CN203014364U - 基于电弧光检测的电气保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于电弧光检测的电气保护装置，包括用于采集弧光信号的弧光采集单元(1)、用于输出跳闸和报警信号的主控单元(2)、用于控制断路器开关状态的馈线保护单元(3)，弧光采集单元(1)包括至少一个电弧光传感器(11)，电弧光传感器(11)的输出端分别与主控单元(2)、馈线保护单元(3)相连，主控单元(2)的输出端口包括跳闸输出端(21)、报警输出端(22)两个信号输出端口，馈线保护单元(3)的输出端设有用于控制被保护电气设备电路通断的断路器(31)。本实用新型能够基于电弧光实现对电气设备的保护，具有安全可靠、应用范围广、结构简单、成本低廉的优点。

Description

基于电弧光检测的电气保护装置

技术领域

本实用新型涉及电气设备领域，具体涉及一种基于电弧光检测的电气保护装置。

背景技术

中、低压母线发生短路故障时，所产生的电弧光对设备及人员会造成极大的伤害，按我国现行的继电保护设计标准，35kV及以下电压等级的母线一般未装设母线保护。然而，由于中低压母线上的出线多，操作频繁，三相导体线间距离与大地的距离比较近，容易受小动物危害，设备制造质量比高压设备差，设备绝缘老化和机械磨损，运行条件恶劣，***运行条件改变，人为和操作错误等原因，中低压母线的故障几率比高压、超高压母线高得多。但长期以来，人们对中低压母线的保护一直不够重视，大多采用带有较大延时的后备保护来切除母线上的故障，往往使故障被发展、扩大，从而造成巨大的经济损失。

IEC298标准附录AA中规定的开关柜内部燃弧时间是100ms，目前市场上销售的开关柜基本上是按照IEC298标准生产的，也就是说，开关柜可以承受的电弧燃烧时间为100ms。由于发生弧光故障在断路器动作前，故障短路电弧是一直在燃烧的，即保护动作时间加上断路器分闸时间之和，即为电弧燃烧的持续时间。也就是说，从保护开关柜方面考虑，保护动作时间应在小于100ms切除故障以防止弧光短路故障进一步发展扩大造成更大的危害。

据统计，一些地区110kV及以上等级的变压器遭受短路故障电流冲击直接导致损坏的事故，约占全部事故的50％以上，特别是变压器低压侧出口(低压母线)短路时形成的故障一般需要更换绕组，严重时可能要更换全部绕组，从而造成十分严重的后果和损失。国标规定的110kV及以上电压等级的变压器的热稳定允许时间为2秒，动稳定时间为0.25秒。但实际上，在低压侧出口短路故障靠过流后备保护切除的动作时间往往在2秒以上，离0.25秒的变压器的动稳定时间相差甚远。所以，可以说，继电保护的不完善也是造成变压器损坏的重要原因。

电弧光一旦产生，其危害程度取决于电弧电流及切除时间，电弧产生的能量与I2t成指数规律快速上升。只有在极短时间内切除故障才能使设备不遭受害。若总切除时间大于100ms，轻则设备局部烧损，重则造成开关柜***以及人员伤亡，有的可能引发“火烧连营”的连锁事故。所以，为了保证变压器及母线开关设备的安全运行，根据继电保护快速性的要求，迫切需要配置专用中低压母线保护。

参见上表，电弧燃烧的持续时间越长，对设备造成的损害程度越严重。

如图1所示，电弧光一旦产生，其危害程度取决于电弧电流及切除时间，电弧产生的能量与I2t成指数规律快速上升，电弧燃烧的持续时间越长，则电弧能量就越高，只有在极短时间内切除故障才能使设备不遭受害。若总切除时间大于100ms，轻则设备局部烧损，重则造成开关柜***以及人员伤亡，有的可能引发“火烧连营”的连锁事故。所以，为了保证变压器及母线开关设备的安全运行，根据继电保护快速性的要求，迫切需要配置专用中低压母线保护。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种能够基于电弧光实现对电气设备的保护、安全可靠、应用范围广、结构简单、成本低廉的基于电弧光检测的电气保护装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种基于电弧光检测的电气保护装置，包括用于采集弧光信号的弧光采集单元、用于输出跳闸和报警信号的主控单元、用于控制被保护电气设备电路通断的馈线保护单元，所述弧光采集单元包括至少一个电弧光传感器，所述电弧光传感器的输出端分别与主控单元、馈线保护单元相连，所述主控单元的输出端口包括跳闸输出端、报警输出端两个信号输出端口，所述馈线保护单元的输出端设有用于控制被保护电气设备电路通断的断路器，所述主控单元在检测到电弧光传感器输出的电流增量达到特定强度时通过跳闸输出端输出跳闸命令、在检测到电弧光传感器输出电流时通过报警输出端输出报警命令；所述馈线保护单元在检测到电弧光传感器输出电流时控制断路器断开。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述主控单元包括微处理器、人机接口模块、通讯接口模块，所述微处理器内置用于采集模拟电流信号的模拟转换模块，所述模拟转换模块与电弧光传感器相连，所述人机接口模块包括按键组件和液晶屏组件，所述通讯接口模块包括RS232接口、RS485接口、CAN总线接口、以太网接口中的至少一种，所述按键组件、液晶屏组件、通讯接口模块分别与微处理器相连，所述微处理器分别与跳闸输出端、报警输出端相连。

所述馈线保护单元包括开关电路和放大驱动电路，所述开关电路的控制端与电弧光传感器的输出端相连，所述开关电路通过放大驱动电路与断路器相连。

本实用新型具有下述优点：

1、本实用新型通过检测开关柜内部发生故障时产生弧光这一特点，结合过流闭锁这一原理，根据检测到的电弧光信号，在极短的时间内(＜7ms保护动作出口)即可切除母线(及馈线)故障，保障设备及人员安全，降低损失，具有动作快速可靠、***配置简单、适应性强的优点。

2、本实用新型是目前最为理想的开关柜内中低压母线保护的解决方案，同时能够广泛应用于馈线电缆连接头、箱式变电站、整流柜等设备的保护，具有应用范围广泛的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为电弧燃烧时间与电弧能量之间的关系。

图2为本实用新型实施例的框架结构示意图。

图3为本实用新型实施例中主控单元的框架结构示意图。

图4为本实用新型实施例中主控单元的处理逻辑原理示意图。

图5为本实用新型实施例中的馈线保护单元的框架结构示意图。

图例说明：

1、弧光采集单元；11、电弧光传感器；

2、主控单元；21、跳闸输出端；22、报警输出端；23、微处理器；231、模拟转换模块；24、人机接口模块；241、按键组件；242、液晶屏组件；25、通讯接口模块；

3、馈线保护单元；31、断路器；32、开关电路；33、放大驱动电路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图2所示，本实施例的基于电弧光检测的电气保护装置包括用于采集弧光信号的弧光采集单元1、用于输出跳闸和报警信号的主控单元2、用于控制被保护电气设备电路通断的馈线保护单元3，弧光采集单元1包括至少一个电弧光传感器11，电弧光传感器11的输出端分别与主控单元2、馈线保护单元3相连，主控单元2的输出端口包括跳闸输出端21、报警输出端22两个信号输出端口，馈线保护单元3的输出端设有用于控制被保护电气设备电路通断的断路器31，主控单元2在检测到电弧光传感器11输出的电流增量达到特定强度时通过跳闸输出端21输出跳闸命令、在检测到电弧光传感器11输出电流时通过报警输出端22输出报警命令；馈线保护单元3在检测到电弧光传感器11输出电流时控制断路器31断开。

弧光采集单元1中电弧光传感器11的数量具体可根据需要制定。电弧光传感器11为目前市场上成熟的传感器产品，电弧光传感器11由三个部分组成：弧光探测头、光缆和光电转换器，弧光探测头接收发生事故时产生的弧光并滤掉弧光中的可见光成分，接受弧光的紫外光并将其转换成可见光，光缆传输给光电转换器，被转换为电信号后输出。

如图3所示，本实施例的主控单元2包括微处理器23、人机接口模块24、通讯接口模块25，微处理器23内置用于采集模拟电流信号的模拟转换模块231，模拟转换模块231与电弧光传感器11相连，人机接口模块24包括按键组件241和液晶屏组件242，通讯接口模块25包括RS232接口、RS485接口、CAN总线接口、以太网接口中的至少一种，按键组件241、液晶屏组件242、通讯接口模块25分别与微处理器23相连，微处理器23分别与跳闸输出端21、报警输出端22相连。

如图4所示，微处理器23的处理逻辑如下：1)至少一个电弧光传感器11接受到弧光(即输出电流大于0)、并且至少一个电弧光传感器11的输出电流信号大于特定强度，则通过跳闸输出端21输出跳闸信号；2)任意一个电弧光传感器11接受到弧光(即输出电流大于0)、或者任意一个电弧光传感器11的输出电流信号大于特定强度，则通过报警输出端22输出报警信号。图中“≥1”为或逻辑，代表任意一个输入条件满足即可向后执行；“&”为与逻辑，代表所有的输入条件都必须满足才会向后执行。

如图5所示，本实施例的馈线保护单元3包括开关电路32和放大驱动电路33，开关电路32的控制端与电弧光传感器11的输出端相连，开关电路32通过放大驱动电路33与断路器31相连。本实施例中，开关电路32采用晶体管实现，放大驱动电路33采用运算放大电路实现。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅限于上述实施方式，凡是属于本实用新型原理的技术方案均属于本实用新型的保护范围。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型的原理的前提下进行的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于电弧光检测的电气保护装置，其特征在于：包括用于采集弧光信号的弧光采集单元(1)、用于输出跳闸和报警信号的主控单元(2)、用于控制被保护电气设备电路通断的馈线保护单元(3)，所述弧光采集单元(1)包括至少一个电弧光传感器(11)，所述电弧光传感器(11)的输出端分别与主控单元(2)、馈线保护单元(3)相连，所述主控单元(2)的输出端口包括跳闸输出端(21)、报警输出端(22)两个信号输出端口，所述馈线保护单元(3)的输出端设有用于控制被保护电气设备电路通断的断路器(31)，所述主控单元(2)在检测到电弧光传感器(11)输出的电流增量达到特定强度时通过跳闸输出端(21)输出跳闸命令、在检测到电弧光传感器(11)输出电流时通过报警输出端(22)输出报警命令；所述馈线保护单元(3)在检测到电弧光传感器(11)输出电流时控制断路器(31)断开。

2.根据权利要求1所述的基于电弧光检测的电气保护装置，其特征在于：所述主控单元(2)包括微处理器(23)、人机接口模块(24)、通讯接口模块(25)，所述微处理器(23)内置用于采集模拟电流信号的模拟转换模块(231)，所述模拟转换模块(231)与电弧光传感器(11)相连，所述人机接口模块(24)包括按键组件(241)和液晶屏组件(242)，所述通讯接口模块(25)包括RS232接口、RS485接口、CAN总线接口、以太网接口中的至少一种，所述按键组件(241)、液晶屏组件(242)、通讯接口模块(25)分别与微处理器(23)相连，所述微处理器(23)分别与跳闸输出端(21)、报警输出端(22)相连。

3.根据权利要求2所述的基于电弧光检测的电气保护装置，其特征在于：所述馈线保护单元(3)包括开关电路(32)和放大驱动电路(33)，所述开关电路(32)的控制端与电弧光传感器(11)的输出端相连，所述开关电路(32)通过放大驱动电路(33)与断路器(31)相连。

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