CN103560479B - 一种应用于断路器重合闸的负载线路故障检测电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的应用于断路器重合闸的负载线路故障检测电路及方法，包括，检测电路：与负载线路连接，检测负载线路；所述检测电路包括短路检测电路和漏电检测电路，分别用于检测所述负载线路的短路故障和漏电故障；控制器：与所述检测电路和断路器分别连接，在断路器合闸前，控制所述检测电路对负载线路进行检测。上述电路是在负载正常工作时的漏电保护、短路保护和过载保护的基础上对故障后断路器重合闸前进行故障检测，使负载线路消除故障后再合闸，提高了重合闸断路器的安全性能。有效避免了现有技术中的断路器在重新合闸前无法确定线路故障是否消除，存在安全隐患的问题。

Description

一种应用于断路器重合闸的负载线路故障检测电路及方法

技术领域

本发明涉及一种应用于断路器重合闸的负载线路故障检测电路及方法。具体地说一种应用于断路器重合闸前的负载线路短路故障和漏电故障检测电路及方法，属于电力系统继电保护技术领域。

背景技术

断路器（英文名称：circuit-breaker，circuit breaker）是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流，并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件（包括短路条件）下的电流的开关装置。在现有的输配电系统中，目前的自动重合闸断路器只有断电重合闸功能，这种自动重合闸断路器，在有故障时能自动断开负载线路加以保护，延时一段时间后再重新合闸，且重合闸的次数为安全考虑而一般限制为3次，目前的自动重合闸断路器，当线路发生短路故障时，自动重合闸断路器断电，延时一段时间后再合闸；若此时负载故障没有被排除而再合闸，会扩大线路的故障甚至发生起火的危险。同样，当有人触电时，自动重合闸断路器断电，延时一段时间后再合闸，尽管漏电重合闸断路器对漏电故障的重合闸次数设置为1次，但此时触电人员没有脱离电网时将会造成人身的二次伤害，危害到人员的生命，导致不安全事故发生。

现有的自动重合闸断路器仅仅是对线路正常工作时的漏电保护、短路保护和过载保护，主要是用于线路正常运行时负载发生故障的跳闸断电保护措施，保护跳闸后间隔一段时间将直接自动重合闸，无法确定线路故障是否消除，若此时线路故障没有排除而重合闸势必会造成新的故障、扩大故障范围，带来更大的损失。

发明内容

为此，本发明所要解决是现有技术中的断路器在重新合闸前无法确定线路故障是否消除，存在安全隐患的问题，从而提供一种合闸前进行故障检测、提高了重合闸断路器的安全性能的应用于断路器重合闸的负载线路故障检测电路及方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种应用于断路器重合闸的负载线路故障检测电路，包括：

检测电路：与负载线路连接，检测负载线路；所述检测电路包括短路检测电路和漏电检测电路，分别用于检测所述负载线路的短路故障和漏电故障；

控制器：与所述检测电路和断路器分别连接，在断路器合闸前，控制所述检测电路对负载线路进行检测。

所述应用于断路器重合闸的负载线路故障检测电路，还包括辅助电源，用于给检测电路提供基准电压，所述辅助电源包括第一输出端和第二输出端。

所述短路检测电路包括二极管D1，电阻R1、R2，所述二极管D1的正极与所述辅助电源的第二输出端连接，所述二极管D1的负极与所述电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端与所述电阻R2的一端以及所述控制器的短路检测端共同连接，所述电阻R2的另一端接地，所述电阻R2的两端还分别与负载线路的零线和火线连接，形成回路。

所述漏电检测电路包括二极管D2，电阻R3、R4，所述二极管D2的正极与所述辅助电源的第二输出端连接，所述二极管的负极与所述电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端与所述电阻R4的一端以及所述控制器的漏电检测端连接，所述电阻R4的另一端接地。

所述应用于断路器重合闸的负载线路故障检测电路，还包括开关单元，用于控制所述短路检测电路或漏电检测电路的开断。

所述开关单元包括开关K1、K2、K3、K4，所述开关K1的公共端与所述辅助电源的第一输出端和所述开关K2的公共端连接，所述开关K1的常开端与所述负载线路的火线连接，所述开关K3的公共端与所述短路检测电路的输入端连接，所述开关K3的常开端与所述负载线路的火线连接，所述开关K4的常开端与所述负载线路的零线连接，所述开关K4的公共端和所述开关K2的常开端共同接地。

所述开关K1、K2、K3、K4分别为继电器的转换开关。

所述短路检测电路还包括电容C1，所述电容C1并联在所述电阻R2的两端。

所述漏电检测电路还包括电容C2，所述电容C2并联在所述电阻R4的两端。

一种适用于应用于断路器重合闸的负载线路故障检测电路的检测方法，包括如下步骤：

当负载线路发生故障时，控制器根据故障类型控制开关单元的切换来控制故障检测电路的工作，

负载线路短路时，开关K1断开，开关K2、K3、K4闭合，短路检测电路将电阻R2两端的电压传输给所述控制器，所述控制器通过所述电阻R2两端的电压值计算所述负载线路的等效电阻，如果所述等效电阻小于设定的阈值，则所述负载线路仍处于短路故障状态，所述控制器将发出不重合闸的命令；如果所述等效电阻大于预设阈值，则所述负载线路短路故障消除，所述控制器将发出重合闸的命令；

负载线路漏电时，开关K1闭合，开关K2、K3、K4断开，漏电检测电路将电阻R4两端的电压传输给所述控制器，所述控制器通过所述电阻R4两端的电压值计算漏电流的大小，如果所述漏电流大于预设阈值，则所述负载线路仍处于漏电状态，所述控制器将不发出重合闸命令；如果所述漏电流小于预设阈值，所述负载线路故障消除，所述控制器将发出重合闸的命令。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

（1）本发明提供的应用于断路器重合闸的负载线路故障检测电路，包括，检测电路：与负载线路连接，检测负载线路，所述检测电路包括短路检测电路和漏电检测电路，分别用于检测所述负载线路的短路故障和漏电故障控制器：与所述检测电路和断路器分别连接，在断路器合闸前，控制所述检测电路对负载线路进行检测。上述电路是在负载正常工作时的漏电保护、短路保护和过载保护的基础上对故障后断路器重合闸前进行故障检测，检测负载线路的故障是否消除，若负载故障没有消除，所述控制器将不发出重合闸命令，若负载线路故障已消除，则所述控制器发出重合闸命令，提高了重合闸断路器的安全性能。有效避免了现有技术中的断路器在重新合闸前无法确定线路故障是否消除，存在安全隐患的问题，进一步的保护了供电线路和人身安全。

（2）本发明提供的应用于断路器重合闸的负载线路短路和漏电故障检测电路，所述检测电路包括短路检测电路和漏电检测电路，分别用于检测所述负载线路的短路故障和漏电故障，对于不同的故障类型采用与之对应的电路进行检测，使故障的识别能力更强，可靠性更高。

（3）本发明提供的应用于断路器重合闸的负载线路短路和漏电故障检测电路，还包括开关单元，用于控制所述短路检测电路或漏电检测电路的开断，根据控制器识别的故障类型只开启与故障类型对应的所述短路检测电路或漏电检测电路，消除了同时开启两电路时相互间的干扰。

（4）本发明提供的应用于断路器重合闸的负载线路短路和漏电故障检测电路，所述开关单元的开关采用高可靠性的继电器转换开关组成，性能良好，安全可靠。

（5）本发明提供的应用于断路器重合闸的负载线路短路和漏电故障检测电路，所述短路检测电路和漏电检测电路分别采用普通的电阻电容元器件就可以实现，电路结构简单，性能稳定。

（6）本发明提供的应用于断路器重合闸的负载线路短路和漏电故障检测电路，所述短路检测电路和漏电检测电路还包括滤波电容，所述滤波电容与电阻并联构成RC滤波电路，防止电路中谐波的干扰。

（7）本发明提供的应用于断路器重合闸的负载线路短路和漏电故障检测方法，用于控制上述应用于断路器重合闸的负载线路短路和漏电故障检测电路，在负载正常工作时的漏电保护、短路保护和过载保护的基础上对故障后断路器重合闸前进行故障检测，使负载线路消除故障后再合闸，提高了重合闸断路器的安全性能。有效避免了现有技术中的断路器在重新合闸前无法确定线路故障是否消除，存在安全隐患的问题，进一步的保护了供电线路和人身安全。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明一个实施例的一种应用于断路器重合闸的负载线路短路和漏电故障检测电路框图；

图2是本发明一个实施例的一种应用于断路器重合闸的负载线路短路和漏电故障检测电路原理图；

图3是本发明一个实施例的一种应用于断路器重合闸的负载线路短路和漏电故障检测电路框图；

图4是本发明一个实施例的一种应用于断路器重合闸的负载线路短路和漏电故障检测电路原理图；

图5是本发明一个实施例的一种应用于断路器重合闸的负载线路短路和漏电故障检测电路原理图。

图中附图标记表示为：1-辅助电源，11-辅助电源第一输入端，12-辅助电源第二输入端，13-辅助电源第二输出端，14-辅助电源第一输入端，2-检测电路，3-控制器，4-开关单元，5-滤波电容。

具体实施方式

实施例一

本实施例提供一种应用于断路器重合闸的负载线路故障检测电路，包括辅助电源1、检测电路2、控制器3。其电路框图如图1所示，所述辅助电源1用于给检测电路2供电，所述检测电路2与负载线路连接，用于检测负载线路的故障是否消除，所述检测电路2包括短路检测电路和漏电检测电路，分别用于检测所述负载线路的短路故障和漏电故障。所述控制器3与所述检测电路2和断路器分别连接，在图1中K表示断路器的触点，连接于负载线路中，在断路器合闸前，控制所述检测电路2对负载线路进行检测，当所述负载线路的故障消除时，控制所述断路器合闸，否则，控制所述断路器不合闸。在本实施例中，所述控制器3为单片机ATMEGA16，在其他实施例中，所述控制器3可以为能够实现相同功能的微处理器。

作为优选方式，所述应用于断路器重合闸的负载线路故障检测电路还包括辅助电源1，所述辅助电源1是将交流电通过变压器T1转换后供给所述检测电路2，所述变压器T1的高压侧为辅助电源第一输入端11和辅助电源第二输入端12，所述辅助电源第一输入端11和所述辅助电源第二输入端12分别与市电的零线和火线连接，所述变压器T1的低压侧作为辅助电源的输出端，所述辅助电源包括第一输出端和第二输出端。

如图2所述，所述短路检测电路包括二极管D1，电阻R1、R2，所述二极管D1的正极与所述辅助电源1的第二输出端13连接，所述二极管D1的负极与所述电阻R1的一端连接，所述二极管D1将交流电转化为直流电供给检测电路，所述电阻R1的另一端与所述电阻R2的一端以及所述控制器3的短路检测端共同连接，所述电阻R2的另一端接地，所述电阻R2的两端还分别与负载线路的零线和火线连接，当负载线路发生故障时，负载等效电阻与所述电阻R2并联形成回路，所述控制器3的短路检测端将检测到所述电阻R2两端的电压。所述控制器3的短路检测端为所述单片机ATMEGA16的TSTSHORT引脚。所述漏电检测电路包括二极管D2，电阻R3、R4，所述二极管D2的正极与所述辅助电源1的第二输出端13连接，所述二极管D2的负极与所述电阻R3的一端连接，所述二极管D2将交流电转化为直流电供给检测电路，所述电阻R3的另一端与所述电阻R4的一端和所述控制器3的漏电检测端连接，所述电阻R4的另一端接地，所述漏电检测端为所述单片机ATMEGA16的TSTLEAK引脚。当有漏电故障，例如人身触电时，所述人体与大地形成回路，所述单片机ATMEGA16的TSTLEAK引脚将检测到所述电阻R4端的电压信号。所述检测电路2包括短路检测电路和漏电检测电路，分别用于检测所述负载线路的短路故障和漏电故障，对于不同的故障类型采用与之对应的电路进行检测，使故障的识别能力更强，可靠性更高。

本实施例提供的应用于断路器重合闸的负载线路短路和漏电故障检测电路，是在负载正常工作时的漏电保护、短路保护和过载保护的基础上对故障后断路器重合闸前进行故障检测，检测负载线路的故障是否消除，若负载故障没有消除，所述控制器3将不发出重合闸命令，若负载线路故障已消除，则所述控制器3发出重合闸命令，提高了重合闸断路器的安全性能。有效避免了是现有技术中的断路器在重新合闸前无法确定线路故障是否消除，存在安全隐患的问题，进一步的保护了供电线路和人身安全。

实施例二

本实施例作为优选实施例，在上述实施例一的基础上，所述应用于断路器重合闸的负载线路故障检测电路还包括开关单元4，如图3所示，用于控制所述短路检测电路或漏电检测电路的开断。参见图4，所述开关单元4包括开关K1、K2、K3、K4，所述开关K1的公共端与所述辅助电源1的第一输出端14和所述开关K2的公共端连接，所述开关K1的常开端与所述负载线路的火线连接，所述开关K3的公共端与所述控制器的短路检测端连接，所述开关K4的常开端与所述负载线路的零线连接，所述开关K4的公共端和所述开关K2的常开端共同接地。

本实施例提供的应用于断路器重合闸的负载线路短路和漏电故障检测电路，所述开关单元的所述开关K1、K2、K3、K4分别为继电器的转换开关，根据控制器3识别的故障类型只开启与故障类型对应的所述短路检测电路或漏电检测电路，消除了同时开启两电路时相互间的干扰。

本实施例提供的应用于断路器重合闸的负载线路短路和漏电故障检测电路，所述开关单元4的开关采用高可靠性的继电器转换开关组成，性能良好，安全可靠。所述短路检测电路和漏电检测电路分别采用普通的电阻电容元器件就可以实现，电路结构简单，性能稳定。

实施例三

本实施例作为优选实施例，在上述实施例的基础上，所述应用于断路器重合闸的负载线路故障检测电路还包括滤波电容，参见图5，所述短路检测电路还包括电容C1，所述电容C1并联在所述电阻R2的两端。所述漏电检测电路还包括电容C2，所述电容C2并联在所述电阻R4的两端。

本实施例提供的应用于断路器重合闸的负载线路短路和漏电故障检测电路，所述短路检测电路和漏电检测电路还包括滤波电容，所述滤波电容与电阻并联构成RC滤波电路，防止电路中谐波的干扰。

实施例四

本实施例提供一种适用于应用于断路器重合闸的负载线路故障检测检测电路的检测方法，包括如下步骤：

当负载线路发生故障时，控制器3根据故障类型控制开关单元4的切换来控制故障检测电路2的工作；

负载线路短路时，开关K1断开，开关K2、K3、K4闭合，短路检测电路将电阻R2两端的电压传输给所述控制器3，所述控制器3通过所述电阻R2两端的电压值计算所述负载线路的等效电阻，如果所述等效电阻小于设定的阈值，则所述负载线路仍处于短路故障状态，所述控制器3将发出不重合闸的命令；如果所述等效电阻大于预设阈值，则所述负载线路短路故障消除，所述控制器3将发出重合闸的命令；

负载线路漏电时，开关K1闭合，开关K2、K3、K4断开，漏电检测电路将电阻R4两端的电压传输给所述控制器3，所述控制器3通过所述电阻R4两端的电压值计算漏电流的大小，如果所述漏电流大于预设阈值，则所述负载线路仍处于漏电状态，所述控制器3将不发出重合闸命令；如果所述漏电流小于预设阈值，所述负载线路故障消除，所述控制器3将发出重合闸的命令。

本实施例提供的应用于断路器重合闸的负载线路短路和漏电故障检测方法，用于控制上述应用于断路器重合闸的负载线路短路和漏电故障检测电路，在负载正常工作时的漏电保护、短路保护和过载保护的基础上对故障后断路器重合闸前进行故障检测，使负载线路消除故障后再合闸，提高了重合闸断路器的安全性能。有效避免了现有技术中的断路器在重新合闸前无法确定线路故障是否消除，存在安全隐患的问题，进一步的保护了供电线路和人身安全。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种应用于断路器重合闸的负载线路故障检测电路，其特征在于，包括：

检测电路：与负载线路连接，检测负载线路；所述检测电路包括短路检测电路和漏电检测电路，分别用于检测所述负载线路的短路故障和漏电故障；

控制器：与所述检测电路和断路器分别连接，在断路器合闸前，控制所述检测电路对负载线路进行检测；

辅助电源，用于给检测电路提供基准电压，所述辅助电源包括第一输出端和第二输出端；

开关单元，用于控制所述短路检测电路或漏电检测电路的开断；其中，

所述短路检测电路包括二极管D1，电阻R1、R2，所述二极管D1的正极与所述辅助电源的第二输出端连接，所述二极管D1的负极与所述电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端与所述电阻R2的一端以及所述控制器的短路检测端共同连接，所述电阻R2的另一端接地，所述电阻R2的两端还分别与负载线路的零线和火线连接，形成回路；

所述漏电检测电路包括二极管D2，电阻R3、R4，所述二极管D2的正极与所述辅助电源的第二输出端连接，所述二极管D2的负极与所述电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端与所述电阻R4的一端以及所述控制器的漏电检测端连接，所述电阻R4的另一端接地；

所述开关单元包括开关K1、K2、K3、K4，所述开关K1的公共端分别与所述辅助电源的第一输出端和所述开关K2的公共端连接，所述开关K1的常开端与所述负载线路的火线连接，所述开关K3的公共端与所述控制器的短路检测端连接，所述开关K3的常开端与所述负载线路的火线连接，所述开关K4的常开端与所述负载线路的零线连接，所述开关K4的公共端和所述开关K2的常开端共同接地；

所述控制器还用于当所述负载线路发生故障时，根据故障类型控制所述开关单元的切换来控制所述检测电路的工作；

当所述负载线路短路时，开关K1断开，开关K2、K3、K4闭合，短路检测电路将电阻R2两端的电压传输给所述控制器，所述控制器通过所述电阻R2两端的电压值计算所述负载线路的等效电阻，如果所述等效电阻小于设定的阈值，则所述负载线路仍处于短路故障状态，所述控制器将发出不重合闸的命令；如果所述等效电阻大于预设阈值，则所述负载线路短路故障消除，所述控制器将发出重合闸的命令；

当所述负载线路漏电时，开关K1闭合，开关K2、K3、K4断开，漏电检测电路将电阻R4两端的电压传输给所述控制器，所述控制器通过所述电阻R4两端的电压值计算漏电流的大小，如果所述漏电流大于预设阈值，则所述负载线路仍处于漏电状态，所述控制器将不发出重合闸命令；如果所述漏电流小于预设阈值，所述负载线路故障消除，所述控制器将发出重合闸的命令。

2.根据权利要求1所述的应用于断路器重合闸的负载线路故障检测电路，其特征在于，所述开关K1、K2、K3、K4分别为继电器的转换开关。

3.根据权利要求1或2所述的应用于断路器重合闸的负载线路故障检测电路，其特征在于，所述短路检测电路还包括电容C1，所述电容C1并联在所述电阻R2的两端。

4.根据权利要求1或2所述的应用于断路器重合闸的负载线路故障检测电路，其特征在于，所述漏电检测电路还包括电容C2，所述电容C2并联在所述电阻R4的两端。

5.一种适用于权利要求1-4任一项所述的应用于断路器重合闸的负载线路故障检测电路的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

当负载线路发生故障时，控制器根据故障类型控制开关单元的切换来控制故障检测电路的工作，

负载线路短路时，开关K1断开，开关K2、K3、K4闭合，短路检测电路将电阻R2两端的电压传输给所述控制器，所述控制器通过所述电阻R2两端的电压值计算所述负载线路的等效电阻，如果所述等效电阻小于设定的阈值，则所述负载线路仍处于短路故障状态，所述控制器将发出不重合闸的命令；如果所述等效电阻大于预设阈值，则所述负载线路短路故障消除，所述控制器将发出重合闸的命令；

负载线路漏电时，开关K1闭合，开关K2、K3、K4断开，漏电检测电路将电阻R4两端的电压传输给所述控制器，所述控制器通过所述电阻R4两端的电压值计算漏电流的大小，如果所述漏电流大于预设阈值，则所述负载线路仍处于漏电状态，所述控制器将不发出重合闸命令；如果所述漏电流小于预设阈值，所述负载线路故障消除，所述控制器将发出重合闸的命令。