CN104158149A - 一种带有断零线保护功能的智能漏电保护器及断零线保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有断零线保护功能的智能漏电保护器，包括连接在三相交流电力线通路上的高精度零序CT，用于采集三相不平衡电流I_or；第一逻辑电路，连接所述零序CT并在三相不平衡电流I_or超过一个第一阈值时发送第一逻辑信号；高精度断零检测CT，用于采集中性线电流I_n；第二逻辑电路，连接所述断零检测CT并在中性线电流I_n超过一个第二阈值时发送第二逻辑信号；控制电路，获取所述第一或第二逻辑信号，在判断三相不平衡电流I_or大于所述第一阈值而中性线电流I_n小于第二阈值时，确定发生回路断零线故障，产生告警信号。本发明可准确判断断零故障并发出跳闸指令，以在信号处理上做纠错及预判中断处理。

Description

一种带有断零线保护功能的智能漏电保护器及断零线保护方法

技术领域

本发明涉及电力系统配变负荷技术，更特定言之，本发明涉及一种在三相四线系统中的带有断零线保护功能的智能漏电保护器及其断零线保护方法。

背景技术

在低压供电系统中，配网零线断线是经常发生的问题，而在本领域中，通常采用“TT”或“TN-C”两种保护方式，零线负荷正常能够保证三相交流电压的稳定和对称。零线或中性线能够保证三相负荷电压恒等于电源的相电压，不受负荷本身性质的影响，若三相四线制系统中的任何一相电力线产生断线，仅仅影响该相电压负荷，不会影响其余两厢电压。但是在零线断线发生的情况下，三相电压不再平衡，使得中性点发生平移，使得断点之后的三相电压发生变化，造成其完全不对称，某些相电压升高，会损坏电器设备，某些相电压过低，电器无法正常工作。

在三相四线低压供电系统中，零线断线虽然经常发生，却仍未得到有效的解决方案。例如，因为用电设备电器多数为单相负荷设备，而负荷的启动或关断存在很大的随意性，所以在零线断线的情况下，三相电压很难做到对称，而目前的做法基本上是：尽量在配电环节中尽量平均分配负荷；强化零线本身铺设质量和连接方式；特殊选择零线本身材质和截面积；或者是增加设备的接地面积。然而这些做法无法根本解决前述缺陷，而且仍然存在安全隐患。

根据规定，电压电力网宜采用TT系统，该系统中除变压器低压侧中性点直接接地外，中性线不得再行接地且应保持与相线同等的绝缘水平。在实际运行中由于各种因素导致零线断线的事故时有发生，造成了大量用户家用电器损坏事故。按照国家相关标准和行业规程的规定，保护器一般具有剩余电流保护、短路保护、过负荷保护、断零/缺相保护、过压/欠压保护等功能。目前保护器在通讯、电压、电流保护方面都有了很大的改善，但唯独断零保护还没有大的突破，到目前为止还未能有效解决这一难题。

发明内容

本发明技术方案解决前述缺陷，设计一种具有电力线通路断零线时能够及时进行跳闸告警的智能化漏电保护器，借助高精度内置式电流互感器、零序电流互感器，通过三相不平衡电流与中性线电流对比与分析计算，准确判断断零故障并发出跳闸指令，设计出高精度内置式电流互感器和零序电流互感器安装在保护器内部，在信号处理上做纠错及预判中断处理，在断零判断及处理上进行多点判断及多项结果相结合的方式加以实现。

为了实现这些目的，本发明的技术方案具体为：

技术方案1：一种带有断零线保护功能的智能漏电保护器，包括：

连接在三相交流电力线通路上的高精度的零序CT，用于采集此三相交流电力线通路上的三相不平衡电流I_or；

第一逻辑电路，连接所述零序CT并在此三相不平衡电流I_or超过一个第一阈值时发送第一逻辑信号；

高精度的断零检测CT，用于采集此三相交流电力线通路上的中性线电流I_n；

第二逻辑电路，连接所述断零检测CT并在此中性线电流I_n超过一个第二阈值时发送第二逻辑信号；

控制电路，获取所述第一或第二逻辑信号，在判断此三相不平衡电流I_or大于所述第一阈值而中性线电流I_n小于第二阈值时，确定发生回路断零线故障。产生告警信号。

在一个实施例中，所述零序CT进一步包括三个分相单CT组件，用于分别采集每一相交流电信号。

在一个实施例中，智能漏电保护器进一步包括：第三逻辑电路，获取所述三相不平衡电流I_or和中性线电流I_n并将两者加以比较产生第三逻辑信号。

技术方案2：一种三相交流电力线的断零线保护方法，包括：

1)通过一个零序CT采集此三相交流电力线通路上的三相不平衡电流I_or；

2)通过第一逻辑电路来判定此三相不平衡电流I_or是否超过一个第一阈值；

3)通过一个断零检测CT采集此三相交流电力线通路上的中性线电流I_n；

4)通过第二逻辑电路来判定此中性线电流I_n是否超过一个第二阈值；

5)判定此三相不平衡电流I_or是否大于所述第一阈值而此中性线电流I_n是否小于第二阈值，从而确定是否发生回路断零线故障。

在一个实施例中，在步骤2)中进一步包括：通过控制电路判断在一个第一预设时间周期T₁内，此三相不平衡电流I_or是否超过一个第一阈值。

在一个实施例中，在步骤4)中进一步包括：通过控制电路判断在一个第二预设时间周期T₂内，此中性线电流I_n是否超过一个第二阈值。

在一个实施例中，所述零序CT包括三个分相单CT组件，用于分别采集每一相交流电信号。

通过以上技术方案，本发明的优势可以体现：

断零保护技术研发成功将彻底解决目前由于零线断线故障带来的危害。通过带断零保护的智能化保护器的技术实施再配合智能通讯方案的结合使保护器的性能和功能更好的服务电网。经济效益可观：

实现保护器断零保护功能后，能够杜绝由于中性线断零引发的故障，从而避免由于中性线断线造成的用户家用电器损坏事故；

社会效益明显，保护器实现断零保护功能后，可以有效杜绝中性线断线事故，也便于运行单位及时发现和处理问题，避免了由于中性线断线带来的优质服务软肋。

附图说明

图1为本发明带有断零线保护功能的智能漏电保护器的逻辑结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

参照图1，本发明带有断零线保护功能的智能漏电保护器主要包括：连接在三相交流电力线二级绕组(包括一个漏电感应器的磁性线圈)通路上的高精度的零序电流互感器(CT)，采集此三相交流电力线通路上的三相不平衡电流I_or；在后级负载正常工作的情况下，根据电磁原理，穿过此零序CT磁性线圈(即其漏电感应器)内的磁通量为Φ＝μHS，单相负载具有各一根L线和N线，流入此感应器线圈内的电流I₁和流出的电流I₂产生的交变磁场强度H₁和H₂应当满足线圈内的磁场强度H为：

$\begin{array}{c}H=H_1+H_2\\ =\frac{N_1{I}_1}{L_1}+\frac{N_2{I}_2}{L_2}\end{array}---\left(1\right)$

其中N₁和N₂为零序电流CT第一、第二次侧的绕组圈数，若匝数相同，那么一、二次侧的电感系数L₁和L₂满足：

$H=\frac{N}{L}(I_1+I_2)---\left(2\right)$

因此在正常工作时不会产生漏电流，I₁和I₂大小相等方向相反，H应为0，因此零序CT的二次侧没有感应电流，相应地，漏电开关不产生任何动作。

第一逻辑电路C1，连接所述零序CT并在此三相不平衡电流I_or超过一个第一阈值时发送第一逻辑信号。在一个实施例中，将电流经过一个整流电路和乘法器扩大k倍(因零线或中性线的感应电流较小，为了精度采样信号，需要将此电流进行增益或信号放大)，即电流值I_or·k与一个第一阈值I_TH1进行比较，逻辑电路较佳地选用比较器，当电流值I_or·k大于第一阈值I_TH1时，输出一个表示三相四线制系统中各相负荷出现不平衡的数字信号；

高精度的断零检测CT，用于采集此三相交流电力线通路上的中性线电流I_n；

第二逻辑电路C2，连接所述断零检测CT并在此中性线电流I_n超过一个第二阈值时发送第二逻辑信号。在一个实施例中，将电流经过一个整流电路和乘法器扩大k倍，即电流值I_n·k与一个第二阈值I_TH2进行比较，逻辑电路较佳地选用比较器，当电流值I_or·k大于第二阈值I_TH2时，输出一个表示三相四线制系统中接地回路故障的数字信号，告知一个后端的控制器来对负荷回路进行电压补偿；控制电路10(选用DSP单片机控制)，获取所述第一或第二逻辑信号，在判断此三相不平衡电流I_or大于所述第一阈值而中性线电流I_n小于第二阈值时，确定发生回路断零线故障。产生告警信号。

在一个实施例中，智能漏电保护器进一步包括：第三逻辑电路C3，获取所述三相不平衡电流I_or和中性线电流I_n并将两者加以比较产生第三逻辑信号，在一个实施例中，此第三逻辑信号用于进一步与之前的第一与第二逻辑的判断结果进行对比分析，以进一步确定是否出现断零线故障。

实施例2：

在前述实施例的基础上，所述零序CT进一步包括单独对每一相负荷设置的三个分相单CT组件，用于分别采集每一相交流电信号。

进一步地，将三相电力线的A相采样CT组件、B相采样CT组件和C相采样CT组件分别采样的A相感应电流I_A，B相感应电流I_B和C相感应电流I_C的信号，分别与中性线电流I_n进行比较，得出三个逻辑信号值，进而通过控制器10将这三个逻辑值进行耦合，得出相应的逻辑动作。

实施例3：

在前述实施例的基础上设计一种三相交流电力线的断零线保护方法，其包括：

1)通过一个零序CT采集此三相交流电力线通路上的三相不平衡电流I_or；

2)通过第一逻辑电路来判定此三相不平衡电流I_or是否超过一个第一阈值；

3)通过一个断零检测CT采集此三相交流电力线通路上的中性线电流I_n；

4)通过第二逻辑电路来判定此中性线电流I_n是否超过一个第二阈值；

5)判定此三相不平衡电流I_or是否大于所述第一阈值而此中性线电流I_n是否小于第二阈值，从而确定是否发生回路断零线故障。

在一个实施例中，在步骤2)中进一步包括：通过控制电路判断在一个第一预设时间周期T₁内，此三相不平衡电流I_or是否超过一个第一阈值。在一个实施例中，在逻辑电路C1后端耦合定时器TR1，当时间周期T1达到时判断出一个触发信号。

同样地，在一个实施例中，在步骤4)中进一步包括：通过控制电路判断在一个第二预设时间周期T₂内，此中性线电流I_n是否超过一个第二阈值。

在一个实施例中，所述零序CT包括三个分相单CT组件，用于分别采集每一相交流电信号。

实施例4：

在前述实施例的基础上进一步细化地设计三相交流电力线的断零线保护方法，其包括：

1)通过3个单CT组件分别采集此三相交流电力线通路上A、B、C相的感应电流I_A、I_B、I_C；

2)通过第一逻辑电路来判定电流I_A、I_B、I_C是否超过一个第一阈值，若各自超出则输出第一逻辑信号；

3)通过一个断零检测CT采集此三相交流电力线通路上的中性线电流I_n；

4)通过第二逻辑电路来判定此中性线电流I_n是否超过一个第二阈值，若超出则输出第二逻辑信号；

5)判定此三相不平衡电流I_or是否大于所述第一阈值而此中性线电流I_n是否小于第二阈值，从而确定是否发生回路断零线故障。

在一个实施例中，在步骤2)中进一步包括：通过控制电路判断在一个第一预设时间周期T₁内，此三相不平衡电流I_or是否超过一个第一阈值。在一个实施例中，在逻辑电路C1后端耦合定时器TR1，当时间周期T1达到时判断出一个触发信号。

同样地，在一个实施例中，在步骤4)中进一步包括：通过控制电路判断在一个第二预设时间周期T₂内，此中性线电流I_n是否超过一个第二阈值。

在一个实施例中，所述零序CT包括三个分相单CT组件，用于分别采集每一相交流电信号。

在一个实施例中，所述零序CT进一步包括单独对每一相负荷设置的三个分相单CT组件，用于分别采集每一相交流电信号。

进一步地，将三相电力线的A相采样CT组件、B相采样CT组件和C相采样CT组件分别采样的A相感应电流I_A，B相感应电流I_B和C相感应电流I_C的信号，分别与中性线电流I_n进行比较，得出三个逻辑信号值，进而通过控制器10将这三个逻辑值进行耦合，得出相应的逻辑动作。

Claims (10)

1.一种带有断零线保护功能的智能漏电保护器，其特征在于包括：

连接在三相交流电力线二级绕组线圈上的零序CT，用于采集此三相交流电力线通路上的三相不平衡电流I_or；

第一逻辑电路，连接所述零序CT并在此三相不平衡电流I_or超过一个第一阈值时发送第一逻辑信号；

断零检测CT，用于采集此三相交流电力线通路上的中性线电流I_n；

第二逻辑电路，连接所述断零检测CT并在此中性线电流I_n超过一个第二阈值时发送第二逻辑信号；

控制电路，获取所述第一或第二逻辑信号，在判断此三相不平衡电流I_or大于所述第一阈值而中性线电流I_n小于第二阈值时，确定发生回路断零线故障。

2.根据权利要求1所述的带有断零线保护功能的智能漏电保护器，其特征在于：所述零序CT进一步包括三个分相单CT组件，用于分别采集每一相交流电信号。

3.根据权利要求2所述的带有断零线保护功能的智能漏电保护器，其特征在于：将三相电力线各自的A相采样CT组件、B相采样CT组件和C相采样CT组件分别采样的A相感应电流I_A，B相感应电流I_B和C相感应电流I_C的信号，分别与中性线电流I_n进行比较，得出三个逻辑信号值，进而通过控制器10将这三个逻辑值进行耦合，得出相应的逻辑动作。

4.根据权利要求1所述的带有断零线保护功能的智能漏电保护器，其特征在于进一步包括：第三逻辑电路，获取所述三相不平衡电流I_or和中性线电流I_n并将两者加以比较产生第三逻辑信号。

5.根据权利要求1所述的带有断零线保护功能的智能漏电保护器，其特征在于：将三相不平衡电流I_or经过一个整流电路和乘法器扩大k倍后，得出电流值I_or·k与所述第一阈值I_TH1进行比较。

6.根据权利要求1所述的带有断零线保护功能的智能漏电保护器，其特征在于：将中性线电流I_n经过一个整流电路和乘法器扩大k倍后，得出电流值I_n·k与所述第二阈值I_TH2进行比较。

7.一种三相交流电力线的断零线保护方法，其特征在于包括：

1)通过一个零序CT采集此三相交流电力线通路上的三相不平衡电流I_or；

2)通过第一逻辑电路来判定此三相不平衡电流I_or是否超过一个第一阈值；

3)通过一个断零检测CT采集此三相交流电力线通路上的中性线电流I_n；

4)通过第二逻辑电路来判定此中性线电流I_n是否超过一个第二阈值；

5)判定此三相不平衡电流I_or是否大于所述第一阈值而此中性线电流I_n是否小于第二阈值，从而确定是否发生回路断零线故障。

8.根据权利要求3所述的三相交流电力线的断零线保护方法，其特征在于在步骤2)中进一步包括：通过控制电路判断在一个第一预设时间周期T₁内，此三相不平衡电流I_or是否超过一个第一阈值。

9.根据权利要求3所述的三相交流电力线的断零线保护方法，其特征在于在步骤4)中进一步包括：通过控制电路判断在一个第二预设时间周期T₂内，此中性线电流I_n是否超过一个第二阈值。

10.根据权利要求3所述的三相交流电力线的断零线保护方法，其特征在于：所述零序CT包括三个分相单CT组件，用于分别采集每一相交流电信号。