高压断路器单相接地保护测控系统

摘要

高压断路器单相接地保护测控系统，属于高压开关保护技术领域。由断路器本体与控制箱两大部分组成，断路器与一次电流互感器、一次电压互感器一体化设计，三相电流互感器和三相电容式电压互感器将线路上的一次电流、电压信号实时转换成微控制器可测量的二次电流、电压信号，实现了三相电流、三相电压的检测，安装简单方便。

权利要求

1.高压断路器单相接地保护测控系统，所述测控系统包括断路器，其特征在于在所述断路器内一体化设置有三相电流互感器、三相电容式电压互感器、电压调理电路和三相永磁线圈，所述测控系统还包括由单相接地保护控制器、电源控制系统、人机操作界面和远程通讯接口组成的控制箱；所述三相电流互感器的输出端连接在单相接地保护控制器的一个输入端上，所述三相电容式电压互感器的输出端连接在所述电压调理电路的输入端，所述电压调理电路的输出端连接在单相接地保护控制器的另一个输入端上，所述单相接地保护控制器还分别与电源控制系统、人机操作界面和远程通讯接口连接，所述三相永磁线圈连接在所述电源控制系统的输出端；所述单相接地保护控制器具有计算零序电压、零序电流基波及3次与5次谐波、零序功率，并判断断路器负载侧故障、发出告警信号或给电源控制系统发出保护跳闸命令的装置。

2.根据权利1所述的高压断路器单相接地保护测控系统，其特征在于所述三相电流互感器的电流误差在额定电流时小于±0.2％，相位误差在额定电流时小于0.3。

3.根据权利1所述的高压断路器单相接地保护测控系统，其特征在于所述三相电容式电压互感器经过电压调理电路处理后的电压误差在额定电压时小于±1％，相位误差在额定电压时小于0.3。

说明书

高压断路器单相接地保护测控系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种高压断路器单相接地保护测控装备，属于高压开关保护技术领域。

背景技术

[0002] 现有技术中有一种小电流接地选线装置，该装置安装在变电站内，它通过外置的电压互感器、电流互感器集中采集变电站的零序电压及每条出线开关的零序电流。当电网出现单相接地故障时，小电流接地选线装置利用比幅法、比相法或比幅比相法来判断故障线路。由于在变电站母线处，零序网不接地或经消弧线圈接地，高压系统零序网折算到母线处的对地等值阻抗远远大于各出线的零序阻抗，因此，零序电流流经故障线路在母线处被分流到各非故障线上。如果某健全线的零序阻抗较小，就可能使故障线的零序电流大小与某条非故障线的零序电流相近，造成识别上的困难。另外电力系统运行方式不同，配电网线路负荷分配发生变化时，系统内零序阻抗就会发生变化，故障线的零序电流大小也会发生变化，从而引起误动或产生拒动。这些都是利用零序电流选线的不利因素。现有的小电流接地选线装置的选线正确率不到50％，很多供电部门仍在使用拉线法确定故障出线。因此，现有高压断路器不具有单相接地保护功能，不能检测并判断单相接地故障线路，不能实现单相接地告警与保护。

发明内容

[0003] 本发明目的是提供一种能方便、快速地检测并判断单相接地故障线路、实现单相接地告警与保护的高压断路器单相接地保护测控系统。

[0004] 本发明技术方案是：测控系统包括断路器，在所述断路器内一体化设置有三相电流互感器、三相电容式电压互感器、电压调理电路和三相永磁线圈，所述测控系统还包括由单相接地保护控制器、电源控制系统、人机操作界面和远程通讯接口组成的控制箱；所述三相电流互感器的输出端连接在单相接地保护控制器的一个输入端上，所述三相电容式电压互感器通过的输出端连接在所述电压调理电路的输入端，所述电压调理电路的输出端在单相接地保护控制器的另一个输入端上，所述单相接地保护控制器还分别与电源控制系统、人机操作界面和远程通讯接口连接，所述三相永磁线圈连接在所述电源控制系统的输出端；所述单相接地保护控制器具有计算零序电压、零序电流基波及3次与5次谐波、零序功率，并判断断路器负载侧故障、发出告警信号或给电源控制系统发出保护跳闸命令的装置。

[0005] 本发明由断路器本体与控制箱两大部分组成。断路器与一次电流互感器、一次电压互感器一体化设计，三相电流互感器和三相电容式电压互感器将线路上的一次电流、电压信号实时转换成微控制器可测量的二次电流、电压信号，实现了三相电流、三相电压的检测，安装简单方便。控制箱主要由单相接地保护控制器、人机操作界面、电源控制系统、远程通讯模块组成。本发明只需要采集本条线路的电气特征量，而不是集中采集变电站所有出线的电气特征量；当线路负载侧发生单相接地故障时，单相接地保护控制器能够及时检测出来，发出保护跳闸命令使断路器本体跳闸；而当线路电源侧发生单相接地故障时，断路器不会产生分闸动作，从而达到隔离故障，缩小停电范围的目的。本发明无需外置电流互感器、电压互感器，即可将三相电流信号与三相电压信号的进行实时采集与传送。

[0006] 电容式电压互感器技术是利用电容对交流电压信号电荷的耦合以及电容分压原理，将一次线路的相电压通过特制的耦合电容耦合并分压得到设计的幅值范围内的电压信号，并将一次电压和二次电压可靠隔离。断路器本体内置的三相电容式电压互感器，通过安装在本体单元箱体内的电压调理电路，其电压误差在额定电压时小于±1％，相位误差在额定电压时小于0.3，保证一次电压的测量精度。断路器本体内置的三相电流互感器，其电流误差在额定电流时小于±0.2％，相位误差在额定电流时小于0.3，保证一次线路电流的测量精度。

[0007] 单相接地保护控制器采用高速微控制器芯片，能够连续采集交流电压、交流电流信号，并采用富氏算法与递推运算，在每个采样点都计算提取出一次线路上的零序电压与零序电流的基波、3次与5次谐波及零序功率。当一次线路发生单相接地故障时，故障相电压降为零，非故障相电压升高为相电压的 倍，零序电压值等于相电压；对于中心点不接地和经电阻接地的系统，故障线路的零序电流为所有非故障线路的接地电容电流之和，同时零序电流滞后零序电压90°，根据这两点特征来判别故障线路；对于经消弧圈接地的系统：当欠补偿时，故障线路的对地电容电流变小，相对零序电压的基波相位差并没有变化，而当过补偿时，故障点电流就呈感性电流，基波相位与非故障线路相位相同，但其零序电流的5次谐波并没有被补偿，通过5次谐波的相位和突变量来判别故障线路。因此单相接地保护控制器以零序电压、零序电流基波及3次与5次谐波为启动值，以零序功率方向为判定值，能够准确判断出断路器负载侧故障，实现单相接地告警与保护。

[0008] 本发明将保护测控系统与断路器本体采用一体化设计，它实时采集配电线路上开关处的三相电流、三相电压值，并从中提取出零序电压与零序电流的基波、3次与5次谐波及零序功率，根据单相接地故障时的故障特征，以零序电压、零序电流基波及3次与5次谐波为启动值，以零序功率方向为判定值，准确判断出断路器负载侧故障，发出单相接地保护告警信号或给出保护跳闸命令，实现单相接地告警与保护。本发明整个保护测控系统构成简单，保护速度快，可靠性高，特别适用于配网供电系统。

附图说明

[0009] 图1为本发明的原理框图。

具体实施方式

[0010] 如图1所示，本发明由断路器本体1与控制箱2两大部分组成。本发明断路器本体1由三相电流互感器、三相电容式电压互感器、电压调理电路和三相永磁线圈组成，控制箱2内设置单相接地保护控制器、人机操作界面、远程通讯模块和电源控制系统。

[0011] 三相电流互感器的输出端连接在单相接地保护控制器的一个输入端上，三相电容式电压互感器通过的输出端连接在电压调理电路的输入端，电压调理电路的输出端在单相接地保护控制器的另一个输入端上，单相接地保护控制器还分别与电源控制系统、人机操作界面和远程通讯接口连接，三相永磁线圈连接在所述电源控制系统的输出端。

[0012] A相电流互感器与A相耦合电容浇注在断路器的A相单元内，B相电流互感器与B相耦合电容浇注在断路器的B相单元内，C相电流互感器与C相耦合电容浇注在断路器的C相单元内。对每一台断路器，通过本体单元箱体内的电压调理电路，对输出电压信号进行了归一化处理，使三相额定电压时的二次电压输出幅值保持一致，相位差保持一致。

[0013] 单相接地保护控制器采用高速DSP芯片TMS320F2812或高速微控制器C8051F02X，该芯片将程序存储器、数据RAM、ADC通道、采样保持电路、模拟开关、定时器等集成在一片芯片内，并具有丰富的接口。

[0014] 人机操作界面包括LCD液晶显示器与键盘输入，可在当地进行分、合闸操作、参数设置或观察实时数据与故障记录。

[0015] 远程通讯模块可以是GPRS模块或光交换机等，可与远程监控中心进行数据交换，进行参数设置或远程监控。

[0016] 电源管理系统为断路器控制系统提供工作电源，并为操作机构提供大功率的操作电源。

[0017] 单相接地保护控制器对三相电压与三相电流信号的每个周波进行交流采样，并在每点采样后计算提取出各种电气特征量，根据保护的投退、动作的整定值等来确定是否送出保护动作出口信号。对于中性点不接地或经高电阻接地系统：当检测到零序电压大于等于零序电压整定值、零序电流基波大于等于零序电流基波整定值时，单相接地保护控制器即判断零序功率方向，以零序电流滞后零序电压30°～150°为判据发出单相接地告警或保护命令；对于中性点经消弧线圈接地系统：当检测到零序电压大于等于零序电压整定值、零序电流5次基波大于等于零序电流5次基波整定值时，单相接地保护控制器发出单相接地告警或保护命令。

[0018] 电源控制系统收到单相接地保护命令后即为断路器的永磁操作机构提供分闸脉冲电流，使断路器保护跳闸。

[0019] 远程通讯模块收到单相接地告警信号后即传送到远程控制中心。