CN103107513A - 大容量智能快速开关 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种能够在短路故障发生时快速分断电路的大容量智能快速开关，有电流互感器、快速操动机构及控制快速操动机构的中央处理单元，所述电流互感器的输出与三相电流采样信号处理电路相接，三相电流采样信号处理电路与中央处理单元相接，三相电流采样信号处理电路将每获得一个采样点的信号进行处理后送至中央处理单元进行回归方程的显著性检验，当检验结果连续两次低于设定值时，中央处理单元输出分闸信号至快速操动机构。
Description
技术领域
本发明属于电力高压开关领域，尤其涉及一种能够在短路故障发生时快速分断电路的大容量智能快速开关。
背景技术
短路故障是电力系统中最严重的工况之一，当电力系统发生短路故障时，短路器需要立即分断电路以保护连接在系统上的其它设备。目前，所设断路器需要立即分断电路以保护连接在系统上的其它设备。目前，所设置的断路器有些是以电磁斥力机构或永磁机构为驱动装置，当检测装置检测到发生短路故障后，输出控制信号至操动机构，使电磁斥力机构的静斥力线圈和动斥力线圈通入方向相反的电流，以产生涡流使绝缘拉杆动作；或者使永磁机构的分闸线圈得电，驱动动铁芯，使与动铁芯相连的驱动杆动作。现有检测装置主要是对短路电流的幅值进行检测，由于短路电流中存在快速衰减的非周期分量，加之检测环节存在互感器磁饱和等多种因素影响，只有当短路电流远大于额定值时才能准确地做出短路故障判断；又由于受到线路阻抗、短路初始状态的影响，短路故障初期的电流上升速度较慢，判断阈值需要较长的时间；加之现有断路器操动机构的分闸时间长达60~200ms，导致故障切除所需时间较长，长时间的短路电流会对系统造成严重危害，以至于缩短系统中设备的使用寿命。
发明内容
本发明是为了解决现有技术所存在的上述技术问题，提供一种能够在短路故障发生时快速分断电路的大容量智能快速开关。
本发明的技术解决方案是：一种大容量智能快速开关，有电流互感器、快速操动机构及控制快速操动机构的中央处理单元，其特征在于：所述电流互感器的输出与三相电流采样信号处理电路相接，三相电流采样信号处理电路与中央处理单元相接，三相电流采样信号处理电路将每获得一个采样点的信号进行处理后送至中央处理单元进行回归方程的显著性检验，当检验结果连续两次低于设定值时，中央处理单元输出分闸信号至快速操动机构。
所述三相电流采样信号处理电路使用连续电流采样，每个周期的采样数为N；所述回归方程的显著性检验是记录连续N个点的采样值，对每个电流采样值按下式计算，所得计算值F0为检验结果：
A式中，
为N个采样点的电流平均值，y i 为各个采样点的电流值，
为各个采样点的理想电流值；
所述 ……B
B式中，ω为系统角频率，a、b为系统稳定时的电流系数。
所述快速操动机构由电磁斥力机构和永磁机构串接而成，即电磁斥力机构的绝缘拉杆与永磁机构的驱动杆固定相接，电磁斥力机构的外壳与永磁机构的外壳固定相接，所述中央处理单元输出分闸信号分别至电磁斥力机构和永磁机构。
本发明可以实时检测电流的变化，回归方程本身具有滤波的作用，不受互感器磁饱和的影响，可快速（3ms以内）准确地检测出故障，配合快速分闸（分闸时间5ms）操作，能够在故障后第一个周波内有效分闸，减少了短路故障对系统的危害。本发明采用的快速机构结构简单、工业实现方便，运行可靠、寿命长且不受外界环境干扰。
附图说明
图1为本发明的电气原理框图。
图2为本发明的动作时序图。
图3为本发明的快速操作机构的外部结构示意图。
图4为本发明的快速操作机构的内部结构示意图。
具体实施方式
如图1所示：本发明与现有技术一样，三相电源线路通过断路器等开关与负载相接，与三相电源输出线路相接有电流互感器，断路器等开关由快速操动机构驱动，快速操动机构由中央处理单元控制，与现有技术所不同的是所述互感器的输出与三相电流采样信号处理电路相接，三相电流采样信号处理电路与中央处理单元相接，三相电流采样信号处理电路将每获得一个采样点的信号进行处理后送至中央处理单元进行回归方程的显著性检验，当检验结果连续两次低于设定值时，中央处理单元输出分闸信号至快速操动机构。
所述三相电流采样信号处理电路使用连续电流采样，每个周期的采样数为N；所述回归方程的显著性检验是记录连续N个点的采样值，对每个电流采样值按下式计算，所得计算值F0为检验结果：
A式中，
为N个采样点的电流平均值，y i 为各个采样点的电流值，
为各个采样点的理想电流值；
所述
……B
B式中，ω为系统角频率，a、b为系统稳定时的电流系数。
所述快速操动机构是由现有的电磁斥力机构1和现有的永磁机构2串接而成，即电磁斥力机构的绝缘拉杆3与永磁机构的驱动杆4的上端固定相接，电磁斥力机构的外壳12与永磁机构的外壳13通过端盖14固定相接，所述中央处理单元输出分闸信号分别至电磁斥力机构1和永磁机构2。
工作过程：
本发明通过电流互感器对三相电流进行实时采样，并通过三相电流采样信号处理电路对所采样信号进行滤波、调理和数模转换等处理后进入中央处理单元。所述电流互感器有一定的保护功能，即能在短路故障下正常工作，一般电力系统使用的采样频率为4kHz，因此此处设每个周期的采样点数N为80。
电力系统正常工作时，线路的电压和电流都是相对平稳的，为工频交流波形，其表达式为式B。已知电流采样值，可以用傅里叶算法计算参数a、b的值。发生短路故障时，电流幅值发生较大的变化并出现非周期分量，此时a、b的值会发生变化，因此可以对其进行假设检验，即回归方程的显著性检验，从而判断故障的发生。
其具体过程如下：
记录连续N个点的采样值，通过式A得到假设检验F0值。系统无短路故障时，F0值会大于一个限定值F0-_min（如3.6），当连续出现两次F0值小于F0_min的情况时，故障发生的概率在99%以上，从故障发生到有效检测出故障的时间t_det在3ms以内。
中央处理单元检测到故障发生后，选择相控操作或非相控操作策略，发出分闸命令，机构在很短的时间内动作到位，从而切除短路故障。动作时序图如图3所示。非相控操作时，故障后经过t_det检测时间，直接发出分闸命令，经过断路器的固有分闸时间t_open后触头分离，再经过一段燃弧时间t_arc_d后在电流零点熄弧；这时可以并联电抗器或电阻器等进行限流。相控操作时，检测到故障后首先需要在相控算法时间t_alg内预测有效过零点，计算等待时间t_w，等待时间到达后，发出分闸命令，当触头分离后经过最小燃弧时间t_arc_t后在电流零点熄弧。
系统正常运行时，快速操动机构处在合闸位置。当快速操动机构接到分闸命令后，电磁斥力机构的静斥力线圈和动斥力线圈通方向相反的电流，同时永磁机构的分闸线圈通入一定方向的电流（使线圈产生的磁力线与永磁体产生的磁力线方向相反），使动铁芯在动、静斥力线圈所产生的斥力和分闸线圈所产生的磁力线的作用下运动，能够实现5ms快速分闸操作。动铁芯处于分闸位置时线圈中无激磁电流，机构内的磁场为永磁体单独作用产生的，由于机构上端气隙磁阻较大，只有一小部分磁力线从端盖通过，从而使机构能够保持在分闸位置。
Claims (3)
1.一种大容量智能快速开关，有电流互感器、快速操动机构及控制快速操动机构的中央处理单元，其特征在于：所述电流互感器的输出与三相电流采样信号处理电路相接，三相电流采样信号处理电路与中央处理单元相接，三相电流采样信号处理电路将每获得一个采样点的信号进行处理后送至中央处理单元进行回归方程的显著性检验，当检验结果连续两次低于设定值时，中央处理单元输出分闸信号至快速操动机构。
2.根据权利要求1所述的大容量智能快速开关，其特征在于：所述三相电流采样信号处理电路使用连续电流采样，每个周期的采样数为N；所述回归方程的显著性检验是记录连续N个点的采样值，对每个电流采样值按下式计算，所得计算值F0为检验结果：
A式中，
为N个采样点的电流平均值，y i 为各个采样点的电流值，
为各个采样点的理想电流值；
所述
……B
B式中，ω为系统角频率，a、b为系统稳定时的电流系数。
3.根据权利要求1或2所述的大容量智能快速开关，其特征在于：所述快速操动机构由电磁斥力机构（1）和永磁机构（2）串接而成，即电磁斥力机构的绝缘拉杆（3）与永磁机构的驱动杆（4）固定相接，电磁斥力机构的外壳（12）与永磁机构的外壳（13）固定相接，所述中央处理单元输出分闸信号分别至电磁斥力机构（1）和永磁机构（2）。
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| US7483254B1 (en) * | 2007-09-24 | 2009-01-27 | Wang Guangshun | Control circuit of a bistable permanent magnet operating mechanism |
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| 黄智慧: "《短路故障的相控开断及在光控真空模块中的应用研究》", 《中国博士学位论文全文数据库》 * |
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