CN206611171U - 一种基于快速真空开关的弧光保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于快速真空开关的弧光保护装置，包括主控模块及与主控模块交互连接的快速真空开关、电流检测模块、弧光扩展模块，弧光检测模块与弧光扩展模块交互连接；所述电流检测模块用于采样母线***电流数据，并将该数据传输到主控模块进行处理；所述弧光检测模块用于检测母线不同位置的光强信号，将该光强信号转换为电压信号并进行信号处理后发送给弧光扩展模块；所述弧光扩展模块用于接收各个弧光检测模块的信息，并将该信息发送给主控模块进行判断。本实用新型用于电网弧光故障的检测和快速保护，实现弧光的快速熄弧，并可在装置的人机交互界面中查询具体弧光发生位置，实现短路故障的精确定位。

Description

一种基于快速真空开关的弧光保护装置

技术领域

本实用新型涉及电力短保护技术领域，具体涉及一种基于快速真空开关的弧光保护装置。

背景技术

在中低压***中，短路故障引起的电弧光对设备和人员会造成极大的破坏性。在我国国内的中低压***中一般不配置专用的快速母线保护，而是依靠上一级变压器的后备保护切除母线短路故障。这会导致故障切除时间延长，加大了设备的损坏程度，可能会导致事故的进一步扩大，导致整个***运行瘫痪。

目前，普遍使用的弧光保护装置通过检测母线弧光，切除母线的进线开关。然而普通的真空开关分闸时间在50ms-80ms左右，加上控制器的故障判断时间，从故障发生到完全切除大约需要100ms。当短路电流较大时，会导致设备的严重损害，威胁到***的稳定运行。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于快速真空开关的弧光保护装置，能快速检测母线弧光短路故障，通过快速真空开关实现弧光点的快速熄弧，同时控制母线进线开关分闸，实现故障点的切除。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种基于快速真空开关的弧光保护装置，包括主控模块、快速真空开关、电流检测模块、弧光扩展模块及弧光检测模块，所述快速真空开关、电流检测模块及弧光扩展模块均与主控模块交互连接，所述弧光检测模块与弧光扩展模块交互连接；

所述电流检测模块用于采样母线***电流数据，并将该数据传输到主控模块进行处理；所述弧光检测模块用于检测母线不同位置的光强信号，将该光强信号转换为电压信号并进行信号处理后发送给弧光扩展模块；所述弧光扩展模块用于接收各个弧光检测模块的信息，并将该信息发送给主控模块进行判断。

所述电流检测模块包括第一控制器、电流互感器、精密采样电阻、第一信号放大电路、低通滤波器及AD采样电路，所述电流互感器的一次侧与高压母线相连，电流互感器的二次侧经精密采样电阻与第一信号放大电路交互相连，所述第一信号放大电路通过低通滤波器与AD采样电路交互连接，所述AD采样电路与第一控制器交互连接，所述第一控制器通过网口与主控模块相连。

所述弧光检测模块包括第二控制器、弧光传感器、弧光调理电路、数字电位器及第一光耦隔离电路，所述第二控制器通过网口与主控模块相连，所述弧光传感器经弧光调理电路与数字电位器交互连接，所述数字电位器与第一光耦隔离电路交互连接，第一光耦隔离电路与第二控制器交互连接。

所述弧光扩展模块包括FPGA芯片及与FPGA芯片相连的多路网口，所述FPGA芯片分别通过网口与主控模块、弧光检测模块交互连接。

所述主控模块包括第三控制器、信号开入模块、脉冲输出电路、继电器输出电路、液晶显示及按键模块，所述信号开入模块、脉冲输出电路、继电器输出电路、液晶显示及按键模块与第三控制器交互连接。

所述信号开入模块包括第二信号放大电路、信号调理电路和第二光耦隔离电路，所述第二信号放大电路的输入端与第二光耦隔离电路的输出端相连，其输出端与信号调理电路的输入端相连，信号调理电路的输出端与第三控制器相连。

所述继电器输出电路包括第三光耦隔离电路、第三信号放大电路及固态继电器，所述第三信号放大电路的输入端与第三光耦隔离电路的输出端相连，第三信号放大电路的输出端与固态继电器的输入端相连，所述第三光耦隔离电路的输入端与第三控制器相连。

所述快速真空开关为双稳态永磁式真空开关，采用脉冲触发分合闸动作，其分闸时间为4ms，合闸时间为12ms。

由上述技术方案可知，本实用新型所述基于快速真空开关的弧光保护装置，用于电网弧光故障的检测和快速保护，实现弧光的快速熄弧，并可在装置的人机交互界面中查询具体弧光发生位置，实现短路故障的精确定位。本实用新型可根据现场母线的数量和实际长度，配置不同数量的弧光检测模块，主控模块、电流检测模块、弧光扩展模块和弧光检测模块都配有独立的控制芯片，各模块既能独立工作，又能相互配合，提高了***的可靠性。本实用新型采用一种快速真空开关，能在4ms完成分闸动作，与普通开关相比，提高了短路故障的开断速度，减小了弧光故障的破坏力，对电力***的安全可靠运行具有重要作用。所有功能模块都采用网口连接，使用标准的电力通信规约，具有调试便利、运行可靠的优点。各模块具有独立的控制芯片，配置单独的网络地址信息，与主控模块采用网络通信，即能独立配置参数，也能存储电流和弧光信号波形。

附图说明

图1是本实用新型的电路框图；

图2是本实用新型电流检测模块的电路框图；

图3是本实用新型弧光检测模块的电路框图；

图4是本实用新型弧光扩展模块的电路框图；

图5是本实用新型主控模块的电路框图；

图6是本实用新型信号开入模块的电路框图；

图7是本实用新型继电器输出电路的电路框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

如图1所示，本实施例的基于快速真空开关的弧光保护装置，包括主控模块1、快速真空开关2、电流检测模块3、多个弧光扩展模块4及弧光检测模块5，快速真空开关2、电流检测模块3及弧光扩展模块4均与主控模块交互连接，弧光检测模块5与弧光扩展模块4交互连接。该弧光扩展模块4通过网口分别连接主控模块1和多个弧光检测模块4实现主控模块对各个弧光检测模块的参数配置和弧光信号检测，同时方便用户对多个弧光检测模块4的配置。

该电流检测模块3用于采样母线***电流数据，并将该数据传输到主控模块1进行处理。弧光检测模块5用于检测母线不同位置的光强信号，将该光强信号转换为电压信号并进行信号处理后发送给弧光扩展模块4。弧光扩展模块4用于接收各个弧光检测模块5的信息，并将该信息发送给主控模块1进行判断。该弧光扩展模块4是主控模块1与弧光检测模块5的信息传输节点，通过弧光扩展模块4可实现多个弧光检测模块5的自由配置。主控模块1通过电流检测和不同位置的弧光检测，判断是否有弧光发生，并控制真空开关的分闸操作实现弧光的快速熄弧。该快速真空开关2为双稳态永磁式真空开关，采用脉冲触发分合闸动作，其分闸时间为4ms，合闸时间为12ms。

如图2所示，电流检测模块3包括第一控制器31、电流互感器32、精密采样电阻33、第一信号放大电路34、低通滤波器35及AD采样电路36，电流互感器32的一次侧与高压母线相连，电流互感器32的二次侧经精密采样电阻33与第一信号放大电路34交互相连，第一信号放大电路34通过低通滤波器35与AD采样电路36交互连接，AD采样电路36与第一控制器31交互连接，第一控制器31通过网口与主控模块1相连。

电流互感器32是一种高精度低压电流电压互感器，一次侧与***高压电流互感器二次侧连接，二次侧并联精密采样电阻，将***电流转换为低电压信号。电压经过信号放大电路34将微小信号放大到AD适合采样的范围内，再经过低通滤波器35滤除高频谐波和干扰信号，以提高测量精度，然后将滤波后的信号传输给主控模1。当馈线发生弧光现象时，电流远远大于母线额定电流，结合弧光检测模块5检测的弧光信号，判断弧光发生的具***置，保障了判断的可靠性。电流检测模块采用ARM作为主控芯片，不仅外置硬件看门狗，防止CPU死机，同时具有大容量FLASH和SRAM芯片，实现***定值的存储和故障电流波形的存储，掉电不丢失。

如图3所示，弧光检测模块5包括第二控制器51、多路弧光传感器52、弧光调理电路53、数字电位器54及第一光耦隔离电路55，第二控制器51通过网口与主控模块1相连，弧光传感器52经弧光调理电路53与数字电位器54交互连接，数字电位器54与第一光耦隔离电路55交互连接，第一光耦隔离电路55与第二控制器51交互连接。如图4所示，弧光扩展模块4包括FPGA芯片41及与FPGA芯片41相连的六路网口，FPGA芯片41分别通过网口与主控模块1、弧光检测模块5交互连接。

本实施例，第二控制器51采用ARM控制器，多路弧光传感器52放置在馈线不同的位置，弧光传感器52将检测到的光强信号转换为电压信号，经弧光调理电路53消除干扰信号，通过数字电位器54与***设置的阈值比较，并将比较值通过光耦隔离电路55传输给ARM控制器。ARM控制器将各路传感器检测结果通过网口传输到弧光扩展模块4中，弧光扩展模块4汇总各个弧光检测模块的信息，发送给主控模块1进行判断。其中，数字电位器54与ARM控制器串口通信连接，根据不同的弧光光强设置，ARM控制器控制数字电位器54输出不同的电压值。

如图5所示，主控模块1包括第三控制器11、信号开入模块12、脉冲输出电路13、继电器输出电路14、液晶显示及按键模块15，信号开入模块12、脉冲输出电路13、继电器输出电路14、液晶显示及按键模块15与第三控制器11交互连接。如图6所示，该信号开入模块12包括第二信号放大电路、信号调理电路和第二光耦隔离电路，第二信号放大电路的输入端与第二光耦隔离电路的输出端相连，其输出端与信号调理电路的输入端相连，信号调理电路的输出端与第三控制器11相连。如图7所示，该继电器输出电路14包括第三光耦隔离电路、第三信号放大电路及固态继电器，第三信号放大电路的输入端与第三光耦隔离电路的输出端相连，第三信号放大电路的输出端与固态继电器的输入端相连，第三光耦隔离电路的输入端与第三控制器11相连。

开入量经过信号经过第二光耦隔离电路、第二信号放大电路消除干扰信号后经过光耦隔离电路输入给第三ARM控制器11。信号调理电路能有效防止由于外部信号干扰导致的信号错误，第二光耦隔离电路防止外部过压或错接导致的芯片损坏。继电器输出电路14将ARM控制信号经第三光耦隔离电路输出直流电压控制固态继电器的动作，固态继电器连接外部继电器控制电路，实现断路器分合闸状态信号、动作信号以及装置报警信号等的传输。

一种基于快速真空开关的弧光保护装置的保护方法，包括以下步骤：

S1：电流检测模块1采样母线***中的电流数据并发送给主控模块1；

S2：弧光检测模块5通过弧光传感器52检测弧光信号，将检测的信号依次通过弧光调理电路53、数字电位器54和光耦隔离电路55进行处理后传输到ARM控制51中，ARM控制器51判断相应的弧光传感器52位置是否发生弧光现象，并将检测结果通过网口传输给弧光扩展模块4；

S3：弧光扩展模块4汇聚多个弧光检测模块5的信息，并打包传输给主控模块1；

S4：主控模块1根据各个弧光检测模块5的检测光强信号，结合电流检测模块3的电流信息，判据是否发生弧光现象，若母线发生弧光短路，则主控模块1发出分闸脉冲信号，控制所在母线的快速真空开关1快速分闸，隔离故障，同时开出对应的继电器，上传故障和动作信号到后台。

***开启后，各模块开始初始化和硬件自检。当***所有正常完成后，主控模块1接收电流采样模块3和弧光扩展模块4的通信信息，同时检测外部开入量信号，完成后将所有信息传输到LCD人机交互界面，弧光扩展模块4接收多个弧光检测模块3的信号，并打包发送给主控模块1。若出现异常情况，主控模块1的人际交互界面显示相应的报警信号，并控制相应的固态继电器输出报警信号。同时***通过网口接收到外部的遥控、遥信和遥测指令，并将相应的信息发送到外部接收***。当母线电网发生弧光现象时，弧光检测模块5首先检测到弧光信号，并将判断结果通过弧光扩展模块4发送给主控模块1。主控模块1根据弧光检测模块4所在的母线位置，控制相应位置的真空开关跳闸，切除短路故障。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于快速真空开关的弧光保护装置，其特征在于：包括主控模块（1）、快速真空开关（2）、电流检测模块（3）、弧光扩展模块（4）及弧光检测模块（5），所述快速真空开关（2）、电流检测模块（3）及弧光扩展模块（4）均与主控模块（1）交互连接，所述弧光检测模块（5）与弧光扩展模块（4）交互连接；

所述电流检测模块（3）用于采样母线***电流数据，并将该数据传输到主控模块（1）进行处理；所述弧光检测模块（5）用于检测母线不同位置的光强信号，将该光强信号转换为电压信号并进行信号处理后发送给弧光扩展模块（4）；所述弧光扩展模块（4）用于接收各个弧光检测模块（5）的信息，并将该信息发送给主控模块（1）进行判断。

2.根据权利要求1所述的基于快速真空开关的弧光保护装置，其特征在于：所述电流检测模块（3）包括第一控制器（31）、电流互感器（32）、精密采样电阻（33）、第一信号放大电路（34）、低通滤波器（35）及AD采样电路（36），所述电流互感器（32）的一次侧与高压母线相连，电流互感器（32）的二次侧经精密采样电阻（33）与第一信号放大电路（34）交互相连，所述第一信号放大电路（34）通过低通滤波器（35）与AD采样电路（36）交互连接，所述AD采样电路（36）与第一控制器（31）交互连接，所述第一控制器（31）通过网口与主控模块（1）相连。

3.根据权利要求1所述的基于快速真空开关的弧光保护装置，其特征在于：所述弧光检测模块（5）包括第二控制器（51）、弧光传感器（52）、弧光调理电路（53）、数字电位器（54）及第一光耦隔离电路（55），所述第二控制器（51）通过网口与主控模块（1）相连，所述弧光传感器（52）经弧光调理电路（53）与数字电位器（54）交互连接，所述数字电位器（54）与第一光耦隔离电路（55）交互连接，第一光耦隔离电路（55）与第二控制器（51）交互连接。

4.根据权利要求1所述的基于快速真空开关的弧光保护装置，其特征在于：所述弧光扩展模块（4）包括FPGA芯片（41）及与FPGA芯片（41）相连的多路网口，所述FPGA芯片（41）分别通过网口与主控模块（1）、弧光检测模块（5）交互连接。

5.根据权利要求1所述的基于快速真空开关的弧光保护装置，其特征在于：所述主控模块（1）包括第三控制器（11）、信号开入模块（12）、脉冲输出电路（13）、继电器输出电路（14）、液晶显示及按键模块（15），所述信号开入模块（12）、脉冲输出电路（13）、继电器输出电路（14）、液晶显示及按键模块（15）与第三控制器（11）交互连接。

6.根据权利要求5所述的基于快速真空开关的弧光保护装置，其特征在于：所述信号开入模块（12）包括第二信号放大电路、信号调理电路和第二光耦隔离电路，所述第二信号放大电路的输入端与第二光耦隔离电路的输出端相连，其输出端与信号调理电路的输入端相连，信号调理电路的输出端与第三控制器（11）相连。

7.根据权利要求5所述的基于快速真空开关的弧光保护装置，其特征在于：所述继电器输出电路（14）包括第三光耦隔离电路、第三信号放大电路及固态继电器，所述第三信号放大电路的输入端与第三光耦隔离电路的输出端相连，第三信号放大电路的输出端与固态继电器的输入端相连，所述第三光耦隔离电路的输入端与第三控制器（11）相连。

8.根据权利要求1所述的基于快速真空开关的弧光保护装置，其特征在于：所述快速真空开关（2）为双稳态永磁式真空开关，采用脉冲触发分合闸动作，其分闸时间为4ms，合闸时间为12ms。