CN106469902A - 10kv缺相低压智能脱扣保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了10KV缺相低压智能脱扣保护装置，包括：数据采集模块，用于采集变压器低压侧的三相线电压和三相相电流；信号处理模块，其输入端与数据采集模块的输出端连接，用于对采集到的三相线电压和三相相电流信号进行转换处理以匹配DSP微机处理器的输入信号要求；DSP微机处理器，其输入端与信号处理模块的输出端连接，该DSP微机处理器对信号处理模块传输的三相线电压和三相相电流信号进行计算以得出幅值、相位信息；开关控制模块，其输入端与DSP微机处理器的输出端连接，该开关控制模块以DSP微机处理器的输出信号控制切断配电柜中变压器低压输出侧与用户之间的连接。
Description
技术领域
本发明涉及10KV变电系统, 具体是应用于10KV /0.4KV变电系统的10KV缺相低压智能脱扣保护装置。
背景技术
10ＫＶ /0.4ＫＶ 电网中广泛使用柱上台变，有时会遇到10KV高压线路缺相的故障，特别是每年的雷雨、大风季节常因高压跌落式熔断器熔丝的一相或两相断开导致变压器高压侧缺相，由此引起低压全部停电或三相输出不平衡的现象。
这是配网中常见的现象，长期以来未得到有效的解决。煤矿、石油、石化、钢铁、机械加工制造等行业中大量使用三相电机，缺相会造成使用三相电源的设备无法正常工作、甚至几分钟内烧坏设备，而且变压器缺相运行温度会大幅升高甚至烧坏，尤其对于大量使用三相电动机负载的工业用户和大量使用增氧电动机负载的养殖户极为不利，短时间内就会使电动机烧毁。供电企业每年常接到工业用户、农村养殖专业户（例如养鱼、虾）因10KV线路断线导致工厂内三相电动机烧毁导致工厂生产出次品，甚至停产，鱼（虾）塘增氧电动机烧毁而使得鱼（虾）群缺氧死亡的投诉，这不仅造成客户的严重损失，与供电企业的经济纠纷，也给供电企业的客户服务带来极大的负面影响。
线路缺相类型分为１０ＫＶ高压缺相和０．４ＫＶ低压缺相；其中，１０ＫＶ高压缺相常因大风、恶劣天气、过往车辆挂线、用电负荷大熔丝烧断等因素导致10KV线路断线或跌落式熔断器熔丝熔断等情况，从而引起变压器高压侧缺相。０．４ＫＶ低压缺相则常因用电负荷大线路老化断裂、外力破坏（如树木）等情况，引起变压器低压侧缺相。
如图1所示，这是一个配电系统的示意图，图中开关S1，S2，S3在实际情况可能为保险丝或熔断器，由于接触不良，或者某相的保险丝损坏，导致三相输入出现缺相的问题，此时为了保护后面的负载需要一个专门的高压三相缺相检测装置来准确检测输入的三相电压是否出现故障，同时控制低压侧的输出开关跳闸。
但是，缺相判断具有以下难点：
1、低压侧负荷容量不断变化、负载类型不确定。
如：△/Yn 结法，即当变压器原边绕组( 高压) 为三角形接法，而副边绕组( 低压) 为星形( 中点接地) 接法时。纯理论分析：当原边B 相缺相( 或A、C 相均同) 时，则电压UAB ＝UBC ＝1/2UAC。
此时副边分情况：
1）、空载或带电阻性负载：Uab ＝Ubc ≤1/2Uac
2）、带电动机负载：Uab ＝Ubc ＜1/2Uac
实际情况是：副边为混合型负载： Uab 、Ubc、1/2Uac之间关系是变化的，不是简单的一种数学公式解决所有情况。
2、谐波干扰；
3、三相电机产生的反电动势；如低压侧大量负载时三相电动机，当高压侧缺相时，会在电网中产生反电动势，提升低压侧的电压幅值，电压略有降低，甚至短时间不能察觉到电压的变化。
以上3点决定了，单纯靠检测电压或者电流的方式，或者一种或几种简单的数学模型来判断是否出现缺相，只能应用于空载、单一负载情况，而不能准确的判断混合型负载的缺相问题。必须建立一种人工神经网络来判断，而且需考虑侧到负载很小时，电流很小这个因素，避免误判断。
发明内容
为了克服现有母线槽温湿度监测系统的智能化不足, 本发明提供一种对母线槽温湿度在线监测、并根据监测状况对相关的漏电开关智能控制的10KV缺相低压智能脱扣保护装置。
本发明采用的技术方案是：
10KV缺相低压智能脱扣保护装置，包括：
数据采集模块，用于采集变压器低压侧的三相线电压和三相相电流；
信号处理模块，其输入端与数据采集模块的输出端连接，用于对采集到的三相线电压和三相相电流信号进行转换处理以匹配DSP微机处理器的输入信号要求；
DSP微机处理器，其输入端与信号处理模块的输出端连接，该DSP微机处理器对信号处理模块传输的三相线电压和三相相电流信号进行计算以得出幅值、相位信息；该DSP微机处理器软体内建立有人工神经网络系统，并采用仿真和实验数据对该人工神经网络系统进行训练以使得该系统具有缺相判断功能；该人工神经网络系统以所述幅值、相位信息为输入信号，并以缺相故障模式作为输出信号；
开关控制模块，其输入端与DSP微机处理器的输出端连接，该开关控制模块以DSP微机处理器的输出信号控制切断配电柜中变压器低压输出侧与用户之间的连接。
进一步，所述数据采集模块包括采集变压器低压侧三相线电压的电压互感器、以及采集变压器低压侧的三相相电流的电流互感器。
进一步，所述信号处理模块包括电流信号处理模块和电压信号处理模块；该电流信号处理模块用以处理所述电流互感器采集的三相电流信号并将处理过的电流信号传输给DSP微机处理器；该电压信号处理模块用以处理所述电压互感器采集的三相电压信号并将处理过的电压信号传输给DSP微机处理器。
进一步，所述电流信号处理模块包括依次连接的电流放大电路和恒流模块，该电流放大电路用于将电流互感器采集的大电流转化为小电流；所述电压信号处理模块包括依次连接的电压放大模块和恒压模块，该电压放大模块用于将电压互感器采集的高电压转换为低电压。
本发明的有益效果是：
本发明的10KV缺相低压智能脱扣保护装置由三相线电压，三相相电流检测模块，DSP为核心的处理单元，GPRS远程通信模块，开关跳闸控制模块，以及开关型辅助电源组成。系统的核心功能是通过检测三相变压器低压侧的线电压，相电流信息来判断变压器高压侧是否存在缺相故障；如果检测到缺相故障，则系统将通过继电器控制模块控制脱扣器工作将变压器低压侧的输出开关跳闸，从而保护连接在变压器二次侧的用电设备；同时将通过内置的GPRS模块将缺相故障信息以短信的方式发送到指定的手机上，帮助供电局迅速获知故障信息，起到及时获知故障，及时处理故障的作用，有助于提高其供电可靠性；短信内容包含了具体的缺相时间，哪相缺相，以及缺相处的位置等信息，这将极大地缩短故障点的定位时间和维修时间。
该高压缺相保护装置适用于民用，商用等各种场合，通过将该系统安装在配电所变压器的低压侧，监控该配电所处的供电状态是否正常，如果出现缺相，则系统将会迅速将配电所的输出主开关跳闸，以起到保护用电设备，减小供电单位和用电客户损失的目的。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。
图1为本发明的方框原理示意图。
具体实施方式
参考图1所示，为本发明10KV缺相低压智能脱扣保护装置，包括：
数据采集模块，用于采集变压器低压侧的三相线电压和三相相电流；
信号处理模块，其输入端与数据采集模块的输出端连接，用于对采集到的三相线电压和三相相电流信号进行转换处理以匹配DSP微机处理器的输入信号要求；
DSP微机处理器，其输入端与信号处理模块的输出端连接，该DSP微机处理器对信号处理模块传输的三相线电压和三相相电流信号进行计算以得出幅值、相位信息；该DSP微机处理器软体内建立有人工神经网络系统，并采用仿真和实验数据对该人工神经网络系统进行训练以使得该系统具有缺相判断功能；该人工神经网络系统以所述幅值、相位信息为输入信号，并以缺相故障模式作为输出信号；
开关控制模块，其输入端与DSP微机处理器的输出端连接，该开关控制模块以DSP微机处理器的输出信号控制切断配电柜中变压器低压输出侧与用户之间的连接。
所述数据采集模块包括采集变压器低压侧三相线电压的电压互感器、以及采集变压器低压侧的三相相电流的电流互感器。
所述信号处理模块包括电流信号处理模块和电压信号处理模块；该电流信号处理模块用以处理所述电流互感器采集的三相电流信号并将处理过的电流信号传输给DSP微机处理器；该电压信号处理模块用以处理所述电压互感器采集的三相电压信号并将处理过的电压信号传输给DSP微机处理器。
所述电流信号处理模块包括依次连接的电流放大电路和恒流模块，该电流放大电路用于将电流互感器采集的大电流转化为小电流；所述电压信号处理模块包括依次连接的电压放大模块和恒压模块，该电压放大模块用于将电压互感器采集的高电压转换为低电压。
信号采集处理电路模块采集电网的三相线电压和三相相电流，经过模拟信号处理电路后进入DSP的AD采集模块，利用DSP集成的AD模块将三相线电压和相电流转换成相应的数字量，并经数字滤波得到滤除干扰后的电压电流值。DSP利用得到的三相线电压和三相相电流的信息，进行运算处理得到电网各相电压幅值，相位，以及电网各相电流幅值和相位等信息。
缺相故障检测判断算法：DSP通过检测电网的三相线电压和三相电流，以及通过计算得到的幅值，相位信息，并将信息作为人工神经元模型的输入信号，通过神经元模型对不同模式的缺相信息进行训练，训练结果作为缺相分类模型。利用集成在DSP内部的电网电压缺相电压判断模型和电网电压缺相电流判断模型算法，进行缺相模型计算，并使系统报电网缺相故障。
人工神经网络是通过对人脑或者生物神经系统的结构模拟来实现预测的，具有非线性、自组织、自适应、大规模并行处理等优点，是目前使用较多的一种方法。人工神经网络具有任意逼近非线性函数的特性，缺相故障与检测得到的电网相关信息有非线性关系，用人工神经网络对二者进行拟合是比较合理的方法。我们通过采集大量的仿真和实验数据， 将电网的三相线电压、三相电流以及通过计算得到的幅值、相位信息将其作为人工神经网络的输入信号，将缺相故障模式作为神经元的输出信号，对神经网络进行训练，训练结果即缺相分类模型，并将该模型集成在DSP中。DSP通过检测电网的三相线电压和三相电流，以及通过计算得到的幅值，相位信息，将其输入训练好的神经网络模型中，根据输出的结果，判断电网是否存在缺相故障。
GPRS模块是系统的远程报警模块，当系统检测到电网缺相故障时，通过串行通讯的方式告知系统内部的GPRS模块，GPRS模块在收到通知后，通过SIM卡以短信的方式给事先设定好的若干手机号码发送电网缺相报警信息。
开关控制是控制切断配电柜中连接变压器低压输出侧与用户的主接触器。当系统检测到电网存在缺相故障时，给相应的开关控制模块发送控制信号，通过控制脱扣器的通电，来控制主接触器的断开，从而保护用户用电设备的安全。
触摸屏的主要功能有两个，一个是显示电网的电网电压幅值，相位，电流幅值，相位，有功功率，无功功率等参数信息以及电网是否存在缺相的状态信息；另一个功能是历史数据查询功能，触摸屏保存了近三十天电网的工作状态信息。
以上所述仅为本发明的优先实施方式，本发明并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.10KV缺相低压智能脱扣保护装置，其特征在于包括：
数据采集模块，用于采集变压器低压侧的三相线电压和三相相电流；
信号处理模块，其输入端与数据采集模块的输出端连接，用于对采集到的三相线电压和三相相电流信号进行转换处理以匹配DSP微机处理器的输入信号要求；
DSP微机处理器，其输入端与信号处理模块的输出端连接，该DSP微机处理器对信号处理模块传输的三相线电压和三相相电流信号进行计算以得出幅值、相位信息；该DSP微机处理器软体内建立有人工神经网络系统，并采用仿真和实验数据对该人工神经网络系统进行训练以使得该系统具有缺相判断功能；该人工神经网络系统以所述幅值、相位信息为输入信号，并以缺相故障模式作为输出信号；
开关控制模块，其输入端与DSP微机处理器的输出端连接，该开关控制模块以DSP微机处理器的输出信号控制切断配电柜中变压器低压输出侧与用户之间的连接。
2.根据权利要求1所述的10KV缺相低压智能脱扣保护装置，其特征在于：所述数据采集模块包括采集变压器低压侧三相线电压的电压互感器、以及采集变压器低压侧的三相相电流的电流互感器。
3.根据权利要求2所述的10KV缺相低压智能脱扣保护装置，其特征在于：所述信号处理模块包括电流信号处理模块和电压信号处理模块；该电流信号处理模块用以处理所述电流互感器采集的三相电流信号并将处理过的电流信号传输给DSP微机处理器；该电压信号处理模块用以处理所述电压互感器采集的三相电压信号并将处理过的电压信号传输给DSP微机处理器。
4.根据权利要求3所述的10KV缺相低压智能脱扣保护装置，其特征在于：所述电流信号处理模块包括依次连接的电流放大电路和恒流模块，该电流放大电路用于将电流互感器采集的大电流转化为小电流；所述电压信号处理模块包括依次连接的电压放大模块和恒压模块，该电压放大模块用于将电压互感器采集的高电压转换为低电压。
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| RU2734585C1 (ru) * | 2019-12-11 | 2020-10-20 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" | Способ определения параметров распределительной сети 0,4 кВ |
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