CN110289602B - 一种便于部署的配电网继电保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及配电保护技术领域，具体涉及一种便于部署的配电网继电保护装置，包括断路控制器、断路装置、电流互感器、无线通信模块、存储器、MCU和可控开关K，电流互感器与配电支路的火线耦合，电流互感器第一输出端与可控开关K第二端连接，可控开关K以及电流互感器均与断路控制器连接，断路控制器与断路装置连接，无线通信模块供电端正极以及负极分别与断路装置输入端以及输出端连接，存储器内存储有配电支路的拓扑关系表。本发明的实质性效果是：通过无线通信模块接收下一级配电支路发出的故障电流信息，能够快速定位发生故障电流的位置，避免上级支路的继电保护装置动作，造成事故扩大。

Description

一种便于部署的配电网继电保护装置

技术领域

本发明涉及配电保护技术领域，具体涉及一种便于部署的配电网继电保护装置。

背景技术

对于单电源非环网辐射型配电线路，当配电支路出现突发性故障电流时，将继电保护装置的整定电流取较小值时，能够快速切除故障线路。但当继电保护装置的整定电流较小时，会造成故障的扩大，不利于电网的稳定运行。因而目前电网配线多采用三段过流保护，三段过流保护能够较好的平衡快速切除故障和防止故障扩大的矛盾，即同时具有快速反应和选择性佳的优点，但其在部署时需要繁琐的整定，整定的结果直接影响配网的保护效果，当配网中增加新的支路时则整个配网可能需要重新整定，不利于电网维护的自动化。

如中国专利CN106410763B，公开日2018年9月21日，一种集成化配电网站所继电保护系统，包括配电站所，所述配电站所包括进线、与所述进线连接的母线以及若干连接在母线上的出线；所述进线上设置进线电流互感器以及进线开关，所述每条出线上均安装有出线电流互感器以及出线开关；所述进线电流互感器、出线电流互感器均与集成站所保护装置连接，所述集成站所保护装置与进线开关、出线开关连接。其技术方案虽然能实现线路的快速保护，但其要求进线电流互感器和出线电流互感器均与集成站所保护装置连接，不适合配电线路较长的单电源非环网辐射型配电线路。比如农村配电网，具有配电距离远，分支多的特点。将进线电流互感器和出线电流互感器均与集成站所保护装置连接需要消耗较多的电缆，部署不便。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：目前缺乏适合单电源非环网辐射型配电线路部署的配电网继电保护装置。提出了一种适合远距离部署的故障切除快的基于无线通信的配电网继电保护装置。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种便于部署的配电网继电保护装置，适用于单电源非环网辐射型配电线路的继电保护，部署在每个配电支路的始端，包括断路控制器、断路装置、电流互感器、无线通信模块、存储器、MCU和可控开关K，所述断路装置串联接入配电支路，电流互感器与配电支路火线耦合，电流互感器第一输出端与可控开关K第二端连接，可控开关K第一端以及电流互感器第二端均与断路控制器输入端连接，断路控制器输出端与断路装置连接，无线通信模块供电端正极以及负极分别与断路装置输入端以及输出端连接，无线通信模块、存储器以及可控开关K的控制端均与MCU连接，存储器内存储有配电支路的拓扑关系表。

本方案的工作方法为：断路器动作前，无线通信模块被断路器短路，无法获得供电电流，当电流互感器检测到超过支路设定保护电流时，断路控制器控制断路器动作，断路器动作后，无线通信模块获得供电，上电复位后，将存储器内存储的预设报文广播发送；当发生故障电流的支路的上级支路的无线通信模块接收到广播报文时，通过存储器内存储的配电支路的拓扑关系表，判断出故障电流出现在下级支路，则控制可控开关K断开一段时间，使电流互感器不会检测到故障电流，避免上级支路的断路器动作，进而避免事故的扩大。

作为优选，所述断路装置包括第一电极、第二电极、触头、绝缘杆和底座，第一电极作为断路装置的输入端与配电支路火线始端连接，第二电极作为断路装置的输出端与负载连接，触头与绝缘杆均呈圆柱形，绝缘杆活动安装在底座上，绝缘杆第一端与触头第二端固定连接，绝缘杆在其活动行程内，带动触头第一端与第一电极以及第二电极抵接或脱离接触，绝缘杆与断路控制器连接。触头与第一电极和第二电极抵接，当断路控制器动作时，拉动触头与第一电极和第二电极脱离接触，即可迅速断开支路供电。

作为优选，所述断路控制器包括预紧力调节螺母、弹簧、销钉和卡环，弹簧套在绝缘杆上，弹簧位于触头和底座之间，弹簧第一端与触头固定连接，弹簧第二端与卡环固定连接，卡环与预紧力调节螺母卡接，底座靠近弹簧的一侧设有用于安装预紧力调节螺母的沿绝缘杆轴向延伸的螺纹部，预紧力调节螺母与底座的螺纹部形成螺纹副连接，弹簧两端分别与可控开关K第一端以及电流互感器第二端形成电导通，销钉活动连接在底座上，销钉活动行程沿绝缘杆的轴线的法向，绝缘杆表面加工有若干个与销钉配合的凹坑。电流互感器将支路供电电流按比例缩小，电流互感器产生的感应电流驱动弹簧收缩，弹簧具有预紧力，当电流不超过设定保护值时，弹簧收缩量不足以带动触头移动，当电流超过设定保护值时，弹簧收缩量超过预紧量，将带动触头移动，当触头移动时，就会瞬间脱离与第一电极以及第二电极的接触，将支路供电切断。通过调整预紧力调节螺母能够调整弹簧的预紧力，即调节设定的保护电流。上级支路的预紧力大于下级支路。

作为优选，所述断路控制器还包括导电芯和芯杆，所述绝缘杆为空心杆，所述触头中部加工有通孔，所述导电芯卡接在所述通孔内，第一电极以及第二电极均加工有与导电芯匹配的缺口，绝缘杆的中空的部分内壁凸出并加工有螺纹，芯杆中部部分凸出并与所述螺纹形成螺纹副连接，芯杆第一端与导电芯固定连接，芯杆第二段穿出绝缘杆。当触头移动时，瞬间脱离与第一电极和第二电极的接触，但导电芯仍保持与第一电极和第二电极的接触，维持支路供电，需要弹簧进一步收缩，导电芯才会脱离与第一电极和第二电极的接触，即等同于设置了保护的时间延迟，以等待无线通信模块之间通信的完成，避免上级支路误动作。

作为优选，所述触头第一端具有锥面，所述第一电极和第二电极均加工有与所述锥面匹配的凹陷。锥面能够更紧密的接触，在多次动作后，能够保持良好的接触，避免接触不良。

作为优选，所述销钉具有磁性，所述绝缘杆为磁的导体。销钉具有向绝缘杆靠近的趋势，能够更快的与绝缘杆上的凹坑抵接。

作为优选，所述绝缘杆靠近销钉的部分镶嵌有磁体。销钉具有向绝缘杆靠近的趋势，能够更快的与绝缘杆上的凹坑抵接。

作为优选，所述无线通信模块包括整流桥、变压器、三端稳压器U1以及通信单元U2，可控开关K为常闭式继电器，变压器初级线圈分别与第一电极和第二电极连接，整流桥输入端与变压器次级线圈连接，整流桥输出端正极与三端稳压器U1输入端连接，三端稳压器U1输出端与通信单元U2以及MCU的供电正极连接，通信单元U2与MCU连接，MCU输出引脚与常闭式继电器线圈正极连接，通信单元U2以及MCU的供电负极与整流桥输出端负极连接，常闭式继电器线圈负极与整流桥输出端负极连接。当触头与第一电极以及第二电极脱离接触后，第一电极、变压器初级线圈、第二电极、负载以及零线构成电流回路，但该回路的电流及功率均较低。变压器降压后，通过整流桥将交流电转化为直流电，通过三端稳压器U1为通信单元以及MCU供电。

本发明的实质性效果是：通过无线通信模块接收下一级配电支路发出的故障电流信息，能够快速定位发生故障电流的位置，避免上级支路的继电保护装置动作，造成事故扩大，能够有效保证电网运行的稳定性。

附图说明

图1为实施例一部署位置示意图。

图2为实施例一断路器结构示意图。

图3为实施例一断路器断路状态示意图。

图4为实施例一断路器剖面示意图。

图5为实施例一通信模块结构示意图。

其中：1、第二电极，2、第一电极，3、触头，4、弹簧，5、销钉，6、预紧力调节螺母，7、底座，8、绝缘杆，9、芯杆，10、卡环，11、缺口，12、导电芯，101、断路装置，102、电流互感器，103、断路控制器，200、负载，300、供电支路，400、无线通信模块，500、整流桥，600、存储器，700、变压器。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。

实施例一：

一种便于部署的配电网继电保护装置，适用于单电源非环网辐射型配电线路的继电保护，部署在每个配电支路300的始端，如图1所示，本实施例包括断路控制器103、断路装置101、电流互感器102、无线通信模块400、存储器600、MCU和可控开关K，电流互感器102断路装置101串联接入配电支路300，电流互感器102与配电支路300火线耦合，电流互感器102第一输出端与可控开关K第二端连接，可控开关K第一端以及电流互感器102第二端均与断路控制器103输入端连接，断路控制器103输出端与断路装置101控制端连接，无线通信模块400供电端正极以及负极分别与断路装置101输入端以及输出端连接，无线通信模块400、存储器600以及可控开关K的控制端均与MCU连接，存储器600内存储有配电支路300的拓扑关系表。图1中部分配电支路300的继电保护装置未示出。

如图2所示，断路装置101包括第一电极2、第二电极1、触头3、绝缘杆8和底座7，第一电极2作为断路装置101的输入端与配电支路300火线始端连接，第二电极1作为断路装置101的输出端与负载200连接，触头3与绝缘杆8均呈圆柱形，绝缘杆8活动安装在底座7上，绝缘杆8第一端与触头3第二端固定连接，绝缘杆8在其活动行程内，带动触头3第一端与第一电极2以及第二电极1抵接或脱离接触，触头3第一端具有锥面，第一电极2和第二电极1均加工有与锥面匹配的凹陷。如图3所示，弹簧4套在绝缘杆8上，弹簧4位于触头3和底座7之间，弹簧4第一端与触头3固定连接，弹簧4第二端与卡环10固定连接，卡环10与预紧力调节螺母6卡接，底座7靠近弹簧4的一侧设有用于安装预紧力调节螺母6的沿绝缘杆8轴向延伸的螺纹部，预紧力调节螺母6与底座7的螺纹部形成螺纹副连接，弹簧4两端分别与可控开关K第一端以及电流互感器102第二端形成电导通，销钉5活动连接在底座7上，销钉5活动行程沿绝缘杆8的轴线的法向，绝缘杆8表面加工有若干个与销钉5配合的凹坑。如图4所示，绝缘杆8为空心杆，触头3中部加工有通孔，导电芯12卡接在通孔内，第一电极2以及第二电极1均加工有与导电芯12匹配的缺口11，绝缘杆8的中空的部分内壁凸出并加工有螺纹，芯杆9中部部分凸出并与螺纹形成螺纹副连接，芯杆9第一端与导电芯12固定连接，芯杆9第二段穿出绝缘杆8。

如图5所示，无线通信模块400包括整流桥500、变压器700、三端稳压器U1以及通信单元U2，可控开关K为常闭式继电器，变压器700初级线圈分别与第一电极2和第二电极1连接，整流桥500输入端与变压器700次级线圈连接，整流桥500输出端正极与三端稳压器U1输入端连接，三端稳压器U1输出端与通信单元U2以及MCU的供电正极连接，通信单元U2与MCU连接，MCU输出引脚与常闭式继电器线圈正极连接，通信单元U2以及MCU的供电负极与整流桥500输出端负极连接，常闭式继电器线圈负极与整流桥500输出端负极连接。当触头3与第一电极2以及第二电极1脱离接触后，第一电极2、变压器700初级线圈、第二电极1、负载200以及零线构成电流回路，但该回路的电流及功率均较低。变压器700降压后，通过整流桥500将交流电转化为直流电，通过三端稳压器U1为通信单元以及MCU供电。

本实施例的工作方法为：断路器动作前，无线通信模块400被断路器短路，无法获得供电电流，当电流互感器102检测到超过支路设定保护电流时，断路控制器103控制断路器动作，断路器动作后，无线通信模块400获得供电，上电复位后，将存储器600内存储的预设报文广播发送；当发生故障电流的支路的上级支路的无线通信模块400接收到广播报文时，通过存储器600内存储的配电支路300的拓扑关系表，判断出故障电流出现在下级支路，则控制可控开关K断开一段时间，使电流互感器102不会检测到故障电流，避免上级支路的断路器动作，进而避免事故的扩大。

当触头3移动时，瞬间脱离与第一电极2和第二电极1的接触，但导电芯12仍保持与第一电极2和第二电极1的接触，维持支路供电，需要弹簧4进一步收缩，导电芯12才会脱离与第一电极2和第二电极1的接触，即等同于设置了保护的时间延迟，以等待无线通信模块400之间通信的完成，避免上级支路误动作。通过调整预紧力调节螺母6能够调整弹簧4的预紧力，即调节设定的保护电流。在部署断路器时，将上级支路的预紧力设置为大于下级支路。将上级支路的导电芯12伸出长度大于下级支路，可以起到辅助保护作用。当电流出现在下级支路，但故障电流过于大时，故障电流上一级支路耦合的电流互感器102，产生的电流能够使断路器迅速动作，切断故障电流。避免在无线通信模块400等待通信完成时，故障电流已造成线路或设备的损坏。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (6)

1.一种便于部署的配电网继电保护装置，适用于单电源非环网辐射型配电线路的继电保护，部署在每个配电支路的始端，其特征在于，

包括断路控制器、断路装置、电流互感器、无线通信模块、存储器、MCU和可控开关K，所述断路装置串联接入配电支路，电流互感器与配电支路的火线耦合，电流互感器第一输出端与可控开关K第二端连接，可控开关K第一端以及电流互感器第二输出端均与断路控制器连接，断路控制器与断路装置连接，无线通信模块供电端正极以及负极分别与断路装置输入端以及输出端连接，无线通信模块、存储器以及可控开关K的控制端均与MCU连接，存储器内存储有配电支路的拓扑关系表；

所述断路装置包括第一电极、第二电极、触头、绝缘杆和底座，第一电极作为断路装置的输入端与配电支路火线始端连接，第二电极作为断路装置的输出端与负载连接，触头与绝缘杆均呈圆柱形，绝缘杆活动安装在底座上，绝缘杆第一端与触头第二端固定连接，绝缘杆在其活动行程内，带动触头第一端与第一电极以及第二电极抵接或脱离接触，绝缘杆与断路控制器连接；

所述断路控制器包括预紧力调节螺母、弹簧、销钉和卡环，弹簧套在绝缘杆上，弹簧位于触头和底座之间，弹簧第一端与触头固定连接，弹簧第二端与卡环固定连接，卡环与预紧力调节螺母卡接，底座靠近弹簧的一侧设有用于安装预紧力调节螺母的沿绝缘杆轴向延伸的螺纹部，预紧力调节螺母与底座的螺纹部形成螺纹副连接，弹簧两端分别与可控开关K第一端以及电流互感器第二端形成电导通，销钉活动连接在底座上，销钉活动行程沿绝缘杆的轴线的法向，绝缘杆表面加工有若干个与销钉配合的凹坑。

2.根据权利要求1所述的一种便于部署的配电网继电保护装置，其特征在于，

所述断路控制器还包括导电芯和芯杆，所述绝缘杆为空心杆，所述触头中部加工有通孔，所述导电芯卡接在所述通孔内，第一电极以及第二电极均加工有与导电芯匹配的缺口，绝缘杆的中空的部分内壁凸出并加工有螺纹，芯杆中部部分凸出并与所述螺纹形成螺纹副连接，芯杆第一端与导电芯固定连接，芯杆第二段穿出绝缘杆。

3.根据权利要求1或2所述的一种便于部署的配电网继电保护装置，其特征在于，

所述触头第一端具有锥面，所述第一电极和第二电极均加工有与所述锥面匹配的凹陷。

4.根据权利要求1或2所述的一种便于部署的配电网继电保护装置，其特征在于，

所述销钉具有磁性，所述绝缘杆为磁的导体。

5.根据权利要求1或2所述的一种便于部署的配电网继电保护装置，其特征在于，

所述绝缘杆靠近销钉的部分镶嵌有磁体。

6.根据权利要求1或2所述的一种便于部署的配电网继电保护装置，其特征在于，

所述无线通信模块包括整流桥、变压器、三端稳压器U1以及通信单元U2，可控开关K为常闭式继电器，变压器初级线圈分别与第一电极和第二电极连接，整流桥输入端与变压器次级线圈连接，整流桥输出端正极与三端稳压器U1输入端连接，三端稳压器U1输出端与通信单元U2以及MCU的供电正极连接，通信单元U2与MCU连接，MCU输出引脚与常闭式继电器线圈正极连接，通信单元U2以及MCU的供电负极与整流桥输出端负极连接，常闭式继电器线圈负极与整流桥输出端负极连接。

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