CN102510128A - 一种智能型低压电网漏电远程监测保护装置 - Google Patents

Abstract

一种智能型低压电网漏电远程监测保护装置，包括零序电流互感器、主开关、漏电保护智能处理模块，漏电保护智能处理模块包括依次顺序电联接的I/U转换器、A/D转换器、数据存储器、中央处理器CPU，中央处理器CPU、跳闸输出接口、主开关、状态量采集接口、中央处理器CPU依次电联接；通信接口分别与中央处理器CPU、远程通信模块相互电联接，远程主站与远程通信模块通讯；中央处理器CPU分别电联键盘、显示屏、声光报警器、时钟模块。其优点是：直观显示、自动存储漏电电流值，报警信息可自动提示；漏电电流精度高、量程范围大；漏电保护延时可任意设定；漏电保护动作可灵活设定；主开关能够迅速切断电源，达到触、漏电保护的目的。

Description

一种智能型低压电网漏电远程监测保护装置

技术领域

本发明属于电网漏电监控设备技术领域，具体涉及一种智能型低压电网漏电远程监测保护装置。

背景技术

漏电保护器是低压电网的一个重要保护性装置，它具有防止人身触电伤亡、防止因漏电引起的电气火灾和电气设备损坏、防止因漏电电流引起的电能损失的作用。目前常用的低压漏电保护器，按引起其动作的电信号的不同特征分类，可分为电压动作型、电流动作型和交流脉冲型等。电流动作型漏电保护器，是我国城乡低压电网使用最广泛的漏电保护器件之一，其主要组成元件是：零序电流互感器TA、放大器A、脱扣器TR和执行元件，低压断路器(即低压开关)为其执行元件。其漏电保护原理如下：当低压电网未发生触电、漏电故障时，根据电路原理可知，三相四线电流的相量和恒为零，即在TA铁芯中所感应的磁通相量和也为零，TA二次侧绕组没有感应电压输出，线路正常供电；当发生触、漏电故障时，三相四线电流的相量和不等于零，即

TA二次侧绕组有感应电压输出，通过放大加在脱扣线圈上，当故障电流Ik达到规定数值时，分励脱扣器就推动脱扣机构动作，使主开关迅速切断电源，达到触、漏电保护的目的。

上述漏电保护器的放大元件，主要采用电磁式和电子式两种放大器，有如下缺陷：1、无法显示和存储低压电网正常运行时及发生触、漏电时的漏电电流值；2、漏电电流量程范围较小，在大电流应用环境(如100A以上电网电流)以上灵敏度提高有困难，或容易导致漏电保护器烧毁；3、保护动作值、动作延时值设定不直观、不精确；4、无法根据低压电网的实际情况需要，进行分级分段设置，执行跳闸或报警任务，无法以远程方式将漏电保护器跳闸动作保护临时性退出；5、所有检测值、状态量、整定值等数据和保护参数，无法进行远程监测和设定；6、无法自动记忆、存储漏电保护器动作时间、数值和次数等事件数据，不便于进行电网漏电保护动作情况分析；7、低压电网运行时的漏电电流大小，无法通过漏电保护器直接采集，无法进行电网漏电电流变化和电网绝缘变化趋势分析。

在农村低压配电网中，安装有总漏电保护器、分路漏电保护器和末端漏电保护器三级漏电保护装置，其中，配电变压器的低压侧通常安装一个总漏电保护器，其设定漏电电流动作值一般为300mA至500mA之间。当分支漏电保护器和家庭漏电保护器本身在发生故障的情况下，低压电网瞬时性漏电故障、周期性漏电故障和永久性漏电故障的发生，常引起总漏电保护器动作，导致整个配变台区电网停电，并且难以快速进行故障点的分析判断和处理，大大降低了供电可靠性。个别极端情况下，由于电网本身绝缘性过低，泄漏电流过大，或接地点难以发现等原因，常导致运行维护人员为保证供电而被迫将漏电保护长期退出或拆除使用，使电网长期处于不安全的运行状态下。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种智能型低压电网漏电远程监测保护装置，它采用数字化、智能化和数字通信技术，实现漏电保护器采集、判断、执行的数字化和智能化；以及实现漏电保护器运行数据的存储、传输、远程监测及调整和控制等功能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种智能型低压电网漏电远程监测保护装置，包括零序电流互感器、主开关、漏电保护智能处理模块，其特征在于：所述漏电保护智能处理模块包括依次顺序电联接的I/U转换器、A/D转换器、数据存储器、中央处理器CPU，所述中央处理器CPU经一跳闸输出接口电联接所述主开关，所述主开关经一状态量采集接口电联接所述中央处理器CPU。

优选的，还包括一通信接口、远程通信模块、远程主站，所述通信接口分别与所述中央处理器CPU、远程通信模块相互电联接，所述远程主站采用网络通信协议与所述远程通信模块相互进行通讯。

优选的，还包括一键盘、显示屏、声光报警器，所述键盘接入所述中央处理器CPU，所述中央处理器CPU分别电联接所述显示屏、声光报警器。

优选的，所述中央处理器CPU还与一时钟模块相互电联接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、可以直观显示当前采集的漏电电流值，定时自动存储采集的漏电电流值，自动存储漏电电流的日、月冻结数据，包括漏电电流的日最大值、最小值、平均值，漏电电流的月最大值、最小值、平均值；2、自动存储其动作时间、数值和次数等事件数据；3、当发生漏电电流越限或漏电保护跳闸事件时，相关事件报警信息可自动提示；4、漏电电流精度高、量程范围大，既可以正确测量mA数量级漏电电流，也可以测量A数量级电流，即其量程范围在10mA～10A之间，甚至更大的量程范围；5、漏电保护延时时长设定的可设定范围大，延时时长最小值为装置固有动作时间，最大延时时长为任意长时间；6、所有漏电保护参数均可在装置本地和远程主站(远程终端)上进行调试和设定；7、漏电保护动作类型可灵活设定，包括越限报警和越限跳闸两种动作类型；可以根据低压电网的实际情况需要，以在本地或远程将漏电保护装置设定为只报警不跳闸、既报警又跳闸；可将漏电电流越限报警值和漏电电流越限跳闸值分别设定，并可以根据需要将跳闸动作保护临时性退出；8、可以有多种漏电电流值-延时时间组合的保护方式，如：漏电的电流值-延时组合分段保护、电流值-延时反时限保护、分级选择性执行方式等；9、可将各项功能集成在安装有配变监控终端的智能型综合配电箱中，无需另外加装专用漏电保护器。

附图说明

图1是本发明实施例的电路结构框图；

图2是本发明的漏电保护流程图；

图3是本发明的分体式组装模式示意图；

图4是本发明的集成式组装模式示意图。

图中标记为：

1、零序电流互感器；2、主开关；3、漏电保护智能处理模块；31、I/U转换器；32、A/D转换器；33、数据存储器；34、中央处理器CPU；35、跳闸输出接口；36、状态量采集接口；37、通信接口；38、远程通信模块；39、键盘；300、显示屏；301、声光报警器；302、时钟模块；4、远程主站。

具体实施方式

下面结合附图实施例，对本发明做进一步描述：

如图1所示，一种智能型低压电网漏电远程监测保护装置，包括零序电流互感器1、主开关2、漏电保护智能处理模块3，所述漏电保护智能处理模块3包括依次顺序电联接的I/U转换器31、A/D转换器32、数据存储器33、中央处理器CPU34；所述中央处理器CPU34、跳闸输出接口35、主开关2、状态量采集接口36、中央处理器CPU34依次顺序电联接；

还包括远程主站4、通信接口37、远程通信模块38、键盘39、显示屏300、声光报警器301、时钟模块302，所述通信接口37分别与所述中央处理器CPU34、远程通信模块38相互电联接，所述远程主站4采用网络通信协议与所述远程通信模块38相互进行通讯；所述键盘39接入所述中央处理器CPU34，所述中央处理器CPU34分别电联接所述显示屏300、声光报警器301；所述中央处理器CPU34与一相互电联接时钟模块302。

零序电流互感器1是漏电电流的交流模拟量采集转换元件，将线路漏电电流值按一定比例关系，转换为适合于其I/I转换单元处理的电流值，以便漏电保护智能处理模块3进行漏电电流数据的数字化采集；I/U转换器31是将漏电电流信号按一定比例关系转换为电压信号，以便A/D转换器32进行漏电电流的模拟/数字转换，实现漏电电流的数字化采集；A/D转换器32将采集和数字化处理后的漏电电流值，传输到数据存储器33，按一定时间序列将数据存储在数据存储器33；中央处理器CPU34是本发明的核心元件，是保护数值整定、判断元件和执行元件；状态量采集接口36用于采集主开关2的分合闸位置状态量；数据存储器33用于存储所采集的一定时间内漏电电流数值，以及漏电保护的整定参数，包括漏电保护动作值、动作时间等；跳闸输出接口35由一个微型继电器构成，用于输出跳闸信号到主开关2的跳闸脱扣线圈，完成主开关2的自动跳闸；通信接口37、远程通信模块38负责接收、传输本发明的数据、状态及相关参数的远程控制整定；键盘39、显示屏300、声光报警器301等外设元件，用于现场对系统的调试、参数整定及运行数据、状态的的显示监测。

本发明按漏电电流采集元件的组装模式，有两种实施方式：

1、分体式：如图3所示，将相线、零线穿过零序电流互感器1，再将断路器串联接入电网相线和零线，零序电流互感器1的二次回路接入漏电保护智能处理模块3的漏电电流交流采集端子；断路器的辅助接点，接入漏电保护智能处理模块3的状态量采集接口36的输入端子，用于监测断路器的分合位置；断路器跳闸线圈，接入漏电保护智能处理模块3的跳闸输出接口35，实现保护跳闸控制。

2、集成式：如图4所示，将交流采集元件、执行元件与漏电保护智能处理模块3封装集成在一个容器内，形成一个完整的具有漏电保护功能的设备。在安装实施时，不必再进行零部件组装，仅需将设备串联接入电网相线和零线，就可实现完整功能。

本发明工作原理和工作过程如下：

如图1、2所示，当发生触、漏电时，零序电流互感器1感生出漏电电流，经I/U转换器31将电流信号转换为电压信号，将电压信号送到A/D转换器32进行模拟数据采样，将电压信号进行模拟/数字转换，将数字化后的漏电电流信号存储在数据存储器33中。

完成漏电电流I的采集后，漏电保护智能处理模块3按附图2所示流程进行比较判断。其中，Io为漏电电流，Ie为漏电动作或报警整定值，T为漏电电流越限累计时间，Te为漏电报警或跳闸动作延时整定值，t为漏电计时步长。当漏电电流Io大于整定电流Ie时，若漏电电流越限累计时间T小于延时整定值Te，按计时步长t进行延时累加；当T大于Te时，跳闸输出接口输出漏电报警信号或跳闸信号到主开关的跳闸执行机构，接通主开关分励脱扣器跳闸线圈，断开主开关。当I小于Ie时，计时器T复位清零。

漏电保护跳闸动作过程还必须通过状态量采集接口36来协助完成，状态量采集接口36与主开关2的辅助接点相连接，用于检测主开关2处于合闸位置还是分闸位置。当中央处理器CPU34判定漏电电流越限且延时超时后，在发出跳闸指令到跳闸输出接口前，先读取状态量采集接口36的状态量，如果主开关2处于合闸位置，就发出跳闸指令脉冲信号到跳闸输出接口35，启动跳闸输出接口35的微型继电器，接通主开关2跳闸线圈电源，断开主开关2，并再次读取状态量采集接口36的状态量，检查主开关2是否处于分闸位置，如果主开关2处于分闸位置，跳闸过程完成，形成跳闸事件记录并将事件相关信息写入数据存储器33；如果主开关2仍处于合闸闸位置，则表明跳闸不成功，启动异常处理流程，并将相关异常事件信息写入数据存储器33。如果主开关2处于分闸位置，中央处理器CPU34不再输出跳闸指令，直接启动异常处理流程，并将相关事件信息写入数据存储器。启动异常处理流程包含的内容有跳闸重试、异常信息显示、装置异常声光报警、异常信息形成事件报文上报到远程主站等。

当将本发明设定为漏电报警、漏电保护跳闸分段执行时，其处理过程仍按附图2所示流程进行比较判断，但其Ie为漏电整定值有两个，一个为漏电报警值I_e1，一个为漏电保护动作值I_e2，并且漏电报警值I_e1必须小于漏电保护动作值I_e2。如果漏电电流Io大于I_e1且小于I_e2并满足延时条件时，中央处理器CPU34发出报警指令到声光报警器301，启动漏电指示的声光报警器301；如果漏电电流Io大于I_e2并满足延时条件时，中央处理器CPU34发出跳闸指令脉冲信号到跳闸输出接口35，启动跳闸流程。

当将本发明设定为不进行漏电保护跳闸只进行漏电报警时，如果漏电电流Io大于漏电报警值I_e1并满足延时条件时，中央处理器CPU34发出报警指令到声光报警器301，启动漏电指示的声光报警器301。

本发明运行时，所监控电网因漏电发生的漏电电流越限报警、漏电电流越限保护跳闸事件，以及跳闸指令发出后主开关2执行情况等判断、动作结果均由中央处理器CPU34形成带有时间戳的事件报文，将事件报文写入数据存储器33，并将相关事件信息传输到液晶的显示屏300。如果装置的远程通信模块38与远程主站4的数据链路保持连接状态，中央处理器CPU34根据需要将事件报文经通信接口37、远程通信模块38按约定的数据传输规约实时地传输到远程主站4；如果事件报文传输不成功或数据链路暂时处于断开状态，中央处理器CPU34将在远程通信模块38与远程主站4的数据链路连接成功时，自动补充传输事件报文到远程主站4。

本发明运行时，即使监控电网没有发生漏电事件，或漏电电流小于设定报警或保护动作值，中央处理器CPU34也不断从数据存储器33读取当前漏电电流值进行分析处理，形成漏电电流平均值、最大值、最小值等统计数据，并根据需要在液晶的显示屏300上显示相关数据，或者定时将相关数据按约定的数据传输规约上传到远程主站4，以便远程主站4进行存储和进一步分析。

上述的漏电报警或跳闸动作延时整定值Te、漏电动作或报警整定值Ie均可通过装置的键盘39输入进行本地整定，也可以通过通信接口37进行远程整定。

通信接口37、远程通信模块38是装置进行远程参数设定、运行状态检测控制所必需的部分。根据现场通信条件，采用不同通信方式和相应的通信模块，如：GPRS通信模块、zigbee通信模块、红外通信模块、蓝牙通信模块、485通信模块、光纤通信模块、RJ45通信模块等。通信在线方式可采用实时在线通信或定时通信方式。

主开关2是装置的漏电跳闸保护执行模块，一般可根据应用场合，采用适当容量的、带有辅助接点和分励脱扣器的低压断路器。

远程主站4是装置的远程通信、监测、调试和控制设备，它包含主站通信设备、通信前置机、主站系统设备和软件等，实现方式可采用网络通信设备、服务器、计算机组成主站，也可在单台计算机加装通信板卡、安装相关软件组成远程主站4；远程主站4也可以代之以远程终端，采用PDA掌上电脑安装相关软件组成远程终端。需要说明的是，如果不需要远程实时监控，远程主站4或远程终端并非本装置的必要配件，只要装置完成了必要参数配置和正确的电气连接，即可正常运行。

还包含键盘39、显示屏300、声光报警器301等外设元件。键盘39用于本地输入参数，查询浏览装置参数、事件记录和运行数据、运行状况；显示屏300用于显示运行信息和参数；声光报警器301用于提示运行状况和漏电电流越限本地报警；时钟模块302是计时设备，为装置提供日期、小时、分、秒等时间信息，时钟模块302自带电池电源，当装置断电时，时钟模块302仍然继续运行和计时，确保整个装置的时间是准确的；时钟模块302时间的整定是通过键盘39进行修改的，并可通过液晶的显示屏300显示当前时间。

附图2所示的漏电保护流程，仅例举了为实现最简单的延时速断漏电保护方式，通过编写不同的保护程序，还可以实现漏电的电流值-延时组合分段保护、电流值-延时反时限保护、分级选择性执行方式等。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种智能型低压电网漏电远程监测保护装置，包括零序电流互感器、主开关、漏电保护智能处理模块，其特征在于：所述漏电保护智能处理模块包括依次顺序电联接的I/U转换器、A/D转换器、数据存储器、中央处理器CPU，所述中央处理器CPU经一跳闸输出接口电联接所述主开关，所述主开关经一状态量采集接口电联接所述中央处理器CPU。

2.根据权利要求1所述的智能型低压电网漏电远程监测保护装置，其特征在于：还包括一通信接口、远程通信模块、远程主站，所述通信接口分别与所述中央处理器CPU、远程通信模块相互电联接，所述远程主站采用网络通信协议与所述远程通信模块相互进行通讯。

3.根据权利要求1或2任一所述的智能型低压电网漏电远程监测保护装置，其特征在于：还包括一键盘、显示屏、声光报警器，所述键盘接入所述中央处理器CPU，所述中央处理器CPU分别电联接所述显示屏、声光报警器。

4.根据权利要求3所述的智能型低压电网漏电远程监测保护装置，其特征在于：所述中央处理器CPU还与一时钟模块相互电联接。

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