壓互感器額定電流)時，熔斷器保護裝置動作控制開關k閉合投入阻尼電阻r(閉合時間約為1ms～1s之間，不大於1s)，阻尼電阻r的投入使電磁式電壓互感器的勵磁電抗xm恢復原來的狀態，且釋放了衝擊擾動的能量。因此，阻尼電阻大小選擇合適將極大減小因衝擊擾動引起的電磁式電壓飽和勵磁電抗xm急劇下降而產生的衝擊脈衝電流。當保護裝置檢測到零序電流瞬時值或一定時間的零序電流有效值小於熔斷器額定電流in的0.1～1倍時，保護裝置返回，打開控制開關k。

圖3示出了本發明實施例提供的一種電磁式電壓互感器用熔斷器保護方法的流程示意圖。本發明公開的熔斷器保護方法應用於電磁式電壓互感器用熔斷器保護裝置中的衝擊脈衝電流判斷模塊12中，通過衝擊脈衝電流判斷模塊12根據電流互感器15採集的零序電流判斷電磁式電壓互感器用熔斷器中的電流是否過載，並通過控制控制開關14的通斷對電磁式電壓互感器16產生的衝擊脈衝電流進行抑制處理。如圖4所示，該方法可以包括如下步驟。

步驟s101：判斷電流互感器是否檢測到電磁式電壓互感器中性點與地之間的零序電流突變。如果檢測到電磁式電壓互感器中性點與地之間的零序電流突變，則執行步驟s102，否則，結束。

由於當電磁式電壓互感器沒有受到衝擊擾動而飽和時，通過電磁式電壓互感器用熔斷器的電流很小，熔斷器能長期承受此電流。

步驟s102：啟動熔斷器保護裝置，並計算出0.01ms～5ms固定時間間隔內的零序電流脈衝的瞬時值或預設時間段內零序電流脈衝的有效值。

在本發明公開的實施例中，一般情況下，只有電力系統受到接地、雷擊、甩負荷和操作等衝擊擾動時，電磁式電壓互感器鐵芯才會飽和，電磁式電壓互感器鐵芯飽和後，通過熔斷器的電流會劇增，電磁式電壓互感器中性點與地之間的零序電流為三相電流之和也會劇增，通過檢測此衝擊脈衝電流的某一時間的瞬時值或某一時間段(0.01ms～5ms)的有效值大小可以快速判斷熔斷器是否將承受過載電流。其中，某一時間段越小，啟動速度越快，消除熔斷器的過載能力越強，也可以採用判斷零序電流的上升率去判斷是否將承受預期的過載電流。在實施過程中，所述預設時長並不限於以上實施方式提出的數值，可以根據保護的準確性進行設定，在此不再詳細闡述。

步驟s103：判斷零序電流脈衝瞬時值或一定時間的零序電流脈衝有效值是否達到熔斷器額定電流的0.5～1倍。

在本發明公開的實施例中，電力系統正常運行情況下，電磁式電壓互感器用熔斷器中的電流非常小為ma級，而熔斷器的額定電流一般為0.2a、0.3a、0.5a、1a、2a等，熔斷器在此電流下是不造成損傷的。如檢測到零序電流脈衝瞬時值或一定時間的零序電流脈衝有效值大於熔斷器額定電流的0.5～1倍，熔斷器可能將要承受很大的衝擊脈衝電流。因此作為熔斷器保護裝置的動作條件。此電流設定的大小將直接關係到裝置保護熔斷器能力，以及保護裝置的動作次數。可零序電流脈衝瞬時值或一定時間的零序電流脈衝有效值的大小可設置為熔斷器額定電流0.5倍。在實施過程中，所述脈衝電流的瞬時值或一定時間脈衝電流有效值的大小並不限於以上實施方式提出的數值，可以根據保護能力高低進行現場設定，在此不再詳細闡述。

步驟s104：裝置動作閉合控制開關投入阻尼電阻(閉合時間約為1ms～1s之間，不大於1s)。

在本發明公開的實施例中，投入阻尼電阻主要是為了吸收系統衝擊擾動的能量，增大電磁式電壓互感器一次迴路的阻尼，使電磁式電壓互感器鐵芯快速由飽和狀態恢復到原來狀態。閉合時間的大小不應大於電磁式電壓互感器承受二次短路要求的最大時間1s，閉合時間可設置為10ms。在實施過程中，所述投入阻尼電阻的時間(閉合時間)大小並不限於以上實施方式提出的數值，可以根據保護能力採用進行鐵磁諧振試驗的方法確定，在此不再詳細闡述。

步驟s105：判斷零序電流瞬時值或一定時間內的零序電流有效值是否小於熔斷器額定電流in的0.1～1倍，如果零序電流瞬時值或一定時間內的零序電流有效值小於熔斷器額定電流in的0.1～1倍，則執行步驟s101，保護裝置返回，打開控制開關；如果零序電流瞬時值或一定時間內的零序電流有效值大於或者等於熔斷器額定電流in的0.1～1倍，則執行步驟s106。

步驟s106：判斷循環次數n後是否達到設定設定值，如果循環次數n後達到設定設定值，則執行步驟s107；如果循環次數n後未達到設定設定值，則執行步驟s104。步驟s107：轉到鐵磁諧振判斷並消諧。

在本發明公開的實施例中，在此檢測零序電流瞬時值或一定時間內的零序電流有效值，是打開控制開關保護裝置返回的條件。當零序電流瞬時值或一定時間內的零序電流有效值小於0.1～1倍的熔斷器額定電流時，認為此電流將不會對熔斷器造成損傷，裝置返回，否則再次合上控制開關。當合上控制開關的次數超過了保護裝置設定的次數，不在合上控制開關，應轉入鐵磁諧振判斷並消諧。所述的裝置返回的零序電流瞬時值或一定時間內的零序電流有效值可設置為0.5倍熔斷器額定電流或根據現場實際運行時零序電流值的大小設置為運行時該零序電流大小的2.5倍。控制開關的投入阻尼的次數不易過多，可設置為2次。所述的控制開關投入阻尼的次數以及保護裝置返回的零序電流大小，可以根據保護能力採用進行鐵磁諧振試驗的方法確定，在此不再詳細闡述。

採用本發明實施例提供的上述方法，能夠預先快速消除電磁式電壓互感器因鐵芯飽和引起的衝擊脈衝電流，並能提前抑制鐵磁諧振，提前避免熔斷器受到此電流的衝擊損傷或損壞，從而能大大提高電磁式電壓互感器用熔斷器的使用壽命。同時，避免設備頻繁損壞，及對電網和設備的安全穩定運行造成的嚴重威脅。

本領域技術人員在考慮說明書及實踐這裡發明的公開後，將容易想到本發明的其它實施方案。本申請旨在涵蓋本發明的任何變型、用途或者適應性變化，這些變型、用途或者適應性變化遵循本發明的一般性原理並包括本發明未公開的本技術領域中的公知常識或慣用技術手段。說明書和實施例僅被視為示例性的，本發明的真正範圍和精神由下面的權利要求指出。

應當理解的是，本發明並不局限於上面已經描述並在附圖中示出的精確結構，並且可以在不脫離其範圍進行各種修改和改變。本發明的範圍僅由所附的權利要求來限制。