CN106992506A - 一种应用于电磁式电压互感器的熔断器保护装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种应用于电磁式电压互感器的熔断器保护装置及方法，装置包括：电源模块、冲击脉冲电流判断模块、保护模块和电流互感器，其中，电源模块电连接至冲击脉冲电流判断模块；电流互感器电连接至电磁式电压互感器中性点与地之间的连接导线，电流互感器与冲击脉冲电流模块电连接；保护模块包括保护电阻和控制开关，保护电阻的两端串联连接至电磁式电压互感器的开口三角回路的两端，控制开关串联于所述保护电阻与开口三角回路之间；冲击脉冲电流判断模块电连接至控制开关。通过本实施例提供的装置能够预先快速消除电力系统因任何形式扰动引起电磁式电压互感器中出现的冲击脉冲电流，并有利于提前抑制铁磁谐振的发生。

Description

一种应用于电磁式电压互感器的熔断器保护装置及方法

技术领域

本发明涉及电力系统用熔断器安全保护技术领域，尤其涉及一种应用于电磁式电压互感器的熔断器保护装置及方法。

背景技术

在66kV及66kV以下的配电网中，系统母线上接有监视对地绝缘的电磁式电压互感器(Potential Transformer，PT)。因线路发生雷击、单相接地、合空母线操作、负荷剧烈变化以及二次电压负荷切换等原因产生的暂态冲击可能激发电磁式电压互感器的励磁电抗与系统对地电容间出现铁磁谐振或引起电磁式电压器铁芯饱和，导致保护电磁式电压互感器的熔断器中出现冲击脉冲电流，该脉冲电流的幅值可能达到数10安培，大大超过了熔断器所能承受的电流。因此造成熔断器熔丝老化寿命严重缩短以及熔断器频繁熔断等问题，且熔断器的更需要停电，增加了安全风险及无人值守站的运维成本。

熔断器的频繁熔断严重困扰着设备运行维护单位并严重增加了运行维护成本，目前采用增大熔断器额定电流的方法来解决熔断器频繁熔断的问题，导致熔断器失去了保护电磁式电压互感器能力。因此，尚未有相关技术和产品能解决熔断器寿命短及频繁熔断问题，研究和开发熔断器保护技术和产品具有重要意义。

发明内容

为解决相关技术中存在的问题，本发明提供了一种电磁式电压互感器用熔断器保护装置及方法，本发明采用检测电磁式电压互感与地之间的零序脉冲电流，判断熔断器在运行中是否承受高于熔断器额定电流瞬时值或有效值。当此电流值超过了熔断器所能承受的电流值时，保护模块动作将保护电阻投入，吸收电磁式电压互感器饱和或铁磁谐振引起的能量，消除电磁式电压互感器饱和，从而降低通过熔断器的冲击脉冲电流幅值，保护熔断器。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明实施例提供一种电磁式电压互感器用熔断器保护装置及方法，所述装置与配电网中的电磁式电压互感器电连接，具体的，所述装置包括电源模块、冲击脉冲电流判断模块、保护模块和电流互感器，其中，所述电源模块电连接至所述冲击脉冲电流判断模块；所述电流互感器电连接至所述电磁式电压互感器中性点与地之间的连接导线，所述电流互感器与所述冲击脉冲电流模块电连接；所述保护模块包括保护电阻和控制开关，所述保护电阻的两端串联连接至所述电磁式电压互感器的开口三角回路的两端，所述控制开关串联于所述保护电阻与所述开口三角回路之间；所述冲击脉冲电流判断模块电连接至所述控制开关。

本发明实施例通过电源模块为冲击脉冲电流判断模块和电流互感器提供供电电压，并由电流互感器检测电磁式电压互感器中性点与地之间的零序电流，并将所述零序电流发送至冲击脉冲电流判断模块，所述冲击脉冲电流判断模块根据零序电流的大小即可判断所述电磁式电压互感器用熔断器是否能承受通过此电流，如果熔断器不能承受此电流，则可以控制开关闭合，使保护电阻与开口三角回路形成串联回路，由保护电阻增加电磁式电压互感器一次回路阻尼，从而预先快速消除电磁式电压互感器中的饱和电流，由于检测电磁式电压互感器中性点与地之间的零序电流，能直观地反映电磁式电压互感器是否保护，熔断器中是否通过了较大电流，通过检测此电流的瞬时值或一段时间内的有效值，能够预先快速消除电磁式电压互感器中的饱和电流，并能提前抑制铁磁谐振，从而提高了电磁式电压互感器用熔断器保护效率，而且结构简单，并能有效提高电磁式电压互感器的使用寿命和电磁式电压互感器发生铁磁谐振的概率。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种应用于电磁式电压互感器的熔断器保护装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种应用于电磁式电压互感器的熔断器保护装置的应用场景示意图；

图3为本发明实施例提供的一种应用于电磁式电压互感器的熔断器的保护原理示意图；

图4为本发明实施例提供的一种应用于电磁式电压互感器的熔断器保护方法的流程示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

图1是根据一示例性实施例示出的一种应用于电磁式电压互感器的熔断器保护装置的结构示意图。如图1所示，该装置可以包括电源模块11、冲击脉冲电流判断模块12、保护模块和电流互感器15(CT，Current Tranfer)。

在本发明公开的实施例中，电源模块11电连接至所述冲击脉冲电流判断模块12和保护模块，从而为冲击脉冲电流判断模块12和保护模块提供电源，电源模块11可以直接连接AC220V电源，所述冲击脉冲电流判断模块12可以为CPU(Central Processing Unit，中央处理器)或PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)，所述冲击脉冲电流判断模块12电连接至所述保护模块，用于控制所述保护模块进行熔断器保护；所述电流互感器15用于电连接至所述电磁式电压互感器中性点与地之间，从而由电流互感器15测量零序电流(即电磁式电压互感器三相励磁电流之和)。

为了实现对电磁式电压互感器用熔断器的保护，该保护模块至少包括保护电阻13和控制开关14，所述保护电阻13的两端串联连接至所述电磁式电压互感器16的开口三角回路的两端，所述控制开关14串联于所述保护电阻13与开口三角回路之间，即开口三角回路、保护电阻13和控制开关14形成串联回路，且通过控制开关14的通断使开口三角回路、保护电阻13和控制开关14形成闭合或断开的串联回路。且在本发明公开的实施例中，所述冲击脉冲电流判断模块12电连接至控制开关14，从而由冲击脉冲电流判断模块12控制所述控制开关14的通断。

其中，在本发明公开的实施例中，所述保护电阻13的阻值范围为0.1-500Ω，通过保护电阻13接入电磁式电压互感器16的开口三角回路的两端，从而通过保护电阻13的阻值增加电磁式电压互感器一次回路阻尼，从而预先快速消除电磁式电压互感器饱和而产生的冲击脉冲电流，保护熔断器。而且，所述控制开关14一般采用电力电子开关或继电器开关，由冲击脉冲电流判断模块12投切控制开关14使保护电阻13直接与开口三角回路串联，使其对预先快速消除电磁式电压互感器饱和冲击脉冲电流。在具体实施过程中，保护电阻13的可由铁磁谐振试验得出，例如，当保护电阻13的阻值为10Ω时，这算到一次回路的阻尼为10k²Ω(其中k为电磁式电压互感器的变比)。

另外，在本发明公开的实施例中，该装置还可以包括计时器(未在图中示出)，所述计时器与冲击脉冲电流判断模块12和保护模块电连接，电源模块11为计时器提供工作电压，由冲击脉冲电流判断模块12根据计时器的计时时间精确投切控制开关14，从而达到对电磁式电压互感器16的饱和脉冲电流进行精确预先消除的目的，有效提高保护熔断器的效率。同时，在本发明公开的实施例中，可以通过一个计时器进行不同时段的控制，且所述计时器的个数可以根据需要设置多个，由多个计时器对不同时段分段计时，从而有效提高对时间的精确控制。

图2示出了本发明实施例提供的应用于电磁式电压互感器的熔断器保护装置在配电网中应用场景示意图，如图2所示，本发明实施例提供的电磁式电压互感器用熔断器保护装置包括电源模块11、冲击脉冲电流判断模块12、保护电阻13、控制开关14和电流互感器15，所述电源模块11分别电连接至所述冲击脉冲电流判断模块12，所述电流互感器15还电连接至冲击脉冲电流判断模块12，电流互感器15用于将采集的零序电流传送至冲击脉冲电流判断模块12。其中，在配电网中，三相电压(E1、E2、E3)分别电连接经熔断器17电连接至电磁式电压互感器16，且配电网对地等效C₀电容与电磁式电压互感并联分别电连接至三相电压。所述电磁式电压互感器16包括一开口三角回路，所述电流互感器15电连接至电磁式电压互感器16的中性点与地之间的连接导线，从而用于采集电磁式电压互感器16的零序电流；所述保护电阻13和控制开关14串接、且串联于开口三角回路的两端。

在具体实施过程中，电磁式电压互感器16未受到冲击的情况下，所述控制开关14处于开断状态，当电磁式电压互感器16受到冲击扰动导致饱和产生冲击脉冲电流时，由冲击脉冲电流判断模块12控制控制开关14闭合，使开口三角回路和保护电阻13形成串联回路，通过保护电阻13增加电磁式电压互感器16的一次回路阻尼，从而减低通过熔断器的电磁式电压互感引起的冲击电流保护熔断器；当控制开关14闭合预设时间(如50ms)后饱和冲击脉冲电流仍没有消除的话，冲击脉冲电流判断模块12控制控制开关14再次闭合，如此循环(循环次数可整定)。多次投入控制开关14后，冲击脉冲电流仍然没有消除，则转入铁磁谐振消除装置消除铁磁谐振。冲击脉冲电流消除后冲击脉冲电流判断模块将第一控制开关14打开，电磁式电压互感器用熔断器保护装装置返回。

采用本发明实施例提供的电磁式电压互感器用熔断器保护装置，通过电源模块为冲击脉冲电流判断模块和保护模块提供供电电压，并由电流互感器检测电磁式电压互感器中性点与地之间的零序电流，并将所述零序电流传送至冲击脉冲电流判断模块，所述冲击脉冲电流判断模块根据零序电流的大小即可判断所述电磁式电压互感器用熔断器电流是否过载，如果发生熔断器过载，则可以控制控制开关闭合，使保护电阻与开口三角回路形成串联回路，由保护电阻增加电磁式电压互感器一次回路阻尼，从而预先快速消除电磁式电压互感器饱和引起的脉冲电流，并能提前抑制铁磁谐振，从而提高了电磁式电压互感器用熔断器保护效率，而且结构简单，能有效提高电磁式电压互感器的使用寿命和电磁式电压互感器发生铁磁谐振的概率。

以上是针对本发明提供的装置的实施例进行详细描述，在本发明公开的实施例中，还提供了对电磁式电压互感器用熔断器进行保护时的保护方法的实施例方式，具体参见以下详细实施例的描述。

图3示出了本发明实施例提供的一种应用于电磁式电压互感器的熔断器保护原理示意图。电力系统正常运行时电磁式电压互感器的励磁电抗X_m很大(MΩ级)，励磁电流I_m很小；电磁式电压互感器运行时相当于开路，负荷很小，则负荷电流I₂≈0，相当于K打开；因此流过熔断器RXNP的电流I₁＝I_m+I₂很小(mA级)。当电力系统遭受雷击、接地、甩负荷和操作等冲击扰动使电磁式电压互感器铁芯饱和时，励磁电抗X_m急剧减小，电阻R₁、R₂、R_m和漏抗X₁、X₂不变，则I_m、I₁将急剧增大，熔断器RXNP将承受冲击脉冲过电流，导致熔断器熔体老化或熔断，大大降低了熔断器的使用寿命。本发明装置的保护原理为：当检测到I₁突变，启动熔断器保护装置检测I₁的0.01ms～5ms固定时间间隔内的零序电流瞬时值或一定时间内的有效值，当零序电流脉冲瞬时值或一定时间的零序电流脉冲有效值达到电磁式电压互感器用熔断器0.5～1I_N(电磁式电压互感器额定电流)时，熔断器保护装置动作控制开关K闭合投入阻尼电阻R(闭合时间约为1ms～1s之间，不大于1s)，阻尼电阻R的投入使电磁式电压互感器的励磁电抗X_m恢复原来的状态，且释放了冲击扰动的能量。因此，阻尼电阻大小选择合适将极大减小因冲击扰动引起的电磁式电压饱和励磁电抗X_m急剧下降而产生的冲击脉冲电流。当保护装置检测到零序电流瞬时值或一定时间的零序电流有效值小于熔断器额定电流I_N的0.1～1倍时，保护装置返回，打开控制开关K。

图3示出了本发明实施例提供的一种电磁式电压互感器用熔断器保护方法的流程示意图。本发明公开的熔断器保护方法应用于电磁式电压互感器用熔断器保护装置中的冲击脉冲电流判断模块12中，通过冲击脉冲电流判断模块12根据电流互感器15采集的零序电流判断电磁式电压互感器用熔断器中的电流是否过载，并通过控制控制开关14的通断对电磁式电压互感器16产生的冲击脉冲电流进行抑制处理。如图4所示，该方法可以包括如下步骤。

步骤S101：判断电流互感器是否检测到电磁式电压互感器中性点与地之间的零序电流突变。如果检测到电磁式电压互感器中性点与地之间的零序电流突变，则执行步骤S102，否则，结束。

由于当电磁式电压互感器没有受到冲击扰动而饱和时，通过电磁式电压互感器用熔断器的电流很小，熔断器能长期承受此电流。

步骤S102：启动熔断器保护装置，并计算出0.01ms～5ms固定时间间隔内的零序电流脉冲的瞬时值或预设时间段内零序电流脉冲的有效值。

在本发明公开的实施例中，一般情况下，只有电力系统受到接地、雷击、甩负荷和操作等冲击扰动时，电磁式电压互感器铁芯才会饱和，电磁式电压互感器铁芯饱和后，通过熔断器的电流会剧增，电磁式电压互感器中性点与地之间的零序电流为三相电流之和也会剧增，通过检测此冲击脉冲电流的某一时间的瞬时值或某一时间段(0.01ms～5ms)的有效值大小可以快速判断熔断器是否将承受过载电流。其中，某一时间段越小，启动速度越快，消除熔断器的过载能力越强，也可以采用判断零序电流的上升率去判断是否将承受预期的过载电流。在实施过程中，所述预设时长并不限于以上实施方式提出的数值，可以根据保护的准确性进行设定，在此不再详细阐述。

步骤S103：判断零序电流脉冲瞬时值或一定时间的零序电流脉冲有效值是否达到熔断器额定电流的0.5～1倍。

在本发明公开的实施例中，电力系统正常运行情况下，电磁式电压互感器用熔断器中的电流非常小为mA级，而熔断器的额定电流一般为0.2A、0.3A、0.5A、1A、2A等，熔断器在此电流下是不造成损伤的。如检测到零序电流脉冲瞬时值或一定时间的零序电流脉冲有效值大于熔断器额定电流的0.5～1倍，熔断器可能将要承受很大的冲击脉冲电流。因此作为熔断器保护装置的动作条件。此电流设定的大小将直接关系到装置保护熔断器能力，以及保护装置的动作次数。可零序电流脉冲瞬时值或一定时间的零序电流脉冲有效值的大小可设置为熔断器额定电流0.5倍。在实施过程中，所述脉冲电流的瞬时值或一定时间脉冲电流有效值的大小并不限于以上实施方式提出的数值，可以根据保护能力高低进行现场设定，在此不再详细阐述。

步骤S104：装置动作闭合控制开关投入阻尼电阻(闭合时间约为1ms～1s之间，不大于1s)。

在本发明公开的实施例中，投入阻尼电阻主要是为了吸收系统冲击扰动的能量，增大电磁式电压互感器一次回路的阻尼，使电磁式电压互感器铁芯快速由饱和状态恢复到原来状态。闭合时间的大小不应大于电磁式电压互感器承受二次短路要求的最大时间1s，闭合时间可设置为10ms。在实施过程中，所述投入阻尼电阻的时间(闭合时间)大小并不限于以上实施方式提出的数值，可以根据保护能力采用进行铁磁谐振试验的方法确定，在此不再详细阐述。

步骤S105：判断零序电流瞬时值或一定时间内的零序电流有效值是否小于熔断器额定电流I_N的0.1～1倍，如果零序电流瞬时值或一定时间内的零序电流有效值小于熔断器额定电流I_N的0.1～1倍，则执行步骤S101，保护装置返回，打开控制开关；如果零序电流瞬时值或一定时间内的零序电流有效值大于或者等于熔断器额定电流I_N的0.1～1倍，则执行步骤S106。

步骤S106：判断循环次数n后是否达到设定设定值，如果循环次数n后达到设定设定值，则执行步骤S107；如果循环次数n后未达到设定设定值，则执行步骤S104。步骤S107：转到铁磁谐振判断并消谐。

在本发明公开的实施例中，在此检测零序电流瞬时值或一定时间内的零序电流有效值，是打开控制开关保护装置返回的条件。当零序电流瞬时值或一定时间内的零序电流有效值小于0.1～1倍的熔断器额定电流时，认为此电流将不会对熔断器造成损伤，装置返回，否则再次合上控制开关。当合上控制开关的次数超过了保护装置设定的次数，不在合上控制开关，应转入铁磁谐振判断并消谐。所述的装置返回的零序电流瞬时值或一定时间内的零序电流有效值可设置为0.5倍熔断器额定电流或根据现场实际运行时零序电流值的大小设置为运行时该零序电流大小的2.5倍。控制开关的投入阻尼的次数不易过多，可设置为2次。所述的控制开关投入阻尼的次数以及保护装置返回的零序电流大小，可以根据保护能力采用进行铁磁谐振试验的方法确定，在此不再详细阐述。

采用本发明实施例提供的上述方法，能够预先快速消除电磁式电压互感器因铁芯饱和引起的冲击脉冲电流，并能提前抑制铁磁谐振，提前避免熔断器受到此电流的冲击损伤或损坏，从而能大大提高电磁式电压互感器用熔断器的使用寿命。同时，避免设备频繁损坏，及对电网和设备的安全稳定运行造成的严重威胁。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (6)

1.一种应用于电磁式电压互感器的熔断器保护装置，其特征在于，包括：电源模块、冲击脉冲电流判断模块、保护模块和电流互感器，其中，

所述电源模块电连接至所述冲击脉冲电流判断模块和电流互感器；

所述电流互感器电连接至所述电磁式电压互感器中性点与地之间的连接导线，所述电流互感器与所述冲击脉冲电流判断模块电连接；

所述保护模块包括保护电阻和控制开关，所述保护电阻的两端串联连接至所述电磁式电压互感器的开口三角回路的两端，所述控制开关串联于所述保护电阻与所述开口三角回路之间；所述冲击脉冲电流判断模块电连接至所述控制开关。

2.根据权利要求1所述的熔断器保护装置，其特征在于，所述控制开关与所述保护电阻电连接，控制开关和保护电阻电连接至所述开口三角回路的两端。

3.根据权利要求1所述的熔断器保护装置，其特征在于，所述装置还包括计时器，所述计时器与所述冲击脉冲电流判断模块和保护模块电连接。

4.根据权利要求2所述的熔断器保护装置，其特征在于，所述保护电阻的阻值范围为0.1-500Ω。

5.根据权利要求4所述的熔断器保护装置，其特征在于，所述保护电阻的阻值大小可经过铁磁谐振试验确定。

6.一种电磁式电压互感器用熔断器保护方法，其特征在于，包括：

判断电流互感器是否检测到电磁式电压互感器中性点与地之间的零序电流突变；

当检测到所述突变零序电流时，启动熔断器保护装置并计算出0.01ms～5ms固定时间间隔内的零序电流脉冲的瞬时值或预设时间段内的零序电流脉冲的有效值；

根据所述瞬时值或所述有效值判断是否需要保护电磁式电压互感器用熔断器；

当所述瞬时值或所述有效值达到电磁式电压互感器用熔断器额定电流的倍时，熔断器保护装置动作控制与保护电阻串联连接的控制开关闭合再预设时间之后，断开；

当所述瞬时值或所述有效值小于熔断器额定电流的0.1～1倍时，保护装置返回判断电流互感器是否检测到电磁式电压互感器中性点与地之间的零序电流突变的步骤。