CN106849044B - 一种恒功率过电压智能短路保护器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种恒功率过电压智能短路保护器，其包括：用于采集电流和电压数据的信号采集单元；通过编程对数据进行分析，判断电流互感器的工作状态，用来调控智能短路保护器各部分的控制单元；当电流互感器处于异常工作状态，实施保护措施并警示工作人员的报警单元；用于恢复电路原始状态的复位单元。本发明采用数字式信号设备监测电流和电压，单片机内部的程序检测电流互感器的工作状态，可高速控制继电器的闭合来完成保护功能，具有动作节点输出，LED灯发光报警，自动闭锁差动保护，动作后自动复位或手动复位的特点。

Description

一种恒功率过电压智能短路保护器

技术领域

本发明涉及电气保护装置，具体涉及一种恒功率过电压智能短路保护器。

背景技术

电力系统中的电流互感器主要用于获取系统的电流值，供保护、测量等使用，正常运行时接近短路状态。当电流互感器的二次侧开路时，二次侧电流为零，一次侧的电流全部变成激励电流，其产生的交变磁通将在二次绕组上产生尖峰电压，会严重威胁设备的正常运行和人身安全；在二次保护电路回路中继电保护装置会因无电流而拒动或误动，无法准确的实现保护，降低供电的安全性和可靠性；在测量与计量回路中，由于没有了电流，电流表盒电能表都会停止工作。

行业内现有产品大都仅依靠硬件来解决二次侧开路的问题，随着时间的日益积累，产品的正常泄漏电流值会增大，导致产品可能出误动和拒动情况。为解决现有技术中的问题，需要采用一定的检测方法或检测设备来检测电流互感器二次侧是否开路，一旦判定为开路，应该立即将二次线圈短接，并尽快采取相应措施消除故障，使系统恢复正常运行状态。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种恒功率过电压智能短路保护器，其包括：

信号采集单元，用于采集电流互感器二次侧电流和电压数据；

控制单元，其通过编程对所述信号采集单元的数据进行分析，判断所述电流互感器的工作状态；

报警单元，用于当检测到所述电流互感器处于异常工作状态时，保护电路并警示工作人员；

复位单元：当故障解除后，用于恢复电路原始状态；

所述控制单元分别与所述信号采集单元、所述报警单元、所述复位单元电连接。

较佳的，所述控制单元通过计算铁芯磁通的方法检测所述电流互感器的工作状态，其计算方法如下：

其中，Φ₁为所述电流互感器铁芯磁通，n₁，n₂分别为所述电流互感器一次侧和二次侧线圈的匝数，I₁,U₁分别为t₁时刻所述信号采集单元采集到的所述电流互感器的二次侧电流和电压值，I₂,U₂分别为t₂时刻所述信号采集单元采集到的所述电流互感器的二次侧电流和电压值，t₂大于t₁，U_n、I_n为所述电流互感器处于正常工作状态下的电压、电流值，R_C为所述电流互感器二次绕组直流电阻阻值，R_C＝U_n/I_n；

设定一个预设磁通Φ_T，将其与计算得到的Φ₁比较，若Φ₁＜Φ_T，所述电流互感器处于正常工作状态；反之，若Φ₁＞Φ_T，所述电流互感器处于异常工作状态。

较佳的，所述控制单元通过比较电压的方法检测所述电流互感器的工作状态，当所述电流互感器二次侧电压大于设定的导通电压值时，所述电流互感器处于异常工作状态，反之，处于正常工作状态。

较佳的，所述报警单元包括一继电器，当所述电流互感器处于异常工作状态时，所述控制单元驱动所述继电器闭合以实施保护。

较佳的，所述控制单元为一单片机。

较佳的，所述报警单元包括至少一LED灯，当所述电流互感器处于异常工作状态时，所述LED灯点亮以警示工作人员。

较佳的，所述信号采集单元包括电流传感器和电压传感器。

较佳的，所述复位单元包括手动复位装置和自动复位装置。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：

1，本发明采用数字式信号设备监测电流和电压，单片机内部的程序检测电流互感器的工作状态，可高速控制继电器的闭合来完成保护功能，具有动作节点输出，LED灯发光报警，自动闭锁差动保护，动作后自动复位或手动复位的特点；2，输入信号与输出信号完全光电隔离，输入阻抗无穷大，接入后不影响原电路的测量及保护性能；3，单片机内部的导通电压值和预设磁通可预定设置，以满足不同场合的需求；4，本发明的复位单元复位之后可再次使用，使用寿命可达上万次之多，运行稳定可靠；5，本发明采用导轨式安装方式，具有体积小，安装方便的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明各实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本发明的保护器框图；

图2是本发明的工作流程图。

图中数字表示：

1.信号采集单元 2.控制单元 3.报警单元 4.复位单元

11.电流传感器 12.电压传感器

21.单片机

31.LED灯 32.继电器

41.手动复位装置 42.自动复位装置

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例1

如图1所示，其为本发明的保护器框图，所述恒功率过电压智能短路保护器包括：信号采集单元1，控制单元2，报警单元3和复位单元4。所述控制单元2分别与所述信号采集单元1、所述报警单元3、所述复位单元4电连接。所述恒功率过电压智能短路保护器采用导轨式安装方式，并联于电流互感器的二次侧，具有体积小，安装方便的特点。

所述信号采集单元1包括：电流传感器11和电压传感器12。所述电流传感器11用于测取所述电流互感器的励磁电流信号I，所述电压传感器12用于测取所述电流互感器的二次侧端子的端电压U。所述信号采集单元1取得的信号传送给所述控制单元2。

所述控制单元2为高性能的单片机21，用于接收所述信号采集单元1采集的数据信号，并进行数据处理。所述单片机21通过其内部的编程可具有计时，数据处理等功能，其输出的信号可驱动相关单元采取动作。首先，所述单片机21根据所述信号采集单元1取得的信号，进行分析处理，判断所述电流互感器是否处于正常工作的状态，本发明涉及两种判断方式：

方式一：

事先设定一个导通电压值U_T，导通电压值U_T可根据需要进行重设，以满足不同场合的需求。将所述导通电压值U_T和来自所述信号采集单元的所述端电压U进行比较，当U＜U_T时，所述电流互感器处于正常工作状态；当U＞U_T时，所述电流互感器处于异常工作状态。这种方法的优点是简单便捷，只需要一个数据的采集。

所述恒功率过电压智能短路保护器根据设定的导通电压值U_T计算出恒定的功率W₁，当所述恒功率过电压智能短路保护器的功率值为恒定情况下，仅对比所述导通电压值U_T和来自所述信号采集单元的所述端电压U即可判断所述电流互感器的工作状态。

方式二：

若所述电流互感器二次侧开路，二次电流的去磁作用消失，一次电流就会完全变为励磁电流，会引起铁芯内磁通剧增，铁芯处于高度饱和的状态。根据这一特性，发明人经过长时间的和探索，根据不同时间采集到的二次侧电流，电压值，以及所述电流互感器两侧匝数参数，得到计算铁芯磁通量的方法，其公式如下：

其中，Φ₁为所述电流互感器铁芯磁通，n₁，n₂分别为所述电流互感器一次侧和二次侧线圈的匝数，I₁,U₁分别为t₁时刻所述信号采集单元采集到的二次侧电流和电压值，I₂,U₂分别为t₂时刻所述信号采集单元采集到的二次侧电流和电压值，t₂＞t₁，U_n、I_n为所述电流互感器处于正常状态下的电压、电流值，R_C为二次绕组直流电阻阻值，R_C＝U_n/I_n。

设定一个预设磁通Φ_T，预设磁通Φ_T可根据需要进行重设，以满足不同场合的需求，将其与计算得到的Φ₁比较，若Φ₁＜Φ_T，所述电流互感器处于正常工作状态；反之，若Φ₁＞Φ_T，所述电流互感器处于异常工作状态。

所述恒功率过电压智能短路保护器根据设定的预设磁通Φ_T计算出恒定的功率W₂，当所述恒功率过电压智能短路保护器的功率值为恒定情况下，仅对比所述电流互感器铁芯磁通Φ₁和预设磁通Φ_T即可判断所述电流互感器的工作状态。

铁芯内磁通剧增是二次侧开路的重要标志之一，上述公式覆盖了影响铁芯中磁通变化的所有因素，需通过所述信号采集单元1在几个不同的时刻采集二次侧的电流和电压值，将这些数据信号输入所述单片机21，所述单片机21根据编程好的程序，即可快速计算出相应的磁通量，更加容易的判断所述电流互感器的工作状态。方式二相比方式一需要采集的数据更多，但是得到的结果也更加的准确可靠。

至少采用以上两种方式中的一种，当检测到所述电流互感器处于异常工作状态时，所述单片机21会驱动所述报警单元3工作，最终达到保护整个电路的目的。

所述报警单元3包括继电器32和至少一LED灯31，所述报警单元3受所述控制单元2的驱动。所述电流互感器处于正常工作状态时，所述继电器32打开，所述恒功率过电压智能短路保护器两端处于开路，所述LED灯31熄灭；所述电流互感器处于一场工作状态时，所述单片机21引脚发出信号，驱动所述继电器32闭合以实施保护，所述LED灯31点亮，以警示工作人员。

所述复位单元4，其包括手动复位装置41和自动复位装置42。当故障排除后，可通过所述手动复位装置41使电路恢复原状态，或者，当所述控制单元2对来自信号采集单元1取得的信号进行分析后，判断出所述电流互感器已处于可正常工作的状态，30s后，所述恒功率过电压智能短路保护器可通过所述自动复位装置42使电路恢复原状态，所述电流互感器可重新投入正常运行。计时器的功能由所述控制单元2提供。

如图2所示，其为本发明的工作流程，具体如下：

正常运行时，所述恒功率过电压智能短路保护器两端的电压低于20V，所述控制单元2接收小于设定的所述导通电压值，或计算得到的磁通小于所述预设磁通时，所述单片机21输出引脚没有信号发出，所述恒功率过电压智能短路保护器两端处于开路状态，泄漏电流值为零，所以对于该回路的动作值和表计的准确度没有任何影响。

当所述电流互感器二次回路发生开路或一次绕组出现异常过电流时，在二次绕组中产生的电压远远高于正常的运行电压。此时所述控制单元2接收到信号，并与规定设置所述导通电压值进行比较，其值大于所述导通电压值，或计算得到的磁通大于所述预设磁通时，所述单片机21引脚发出信号，使所述恒功率过电压智能短路保护器瞬间动作，动作时间小于1ms，驱动所述报警单元3，此时，所述恒功率过电压智能短路保护器发出报警信号，所述LED灯31点亮，并且闭锁所述继电器32实施保护。故障消除后，可使用所述手动复位装置41或自动复位装置42，复位后可再次使用，使用寿命可达上万次，运行稳定可靠。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种恒功率过电压智能短路保护器，包括：

信号采集单元，用于采集电流互感器二次侧电流和电压数据；

控制单元，其通过编程对所述信号采集单元的数据进行分析，判断所述电流互感器的工作状态；

报警单元，用于当检测到所述电流互感器处于异常工作状态时，保护电路并警示工作人员；

复位单元：当故障解除后，用于恢复电路原始状态；

所述控制单元分别与所述信号采集单元、所述报警单元、所述复位单元电连接；

所述控制单元通过检测铁芯磁通判定所述电流互感器的工作状态，所述电流互感器铁芯磁通计算式如下：

其中，Φ₁为所述电流互感器铁芯磁通，n₁，n₂分别为所述电流互感器一次侧和二次侧线圈的匝数，I₁,U₁分别为t₁时刻所述信号采集单元采集到的二次侧电流和电压值，I₂,U₂分别为t₂时刻所述信号采集单元采集到的二次侧电流和电压值，t₂大于t₁，U_n、I_n为所述电流互感器处于正常工作状态下的电压、电流值，R_C为二次绕组直流电阻阻值。

2.如权利要求1所述的恒功率过电压智能短路保护器，其特征在于，所述报警单元包括一继电器，当所述电流互感器处于异常工作状态时，所述控制单元驱动所述继电器闭合以实施保护。

3.如权利要求1-2任一所述的恒功率过电压智能短路保护器，其特征在于，所述控制单元为一单片机。

4.如权利要求3所述的恒功率过电压智能短路保护器，其特征在于，所述报警单元包括至少一LED灯，当所述电流互感器处于异常工作状态时，所述LED灯点亮以警示工作人员。

5.如权利要求4所述的恒功率过电压智能短路保护器，其特征在于，所述信号采集单元包括电流传感器和电压传感器。

6.如权利要求5所述的恒功率过电压智能短路保护器，其特征在于，所述复位单元包括手动复位装置和自动复位装置。