CN116526475B - 一种高可靠性供电的箱变 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力技术领域，公开了一种高可靠性供电的箱变，包括零序传感器两个输出端IN1、IN2、电阻R8、电容C1、电阻R4、电阻R3、电阻R1、电阻R2、三极管Q1、电阻R5、电阻R6、比较器U1、电阻R12、NMOS管Q2、电阻R15、电阻R9、三极管Q3、电阻R10、电阻R13、电阻R7、三极管Q5、比较器U3、比较器U2、电阻R16、三极管Q6、电阻R24、电阻R25、电阻R11、NMOS管Q4、电容C3、三极管Q7、电阻R21、三极管Q8、电阻R22。本发明可检测出电路故障类型，并在负载故障后进行分级处理，提高了供电的可靠性。

Description

一种高可靠性供电的箱变

技术领域

本发明属于电力技术领域，尤其涉及一种高可靠性供电的箱变。

背景技术

箱变是指将高压电网的电能通过变压器降压后运输到用户端的设备。它主要包括以下几个部分：高压侧包括高压进线、隔离开关、避雷器等，连接高压电网；低压侧包括低压出线、断路器、电压互感器等，连接用户；变压器将高压电能降压成适合用户使用的低压电能；控制保护***：包括接地保护、过载保护、温度保护等，保证箱变正常运行。

箱变的主要功能是通过变压器将高压电能降压，使其适合用户使用。另外，箱变还可以实现对电能的控制、调节和保护，同时也可以实现电能计量和远程监控等功能。现有的箱变存在一些不足，如故障率较高，箱变中的元器件和部件容易出现故障，可能造成电力供应中断和安全事故。

公告号CN218783454U的中国专利公开了一种高可靠性供电的箱变，通过提供UPS不间断电源，保障供电可靠性，但UPS不间断电源成本较高。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种高可靠性供电的箱变。具体地，本发明公开的高可靠性供电的箱变，包括零序传感器两个输出端IN1、IN2、电阻R8、电容C1、电阻R4、电阻R3、电阻R1、电阻R2、三极管Q1、电阻R5、电阻R6、比较器U1、电阻R12、NMOS管Q2、电阻R15、电阻R9、三极管Q3、电阻R10、电阻R13、电阻R7、三极管Q5、比较器U3、比较器U2、电阻R16、三极管Q6、电阻R24、电阻R25、电阻R11、NMOS管Q4、电容C3、三极管Q7、电阻R21、三极管Q8、电阻R22；其中IN1分别连接电容C1的一端、电阻R8的一端、IN2分别连接电阻R8的另一端、地；电容C1的另一端分别连接电阻R3的一端、电阻R4的一端、三极管Q1的基极；电阻R3的另一端分别连接电源、电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接三极管Q1的集电极；三极管Q1的发射极分别连接电阻R2的一端、比较器U1的同相端；

比较器U1的反向端连接电阻R6的一端，输出端分别连接电阻R14的一端、NMOS管Q2的栅极，NMOS管Q2的漏极分别连接电阻R12的一端、电阻R13的一端，源极分别连接电阻R15的一端、三极管Q5的基极；电阻R8的另一端、电阻R4的另一端、电阻R2的另一端、电阻R6的另一端、电阻R14的另一端、电阻R15的另一端、三极管Q5的发射极分别接地；

三极管Q5的集电极分别连接三极管Q3的基极、电阻R7的一端，三极管Q3的集电极分别连接电阻R15的一端、电阻R10的一端、电阻R15的一端、NMOS管Q2的源极、三极管Q5的基极，三极管Q3的发射极分别连接电阻R9的一端、电阻R7的另一端、比较器U3的反向端、比较器U2的同相端、发光二极管U4的正极；比较器U3的同相端连接电阻R18的一端，输出端连接三极管Q6的基极，三极管Q6的集电极连接电阻R16的一端，发射极连接电阻R24的一端，电阻R24的另一端分别连接电阻R25的一端、电容C3的一端、NMOS管Q4的漏极；比较器U2的输出端连接NMOS管Q4的栅极，NMOS管Q4的源极分别连接电阻R11的一端、电阻R21的一端、三极管Q7的集电极、三极管Q8的基极；三极管Q7的发射极分别连接电阻R20的一端、电阻R22的一端、发光二极管U5的正极；发光二极管U4的负极、电阻R23的另一端、电阻R25的另一端、电容C3的另一端、电阻R21的另一端、三极管Q8的发射极、发光二极管U5的负极、电阻R11的另一端、电阻R13的另一端分别接地；电阻R16的另一端、电阻R20的另一端电阻R9的另一端、电阻R3的另一端、电阻R1的另一端、电阻R5的另一端、电阻R12的另一端分别连接电源。

进一步地，高可靠性供电的箱变还包括电阻R18、电阻R19，电阻R18的一端连接电源，另一端分别连接比较器U3的同相端、电阻R19的一端、比较器U2的反向端；电阻R19的另一端接地。

进一步地，高可靠性供电的箱变还包括电阻R14，电阻R14的一端分别连接比较器U1的输出端、NMOS管Q2的栅极，另一端接地。

进一步地，高可靠性供电的箱变还包括电阻R23，电阻R23的一端分别连接比较器U2的输出端、NMOS管Q4的栅极，另一端接地。

进一步地，发光二极管U4和三极管U6耦合封装，三极管U6的基极连接电源信号，发射极连接P1。

进一步地，发光二极管U5和三极管U7耦合封装，三极管U7的基极连接电源信号，发射极连接P2。

进一步地，还包括接触器KM1和接触器KM2，其主触点和负载或变压器连接，主触点与负载连接，则断开时，断开负载；与变压器连接，则断开时断开变压器。

本发明的有益效果如下：

本发明可检测出电路故障是否为线路故障或负载故障，并在负载故障后进行分级处理，与现有技术中所有电路退出服务相比，本发明中部分电路还可以继续运行，提高了供电的可靠性。

附图说明

图1本发明箱变的电路原理总体图；

图2本发明U4和U6电路耦合结构图；

图3本发明U5和U7电路耦合结构图；

图4本发明接触器KM1的电路连接图；

图5本发明接触器KM1的负载连接图；

图6本发明接触器KM2的电路连接图；

图7本发明接触器KM2的负载连接图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。

高可靠性供电的箱变可用于380V电压电路，包括零序传感器两个输出端IN1、IN2、电阻R8、电容C1、电阻R4、电阻R3、电阻R1、电阻R2、三极管Q1、电阻R5、电阻R6、比较器U1、电阻R12、NMOS管Q2、电阻R15、电阻R9、三极管Q3、电阻R10、电阻R13、电阻R7、三极管Q5、比较器U3、比较器U2、电阻R16、三极管Q6、电阻R24、电阻R25、电阻R11、NMOS管Q4、电容C3、三极管Q7、电阻R21、三极管Q8、电阻R22；其中IN1分别连接电容C1的一端、电阻R8的一端、IN2分别连接电阻R8的另一端、地；电容C1的另一端分别连接电阻R3的一端、电阻R4的一端、三极管Q1的基极；电阻R3的另一端分别连接电源、电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接三极管Q1的集电极；三极管Q1的发射极分别连接电阻R2的一端、比较器U1的同相端；

比较器U1的反向端连接电阻R6的一端，输出端分别连接电阻R14的一端、NMOS管Q2的栅极，NMOS管Q2的漏极分别连接电阻R12的一端、电阻R13的一端，源极分别连接电阻R15的一端、三极管Q5的基极；电阻R8的另一端、电阻R4的另一端、电阻R2的另一端、电阻R6的另一端、电阻R14的另一端、电阻R15的另一端、三极管Q5的发射极分别接地；

三极管Q5的集电极分别连接三极管Q3的基极、电阻R7的一端，三极管Q3的集电极分别连接电阻R15的一端、电阻R10的一端、电阻R15的一端、NMOS管Q2的源极、三极管Q5的基极，三极管Q3的发射极分别连接电阻R9的一端、电阻R7的另一端、比较器U3的反向端、比较器U2的同相端、发光二极管U4的正极；比较器U3的同相端连接电阻R18的一端，输出端连接三极管Q6的基极，三极管Q6的集电极连接电阻R16的一端，发射极连接电阻R24的一端，电阻R24的另一端分别连接电阻R25的一端、电容C3的一端、NMOS管Q4的漏极；比较器U2的输出端连接NMOS管Q4的栅极，NMOS管Q4的源极分别连接电阻R11的一端、电阻R21的一端、三极管Q7的集电极、三极管Q8的基极；三极管Q7的发射极分别连接电阻R20的一端、电阻R22的一端、发光二极管U5的正极；发光二极管U4的负极、电阻R23的另一端、电阻R25的另一端、电容C3的另一端、电阻R21的另一端、三极管Q8的发射极、发光二极管U5的负极、电阻R11的另一端、电阻R13的另一端分别接地；电阻R16的另一端、电阻R20的另一端电阻R9的另一端、电阻R3的另一端、电阻R1的另一端、电阻R5的另一端、电阻R12的另一端分别连接电源。

高可靠性供电的箱变还包括电阻R18、电阻R19，电阻R18的一端连接电源，另一端分别连接比较器U3的同相端、电阻R19的一端、比较器U2的反向端；电阻R19的另一端接地。

高可靠性供电的箱变还包括电阻R14，电阻R14的一端分别连接比较器U1的输出端、NMOS管Q2的栅极，另一端接地。

高可靠性供电的箱变还包括电阻R23，电阻R23的一端分别连接比较器U2的输出端、NMOS管Q4的栅极，另一端接地。

发光二极管U4和三极管U6耦合封装，三极管U6的基极连接电源信号，发射极连接P1，P1连接继电器K1，继电器连接接触器KM1。

发光二极管U5和三极管U7耦合封装，三极管U7的基极连接电源信号，发射极连接P2，P2连接继电器K2，继电器连接接触器KM2。

接触器KM1一端连接三相进线U、V、W，另一端连接变压器，同样地，接触器KM2一端连接三相进线U、V、W，另一端连接变压器。

IN1、IN2是零序传感器两个输出端，连接根据零序传感器三相进线方向确定，当三相矢量和电流不为零时（后续称这种情况为故障），电容C1耦合信号，电阻R3、电阻R1、电阻R4用于偏置放大。故障时三极管Q1放大倍数增大，比较器U1作为比较器进行对比，电阻R5、R6供电。故障时比较器U1输出，NMOS管Q2、三极管Q5导通，三极管Q3发射极电位下降，发光二极管U4停止耦合（截止，不对线路供电），代表故障。比较器U1无输出后，因为三极管Q5导通，电源、电阻R9、三极管Q3、三极管Q5到接地继续回路，解决断电后无故障后会恢复供电。常用故障解决方法是采用接触器互锁，而且接触器必须安装在断电线路的上级。故障解决方法是本领域的现有技术，本发明不再赘述。

比较器U3的作用是提供二次检测，通过比较器U1和U3联动，进一步检测出故障的类型（如负载故障或线路故障）。运输放大器U1输出时仅代表负载故障（不能代表线路故障），而故障时，因三极管Q3发射极电压下降，比较器U3输出，三极管Q6导通、电容C3电压上升、NMOS管Q4导通、三极管Q8也导通，发光二极管U5截止。

在第一次故障发生后，电容C3存储的电压能给予NMOS管Q4一定的响应时间，若NMOS管Q4导通了，代表在这个响应时间内，线路依旧故障，这时U5停止耦合，全部电路不能工作。如果NMOS管Q4在响应时间内没导通，U5继续耦合，部分电路还能工作。

在故障检测过程中，如果在交流电正半周时，电容C3存储的电压不能满足NMOS管Q4的响应时间，则直接导致发光二极管U5截止。但将电容C3上调容量，会与设计初衷不符，使得线路漏电故障时间延长，而将电容C3下调容量，会让故障二次判断出现失误的概率增加，所以在比较器U3输出时，比较器U2和比较器U3反相输出，目的是让NMOS管Q4在电容C3响应时间内电压上升到Q4导通电压时，使NMOS管Q4截止。当交流电负半周来临时，电容C1经电阻R8退耦，比较器U1无输出。只有在第二次正弦上升前（也是第一次负半周开始时）在进行截止，也就是让第二次故障判断的条件处于第二次正半周到来前，且在电容C3提供的NMOS管Q4的响应时间内，NMOS管Q4达到导通电压后，U5可以截止。这里，正弦波形不影响比较器U1输出，U1作为比较器，只要交流电为正弦波波形即可，不论是上升还是下降，也可以理解为U1只在正半周波形时检测故障。

发光二极管U4和三极管U6耦合，发光二极管U5和三极管U7耦合。发光二极管U4和发光二极管U5在无故障时导通。K1和K2是辅助触点，且为常开触点。

KM1和KM2是接触器，其主触点和负载或变压器连接，主触点与负载连接，则断开时，断开负载；与变压器连接，则断开时断开变压器。如图5所示，如果KM2连接变压器二次侧，则断开低压负载。如果KM2连接变压器一次侧，则KM1连接变压器，将变压器作为负载，KM2连接上级。KM1和KM2接触器有耐压限制，可以仅当控制信号用，在中间串接其他高压装置进行控制，例如断路器。

本发明也可用于220V电压电路中，此时只能检测出一种故障类型，无法区分负载故障或线路故障，如果要区分两种故障类型，可以将本发明的箱变用在并联电路中，一个传感器检测两个点位或在变压器输出端设置两个并联线路。

本发明的有益效果如下：

本发明可检测出电路故障是否为线路故障或负载故障，并在负载故障后进行分级处理，与现有技术中所有电路退出服务相比，本发明中部分电路还可以继续运行，提高了供电的可靠性。

本文所使用的词语“优选的”意指用作实例、示例或例证。本文描述为“优选的”任意方面或设计不必被解释为比其他方面或设计更有利。相反，词语“优选的”的使用旨在以具体方式提出概念。如本申请中所使用的术语“或”旨在意指包含的“或”而非排除的“或”。即，除非另外指定或从上下文中清楚，“X使用A或B”意指自然包括排列的任意一个。即，如果X使用A；X使用B；或X使用A和B二者，则“X使用A或B”在前述任一示例中得到满足。

而且，尽管已经相对于一个或实现方式示出并描述了本公开，但是本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本公开包括所有这样的修改和变型，并且仅由所附权利要求的范围限制。特别地关于由上述组件(例如元件等)执行的各种功能，用于描述这样的组件的术语旨在对应于执行所述组件的指定功能(例如其在功能上是等价的)的任意组件(除非另外指示)，即使在结构上与执行本文所示的本公开的示范性实现方式中的功能的公开结构不等同。此外，尽管本公开的特定特征已经相对于若干实现方式中的仅一个被公开，但是这种特征可以与如可以对给定或特定应用而言是期望和有利的其他实现方式的一个或其他特征组合。而且，就术语“包括”、“具有”、“含有”或其变形被用在具体实施方式或权利要求中而言，这样的术语旨在以与术语“包含”相似的方式包括。

本发明实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以多个或多个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。上述的各装置或***，可以执行相应方法实施例中的存储方法。

综上所述，上述实施例为本发明的一种实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、代替、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高可靠性供电的箱变，其特征在于，包括零序传感器两个输出端IN1、IN2、电阻R8、电容C1、电阻R4、电阻R3、电阻R1、电阻R2、三极管Q1、电阻R5、电阻R6、比较器U1、电阻R12、NMOS管Q2、电阻R15、电阻R9、三极管Q3、电阻R10、电阻R13、电阻R7、三极管Q5、比较器U3、比较器U2、电阻R16、三极管Q6、电阻R24、电阻R25、电阻R11、NMOS管Q4、电容C3、三极管Q7、电阻R21、三极管Q8和电阻R22；

其中IN1分别连接电容C1的一端、电阻R8的一端；IN2分别连接电阻R8的另一端、电线接地端；电容C1的另一端分别连接电阻R3的一端、电阻R4的一端、三极管Q1的基极；电阻R3的另一端分别连接电源、电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接三极管Q1的集电极；三极管Q1的发射极分别连接电阻R2的一端、比较器U1的同相端；

比较器U1的反向端连接电阻R6的一端，输出端分别连接电阻R14的一端、NMOS管Q2的栅极，NMOS管Q2的漏极分别连接电阻R12的一端、电阻R13的一端，源极分别连接电阻R15的一端、三极管Q5的基极；电阻R8的另一端、电阻R4的另一端、电阻R2的另一端、电阻R6的另一端、电阻R14的另一端、电阻R15的另一端、三极管Q5的发射极均连接电线接地端；

当三相矢量和电流不为零时，电容C1耦合信号，电阻R3、电阻R1、电阻R4用于偏置放大；故障时三极管Q1放大倍数增大，故障时比较器U1输出，NMOS管Q2、三极管Q5导通，三极管Q3发射极电位下降，发光二极管U4停止耦合，代表故障；比较器U1无输出后，由于三极管Q5导通，使得电源、电阻R9、三极管Q3、三极管Q5到电线接地端形成续流回路，解决故障后，恢复供电；比较器U3提供二次检测，通过比较器U1和U3联动，进一步检测出故障的类型是负载故障或线路故障；

所述三极管Q5的集电极分别连接三极管Q3的基极、电阻R7的一端，三极管Q3的集电极分别连接电阻R15的一端、电阻R10的一端、电阻R15的一端、NMOS管Q2的源极、三极管Q5的基极，三极管Q3的发射极分别连接电阻R9的一端、电阻R7的另一端、比较器U3的反向端、比较器U2的同相端、发光二极管U4的正极；比较器U3的同相端连接电阻R18的一端，输出端连接三极管Q6的基极，三极管Q6的集电极连接电阻R16的一端，发射极连接电阻R24的一端，电阻R24的另一端分别连接电阻R25的一端、电容C3的一端、NMOS管Q4的漏极；比较器U2的输出端连接NMOS管Q4的栅极，NMOS管Q4的源极分别连接电阻R11的一端、电阻R21的一端、三极管Q7的集电极、三极管Q8的基极；三极管Q7的发射极分别连接电阻R20的一端、电阻R22的一端、发光二极管U5的正极；发光二极管U4的负极、电阻R23的另一端、电阻R25的另一端、电容C3的另一端、电阻R21的另一端、三极管Q8的发射极、发光二极管U5的负极、电阻R11的另一端、电阻R13的另一端均连接电线接地端；电阻R16的另一端、电阻R20的另一端、电阻R9的另一端、电阻R3的另一端、电阻R1的另一端、电阻R5的另一端、电阻R12的另一端分别连接电源；

高可靠性供电的箱变还包括电阻R18、电阻R19，用于为比较器U2和比较器U3供电，电阻R18的一端连接电源，另一端分别连接比较器U3的同相端、电阻R19的一端、比较器U2的反向端；电阻R19的另一端连接电线接地端；

高可靠性供电的箱变还包括电阻R14，用于为所述NMOS管Q2卸流，电阻R14的一端分别连接比较器U1的输出端、NMOS管Q2的栅极，电阻R14的另一端连接电线接地端；

高可靠性供电的箱变还包括电阻R23，用于为所述NMOS管Q4卸流，电阻R23的一端分别连接比较器U2的输出端、NMOS管Q4的栅极，电阻R23另一端连接电线接地端。

2.根据权利要求1所述的高可靠性供电的箱变，其特征在于，发光二极管U4和三极管U6耦合封装，三极管U6的基极连接电源信号，发射极连接P1；发光二极管U4和发光二极管U5在故障时停止耦合。

3.根据权利要求2所述的高可靠性供电的箱变，其特征在于，发光二极管U5和三极管U7耦合封装，三极管U7的基极连接电源信号，发射极连接P2；发光二极管U5和发光二极管U7在故障时停止耦合。

4.根据权利要求3所述的高可靠性供电的箱变，其特征在于，还包括接触器KM1和接触器KM2，其主触点和负载或变压器连接，主触点与负载连接，则断开时，断开负载；与变压器连接，则断开时断开变压器。