CN104377664B - 中低压弧光母线保护装置组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了中低压弧光母线保护装置组，包括保护装置及母线，保护装置连接有通讯系统，保护装置内设有单片机，单片机上连接有过流检测单元、弧光检测辅助单元及温度传感器，过流检测单元连接于母线，弧光检测辅助单元上连接有弧光传感器，弧光传感器连接于母线。同时在该基础上增加了可自我调节的部件，在某种特定的情况下，能够在单片机的控制下作出相应的调整动作，使得母线能够持续工作，显著降低弧光发生的概率。同时，将单片机与通讯系统连接，并最终连接至手机终端，实现手机对本保护装置组的监控，不仅极大的方便了工作人员实时掌握本保护装置组的运行工况，而且显著降低故障对本保护装置组的损伤。

Description

中低压弧光母线保护装置组

技术领域

本发明涉及母线保护装置组，特别是中低压弧光母线保护装置组。

背景技术

输电线路、发电机、电动机和变压器等电气设备中，母线的故障几率是比较低的。但由于母线绝缘子或断路器、隔离开关套管发生闪络、运行人员误操作，中低压母线受小动物危害等原因，母线故障时有发生。而通常母线上接有较多的电气元件，母线故障时将会使所有这些电气元件停电，其影响面积大，后果严重。目前在我国220KV以上电压等级的母线上，为满足电力系统暂态稳定性的要求，一般均装设有专门的快速母线保护，母线故障可有选择地快速切除。110KV电压等级的母线，视其重要程度和复杂程度，有些装设专门的母线保护，有的则不装。而35KV以下电压等级的中低压母线，无论其出线条数多少、复杂程度如何，一般都没有装设专门的母线保护。而开关柜内部弧光故障是配电系统中一种非常严重的故障，它的发生会造成灾难性的后果，其内部电弧燃烧释放的巨大能量所产生的各种故障电弧效应，严重烧毁昂贵的开关设备，短路电流冲击可损坏主变压器，造成长时间停电。更严重的是，它还会造成附近工作人员的伤亡事故。就目前应用的中低压母线短路保护方案而言，不能满足开关柜内部电弧光短路的要求，需要引进新的专用母线保护方案以解决现代电力系统及厂矿企业提高供电可靠性，减少停电时间的问题。

由于中低压母线出线条数多，操作频繁，三相导体线间距离、与大地的距离都比较近，容易受小动物危害，设备制造质量比高压设备差等原因，中低压母线的故障几率要比高压或超高压母线高得多。然而，过去我国对中低压母线的保护却一直不够重视，一般不装设母线保护，母线的故障由相邻设备的后备保护经一定延时后切除，使不少本可以快速消除的故障被发展、扩大，造成配电装置严重烧毁，供电长期不能恢复等严重事故。

中低压母线故障被发展扩大的最根本原因，就是因为没有专门的母线保护，使母线故障要经较长延时后才能被切除，故障持续过程中，产生的电弧光可能引发其他部位的故障。在采用户内开关柜式配电装置的情况下，电弧还可能将开关柜内的器件点燃，引起火灾，大面积烧毁配电设备，甚至造成更为严重的后果。同时，现有的中低压母线保护装置在实际的使用过程中，延时较长，保护动作时间一般在200-500ms左右，对中低压母线的保护效果不理想。

发明内容

本发明的目的在于提供中低压弧光母线保护装置组，能够保护多个中低压母线，工作范围广。同时在保护装置上增加了可自我调节的部件，在某种特定的情况下，能够在单片机的控制下作出相应的调整动作，使得母线能够持续工作，显著降低弧光发生的概率。同时，将单片机与通讯系统连接，并最终连接至手机终端，实现手机对本保护装置组的监控，不仅极大的方便了工作人员实时掌握本保护装置组的运行工况，而且显著降低故障对本保护装置组的损伤。

为了解决上述技术问题，采用如下技术方案：

中低压弧光母线保护装置组，包括保护装置及母线，保护装置连接有通讯系统，保护装置内设有单片机，单片机上连接有过流检测单元、弧光检测辅助单元及温度传感器，过流检测单元连接于母线，弧光检测辅助单元上连接有弧光传感器，弧光传感器连接于母线，其特征在于：通讯系统包括有无线通讯单元、移动通讯基站及手机监控终端，单片机通信至无线通讯单元，无线通讯单元通信至移动通讯基站，移动通讯基站通信有移动蜂窝数据/3G/4G主干网，移动蜂窝数据/3G/4G主干网通信至手机监控终端；通讯系统将手机监控终端与保护装置相互连通，一方面保护装置内的运行工况能够通过通讯系统传递至手机监控终端，并通过手机监控终端反应给工作人员，使得工作人员能够实时掌握保护装置的运行工况；另一方面，手机监控终端能够根据保护装置反应的运行工况人为的输入相应的操作指令，该操作指令经通讯系统后能传递至单片机，单片机根据操作指令做出相应的调整，实现远程控制。当某些故障发生时，能够及时作出调整，从而降低故障对母线的损害。同时，手机监控终端的数量不限，故监控效果更佳。

单片机包括有通讯模块、温度控制模块、工作调整模块、弧光感应模块、电流检测模块、定位识别模块；通讯模块连接无线通讯单元；温度控制模块连接温度传感器，温度控制模块上连接有吸热器及发电机，吸热器与温度传感器相互配合，吸热器上连接发电机，发电机与温度传感器相互配合；电流检测模块连接过流检测单元，过流检测单元包括第一过流检测单元与第二过流检测单元，第一过流检测单元连接第二过流检测单元，第一过流检测单元与第二过流检测单元之间连接有可调式变压器，可调式变压器与第一过流检测单元相互配合，可调式变压器连接于母线，可调式变压器连接工作调整模块，第二过流检测单元与过流检测单元之间连接有延时器(delay)；通讯单元实现通讯功能，实现手机监控终端的监控功能。温度传感器能够实时监测母线的温度，当弧光快形成而未形成时，母线内的温度逐渐升高，当温度超出正常温度范围时，温度控制模块能够接收该信号，并作出相应的调整，具体调整动作如下：温度控制模块一方面提醒工作人员，使工作人员能够及时调整，预防弧光发生，实现提前预警；另一方面，温度控制模块启动吸热器及发电机，吸热器作用于母线，母线附近的热量逐渐被吸热器吸收，同时该部分热量进入发电机，在发电机的作用下热能被转化为电能并储存，母线附近的温度降低，从而可防止母线内出现弧光，且具有节能环保的优点。过流检测单元进一步保护母线，当母线内的电流过大时，则极有可能出现弧光故障，过流检测单元的保护原理如下：从电流流动方向上，第一过流检测单元在第二过流检测单元之前，当第一过流检测单元检测到母线内的电流过大，即有可能发生弧光时，电流检测模块接收到该信号，并通过工作调整模块改变可调式变压器的接入位置，使得电路中的电压降低，进而改变母线内的电流大小，消除发生弧光的隐患。同时第二过流检测单元对母线内的电流进行二次检测，从而判定母线内的电流是否符合要求，通过延时器(delay)控制检测时间，，使得检测的电流为变压后的电流。

弧光检测辅助单元连接弧光感应模块及定位识别模块，弧光感应模块与弧光传感器相匹配，弧光检测辅助单元与弧光传感器之间连接有拨码开关，拨码开关与定位识别模块相匹配；弧光传感器上设有指示灯，弧光传感器连接有双向接头，双向接头连接于母线，双向接头上连接有二极管，二极管连接于母线；弧光感应模块上连接有转接装置，定位识别模块上连接有识别装置，识别装置与拨码开关相匹配，转接装置连接识别装置，识别装置的另一端连接双向接头。弧光传感器数量众多，均匀的分布于母线的各个位置，不同的弧光传感器能够检测不同位置的弧光，并通过弧光检测辅助单元传递至弧光感应模块；拨码开关数量众多，每个拨码开关与每个弧光传感器相互对应，当其对应的弧光传感器接受到弧光信号时，通过定位识别模块能够在单片机上显示发生弧光的位置，有利于及时检修和排出弧光故障，结构简单，设计巧妙。转接装置能够接受到弧光感应模块发出的信号，并通过识别装置控制对应的转接接头，使得出现弧光的位置处于断开状态，避免故障被发展扩大。

进一步，保护装置上连接有上游断路器，上游断路器连接手机监控终端。通过手机监控终端能够控制上游断路器，实现紧急停止，用于保护装置失灵的情况。

进一步，上游断路器内安装有无线感应器，无线感应器与手机监控终端相匹配，实现手机监控终端控制上游断路器。

进一步，发电机上连接有蓄电池，蓄电池连接指示灯。实现能源的循环利用，具有节能环保的优点。

进一步，双向接头包括有双向开关、连通导线及二极管导线，双向开关与连通导线相匹配，双向开关与二极管导线相匹配，实现转接装置控制双向开关。

进一步，可调式变压器包括铁芯、第一线圈及第二线圈，第一线圈及第二线圈均绕于铁芯上，第二线圈上设有滑动座，滑动座连接母线。通过移动滑动座，可改变可调式变压器的变压大小，变压范围大，使用范围广。

进一步，单片机包括有记录模块、显示模块、报警模块及电源模块，显示模块上连接有LED显示屏，记录模块内安装有记忆芯片，报警模块与弧光感应模块相匹配，报警模块内安装有警报器，电源模块内安装有太阳能电板。

进一步，通讯模块内安装有RS232串行通讯接口，RS232串行通讯接口与无线通讯单元相互通信，实现通讯功能。

由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：

本发明为中低压弧光母线保护装置组，能够保护多个中低压母线，工作范围广。同时在保护装置上增加了可自我调节的部件，在某种特定的情况下，能够在单片机的控制下作出相应的调整动作，使得母线能够持续工作，显著降低弧光发生的概率。同时，将单片机与通讯系统连接，并最终连接至手机终端，实现手机对本保护装置组的监控，不仅极大的方便了工作人员实时掌握本保护装置组的运行工况，而且显著降低故障对本保护装置组的损伤。

通讯系统将手机监控终端与保护装置相互连通，一方面保护装置内的运行工况能够通过通讯系统传递至手机监控终端，并通过手机监控终端反应给工作人员，使得工作人员能够实时掌握保护装置的运行工况；另一方面，手机监控终端能够根据保护装置反应的运行工况人为的输入相应的操作指令，该操作指令经通讯系统后能传递至单片机，单片机根据操作指令做出相应的调整，实现远程控制。当某些故障发生时，能够及时作出调整，从而降低故障对母线的损害。同时，手机监控终端的数量不限，故监控效果更佳。

通讯单元实现通讯功能，实现手机监控终端的监控功能。温度传感器能够实时监测母线的温度，当弧光快形成而未形成时，母线内的温度逐渐升高，当温度超出正常温度范围时，温度控制模块能够接收该信号，并作出相应的调整，具体调整动作如下：温度控制模块一方面提醒工作人员，使工作人员能够及时调整，预防弧光发生，实现提前预警；另一方面，温度控制模块启动吸热器及发电机，吸热器作用于母线，母线附近的热量逐渐被吸热器吸收，同时该部分热量进入发电机，在发电机的作用下热能被转化为电能并储存，母线附近的温度降低，从而可防止母线内出现弧光，且具有节能环保的优点。过流检测单元进一步保护母线，当母线内的电流过大时，则极有可能出现弧光故障，过流检测单元的保护原理如下：从电流流动方向上，第一过流检测单元在第二过流检测单元之前，当第一过流检测单元检测到母线内的电流过大，即有可能发生弧光时，电流检测模块接收到该信号，并通过工作调整模块改变可调式变压器的接入位置，使得电路中的电压降低，进而改变母线内的电流大小，消除发生弧光的隐患。同时第二过流检测单元对母线内的电流进行二次检测，从而判定母线内的电流是否符合要求，通过延时器(delay)控制检测时间，，使得检测的电流为变压后的电流。

弧光传感器数量众多，均匀的分布于母线的各个位置，不同的弧光传感器能够检测不同位置的弧光，并通过弧光检测辅助单元传递至弧光感应模块；拨码开关数量众多，每个拨码开关与每个弧光传感器相互对应，当其对应的弧光传感器接受到弧光信号时，通过定位识别模块能够在单片机上显示发生弧光的位置，有利于及时检修和排出弧光故障，结构简单，设计巧妙。转接装置能够接受到弧光感应模块发出的信号，并通过识别装置控制对应的转接接头，使得出现弧光的位置处于断开状态，避免故障被发展扩大。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明中低压弧光母线保护装置组的结构示意图；

图2为本发明中保护装置的结构框图；

图3为本发明中单片机的结构框图。

具体实施方式

如图1至图3所示，中低压弧光母线保护装置组，包括多组保护装置1及多组母线，每组保护装置1连接相对应的一组母线。保护装置1内设有单片机7，单片机7是中心控制系统，协调保护装置1对母线进行弧光保护。单片机7内设有10个模块，分别是弧光感应模块26、工作调整模块27、通讯模块28、温度控制模块29、记录模块30、显示模块31、报警模块32、电流检测模块33、电源模块34及定位识别模块35。每个模块具有不同的功能，不同模块相互之间均有联系，配合完成对母线的保护功能

温度控制模块29上连接有温度传感器12，温度传感器12安装于母线的各个位置，故能够探测母线各个位置的实时温度。同时温度控制模块29上连接有吸热器13及发电机14，吸热器13能够吸热，吸热器13的吸热口作用于母线，能够吸收母线附近的热量。吸热器13的出口位于发电机14内，促使吸热器13内的热量进入发电机14，最终在发电机14的作用下热能转化为电能。发电机14连接蓄电池15，产生的电能能够储存在蓄电池15内，蓄电池15作供电用。温度传感器12实时监测母线的温度，当弧光快形成而未形成时，母线附近的温度会逐渐升高，当温度超出正常温度范围时(预先设置有正常温度值)，温度控制模块29将其视为异常信号，并作出相应的调整，具体调整动作如下：温度控制模块29一方面提醒工作人员母线附近温度不正常，此时工作人员能够根据该信号对母线进行检查，使工作人员能够及时调整，预防弧光发生，实现提前预警；另一方面，温度控制模块29启动吸热器13及发电机14，吸热器13作用于母线，母线附近的热量逐渐被吸热器13吸收，同时该部分热量被导入发电机14内，发电机14开始运作，在发电机14的作用下热能逐渐被转化为电能并在蓄电池15内储存，母线附近的温度降低，从而可防止母线内出现弧光，且将热能回收利用，节能环保，降低电耗。

电流检测模块33上连接有过流检测单元，过流检测单元包括第一过流检测单元与第二过流检测单元10，第一过流检测单元8与第二过流检测单元10之间连接有可调式变压器9，可调式变压器9连接工作调整模块27。第一过流检测单元8、第二过流检测单元10及可调式变压器9均连接于母线，在母线电流流动方向上，第一过流检测单元8、可调式变压器9及第二过流检测单元10依次连接。可调式变压器9包括铁芯、第一线圈及第二线圈，第一线圈及第二线圈均绕于铁芯上，母线上的电流先通过第一线圈。第二线圈上设有滑动座，滑动座连接母线，滑动座可在第二线圈上移动，从而改变第二线圈接入母线的匝数。工作调整模块27控制滑动座移动，实现变压功能，进而改变电流大小。第二过流检测单元10与电流检测模块33之间连接有延时器11(delay)，过流检测单元的保护原理如下：当第一过流检测单元8检测到母线内的电流过大，即有可能发生弧光时，第一过流检测单元8将该信号传递至电流检测模块33，电流检测模块33接将该信号视为异常信号，并刺激工作调整模块27工作，工作调整模块27将电流值换算成电压值，并计算所需降低的电压数值。得到该电压数值后，调整滑动座的位置，改变第二线圈接入母线的位置，此时电压值下降至计算值，进而改变母线内的电流大小，消除发生弧光的隐患。第二过流检测单元10用于复测母线内的电流大小，延时器11起延时作用，故第二过流检测单元10获得的电流值为调整后的电流值，并将该电流值传递至电流检测模块33，电流检测模块33判定电流是否符合标准，若不符合标准则警示工作人员，防止可调式变压器9失灵或变压不准确的情况发生。

弧光感应模块26与定位识别模块35均连接至弧光检测辅助单元16，弧光检测辅助单元16用于接收各种信号并将该些信号传递至单片机7。弧光检测单元上连接有拨码开关17，拨码开关17数量众多，均匀的连接于弧光检测辅助单元16的各个接口上。每个拨码开关17均连接有与其相互匹配的弧光传感器18，弧光传感器18均匀的连接于母线的各个位置，故不同的弧光传感器18能够检测不同位置的弧光，并通过弧光检测辅助单元16传递至弧光感应模块26，弧光感应模块26识别该信号；每个拨码开关17与每个弧光传感器18相互对应，用于定位各弧光传感器18的位置。弧光感应过程如下：当某处或某几处的弧光传感器18接受到弧光信号时，首先通过对应的拨码开关17刺激弧光检测辅助单元16，同时相对应的拨码开关17将该弧光传感器18的位置信号传递至弧光检测辅助单元16。弧光检测辅助单元16将弧光信号与位置信号分别传递至弧光感应模块26与定位识别模块35，弧光感应模块26识别弧光信号，定位识别模块35识别位置信号，从而在单片机7上显示已发生弧光及发生弧光的位置，有利于及时检修和排出弧光故障，结构简单，设计巧妙。弧光传感器18上设有指示灯19，每个弧光传感器18均有一一匹配的指示灯19，指示灯19与蓄电池15相互连接，由蓄电池15供电发亮。当指示灯19对应的弧光传感器18接收到弧光信号时，该指示随即发亮，方便工作人员寻找发生弧光的位置。

弧光传感器18上连接有双向接头20，弧光感应模块26上连接有转接装置24，双向接头20与转接装置24相匹配，受转接装置24控制。双向接头20包括有双向开关36、连通导线21及二极管导线22，双向开关36在连通导线21与二极管导线22之间来回切换连接，双向开关36连接连通导线21时该区域内的母线导通，双向开关36连接二极管导线22时，在二极管导线22上的二极管23作用下，该区域内的母线断开.同时，双向开关36受转接装置24控制。定位识别模块35上连接有识别装置25，识别装置25分别连接转接装置24及各双向接头20。当接收到弧光信号时，弧光感应模块26启动转接装置24，定位识别模块35启动识别装置25，识别装置25识别发生弧光的位置，转接装置24接收该识别信号，将发生弧光位置上的双向接头20从连通导线21打向二极管导线22，实现断路。转接装置24能够接受到弧光感应模块26发出的信号，并通过识别装置25控制对应的转接接头，使得出现弧光的位置处于断开状态，避免故障被发展扩大。

通讯模块28上连接有通讯系统，通讯系统包括有无线通讯单元3、移动通讯基站4及手机监控终端6，通讯模块28内安装有RS232串行通讯接口，RS232串行通讯接口与无线通讯单元3相匹配，实现通讯功能。无线通讯单元3通信至移动通讯基站4，移动通讯基站4通信有移动蜂窝数据/3G/4G主干网5，移动蜂窝数据/3G/4G主干网5通信至手机监控终端6。通讯系统将手机监控终端6与保护装置1相互连通，一方面保护装置1内的运行工况能够通过通讯系统传递至手机监控终端6，并通过手机监控终端6反应给工作人员，使得工作人员能够实时掌握保护装置1的运行工况；另一方面，手机监控终端6能够根据保护装置1反应的运行工况人为的输入相应的操作指令，该操作指令经通讯系统后能传递至单片机7，单片机7根据操作指令做出相应的调整，实现远程控制。当某些故障发生时，能够及时作出调整，从而降低故障对母线的损害。同时，手机监控终端6的数量不限，故监控效果更佳。保护装置1上连接有上游断路器2，上游断路器2连接手机监控终端6。通过手机监控终端6能够控制上游断路器2，实现紧急停止，用于保护装置1失灵的情况。上游断路器2内安装有无线感应器37，无线感应器37与手机监控终端6相匹配，实现手机监控终端6控制上游断路器2。

同时，单片机7上安装的记录模块30、显示模块31、报警模块32及电源模块34均有其对应的功能，显示模块31上连接有LED显示屏，能够显示保护装置1的运行工况包括:母线温度、母线上的电流及电压电压、是否发生弧光、发生弧光的位置等。记录模块30内安装有记忆芯片，记忆芯片能够记录保护装置1一段时间内的运行工况，方便工作人员掌握保护装置1的运行工况。报警模块32与弧光感应模块26相匹配，报警模块32内安装有警报器，当接受到弧光信号时，警报器能够发出报警声，警示工作人员。电源模块34内安装有太阳能电板，太阳能电板能够在有光照的情况下自行充电，符合节能环保的生产理念。

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

Claims (8)

1.中低压弧光母线保护装置组，包括保护装置及母线，所述保护装置连接有通讯系统，所述保护装置内设有单片机，所述单片机上连接有过流检测单元、弧光检测辅助单元及温度传感器，所述过流检测单元连接于所述母线，所述弧光检测辅助单元上连接有弧光传感器，所述弧光传感器连接于所述母线，其特征在于：所述通讯系统包括有无线通讯单元、移动通讯基站及手机监控终端，所述单片机通信至所述无线通讯单元，所述无线通讯单元通信至所述移动通讯基站，所述移动通讯基站通信有移动蜂窝数据/3G/4G主干网，所述移动蜂窝数据/3G/4G主干网通信至所述手机监控终端；

所述单片机包括有通讯模块、温度控制模块、工作调整模块、弧光感应模块、电流检测模块、定位识别模块；所述通讯模块连接所述无线通讯单元；

所述温度控制模块连接所述温度传感器，所述温度控制模块上连接有吸热器及发电机，所述吸热器与所述温度传感器相互配合，所述吸热器上连接所述发电机，所述发电机与所述温度传感器相互配合；所述电流检测模块连接所述过流检测单元，所述过流检测单元包括第一过流检测单元与第二过流检测单元，所述第一过流检测单元连接所述第二过流检测单元，所述第一过流检测单元与所述第二过流检测单元之间连接有可调式变压器，所述可调式变压器与所述第一过流检测单元相互配合，所述可调式变压器连接于所述母线，所述可调式变压器连接所述工作调整模块，所述第二过流检测单元与所述过流检测单元之间连接有延时器(delay)；

所述弧光检测辅助单元连接所述弧光感应模块及所述定位识别模块，所述弧光感应模块与所述弧光传感器相匹配，所述弧光检测辅助单元与所述弧光传感器之间连接有拨码开关，所述拨码开关与所述定位识别模块相匹配；

所述弧光传感器上设有指示灯，所述弧光传感器连接有双向接头，所述双向接头连接于所述母线，所述双向接头上连接有二极管，所述二极管连接于所述母线；所述弧光感应模块上连接有转接装置，所述定位识别模块上连接有识别装置，所述识别装置与所述拨码开关相匹配，所述转接装置连接所述识别装置，所述识别装置的另一端连接所述双向接头。

2.根据权利要求1所述中低压弧光母线保护装置组，其特征在于：所述保护装置上连接有上游断路器，所述上游断路器连接所述手机监控终端。

3.根据权利要求2所述中低压弧光母线保护装置组，其特征在于：所述上游断路器内安装有无线感应器，所述无线感应器与所述手机监控终端相匹配，实现所述手机监控终端控制所述上游断路器。

4.根据权利要求1所述中低压弧光母线保护装置组，其特征在于：所述发电机上连接有蓄电池，所述蓄电池连接所述指示灯。

5.根据权利要求1所述中低压弧光母线保护装置组，其特征在于：所述双向接头包括有双向开关、连通导线及二极管导线，所述双向开关与所述连通导线相匹配，所述双向开关与所述二极管导线相匹配，所述转接装置控制所述双向开关。

6.根据权利要求1所述中低压弧光母线保护装置组，其特征在于：所述可调式变压器包括铁芯、第一线圈及第二线圈，所述第一线圈及所述第二线圈均绕于所述铁芯上，所述第二线圈上设有滑动座，所述滑动座连接所述母线。

7.根据权利要求1所述中低压弧光母线保护装置组，其特征在于：所述单片机包括有记录模块、显示模块、报警模块及电源模块，所述显示模块上连接有LED显示屏，所述记录模块内安装有记忆芯片，所述报警模块与所述弧光感应模块相匹配，所述报警模块内安装有警报器，所述电源模块内安装有太阳能电板。

8.根据权利要求1所述中低压弧光母线保护装置组，其特征在于：所述通讯模块内安装有RS232串行通讯接口，所述RS232串行通讯接口与所述无线通讯单元相互通信。