CN108400606A - 一种三相剩余电流自动平衡电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三相剩余电流自动平衡电路,包括泄漏电流识别检测电路、泄漏电流整形放大电路、泄漏电流幅值跟踪电路、同步相位发生电路、泄漏电流相位鉴别电路、泄漏电流锁相电路、相位跟踪输出电路、平衡电流发生器、平衡电流注入电路和零序CT。本三相剩余电流自动平衡电路依据各相泄漏电流的大小、相位以及变化速率,判断是正常的泄漏电流增加或减小还是接地故障的发生或排除,再通过本电路能实现对正常泄漏电流的三相自动平衡,实现剩余电流保护装置的任一相新增接地故障电流与装置检测到的剩余电流值一致,确保了装置的灵敏度,提高装置的抗干扰度,有利于线路运行管理人员对线路故障的准确判断和排查。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备技术领域,具体为一种三相剩余电流自动平衡电路。
背景技术
在三相四线制TN-S供电系统中,如图3一般在主回路出线都需安装剩余电流保护装置,剩余电流保护装置的基本原理让三相导线与N线一起穿过一个零序C.T,得到三相导线与中性线N的电流矢量和Ion=IA+IB+IC+IN,当没有发生单相接地故障及线路与设备的也无泄漏电流时,无论三相负荷平衡与否,则此矢量和Ion为零;实际供电中,因设备线路老化等原因,线路总会存在固有泄漏电流,当发生某一相接地故障时,故障电流中会通过保护线 PE及与地相关连的金属构件,即IA+IB+IC+IN≠0,此时数值Ion为接地故障电流Id加正常泄漏电流。当矢量和Ion达到预定保护值IΔn时,装置报警或执行分闸,达到保护线路设备和人身安全的目的;根据原理及矢量和计算,,当ABC三相都有不同程度的泄漏电流,当剩余电流保护装置保护整定值IΔn 固定,如图4,当IA因接地故障增加,矢量和Ion可能会因为如反而减小,更加达不到整定值IΔn,降低了装置灵敏度;但IC只要增加IΔn-Ion的接地故障电流就达到了装置整定值,这样又增加了装置误动率;目前,在实际运行中还没有一个方案,能解决三相四线制供电系统中,剩余电流保护装置既能实现避开线路的正常泄漏电流,又保证现场的任一相新增故障接地电流与装置整定值相一致,为此提出一种三相剩余电流自动平衡电路。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三相剩余电流自动平衡电路,具有灵敏度高,抗干扰能力强,便于管理人员对线路故障的准确判断和排查的优点,解决了现有技术中灵敏度不高,误动率高的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种三相剩余电流自动平衡电路,包括泄漏电流识别检测电路、泄漏电流整形放大电路、泄漏电流幅值跟踪电路、同步相位发生电路、泄漏电流相位鉴别电路、泄漏电流锁相电路、相位跟踪输出电路、平衡电流发生器、平衡电流注入电路和零序CT,所述泄漏电流识别检测电路依次接泄漏电流整形放大电路和泄漏电流幅值跟踪电路与衡电流发生器的输入端电连接,同步相位发生电路和泄漏电流相位鉴别电路接泄漏电流锁相电路的输入端,泄漏电流锁相电路的输出端接相位跟踪输出电路与平衡电流发生器的输出端电连接,平衡电流发生器的输出端接平衡电流注入电路的输入端,零序CT接平衡电流注入电路。
优选的,所述泄漏电流识别检测电路包括电容C15、电感L4和电容C16,泄漏电流整形放大电路包括运算放大器A4、电阻R22、电阻R33、二极管D13、电阻R24和电容C17,电容C15接运算放大器A4的引脚8,电感L4接地,电感L4的输出端接电阻R22接运算放大器A4的引脚9电感L4的两端并接电容C16,运算放大器A4的引脚10依次串接二极管D13和电阻R24,电阻R22的输出端接电容C17接电阻R24的输出端,电阻R22的输入端接电阻R23 接二极管D13的输入端。
优选的,所述泄漏电流幅值跟踪电路包括三极管Q2、电阻R26、电阻R27 和三极管Q4,三极管Q2的基极接电阻R24的输出端,三极管Q2的发射极接地,三极管Q2的基极接电阻R25接发射极,三极管Q2的集电极接电阻 R26与三极管Q3的基极电连接,电阻R27的两端接三极管Q3的基极和集电极,三极管Q3的发射极接+12V电源。
优选的,所述同步相位发生电路包括运算放大器A6、电阻R29和电阻 R30,泄漏电流相位鉴别电路包括运算放大器A5和电阻R28,电阻R28的两端分别接运算放大器A5的正端和电容C15的输入端,运算放大器A5的负端接地,运算放大器A6的正端接电阻R30接运算放大器A5的负端,电阻R29 接电阻R30的输出端,运算放大器A5的负极接地。
优选的,所述泄漏电流锁相电路包括电阻R31、电阻R32和运算放大器 A7,相位跟踪输出电路包括电阻R35,平衡电流发生器包括芯片U2、电阻 R36、电阻R37和电容C18,运算放大器A7的负极接电阻R31接运算放大器 A6的输出端,运算放大器A7的正极接电阻R32接运算放大器A5的输出端,电阻R32的输出端接电阻R33接地,电阻R31的输出端接电阻R34接运算放大器A7的输出端,运算放大器A7的输出端接电阻R35接芯片U2的引脚5,芯片U2的引脚6接电阻R37、电阻R36和电容C19接运算放大器A5的负极,芯片U2的引脚4和引脚8接电阻R36的输出端,芯片U2的引脚7接电阻 R37的输出端,电阻R37的输入端接电容C18接运算放大器A5的负极,芯片U2的引脚2接电容C18的输入端。
优选的,所述平衡电流注入电路包括电阻R38,零序CT包括绕组L3、电和容C19,芯片U2的引脚3接绕组L3和电阻R38接运算放大器A5的负极,电容C19的输入端接三极管Q3的集电极,零序CT的绕组L1端接电阻 R29的输出端。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
本三相剩余电流自动平衡电路依据各相泄漏电流的大小、相位以及变化速率,判断是正常的泄漏电流增加或减小还是接地故障的发生或排除,再通过本电路能实现对正常泄漏电流的三相自动平衡,实现剩余电流保护装置的任一相新增接地故障电流与装置检测到的剩余电流值一致,确保了装置的灵敏度,提高装置的抗干扰度,有利于线路运行管理人员对线路故障的准确判断和排查。
附图说明
图1为本发明的整体框图;
图2为本发明的电路图;
图3为本发明的传统电流保护装置电路图。
图4为本发明的故障分析图。
图中:1泄漏电流识别检测电路、2泄漏电流整形放大电路、3泄漏电流幅值跟踪电路、4同步相位发生电路、5泄漏电流相位鉴别电路、6泄漏电流锁相电路、7相位跟踪输出电路、8平衡电流发生器、9平衡电流注入电路、 10零序CT。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2,一种三相剩余电流自动平衡电路,包括泄漏电流识别检测电路1、泄漏电流整形放大电路2、泄漏电流幅值跟踪电路3、同步相位发生电路4、泄漏电流相位鉴别电路5、泄漏电流锁相电路6、相位跟踪输出电路 7、平衡电流发生器8、平衡电流注入电路9和零序CT10,泄漏电流识别检测电路1依次接泄漏电流整形放大电路2和泄漏电流幅值跟踪电路3与衡电流发生器8的输入端电连接,同步相位发生电路4和泄漏电流相位鉴别电路5接泄漏电流锁相电路6的输入端,泄漏电流锁相电路6的输出端接相位跟踪输出电路7与平衡电流发生器8的输出端电连接,平衡电流发生器8的输出端接平衡电流注入电路9的输入端,零序CT10接平衡电流注入电路9;泄漏电流识别检测电路1包括电容C15、电感L4和电容C16,泄漏电流整形放大电路2包括运算放大器A4、电阻R22、电阻R33、二极管D13、电阻R24和电容C17,电容C15接运算放大器A4的引脚8,电感L4接地,电感L4的输出端接电阻R22接运算放大器A4的引脚9电感L4的两端并接电容C16,运算放大器A4的引脚10依次串接二极管D13和电阻R24,电阻R22的输出端接电容C17接电阻R24的输出端,电阻R22的输入端接电阻R23接二极管 D13的输入端,零序CT10的主绕组L1输入到接地故障信号放大电路,同时由电容C15耦合,进过电感L4和电容C16组成的LC谐振电路实现对泄露电流和接地故障电流的识别,泄露电流信号输入到运算放大器A4的负端,电阻 R22和电阻R33形成对运算放大器A4的增益,形成线性驱动信号,经二极管 D13整流,电阻R24限流,并经电阻R24和电容C17组成的延时去抖电路形成与泄露信号成正比的信号;泄漏电流幅值跟踪电路3包括三极管Q2、电阻R26、电阻R27和三极管Q4,三极管Q2的基极接电阻R24的输出端,三极管Q2的发射极接地,三极管Q2的基极接电阻R25接发射极,三极管Q2的集电极接电阻R26与三极管Q3的基极电连接,电阻R27的两端接三极管Q3 的基极和集电极,三极管Q3的发射极接+12V电源;该泄漏电流幅值跟踪电路3把与泄露信号成正比的信号送入二极管Q2的基极进行驱动放大,通过该泄漏电流幅值跟踪电路3实现了泄露电流越大,三极管Q2的基极信号越强,三极管Q2集电极的电位越低,三极管Q3的集电极电压越高的同步;同步相位发生电路4包括运算放大器A6、电阻R29和电阻R30,泄漏电流相位鉴别电路5包括运算放大器A5和电阻R28,电阻R28的两端分别接运算放大器 A5的正端和电容C15的输入端,运算放大器A5的负端接地,运算放大器A6 的正端接电阻R30接运算放大器A5的负端,电阻R29接电阻R30的输出端,运算放大器A5的负极接地,该同步相位发生电路4由运算放大器A6实现,剩余电流保护装置的辅助电源电压器初级取三相四线制中的A、N,为了隔离,从变压器12V次级经电阻R29和电阻R30分压至运算放大器A6的正端,运算放大器A6负端接地,这样,在运算放大器A6的输出端,就产生了与A相同步的方波信号;泄漏电流锁相电路6包括电阻R31、电阻R32和运算放大器A7,相位跟踪输出电路7包括电阻R35,平衡电流发生器8包括芯片U2、电阻R36、电阻R37和电容C18,运算放大器A7的负极接电阻R31接运算放大器A6的输出端,运算放大器A7的正极接电阻R32接运算放大器A5的输出端,电阻R32的输出端接电阻R33接地,电阻R31的输出端接电阻R34接运算放大器A7的输出端,运算放大器A7的输出端接电阻R35接芯片U2的引脚5,芯片U2的引脚6接电阻R37、电阻R36和电容C19接运算放大器 A5的负极,芯片U2的引脚4和引脚8接电阻R36的输出端,芯片U2的引脚7接电阻R37的输出端,电阻R37的输入端接电容C18接运算放大器A5 的负极,芯片U2的引脚2接电容C18的输入端;同步相位方波信号经电阻 R31接到运算放大器A7的负端,泄露电流同步信号经电阻R32接到运算放大器A7的正端,在运算放大器A7的输出端就产生了岁泄露电流的相位相对A 相标准相位变化而变化的相位差,实现对泄露电流相位的锁定,将电阻R35 接到芯片U2的引脚5,对信号工作器工作的启停点进行精准的控制,平衡电流发生器8由电阻R36、电阻R37和电容C18参数决定信号的频率,此电流信号设置在50Hz,工作相位由运算放大器A7的输出信号控制芯片U2的引脚 5实现同步,信号的幅值有三极管Q3集电极所输出给芯片U2供电电压决定,信号有芯片U2的引脚3输出;平衡电流注入电路9包括电阻R38,零序CT10 包括绕组L3、电和容C19,芯片U2的引脚3接绕组L3和电阻R38接运算放大器A5的负极,电容C19的输入端接三极管Q3的集电极,零序CT10的绕组L1端接电阻R29的输出端;芯片U2输出的带有相位跟踪和幅值跟踪的信号,输入的零序CT10的另一个绕组L3的一端,绕组L3另一端经过电阻R38 接地,这样就在零序CT10内,由绕组L3和绕组L1实现对泄露电流信号的自动平衡。
综上所述:本三相剩余电流自动平衡电路通过泄漏电流识别检测电路1 实现对泄露电流和接地故障的识别,通过泄漏电流整形放大电路2形成与泄露电路信号成正比的信号,通过泄漏电流幅值跟踪电路3实现泄露电流越大,三极管Q2的基极信号越强,三极管Q2集电极的电位越低,三极管Q3的集电极电压越高的同步,通过同步相位发生电路4产生与A相同步的方波信号,通过泄漏电流相位鉴别电路5产生与泄露电流同步的方波信号,通过泄漏电流锁相电路6实现对泄露电流相位的锁定,相位跟踪输出电路7实现对信号发生器工作启停点进行精准控制,通过平衡电流发生器8的参数决定信号的频率,最后由平衡电流注入电路9实现对泄露电流信号的自动平衡;该三相剩余电流自动平衡电路依据各相泄漏电流的大小、相位以及变化速率,判断是正常的泄漏电流增加或减小还是接地故障的发生或排除,再通过本电路能实现对正常泄漏电流的三相自动平衡,实现剩余电流保护装置的任一相新增接地故障电流与装置检测到的剩余电流值一致,确保了装置的灵敏度,提高装置的抗干扰度,有利于线路运行管理人员对线路故障的准确判断和排查。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种三相剩余电流自动平衡电路,包括泄漏电流识别检测电路(1)、泄漏电流整形放大电路(2)、泄漏电流幅值跟踪电路(3)、同步相位发生电路(4)、泄漏电流相位鉴别电路(5)、泄漏电流锁相电路(6)、相位跟踪输出电路(7)、平衡电流发生器(8)、平衡电流注入电路(9)和零序CT(10),其特征在于:所述泄漏电流识别检测电路(1)依次接泄漏电流整形放大电路(2)和泄漏电流幅值跟踪电路(3)与衡电流发生器(8)的输入端电连接,同步相位发生电路(4)和泄漏电流相位鉴别电路(5)接泄漏电流锁相电路(6)的输入端,泄漏电流锁相电路(6)的输出端接相位跟踪输出电路(7)与平衡电流发生器(8)的输出端电连接,平衡电流发生器(8)的输出端接平衡电流注入电路(9)的输入端,零序CT(10)接平衡电流注入电路(9)。
2.根据权利要求1所述的一种三相剩余电流自动平衡电路,其特征在于:所述泄漏电流识别检测电路(1)包括电容C15、电感L4和电容C16,泄漏电流整形放大电路(2)包括运算放大器A4、电阻R22、电阻R33、二极管D13、电阻R24和电容C17,电容C15接运算放大器A4的引脚8,电感L4接地,电感L4的输出端接电阻R22接运算放大器A4的引脚9电感L4的两端并接电容C16,运算放大器A4的引脚10依次串接二极管D13和电阻R24,电阻R22的输出端接电容C17接电阻R24的输出端,电阻R22的输入端接电阻R23接二极管D13的输入端。
3.根据权利要求1所述的一种三相剩余电流自动平衡电路,其特征在于:所述泄漏电流幅值跟踪电路(3)包括三极管Q2、电阻R26、电阻R27和三极管Q4,三极管Q2的基极接电阻R24的输出端,三极管Q2的发射极接地,三极管Q2的基极接电阻R25接发射极,三极管Q2的集电极接电阻R26与三极管Q3的基极电连接,电阻R27的两端接三极管Q3的基极和集电极,三极管Q3的发射极接+12V电源。
4.根据权利要求1所述的一种三相剩余电流自动平衡电路,其特征在于:所述同步相位发生电路(4)包括运算放大器A6、电阻R29和电阻R30,泄漏电流相位鉴别电路(5)包括运算放大器A5和电阻R28,电阻R28的两端分别接运算放大器A5的正端和电容C15的输入端,运算放大器A5的负端接地,运算放大器A6的正端接电阻R30接运算放大器A5的负端,电阻R29接电阻R30的输出端,运算放大器A5的负极接地。
5.根据权利要求1所述的一种三相剩余电流自动平衡电路,其特征在于:所述泄漏电流锁相电路(6)包括电阻R31、电阻R32和运算放大器A7,相位跟踪输出电路(7)包括电阻R35,平衡电流发生器(8)包括芯片U2、电阻R36、电阻R37和电容C18,运算放大器A7的负极接电阻R31接运算放大器A6的输出端,运算放大器A7的正极接电阻R32接运算放大器A5的输出端,电阻R32的输出端接电阻R33接地,电阻R31的输出端接电阻R34接运算放大器A7的输出端,运算放大器A7的输出端接电阻R35接芯片U2的引脚5,芯片U2的引脚6接电阻R37、电阻R36和电容C19接运算放大器A5的负极,芯片U2的引脚4和引脚8接电阻R36的输出端,芯片U2的引脚7接电阻R37的输出端,电阻R37的输入端接电容C18接运算放大器A5的负极,芯片U2的引脚2接电容C18的输入端。
6.根据权利要求1所述的一种三相剩余电流自动平衡电路,其特征在于:所述平衡电流注入电路(9)包括电阻R38,零序CT(10)包括绕组L3、电和容C19,芯片U2的引脚3接绕组L3和电阻R38接运算放大器A5的负极,电容C19的输入端接三极管Q3的集电极,零序CT(10)的绕组L1端接电阻R29的输出端。
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