CN102005720B

CN102005720B - 中性线断线检测保护方法及装置

Info

Publication number: CN102005720B
Application number: CN 201010514295
Authority: CN
Inventors: 雍静; 牛亮亮; 曾礼强; 杨岳; 杨本强; 王晓静
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2010-10-21
Filing date: 2010-10-21
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2030-10-21
Also published as: CN102005720A

Abstract

本发明涉及一种中性线断线检测保护方法及装置，属于低压系统保护技术领域，该方法及装置针对的对象是含有单相负荷的低压配电系统，该装置由电流互感器、继电器、一次重合闸装置、断路器及其外部附件组成，该方法通过在断路器跳闸前和断路器重合闸后两次检测中性线上的电流情况来判断中性线是否断线，在中性线发生断线时自动断开供电电源并进行声光报警；本发明所用元器件数量不多，电路简单，易于实现，不仅可以有效检测出中性线断线故障并切断电源，还可以检测判断出在中性线完好的情况下三相负荷的运行投入是否暂时达到平衡。

Description

中性线断线检测保护方法及装置

技术领域

本发明涉及一种低压系统保护方法和装置，特别涉及到一种中性线断线检测保护方法和装置。

背景技术

在现有的低压配电系统中，供电方式广泛采用三相四线制，三相四线制配电系统中，由于配电变压器二次侧中性点接地完好，中性线与三相线构成一个实用有效的整体，在三相负荷不对称系统中，中性线的存在是保证三相负荷电压降对称的基本条件。一根相线发生断线，只有该相负载供电中断，对负载的安全并不构成危害，但中性线断线，将发生中性点偏移现象，使得三相电压不能保持平衡，导致负荷侧各相电压较正常电压过高或过低，用电设备不能正常工作。目前低压系统中存在着大量不可预料的中性线断线事故，具体原因包括谐波过载、盗线、施工等。

虽然在对低压配电系统进行设计时总是尽可能使三相负荷得以平衡，但在实际运行过程中，三相负荷完全平衡的情况几乎很少出现，因此在中性线完好的情况下，其中会流过三相不平衡电流。另外，即使三相负载完全对称，当系统处于暂态过程时，其三相电流的矢量和也不为零，例如，一个配电系统在断路器合闸后的一小段时间里，即使三相负荷对称，如果中性线完好，也会有电流通过中性线。

因此，急需一种能自动检测判断中性线是否处于中断并迅速切断电源的装置，从而保护用电设备及人身安全。

发明内容

有鉴于此，为了解决上述问题，本发明的目的之一是提出一种针对含有单相负荷的低压配电系统中性线断线检测保护方法；本发明的目的之二是提出一种针对含有单相负荷的低压配电系统中性线断线检测保护装置。

本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供的一种中性线断线检测保护方法，包括以下步骤：

（1）通过三相电流互感器检测相线中的电流，如果任何一相中都没检测到电流，则继续检测；如检测到至少一相中有电流流过，则说明系统中有负荷投入运行，相应过电流继电器的常开触点闭合，为之后的断路器动作做好准备；

（2）由于中性线在完好的情况下一般都有一定的电流从其中通过，故通过单相电流互感器检测中性线中的电流，如中性线有电流流过，则断路器不动作，并继续对其电流进行检测；如无电流从中性线中流过，则说明存在中性线发生断线或者三相负荷在这一时刻达到平衡两种可能情况，这时通过过电流继电器常闭触点接通断路器的电动分闸线圈使断路器跳闸；

（3）在断路器跳闸后，通过一次重合闸装置的控制使断路器在短时间内重合闸；

（4）基于断路器重合闸后中性线中电流暂态过程的有关性质，在断路器重合闸后，再次对中性线上的电流进行检测，如果检测到有电流通过，则断路器不动作，说明中性线完好，返回第（1）步继续检测，之前中性线上无电流的情况是由于三相负荷暂时对称而造成的；

（5）如果依然没有检测到电流，则说明中性线确实是断了，再次通过过电流继电器的常闭触点接通断路器的电动分闸线圈使断路器跳闸，并且不再重合闸，切断供电电源。

进一步，在断路器经过一次重合闸后再次跳闸时，启动声光报警电路进行声光报警。

本发明的目的之二是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供的中性线断线检测保护装置由电流检测单元、继电器组、断路执行单元、一次重合器和声光报警电路组成：

电流检测单元，用于检测三相供电系统相线和中性线中的电流；

继电器组，根据电流检测单元的检测结果实现继电器组的接通与断开；

断路执行单元，根据继电器组的通断来控制整个三相电源电路的通断；

一次重合器，根据继电器组的通断和断路执行单元的工作状态来实现断开的电路重新接通；

声光报警电路，根据断路执行单元的通断情况来进行声光报警。

进一步，所述电流检测单元包括单相电流互感器和三相电流互感器，中性线从所述单相电流互感器的一次侧中穿过，供电线路的三根相线分别从所述三相电流互感器的一次侧中穿过；

进一步，所述继电器组包括自锁按钮开关、中间继电器、第一过电流继电器、第二过电流继电器、第三电流继电器和第四过电流继电器；所述第一过电流继电器的线圈与单相电流互感器的二次侧相连接，所述第二过电流继电器的线圈、第三过电流继电器的线圈、第四过电流继电器的线圈分别与三相电流互感器的二次侧相连接；所述第二过电流继电器的常开触点、第三过电流继电器的常开触点、第四过电流继电器的常开触点并联后与第一过电流继电器的常闭触点、断路器的电动分闸线圈串联连接在控制电路电源上，以控制装置的启停；所述自锁按钮开关的一对动合触点、中间继电器线圈和断路器辅助常闭触点串联连接在控制电路电源上；

进一步，所述断路执行单元为连接在需要控制的三相电源的三相线上的断路器，通过断路器外部附件中的电动操作机构来实现断路器的重合闸；

进一步，所述一次重合器为一次重合闸装置；所述一次重合闸装置的中间元件电流绕组接线端口与所述断路器电动合闸线圈一端连接，所述断路器电动合闸线圈的另一端连接在中间继电器线圈和断路器辅助常闭触点相连接处；所述一次重合闸装置的中间元件保持触点接线端口和时间元件线圈接线端口连接在自锁按钮开关和中间继电器线圈相连接处；所述中间继电器的常开触点连接在一次重合闸装置的时间元件瞬动触点接线端口与电源负极之间；所述一次重合闸装置的电容器接线端口和调整充电时间电位器接线端口连接在电源电路的负接线端；

进一步，本发明还包括声光报警电路；所述声光报警电路包括直流电源、断路器辅助常闭触点、第一限流电阻、第二限流电阻、发光二极管和蜂鸣器，所述自锁按钮开关的另一对动合触点、断路器辅助常闭触点、第一限流电阻、发光二极管依次串联连接在所述直流电源上，所述第二限流电阻和蜂鸣器串联后并联在所述第一限流电阻和发光二极管组成的电路两端。

本发明的有益效果在于：本发明通过在断路器跳闸前和断路器重合闸后两次检测中性线上的电流情况来判断中性线是否断线，在中性线发生断线时自动断开供电电源，保护设备，避免设备使用寿命缩短甚至被烧毁的危险；所用元器件少，电路简单，易于实现，不仅能有效检测出中性线断线故障并切断电源，而且在检测中性线是否发生断线故障的同时，还可以检测出在中性线完好的情况下三相负荷的运行投入是否暂时达到平衡。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为中性线断线检测保护装置的主电路连接图；

图2为中性线断线检测保护装置的控制电路连接图；

图3为中性线断线检测保护装置的声光报警电路连接图；

图4为中性线断线检测保护方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述。

图1为中性线断线检测保护装置的主电路连接图；图2为中性线断线检测保护装置的控制电路连接图；如图所示，本发明提出的中性线断线检测保护装置由电流检测单元、继电器组、断路执行单元、一次重合器和和声光报警电路组成：

一次重合器，根据继电器组的通断和断路执行单元的工作状态来实现断开的电路重新接通。

本发明实施例中的电流检测单元包括单相电流互感器CT1和三相电流互感器CT2。中性线N从所述单相电流互感器CT1的一次侧中穿过，三根相线A、B、C分别从所述三相电流互感器CT2的一次侧中穿过。

本发明实施例中的继电器组包括带两对触头的动合自锁按钮开关SB（此处用其中一对）、中间继电器1KA、第一过电流继电器1KI、第二过电流继电器2KI、第三过电流继电器3KI和第四过电流继电器4KI。所述第一过电流继电器1KI的线圈与单相电流互感器CT1的二次侧相连接，所述第二过电流继电器2KI的线圈、第三过电流继电器3KI的线圈、第四过电流继电器4KI的线圈分别与三相电流互感器CT2的二次侧相连接；所述第二过电流继电器2KI的常开触点、第三过电流继电器3KI的常开触点、第四过电流继电器4KI的常开触点并联后与第一过电流继电器1KI的常闭触点、断路器QF的电动分闸线圈OF串联连接在控制电路电源上；所述自锁按钮开关SB的一对动合触点、中间继电器线圈1KA和断路器辅助常闭触点QF1串联连接在控制电路电源上。

本发明实施例中的断路执行单元为连接在需要控制的供电线路三相线上的断路器QF。

本发明实施例中的一次重合器为DCH-1型一次重合闸装置，其中所用接线端口分别为：中间元件电流绕组接线端口是1接线柱，中间元件保持触点接线端口是2接线柱，电容器接线端口是3接线柱，调整充电时间电位器接线端口是5接线柱，时间元件瞬动触点接线端口是7接线柱，时间元件线圈接线端口是8接线柱；所述一次重合闸装置的1接线柱与所述断路器电动合闸线圈OH一端连接，所述断路器电动合闸线圈OH的另一端连接在中间继电器线圈1KA和断路器辅助常闭触点QF1相连接处；所述一次重合闸装置的2接线柱和8接线柱连接在自锁按钮开关SB和中间继电器线圈1KA相连接处；所述中间继电器的常开触点1KA连接在一次重合闸装置的7接线柱与电源负极之间；所述一次重合闸装置的3接线柱和5接线柱连接在电源电路的负接线端。

装置接入电路后，按下按钮SB，当断路器合闸后，首先通过三相电流互感器CT2检测三根相线中的电流，如果在某相中检测到有电流流过，说明这一相中有负荷投入运行，则相应的过电流继电器线圈得电，其常开触点闭合，为之后的中性线断线检测做准备。接着通过电流互感器CT1检测中性线上的电流，若检测到的电流值低于过电流继电器1KI的设定值，则过电流继电器1KI的常闭触点恢复，启动相关元件使断路器QF跳闸。QF跳闸后，其辅助触点QF1闭合，中间继电器1KA启动，其常开触点得电闭合，启动一次重合闸装置DCH-1，通过相关动作，接通断路器电动合闸线圈OH，并使其保持通电到断路器重合闸完毕，然后触点QF1断开，OH失电。

一次重合闸装置促使断路器接通后，单相电流互感器CT1继续对中性线上的电流进行检测，如果其电流值高于过电流继电器1KI的设定值，则电路维持原来的状态继续运行。如果其电流值依然低于过电流继电器1KI的设定值，则过电流继电器1KI的常闭触点依然为闭合状态，接通断路器电动分闸线圈使断路器再次跳闸。此时，依据一次重合闸装置DCH-1的相关功能，可以保证断路器不再重合闸，说明中性线已断线，切断供电电源。

图3为中性线断线检测保护装置的声光报警电路连接图。本发明实施例中的声光报警电路包括直流电源、断路器辅助常闭触点QF2、第一限流电阻R1、第二限流电阻R2、发光二极管D1和蜂鸣器U1，所述自锁按钮开关SB的另一对动合触点、断路器辅助常闭触点QF2、第一限流电阻R1、发光二极管D1依次串联连接在所述直流电源上，所述第二限流电阻R2和蜂鸣器U1串联后并联在所述第一限流电阻R1和发光二极管D1组成的电路两端。

当线路投入使用，手动按下控制电路的按钮开关SB后，此处电路也即接通，为声光报警做好准备。当断路器第一次跳闸后，其常闭触点QF2闭合，这时临时接通了声光报警回路，但断路器会在相关控制下很快地重合闸，即QF2会快速断开。由于断路器重合闸的时间及其短暂，故在QF第一次跳闸后，蜂鸣器只会发出一声急促的叫声，甚至无法听到其叫声。断路器重合闸后，如中性线完好，则QF不再二次跳闸，声光报警回路继续保持开路；如中性线断线，则QF会发生二次跳闸，并不再重合闸，此时声光报警回路会持续接通，发出声光警报，从而引起工作人员的注意，工作人员发现后可断开按钮开关，并对相关故障进行排查。

图4为中性线断线检测保护方法的流程图；本发明实施例中的中性线断线检测保护方法，包括以下步骤：

（1）通过三相电流互感器检测相线中的电流，如果任何一相中都没检测到电流，则继续检测；如检测到至少一相中有电流流过，则通过单相电流互感器检测中性线电流，如中性线有电流流过，则继续对其电流进行采集，断路器不动作；如无电流从中性线中流过，通过过电流继电器常闭触点接通断路器的电动分闸线圈使断路器跳闸；

（2）在断路器跳闸后，通过一次重合闸装置的控制使断路器在短时间内再一次合闸；

（3）在断路器重合闸后，再次对中性线上的电流进行检测，如果检测到有电流通过，则断路器不动作，返回第（1）步继续检测；如果没有检测到电流，则再次通过过电流继电器的常闭触点接通断路器的电动分闸线圈使断路器跳闸，并且不再重合闸。

本发明实施例中的中性线断线检测保护方法还包括在断路器经过一次重合闸后再次跳闸时，启动声光报警电路进行声光报警。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.中性线断线检测保护方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）检测相线中的电流，如果任何一相中都没检测到电流，则继续检测；如检测到至少一相中有电流流过，则检测中性线上的电流，如中性线有电流流过，则继续对其电流进行检测，断路器不动作；如无电流从中性线中流过，则使断路器跳闸；

（2）在断路器跳闸后，通过一次重合闸装置使断路器重合闸；

（3）在断路器重合闸后，再次对中性线上的电流进行检测，如果检测到有电流通过，则断路器不动作，返回第（1）步继续检测；如果没有检测到电流，再次使断路器跳闸，并且不再重合闸；

所述断路器跳闸采用过电流继电器常闭触点与断路器的电动分闸线圈接通来实现；

在断路器经过一次重合闸后再次跳闸时，启动声光报警电路进行声光报警；

所述一次重合闸是根据继电器组的通断和断路执行单元的工作状态来实现断开电路的重新接通；所述一次重合闸为DCH-1型一次重合闸装置；

所述相线中的电流的检测采用电流检测单元来进行，所述电流检测单元包括单相电流互感器(CT1)和三相电流互感器(CT2)，中性线从所述单相电流互感器(CT1)的一次侧中穿过，三根相线分别从所述三相电流互感器(CT2)的一次侧中穿过；

所述电流检测单元的检测结果用于实现继电器组相应触点的接通与断开；所述继电器组包括含有两对动合触点的自锁按钮开关(SB)、中间继电器(1KA)、第一过电流继电器(1KI)、第二过电流继电器(2KI)、第三过电流继电器(3KI)和第四过电流继电器(4KI)；所述第一过电流继电器(1KI)的线圈与单相电流互感器(CT1)的二次侧相连接，所述第二过电流继电器(2KI)的线圈、第三过电流继电器(3KI)的线圈、第四过电流继电器(4KI)的线圈分别与三相电流互感器(CT2)的二次侧相连接；所述第二过电流继电器(2KI)的常开触点、第三过电流继电器(3KI)的常开触点、第四过电流继电器(4KI)的常开触点并联后与第一过电流继电器(1KI)的常闭触点、断路器(QF)的电动分闸线圈(OF)串联连接在控制电路电源上；所述自锁按钮开关(SB)的一对动合触点、中间继电器(1KA)的线圈和断路器辅助常闭触点(QF1)串联连接在控制电路电源上；

所述断路执行单元为连接在需要控制的供电线路三相线上的断路器(QF)。

2.中性线断线检测保护装置，其特征在于：包括电流检测单元、继电器组、断路执行单元、一次重合器和声光报警电路：

继电器组，根据电流检测单元的检测结果实现继电器组相应触点的接通与断开；

断路执行单元，根据继电器组的通断信号来控制整个三相电源电路的通断；

一次重合器，根据继电器组的通断和断路执行单元的工作状态来实现断开电路的重新接通；

声光报警电路，根据断路执行单元的通断情况来进行声光报警；

所述电流检测单元包括单相电流互感器(CT1)和三相电流互感器(CT2)，中性线从所述单相电流互感器(CT1)的一次侧中穿过，三根相线分别从所述三相电流互感器(CT2)的一次侧中穿过；

所述继电器组包括含有两对动合触点的自锁按钮开关(SB)、中间继电器(1KA)、第一过电流继电器(1KI)、第二过电流继电器(2KI)、第三过电流继电器(3KI)和第四过电流继电器(4KI)；所述第一过电流继电器(1KI)的线圈与单相电流互感器(CT1)的二次侧相连接，所述第二过电流继电器(2KI)的线圈、第三过电流继电器(3KI)的线圈、第四过电流继电器(4KI)的线圈分别与三相电流互感器(CT2)的二次侧相连接；所述第二过电流继电器(2KI)的常开触点、第三过电流继电器(3KI)的常开触点、第四过电流继电器(4KI)的常开触点并联后与第一过电流继电器(1KI)的常闭触点、断路器(QF)的电动分闸线圈(OF)串联连接在控制电路电源上；所述自锁按钮开关(SB)的一对动合触点、中间继电器(1KA)的线圈和断路器辅助常闭触点(QF1)串联连接在控制电路电源上；

3.如权利要求2所述的中性线断线检测保护装置，其特征在于：所述一次重合器为一次重合闸装置；所述一次重合闸装置的中间元件电流绕组接线端口与断路器电动合闸线圈(OH)一端连接，所述断路器电动合闸线圈(OH)的另一端连接在中间继电器(1KA)线圈和断路器辅助常闭触点(QF1)公共接线端；所述一次重合闸装置的中间元件保持触点接线端口和时间元件线圈接线端口连接在自锁按钮开关(SB)和中间继电器(1KA)线圈相连接处；所述中间继电器(1KA)的常开触点连接在一次重合闸装置的时间元件瞬动触点接线端口与电源负极之间；所述一次重合闸装置的电容器接线端口和调整充电时间电位器接线端口分别与电源电路的负接线端相连。

4.如权利要求2至3中任一所述的中性线断线检测保护装置，其特征在于：所述声光报警电路包括直流电源、断路器辅助常闭触点(QF2)、第一限流电阻(R1)、第二限流电阻(R2)、发光二极管(D1)和蜂鸣器(U1)；所述自锁按钮开关(SB)的另一对动合触点、断路器辅助常闭触点(QF2)、第一限流电阻(R1)、发光二极管(D1)依次串联连接在所述直流电源上；所述第二限流电阻(R2)和蜂鸣器(U1)串联后并联在所述第一限流电阻(R1)和发光二极管(D1)组成的电路两端。