CN103683262B - 用于小电流接地系统的有源调压型消弧限压保护装置 - Google Patents

Abstract

一种用于小电流接地系统的有源调压型消弧限压保护装置，包括智能控制器和有源调压组件，智能控制器用于实时监测供电系统的各相电压和零序电压，当供电系统发生单相接地故障时，控制有源调压组件的导通及导通率，并将上级出线柜电缆中接地故障相通过有源调压组件与系统地相连接；有源调压组件用于调节故障相对地电压，使故障相电压低于故障点绝缘耐受电压，消除故障点对地放电，从而避免弧光过电压对供电系统运行所造成的危害，并且在故障点绝缘恢复后，自动退出保护状态。其优点为，在供电系统正常工作时，不会放大系统中性点位移电压；在对故障相消弧限压的同时，正常相电压不会总是升高到线电压水平；故障线路退出后，能自动退出保护状态。

Description

用于小电流接地系统的有源调压型消弧限压保护装置

技术领域

本发明涉及一种消弧限压保护装置，特别是一种用于小电流接地系统的有源调压型消弧限压保护装置。

背景技术

目前，在我国，工矿企业普遍使用的3-60kV供电系统普遍采用小电流接地系统。而用于小电流接地系统的预防弧光过电压产生的主要方式有两种，即消弧线圈和消弧柜；其中消弧线圈的应用范围最为广泛，它的作用原理是：当电网发生单相接地故障后，为系统提供一定的电感电流，补偿系统的电容电流，使接地电流减小，也使得故障相接地点电弧熄灭时，电弧两端的恢复电压速度降低，从而达到消弧限压的目的；消弧柜的工作原理是：当电网发生单相接地故障后，将故障相直接对地短接，使故障点对地电压变为零，从而消除弧光放电。但是，上述两种预防弧光过电压产生的保护方式都存在较大的缺陷。

消弧线圈的参数是按照50Hz工频设计的，正常情况下能够补偿系统中工频电容电流，但当系统发生弧光放电时，放电电流的频率是很高的，通常在几百到几千Hz，而消弧线圈对高频放电电流的阻抗很高，补偿作用是极其微小的，因此，在实际应用中，一旦发生弧光接地故障时，消弧线圈的灭弧作用是很有限的；另外，消弧线圈的运行是不允许工作在全补偿状态的，因此，系统运行时，消弧线圈并不能完全补偿系统的工频电容电流；再者，由于消弧线圈本身所具有的特性，当系统装设消弧线圈后，不可避免地放大了系统中性点位移电压，系统参数变化时，可能会产生“虚幻接地”现象，造成系统中其它保护装置的误动作，给系统安全运行带来一定的隐患，并且，由于消弧线圈对工频电容电流的补偿作用，使得小电流接地选线装置能够检测到的电容电流变得很小，选线准确率大大降低。

消弧柜在系统发生弧光接地故障时，将故障相直接对地短接，把弧光接地转变为母线侧金属接地，虽然消除了弧光过电压，但同时将另两相对地电压被固定地抬升到线电压，使正常相对地电压长期处于较高水平，同样存在安全隐患；另外，消弧柜在动作后将故障直接转化为母线接地，并且消弧柜在动作后往往无法自动退出，系统长期工作在非正常状态，使小电流接地选线装置无法正确选线，对故障线路的正确判断及故障处理造成很大的困难。

发明内容

本发明的目的是：设计一种用于小电流接地系统的有源调压型消弧限压保护装置，当供电系统发生单相接地故障时，该消弧限压保护装置能够检测故障点绝缘耐受电压，将故障相电压限制在故障点绝缘耐受电压以下，从而避免弧光过电压的产生，达到消弧限压的目的。

本发明的目的可以通过下述技术方案来实现：

本用于小电流接地系统的有源调压型消弧限压保护装置，其特征是：包括智能控制器和有源调压组件，智能控制器用于实时监测供电系统的各相电压和零序电压，当供电系统发生单相接地故障时，控制有源调压组件的导通及导通率，并将上级出线柜电缆中接地故障相通过有源调压组件与系统地相连接；有源调压组件用于调节故障相对地电压，使故障相电压低于故障点绝缘耐受电压，消除故障点对地放电，从而避免弧光过电压对供电系统运行所造成的危害，并且在故障点绝缘恢复后，自动退出保护状态。

本发明该消弧限压保护装置还包括三件真空接触器，所述的有源调压组件共有一组，三件真空接触器的主触点的静触头端分别与上级出线柜电缆的A、B、C三相相连，三件真空接触器的主触点的动触头端连接在一起后，与所述一组有源调压组件的进线端相连，有源调压组件的出线端与系统地相连，三件接触器的线圈和有源调压组件均与智能控制器电连接，智能控制器连接到供电系统的三相四线制交流电源上，实时监测供电系统的三相电压UA、UB和UC以及零序电压U0。

本发明所述的有源调压组件共有三组，三组有源调压组件的进线端分别与上级出线柜电缆的A、B、C三相相连，三组有源调压组件的出线端连接在一起后，与系统地相连，三组有源调压组件均与智能控制器电连接，智能控制器连接到供电系统的三相四线制交流电源上，实时监测供电系统的三相电压UA、UB和UC以及零序电压U0。

本发明所述的有源调压组件由若干件大功率双向可控硅、若干件可控硅保护单元和触发控制单元A构成，每件大功率双向可控硅的两阳极之间并联有一件可控硅保护单元，若干件大功率双向可控硅通过其若干对阳极串联后，第一件大功率双向可控硅的第二阳极为有源调压组件的进线端，最后一件大功率双向可控硅的第一阳极为有源调压组件的出线端，与系统地相连，若干件大功率双向可控硅的控制极均与触发控制单元A电连接，触发控制单元A与智能控制器电连接。

本发明所述的有源调压组件由若干件大功率双向IGBT元件、IGBT元件保护单元和触发控制单元B构成，每件大功率双向IGBT元件由两件大功率IGBT元件构成，其中一件大功率IGBT元件的集电极和发射极分别与另一件大功率IGBT元件的发射极和集电极相连接，每件大功率双向IGBT元件的两公共端之间并联有一件IGBT元件保护单元，若干件大功率双向IGBT元件通过其若干对公共端串联后，第一件大功率双向IGBT元件的上公共端为有源调压组件的进线端，最后一件大功率双向IGBT元件的下公共端为有源调压组件的出线端，与系统地相连，每件大功率双向IGBT元件的两栅极端均与触发控制单元B电连接，触发控制单元B与智能控制器电连接。

本发明所述的智能控制器由电源电路、输入电路、中央处理器电路、显示及操作电路、输出电路和附属电路构成，所述电源电路内有端子P1、开关电源DY1、3.3V芯片工作电源电路和AD采样参考电源电路，其中，3.3V芯片工作电源电路内有低压差稳压器U2、电阻R1、有极性电容C1和C2、电容C5和C6以及发光二极管D1，其低压差稳压器U2的型号为LM1117MP-3.3，AD采样参考电源电路内有低压差稳压器U3、电阻R2和R3、有极性电容C3和C4以及电容C7、C8和C9，其低压差稳压器U3的型号为LM1117MP-ADJ；输入电路内有端子P2、电压互感器PT201～PT204、电阻R201～R208以及电容C201～C204；中央处理器电路内有微控制器U1、晶振JT1、电阻R17～R19、电容C18和C19以及发光二极管D4，其微控制器U1的型号为STM32F103ZE；显示及操作电路内有带有触摸屏的液晶显示器YJ1、电阻R601～R607以及发光二极管D601～D607；输出电路内有驱动芯片U7、电磁继电器JQ301～JQ304、二极管D301～D304、隔离变送器DC1以及端子P3，其驱动芯片U7的型号为ULN2004A，隔离变送器DC1的型号为TS160D/S-3.3；附属电路内有收发器U4、收发器U6、电源监测和硬件看门狗芯片U5、电阻R20、R22和R41、电容C10～C15、有极性电容C16和C17以及端子P4；

其电路连接关系为：在电源电路内，开关电源DY1为所述的智能控制器整机提供工作电源，其输入端连接端子P1，端子P1连接变电站交流220V控制电源，开关电源DY1的输出端侧，5V-端与12V-端相互短接后接地，5V+端输出+5V直流电源VCC，12V+端输出+12V直流电源，3.3V芯片工作电源电路中，低压差稳压器U2的第3管脚连接+5V直流电源VCC，同时连接有极性电容C1的正极和电容C5的一端，有极性电容C1的负极和电容C5的另一端相连接后接地，低压差稳压器U2的第1管脚接地，并同时连接有极性电容C2的负极和电容C6的一端，有极性电容C2的正极和电容C6的另一端连接到低压差稳压器U2的第2管脚，低压差稳压器U2的第2管脚输出3.3V芯片工作电源，电阻R1的一端连接有极性电容C2的正极，电阻R1的另一端连接发光二极管D1的正极，发光二极管D1的负极与有极性电容C2的负极相连接，AD采样参考电源电路中，低压差稳压器U3的第3管脚连接+5V直流电源VCC，同时连接有极性电容C3的正极和电容C7的一端，有极性电容C3的负极和电容C7的另一端相连接后接地，低压差稳压器U3的第1管脚连接电阻R2的一端、电阻R3的一端和电容C8的一端，电阻R2的另一端与电容C8的另一端相连接后接地，并同时连接有极性电容C4的负极和电容C9的一端，有极性电容C4的正极和电容C9的另一端相连接后连接电阻R3的另一端，电阻R3的另一端连接到低压差稳压器U3的第2管脚，低压差稳压器U3的第2管脚输出1.65V AD采样参考电源；在输入电路内，电压互感器PT201的一次绕组正、负极端分别连接到端子P2的U0L端和U0N端，电压互感器PT201的二次绕组正、负极端分别连接电阻R201的一端和电阻R202的一端，电阻R202的一端连接电容C201的一端，电容C201的另一端接地，电阻R201的另一端引出信号U0，并与电阻R202的另一端相连接， 电压互感器PT202的一次绕组正、负极端分别连接到端子P2的UAL端和UAN端，电压互感器PT202的二次绕组正、负极端分别连接电阻R203的一端和电阻R204的一端，电阻R204的一端连接电容C202的一端，电容C202的另一端接地，电阻R203的另一端引出信号UA，并与电阻R204的另一端相连接，电压互感器PT203的一次绕组正、负极端分别连接到端子P2的UBL端和UBN端，电压互感器PT203的二次绕组正、负极端分别连接电阻R205的一端和电阻R206的一端，电阻R206的一端连接电容C203的一端，电容C203的另一端接地，电阻R205的另一端引出信号UB，并与电阻R206的另一端相连接，电压互感器PT204的一次绕组正、负极端分别连接到端子P2的UCL端和UCN端，电压互感器PT204的二次绕组正、负极端分别连接电阻R207的一端和电阻R208的一端，电阻R208的一端连接电容C204的一端，电容C204的另一端接地，电阻R207的另一端引出信号UC，并与电阻R208的另一端相连接，端子P2的U0L端、UAL端、UBL端和UCL端连接供电系统的三相四线制交流电源；在中央处理器电路内，微控制器U1的第32管脚连接3.3V芯片工作电源，微控制器U1的第17、第33、第39、第52、第62、第72、第84、第95、第108、第121、第131和第144管脚相互短接后，连接3.3V芯片工作电源，微控制器U1的28管脚连接1.65V AD采样参考电源，微控制器U1的第29管脚接地，微控制器U1的第16、第30、第31、第38、第51、第61、第71、第83、第94、第107、第120、第130和第143管脚相互短接后接地，晶振JT1与电阻R18并联后，其一端连接电容C19的一端，并同时连接到微控制器U1的第24管脚，其另一端连接电容C18的一端，并同时连接到微控制器U1的第23管脚，电容C18的另一端与电容C19的另一端相连接，并同时连接到微控制器U1的第30管脚，电阻R17的一端连接到微控制器U1的第18管脚，电阻R17的另一端连接发光二极管D4正极，发光二极管D4负极接地，电阻R19的两端分别连接到微控制器U1的第16和第138管脚；在显示及操作电路内，带有触摸屏的液晶显示器YJ1的第1管脚连接+5V直流电源，带有触摸屏的液晶显示器YJ1的第8管脚接地，电阻R601～R607的一端分别连接发光二极管D601～D607的正极，发光二极管D601～D607的负极相互连接在一起，电阻R607的另一端连接+5V直流电源VCC；在输出电路内，驱动芯片U7的第9管脚连接+12V直流电源，驱动芯片U7的第8管脚接地，电磁继电器JQ301～JQ304线圈的一端均连接+12V直流电源，并分别连接二极管D301～D304的负极，电磁继电器JQ301～JQ304线圈的另一端分别连接到驱动芯片U7的第16～13管脚，并分别连接二极管D301～D304的正极，电磁继电器JQ301～JQ304常开触点的一端分别连接到端子P3的HZA端、HZB端、HZC端和BJ1端，电磁继电器JQ301～JQ303常开触点的另一端均连接到端子P3的COM端，电磁继电器JQ304常开触点的另一端连接到端子P3的BJ2端，隔离变送器DC1的第7管脚连接+5V直流电源VCC，隔离变送器DC1的第4和第8管脚均接地，隔离变送器DC1的第1和第2管脚分别连接到端子P3的OUT-端和OUT+端；在附属电路内，收发器U4的第8管脚、收发器U6的第16管脚以及电源监测和硬件看门狗芯片U5的第2管脚均连接3.3V芯片工作电源，收发器U4的第5管脚、收发器U6的第15管脚以及电源监测和硬件看门狗芯片U5的第3管脚均接地，收发器U4的第6管脚连接电阻R20的一端，电阻R20的另一端连接收发器U4的第7管脚，电容C10的一端连接有极性电容C16的正极，并同时连接3.3V芯片工作电源，电容C10的另一端与有极性电容C16的负极相连接后，连接到收发器U4的第5管脚，收发器U6的第1和第3管脚之间连接电容C13，收发器U6的第4和第5管脚之间连接电容C14，收发器U6的第2管脚连接电容C12的一端，电容C12的另一端连接有极性电容C17的负极，并接地，有极性电容C17的正极连接到收发器U6的第16管脚，收发器U6的第6管脚连接电容C15的一端，电容C15的另一端接地，电源监测和硬件看门狗芯片U5的第4和第2管脚相连接，并连接电阻R22的一端，电阻R22的另一端连接到电源监测和硬件看门狗芯片U5的第7管脚，并同时连接电容C11的一端，电容C11的另一端接地，电源监测和硬件看门狗芯片U5的第6管脚连接电阻R41的一端，电阻R41的另一端连接到电源监测和硬件看门狗芯片U5的第3管脚，电源监测和硬件看门狗芯片U5的第1和第8管脚相连接，端子P4的485A端和485B端分别连接到收发器U4的第6和第7管脚；输入电路与中央处理器电路之间，电压互感器PT201～PT204的二次绕组负极端均连接到微控制器U1的第28管脚，电阻R201、R203、R205和R207的另一端分别连接到微控制器U1的第34～37管脚，显示及操作电路与中央处理器电路之间，电阻R601～R606的另一端分别连接到微控制器U1的第58～60、63～65管脚；输出电路与中央处理器电路之间，驱动芯片U7的第1～4管脚分别连接到微控制器U1的第87～90管脚，隔离变送器DC1的第3管脚连接到微控制器U1的第40管脚；附属电路与中央处理器电路之间，收发器U4的第1、第2和第4管脚分别连接到微控制器U1的第112、第113和第111管脚，收发器U6的第9和第10管脚分别连接到微控制器U1的第102和第101管脚，电源监测和硬件看门狗芯片U5的第6和第7管脚分别连接到微控制器U1的第26和第25管脚；附属电路与显示及操作电路之间，带有触摸屏的液晶显示器YJ1的第4和第5管脚分别连接到收发器U6的第7和第8管脚。

本发明的优点是：①在小电流接地系统正常工作时，不会放大系统中性点位移电压，不对系统产生任何影响；②在大多数情况下，故障点并非完全击穿，当相电压低于故障点绝缘耐受电压时，就不会产生弧光放电，而本装置在小电流接地系统发生单相接地故障时，能够检测故障点绝缘耐受电压，通过有源调压组件将故障相电压限制在故障点绝缘耐受电压以下，并非总是零，从而避免弧光过电压的产生，达到消弧限压的目的，同时，正常相电压也不会总是升高到线电压水平，使系统带故障运行时相对更加安全；③当接地点绝缘恢复后，能够自动退出保护状态；④故障线路退出后，能自动退出保护状态，方便故障线路的查找。

附图说明

图1是本发明第一种实施方式的整体电气结构示意图；

图2是本发明第二种实施方式的整体电气结构示意图；

图3是有源调压组件的第一种实施方式的电气结构示意图；

图4是有源调压组件的第二种实施方式的电气结构示意图；

图5是智能控制器的电源电路原理图；

图6是智能控制器的输入电路原理图；

图7是智能控制器的中央处理器电路原理图；

图8是智能控制器的显示及操作电路原理图；

图9是智能控制器的输出电路原理图；

图10是智能控制器的附属电路原理图。

具体实施方式

如图1-4所示，一种用于小电流接地系统的有源调压型消弧限压保护装置，其特征是：包括智能控制器6和有源调压组件5，智能控制器6用于实时监测供电系统的各相电压和零序电压，当供电系统发生单相接地故障时，控制有源调压组件5的导通及导通率，并将上级出线柜电缆1中接地故障相通过有源调压组件5与系统地7相连接；有源调压组件5用于调节故障相对地电压，使故障相电压低于故障点绝缘耐受电压，消除故障点对地放电，从而避免弧光过电压对供电系统运行所造成的危害，并且在故障点绝缘恢复后，自动退出保护状态。

如图1所示，该消弧限压保护装置还包括三件真空接触器2、3、4，所述的有源调压组件5共有一组，三件真空接触器2、3、4的主触点的静触头端分别与上级出线柜电缆1的A、B、C三相相连，三件真空接触器2、3、4的主触点的动触头端连接在一起后，与所述一组有源调压组件5的进线端相连，有源调压组件5的出线端与系统地7相连，三件接触器2、3、4的线圈和有源调压组件5均与智能控制器6电连接，智能控制器6连接到供电系统的三相四线制交流电源上，实时监测供电系统的三相电压UA、UB和UC以及零序电压U0。在供电系统发生单相接地故障时，智能控制器6控制与故障相相连接的真空接触器2或3或4的主触点闭合，并同时控制该一组有源调压组件5的导通及导通率，将上级出线柜电缆1中接地故障相通过该一组有源调压组件5与系统地7相接通，并由该一组有源调压组件5来调节故障相对地电压，使故障相电压低于故障点绝缘耐受电压，消除故障点对地放电，从而避免弧光过电压对供电系统运行所造成的危害，并且在故障点绝缘恢复后，自动退出保护状态。

如图2所示，所述的有源调压组件5共有三组，三组有源调压组件5的进线端分别与上级出线柜电缆1的A、B、C三相相连，三组有源调压组件5的出线端连接在一起后，与系统地7相连，三组有源调压组件5均与智能控制器6电连接，智能控制器6连接到供电系统的三相四线制交流电源上，实时监测供电系统的三相电压UA、UB和UC以及零序电压U0。在供电系统发生单相接地故障时，智能控制器6控制三组有源调压组件5中与故障相相连接的有源调压组件5的导通及导通率，将上级出线柜电缆1中接地故障相通过该有源调压组件与系统地7相接通，并由该有源调压组件5来调节故障相对地电压，使故障相电压低于故障点绝缘耐受电压，消除故障点对地放电，从而避免弧光过电压对供电系统运行所造成的危害，并且在故障点绝缘恢复后，自动退出保护状态。

如图3所示，所述的有源调压组件5由若干件大功率双向可控硅8、若干件可控硅保护单元9和触发控制单元A10构成，每件大功率双向可控硅8的两阳极之间并联有一件可控硅保护单元9，若干件大功率双向可控硅8通过其若干对阳极串联后，第一件大功率双向可控硅8的第二阳极为有源调压组件5的进线端，最后一件大功率双向可控硅8的第一阳极为有源调压组件5的出线端，与系统地7相连，若干件大功率双向可控硅8的控制极均与触发控制单元A10电连接，触发控制单元A10与智能控制器6电连接。触发控制单元A 10接收来自智能控制器6的控制信号，调节串联的若干件大功率双向可控硅8的导通率。

如图4所示，所述的有源调压组件5由若干件大功率双向IGBT元件、IGBT元件保护单元12和触发控制单元B13构成，每件大功率双向IGBT元件由两件大功率IGBT元件11构成，其中一件大功率IGBT元件11的集电极和发射极分别与另一件大功率IGBT元件11的发射极和集电极相连接，每件大功率双向IGBT元件的两公共端之间并联有一件IGBT元件保护单元12，若干件大功率双向IGBT元件通过其若干对公共端串联后，第一件大功率双向IGBT元件的上公共端为有源调压组件5的进线端，最后一件大功率双向IGBT元件的下公共端为有源调压组件5的出线端，与系统地7相连，每件大功率双向IGBT元件的两栅极端均与触发控制单元B13电连接，触发控制单元B13与智能控制器6电连接。触发控制单元B 13接收来自智能控制器6的控制信号，调节串联的若干件大功率双向IGBT元件的导通率。

如图5-10所示，所述的智能控制器6由电源电路14、输入电路15、中央处理器电路16、显示及操作电路17、输出电路18和附属电路19构成，所述电源电路14内有端子P1、开关电源DY1、3.3V芯片工作电源电路和AD采样参考电源电路，其中，3.3V芯片工作电源电路内有低压差稳压器U2、电阻R1、有极性电容C1和C2、电容C5和C6以及发光二极管D1，其低压差稳压器U2的型号为LM1117MP-3.3，AD采样参考电源电路内有低压差稳压器U3、电阻R2和R3、有极性电容C3和C4以及电容C7、C8和C9，其低压差稳压器U3的型号为LM1117MP-ADJ；输入电路15内有端子P2、电压互感器PT201～PT204、电阻R201～R208以及电容C201～C204；中央处理器电路16内有微控制器U1、晶振JT1、电阻R17～R19、电容C18和C19以及发光二极管D4，其微控制器U1的型号为STM32F103ZE；显示及操作电路17内有带有触摸屏的液晶显示器YJ1、电阻R601～R607以及发光二极管D601～D607；输出电路18内有驱动芯片U7、电磁继电器JQ301～JQ304、二极管D301～D304、隔离变送器DC1以及端子P3，其驱动芯片U7的型号为ULN2004A，隔离变送器DC1的型号为TS160D/S-3.3；附属电路19内有收发器U4、收发器U6、电源监测和硬件看门狗芯片U5、电阻R20、R22和R41、电容C10～C15、有极性电容C16和C17以及端子P4；

其电路连接关系为：在电源电路14内，开关电源DY1为所述的智能控制器6整机提供工作电源，其输入端连接端子P1，端子P1连接变电站交流220V控制电源，开关电源DY1的输出端侧，5V-端与12V-端相互短接后接地，5V+端输出+5V直流电源VCC，12V+端输出+12V直流电源，3.3V芯片工作电源电路中，低压差稳压器U2的第3管脚连接+5V直流电源VCC，同时连接有极性电容C1的正极和电容C5的一端，有极性电容C1的负极和电容C5的另一端相连接后接地，低压差稳压器U2的第1管脚接地，并同时连接有极性电容C2的负极和电容C6的一端，有极性电容C2的正极和电容C6的另一端连接到低压差稳压器U2的第2管脚，低压差稳压器U2的第2管脚输出3.3V芯片工作电源，电阻R1的一端连接有极性电容C2的正极，电阻R1的另一端连接发光二极管D1的正极，发光二极管D1的负极与有极性电容C2的负极相连接，AD采样参考电源电路中，低压差稳压器U3的第3管脚连接+5V直流电源VCC，同时连接有极性电容C3的正极和电容C7的一端，有极性电容C3的负极和电容C7的另一端相连接后接地，低压差稳压器U3的第1管脚连接电阻R2的一端、电阻R3的一端和电容C8的一端，电阻R2的另一端与电容C8的另一端相连接后接地，并同时连接有极性电容C4的负极和电容C9的一端，有极性电容C4的正极和电容C9的另一端相连接后连接电阻R3的另一端，电阻R3的另一端连接到低压差稳压器U3的第2管脚，低压差稳压器U3的第2管脚输出1.65V AD采样参考电源；在输入电路15内，电压互感器PT201的一次绕组正、负极端分别连接到端子P2的U0L端和U0N端，电压互感器PT201的二次绕组正、负极端分别连接电阻R201的一端和电阻R202的一端，电阻R202的一端连接电容C201的一端，电容C201的另一端接地，电阻R201的另一端引出信号U0，并与电阻R202的另一端相连接， 电压互感器PT202的一次绕组正、负极端分别连接到端子P2的UAL端和UAN端，电压互感器PT202的二次绕组正、负极端分别连接电阻R203的一端和电阻R204的一端，电阻R204的一端连接电容C202的一端，电容C202的另一端接地，电阻R203的另一端引出信号UA，并与电阻R204的另一端相连接，电压互感器PT203的一次绕组正、负极端分别连接到端子P2的UBL端和UBN端，电压互感器PT203的二次绕组正、负极端分别连接电阻R205的一端和电阻R206的一端，电阻R206的一端连接电容C203的一端，电容C203的另一端接地，电阻R205的另一端引出信号UB，并与电阻R206的另一端相连接，电压互感器PT204的一次绕组正、负极端分别连接到端子P2的UCL端和UCN端，电压互感器PT204的二次绕组正、负极端分别连接电阻R207的一端和电阻R208的一端，电阻R208的一端连接电容C204的一端，电容C204的另一端接地，电阻R207的另一端引出信号UC，并与电阻R208的另一端相连接，端子P2的U0L端、UAL端、UBL端和UCL端连接供电系统的三相四线制交流电源；在中央处理器电路16内，微控制器U1的第32管脚连接3.3V芯片工作电源，微控制器U1的第17、第33、第39、第52、第62、第72、第84、第95、第108、第121、第131和第144管脚相互短接后，连接3.3V芯片工作电源，微控制器U1的28管脚连接1.65V AD采样参考电源，微控制器U1的第29管脚接地，微控制器U1的第16、第30、第31、第38、第51、第61、第71、第83、第94、第107、第120、第130和第143管脚相互短接后接地，晶振JT1与电阻R18并联后，其一端连接电容C19的一端，并同时连接到微控制器U1的第24管脚，其另一端连接电容C18的一端，并同时连接到微控制器U1的第23管脚，电容C18的另一端与电容C19的另一端相连接，并同时连接到微控制器U1的第30管脚，电阻R17的一端连接到微控制器U1的第18管脚，电阻R17的另一端连接发光二极管D4正极，发光二极管D4负极接地，电阻R19的两端分别连接到微控制器U1的第16和第138管脚；在显示及操作电路17内，带有触摸屏的液晶显示器YJ1的第1管脚连接+5V直流电源，带有触摸屏的液晶显示器YJ1的第8管脚接地，电阻R601～R607的一端分别连接发光二极管D601～D607的正极，发光二极管D601～D607的负极相互连接在一起，电阻R607的另一端连接+5V直流电源VCC；在输出电路18内，驱动芯片U7的第9管脚连接+12V直流电源，驱动芯片U7的第8管脚接地，电磁继电器JQ301～JQ304线圈的一端均连接+12V直流电源，并分别连接二极管D301～D304的负极，电磁继电器JQ301～JQ304线圈的另一端分别连接到驱动芯片U7的第16～13管脚，并分别连接二极管D301～D304的正极，电磁继电器JQ301～JQ304常开触点的一端分别连接到端子P3的HZA端、HZB端、HZC端和BJ1端，电磁继电器JQ301～JQ303常开触点的另一端均连接到端子P3的COM端，电磁继电器JQ304常开触点的另一端连接到端子P3的BJ2端，隔离变送器DC1的第7管脚连接+5V直流电源VCC，隔离变送器DC1的第4和第8管脚均接地，隔离变送器DC1的第1和第2管脚分别连接到端子P3的OUT-端和OUT+端；在附属电路19内，收发器U4的第8管脚、收发器U6的第16管脚以及电源监测和硬件看门狗芯片U5的第2管脚均连接3.3V芯片工作电源，收发器U4的第5管脚、收发器U6的第15管脚以及电源监测和硬件看门狗芯片U5的第3管脚均接地，收发器U4的第6管脚连接电阻R20的一端，电阻R20的另一端连接收发器U4的第7管脚，电容C10的一端连接有极性电容C16的正极，并同时连接3.3V芯片工作电源，电容C10的另一端与有极性电容C16的负极相连接后，连接到收发器U4的第5管脚，收发器U6的第1和第3管脚之间连接电容C13，收发器U6的第4和第5管脚之间连接电容C14，收发器U6的第2管脚连接电容C12的一端，电容C12的另一端连接有极性电容C17的负极，并接地，有极性电容C17的正极连接到收发器U6的第16管脚，收发器U6的第6管脚连接电容C15的一端，电容C15的另一端接地，电源监测和硬件看门狗芯片U5的第4和第2管脚相连接，并连接电阻R22的一端，电阻R22的另一端连接到电源监测和硬件看门狗芯片U5的第7管脚，并同时连接电容C11的一端，电容C11的另一端接地，电源监测和硬件看门狗芯片U5的第6管脚连接电阻R41的一端，电阻R41的另一端连接到电源监测和硬件看门狗芯片U5的第3管脚，电源监测和硬件看门狗芯片U5的第1和第8管脚相连接，端子P4的485A端和485B端分别连接到收发器U4的第6和第7管脚；输入电路15与中央处理器电路16之间，电压互感器PT201～PT204的二次绕组负极端均连接到微控制器U1的第28管脚，电阻R201、R203、R205和R207的另一端分别连接到微控制器U1的第34～37管脚，显示及操作电路17与中央处理器电路16之间，电阻R601～R606的另一端分别连接到微控制器U1的第58～60、63～65管脚；输出电路18与中央处理器电路16之间，驱动芯片U7的第1～4管脚分别连接到微控制器U1的第87～90管脚，隔离变送器DC1的第3管脚连接到微控制器U1的第40管脚；附属电路19与中央处理器电路16之间，收发器U4的第1、第2和第4管脚分别连接到微控制器U1的第112、第113和第111管脚，收发器U6的第9和第10管脚分别连接到微控制器U1的第102和第101管脚，电源监测和硬件看门狗芯片U5的第6和第7管脚分别连接到微控制器U1的第26和第25管脚；附属电路19与显示及操作电路17之间，带有触摸屏的液晶显示器YJ1的第4和第5管脚分别连接到收发器U6的第7和第8管脚。

本发明的工作原理是：当本发明用于小电流接地系统的有源调压型消弧限压保护装置采用图1所示的连接方式时，可将消弧限压保护装置上的三件真空接触器2、3、4的线圈分别通过端子P3与智能控制器6中电磁继电器JQ301～JQ303的常开触点相连接，将消弧限压保护装置上的一组有源调压组件5通过端子P3连接到智能控制器6中隔离变送器DC1的第2和第1管脚之间；智能控制器6中，微控制器U1通过输入电路15实时采集供电系统的三相电压信号UA、UB和UC以及零序电压信号U0，当供电系统某一相发生单相接地故障时，微控制器U1通过对供电系统的三相电压信号和零序电压信号的分析，判断出故障相别；如供电系统的A相发生单相接地故障，微控制器U1的第87管脚输出A相合闸信号SCA，A相合闸信号SCA经输出电路18内的驱动芯片U7放大后驱动电磁继电器JQ301动作，由电磁继电器JQ301驱动该消弧限压保护装置上与故障相（A相）相连接的真空接触器2的主触点闭合，同时，微控制器U1的第40管脚输出模拟控制信号DAC1，通过输出电路18内的隔离变送器DC1将此信号隔离变送至消弧限压保护装置上一组有源调压组件5的触发控制单元，控制该组有源调压组件5导通及导通率，使该组有源调压组件5与故障相（A相）和系统地7连通，并由该组有源调压组件5来调节故障相对地电压，使故障相电压低于故障点绝缘耐受电压，以消除故障点对地弧光放电；同时微控制器U1的第90管脚输出报警控制信号SCBJ，报警控制信号SCBJ经驱动芯片U7放大后驱动电磁继电器JQ304动作，因此用户可利用电磁继电器JQ304的常开触点连接报警装置；另外，微控制器U1还会由第101和第102管脚同时输出显示信号U1TX和U1RX，显示信号U1TX和U1RX经附属电路19内的收发器U6输入到显示及操作电路17内带有触摸屏的液晶显示器YJ1，显示上级出线柜电缆1中A相接地故障以及消弧限压保护装置的动作信息，并记录发生接地故障的相别、时间等信息，方便用户查阅；当智能控制器6监测到供电系统接地故障消失后，智能控制器6会断开电磁继电器JQ301和JQ304以及模拟控制信号DAC1，恢复供电系统正常运行。

当本发明用于小电流接地系统的有源调压型消弧限压保护装置采用图2所示的连接方式时，可将消弧限压保护装置上的三组有源调压组件5分别通过端子P3与智能控制器6中电磁继电器JQ301～JQ303的常开触点相连接，电磁继电器JQ301～JQ303的常开触点均通过端子P3连接到智能控制器6中隔离变送器DC1的第2和第1管脚之间；智能控制器6中，微控制器U1通过输入电路15实时采集供电系统的三相电压信号UA、UB和UC以及零序电压信号U0，当供电系统某一相发生单相接地故障时，微控制器U1通过对供电系统的三相电压信号和零序电压信号的分析，判断出故障相别；如供电系统的A相发生单相接地故障，微控制器U1的第87管脚输出A相合闸信号SCA，A相有源调压组件合闸信号SCA经输出电路18内的驱动芯片U7放大后驱动电磁继电器JQ301动作，由电磁继电器JQ301将经输出电路18内的隔离变送器DC1隔离输出的模拟控制信号DAC1，送至与故障相（A相）相连接的有源调压组件5的触发控制单元，控制这组有源调压组件5导通及导通率，使这组有源调压组件5与故障相（A相）和系统地7连通，并由这组有源调压组件5来调节故障相对地电压，使故障相电压低于故障点绝缘耐受电压，以消除故障点对地弧光放电；报警控制信号SCBJ的动作过程、显示信号U1TX和U1RX的动作过程以及供电系统接地故障消失后智能控制器6的动作过程，与消弧限压保护装置采用图1所示连接方式时的动作过程相同。

Claims (1)

1.一种用于小电流接地系统的有源调压型消弧限压保护装置，其特征是：包括智能控制器（6）和有源调压组件（5），智能控制器（6）用于实时监测供电系统的各相电压和零序电压，当供电系统发生单相接地故障时，控制有源调压组件（5）的导通及导通率，并将上级出线柜电缆（1）中接地故障相通过有源调压组件（5）与系统地（7）相连接；有源调压组件（5）用于调节故障相对地电压，使故障相电压低于故障点绝缘耐受电压，消除故障点对地放电，从而避免弧光过电压对供电系统运行所造成的危害，并且在故障点绝缘恢复后，自动退出保护状态；

所述的智能控制器（6）由电源电路（14）、输入电路（15）、中央处理器电路（16）、显示及操作电路（17）、输出电路（18）和附属电路（19）构成，所述电源电路（14）内有端子P1、开关电源DY1、3.3V芯片工作电源电路和AD采样参考电源电路，其中，3.3V芯片工作电源电路内有低压差稳压器U2、电阻R1、有极性电容C1和C2、电容C5和C6以及发光二极管D1，其低压差稳压器U2的型号为LM1117MP-3.3，AD采样参考电源电路内有低压差稳压器U3、电阻R2和R3、有极性电容C3和C4以及电容C7、C8和C9，其低压差稳压器U3的型号为LM1117MP-ADJ；输入电路（15）内有端子P2、电压互感器PT201～PT204、电阻R201～R208以及电容C201～C204；中央处理器电路（16）内有微控制器U1、晶振JT1、电阻R17～R19、电容C18和C19以及发光二极管D4，其微控制器U1的型号为STM32F103ZE；显示及操作电路（17）内有带有触摸屏的液晶显示器YJ1、电阻R601～R607以及发光二极管D601～D607；输出电路（18）内有驱动芯片U7、电磁继电器JQ301～JQ304、二极管D301～D304、隔离变送器DC1以及端子P3，其驱动芯片U7的型号为ULN2004A，隔离变送器DC1的型号为TS160D/S-3.3；附属电路（19）内有收发器U4、收发器U6、电源监测和硬件看门狗芯片U5、电阻R20、R22和R41、电容C10～C15、有极性电容C16和C17以及端子P4；

其电路连接关系为：在电源电路（14）内，开关电源DY1为所述的智能控制器（6）整机提供工作电源，其输入端连接端子P1，端子P1连接变电站交流220V控制电源，开关电源DY1的输出端侧，5V-端与12V-端相互短接后接地，5V+端输出+5V直流电源VCC，12V+端输出+12V直流电源，3.3V芯片工作电源电路中，低压差稳压器U2的第3管脚连接+5V直流电源VCC，同时连接有极性电容C1的正极和电容C5的一端，有极性电容C1的负极和电容C5的另一端相连接后接地，低压差稳压器U2的第1管脚接地，并同时连接有极性电容C2的负极和电容C6的一端，有极性电容C2的正极和电容C6的另一端连接到低压差稳压器U2的第2管脚，低压差稳压器U2的第2管脚输出3.3V芯片工作电源，电阻R1的一端连接有极性电容C2的正极，电阻R1的另一端连接发光二极管D1的正极，发光二极管D1的负极与有极性电容C2的负极相连接，AD采样参考电源电路中，低压差稳压器U3的第3管脚连接+5V直流电源VCC，同时连接有极性电容C3的正极和电容C7的一端，有极性电容C3的负极和电容C7的另一端相连接后接地，低压差稳压器U3的第1管脚连接电阻R2的一端、电阻R3的一端和电容C8的一端，电阻R2的另一端与电容C8的另一端相连接后接地，并同时连接有极性电容C4的负极和电容C9的一端，有极性电容C4的正极和电容C9的另一端相连接后连接电阻R3的另一端，电阻R3的另一端连接到低压差稳压器U3的第2管脚，低压差稳压器U3的第2管脚输出1.65V AD采样参考电源；在输入电路（15）内，电压互感器PT201的一次绕组正、负极端分别连接到端子P2的U0L端和U0N端，电压互感器PT201的二次绕组正、负极端分别连接电阻R201的一端和电阻R202的一端，电阻R202的一端连接电容C201的一端，电容C201的另一端接地，电阻R201的另一端引出信号U0，并与电阻R202的另一端相连接， 电压互感器PT202的一次绕组正、负极端分别连接到端子P2的UAL端和UAN端，电压互感器PT202的二次绕组正、负极端分别连接电阻R203的一端和电阻R204的一端，电阻R204的一端连接电容C202的一端，电容C202的另一端接地，电阻R203的另一端引出信号UA，并与电阻R204的另一端相连接，电压互感器PT203的一次绕组正、负极端分别连接到端子P2的UBL端和UBN端，电压互感器PT203的二次绕组正、负极端分别连接电阻R205的一端和电阻R206的一端，电阻R206的一端连接电容C203的一端，电容C203的另一端接地，电阻R205的另一端引出信号UB，并与电阻R206的另一端相连接，电压互感器PT204的一次绕组正、负极端分别连接到端子P2的UCL端和UCN端，电压互感器PT204的二次绕组正、负极端分别连接电阻R207的一端和电阻R208的一端，电阻R208的一端连接电容C204的一端，电容C204的另一端接地，电阻R207的另一端引出信号UC，并与电阻R208的另一端相连接，端子P2的U0L端、UAL端、UBL端和UCL端连接供电系统的三相四线制交流电源；在中央处理器电路（16）内，微控制器U1的第32管脚连接3.3V芯片工作电源，微控制器U1的第17、第33、第39、第52、第62、第72、第84、第95、第108、第121、第131和第144管脚相互短接后，连接3.3V芯片工作电源，微控制器U1的28管脚连接1.65V AD采样参考电源，微控制器U1的第29管脚接地，微控制器U1的第16、第30、第31、第38、第51、第61、第71、第83、第94、第107、第120、第130和第143管脚相互短接后接地，晶振JT1与电阻R18并联后，其一端连接电容C19的一端，并同时连接到微控制器U1的第24管脚，其另一端连接电容C18的一端，并同时连接到微控制器U1的第23管脚，电容C18的另一端与电容C19的另一端相连接，并同时连接到微控制器U1的第30管脚，电阻R17的一端连接到微控制器U1的第18管脚，电阻R17的另一端连接发光二极管D4正极，发光二极管D4负极接地，电阻R19的两端分别连接到微控制器U1的第16和第138管脚；在显示及操作电路（17）内，带有触摸屏的液晶显示器YJ1的第1管脚连接+5V直流电源，带有触摸屏的液晶显示器YJ1的第8管脚接地，电阻R601～R607的一端分别连接发光二极管D601～D607的正极，发光二极管D601～D607的负极相互连接在一起，电阻R607的另一端连接+5V直流电源VCC；在输出电路（18）内，驱动芯片U7的第9管脚连接+12V直流电源，驱动芯片U7的第8管脚接地，电磁继电器JQ301～JQ304线圈的一端均连接+12V直流电源，并分别连接二极管D301～D304的负极，电磁继电器JQ301～JQ304线圈的另一端分别连接到驱动芯片U7的第16～13管脚，并分别连接二极管D301～D304的正极，电磁继电器JQ301～JQ304常开触点的一端分别连接到端子P3的HZA端、HZB端、HZC端和BJ1端，电磁继电器JQ301～JQ303常开触点的另一端均连接到端子P3的COM端，电磁继电器JQ304常开触点的另一端连接到端子P3的BJ2端，隔离变送器DC1的第7管脚连接+5V直流电源VCC，隔离变送器DC1的第4和第8管脚均接地，隔离变送器DC1的第1和第2管脚分别连接到端子P3的OUT-端和OUT+端；在附属电路（19）内，收发器U4的第8管脚、收发器U6的第16管脚以及电源监测和硬件看门狗芯片U5的第2管脚均连接3.3V芯片工作电源，收发器U4的第5管脚、收发器U6的第15管脚以及电源监测和硬件看门狗芯片U5的第3管脚均接地，收发器U4的第6管脚连接电阻R20的一端，电阻R20的另一端连接收发器U4的第7管脚，电容C10的一端连接有极性电容C16的正极，并同时连接3.3V芯片工作电源，电容C10的另一端与有极性电容C16的负极相连接后，连接到收发器U4的第5管脚，收发器U6的第1和第3管脚之间连接电容C13，收发器U6的第4和第5管脚之间连接电容C14，收发器U6的第2管脚连接电容C12的一端，电容C12的另一端连接有极性电容C17的负极，并接地，有极性电容C17的正极连接到收发器U6的第16管脚，收发器U6的第6管脚连接电容C15的一端，电容C15的另一端接地，电源监测和硬件看门狗芯片U5的第4和第2管脚相连接，并连接电阻R22的一端，电阻R22的另一端连接到电源监测和硬件看门狗芯片U5的第7管脚，并同时连接电容C11的一端，电容C11的另一端接地，电源监测和硬件看门狗芯片U5的第6管脚连接电阻R41的一端，电阻R41的另一端连接到电源监测和硬件看门狗芯片U5的第3管脚，电源监测和硬件看门狗芯片U5的第1和第8管脚相连接，端子P4的485A端和485B端分别连接到收发器U4的第6和第7管脚；输入电路（15）与中央处理器电路（16）之间，电压互感器PT201～PT204的二次绕组负极端均连接到微控制器U1的第28管脚，电阻R201、R203、R205和R207的另一端分别连接到微控制器U1的第34～37管脚，显示及操作电路（17）与中央处理器电路（16）之间，电阻R601～R606的另一端分别连接到微控制器U1的第58～60、63～65管脚；输出电路（18）与中央处理器电路（16）之间，驱动芯片U7的第1～4管脚分别连接到微控制器U1的第87～90管脚，隔离变送器DC1的第3管脚连接到微控制器U1的第40管脚；附属电路（19）与中央处理器电路（16）之间，收发器U4的第1、第2和第4管脚分别连接到微控制器U1的第112、第113和第111管脚，收发器U6的第9和第10管脚分别连接到微控制器U1的第102和第101管脚，电源监测和硬件看门狗芯片U5的第6和第7管脚分别连接到微控制器U1的第26和第25管脚；附属电路（19）与显示及操作电路（17）之间，带有触摸屏的液晶显示器YJ1的第4和第5管脚分别连接到收发器U6的第7和第8管脚。