CN110416977A - 接地信号闭锁的母线保护模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种接地信号闭锁的母线保护模块，包括微处理器、弧光信号生成电路、弧光信号处理电路和接地信号采集电路；所述弧光信号生成电路用于采集母线室内的弧光信号；所述弧光信号处理电路用于将所述弧光信号传输至微处理器；所述接地信号采集电路用于采集变压器低压侧的接地信号，并将接地信号传输至微处理器；所述微处理器的输出端通过线圈控制电路与跳闸线圈TQ连接，控制跳闸线圈是否通电；本发明可采集到母线室内的弧光信号，确定故障点在母线室内，不必与下级供电线路保护模块延时配合以确定故障点，保证断路器DL_G或\和断路器DL_D立即跳闸，防止背景技术中所述的8步事故演化模型发生，避免烧毁变压器。

Description

接地信号闭锁的母线保护模块

技术领域：

本发明涉及供电安全领域，尤其涉及一种接地信号闭锁的母线保护模块。

背景技术：

目前我国城乡110Kv及以下变电站，普遍采用封闭母线结构，如图1所示，其显著特点如下：

(1) 低压侧母线贯通整个成排放置的封闭的高压开关柜2组；

(2) 变压器1低压侧采用三角形接线，单相接地接触或断开瞬间容易诱发短路电弧；

(3) 没有配备变压器1低压侧母线保护，低压母线发生短路时，由变压器1后备保护模块切除故障；

如图1、图2和图3所示：变压器1后备保护模块的工作原理为：通过设置在变压器1低压侧上的CT（电流互感器）检测变压器1低压侧是否存在故障电流，若变压器1低压侧的三相线（A、B、C）中的任一相或多相存在故障电流，则设置在CT绕组上的三个电流继电器LJ_A、LJ_B、LJ_C至少两个通电，使短路继电器对应的常开触点（LJ_a、LJ_b、LJ_c）闭合，进而中间继电器的线圈ZJ通电导致中间继电器的第一常开触点ZJ_1和第二常开触点ZJ_2闭合，进而时间继电器的线圈SJ通电进入延时状态，当延时状态持续到预设的时间1.5s时，时间继电器的常开触点SJ_1闭合，最终使跳闸线圈TQ通电，断路器DL_G或\和断路器DL_D断开，线路断电，防止变压器1损坏；

上述变压器1后备保护模块的动作过程中，变压器1后备保护模块从PT检测到变压器1出线侧上存在短路电流，断路器DL_G或\和断路器DL_D不立即跳闸而延时1.5s后跳闸的原因为：如图1所示，无论是母线室3内F点发生短路，或者是下级电路上的FL点发生短路，变压器1出线侧上均会出现短路电流；假设某一时刻母线室3内F点发生短路，若变压器1后备保护模块检测到短路电流后立即使断路器DL_G或\和断路器DL_D跳闸，则不会产生影响；但是，假设某一时刻下级电路上的FL点出现短路电流，若断路器DL_G或\和断路器DL_D立即跳闸，则将导致其他的下级电路全部断电，将造成不必要的损失和负面影响；因此，变压器1后备保护模块检测到变压器1出线侧上存在短路电流后，不立即跳闸而延时1.5s时间，在延时的1.5s时间内，由设置在下级线路断路器（DL_1、 DL_2、 DL_3……DL_n）上的保护模块判断是否是下级电路发生短路情况，若是下级电路发生短路情况，则对应的下级电路上的断路器DL_n跳闸，此时，变压器1后备保护模块检测到的短路电流消失，进而，时间继电器的常开触点SJ_1因其线圈SJ断电，在1.5s后不会闭合，断路器DL_G或\和断路器DL_D不会跳闸；若不是下级电路发生短路情况，则短路电流不会消失，1.5s后，时间继电器的常开触点SJ_1闭合，变压器1后备保护模块通过SJ_1、ZJ_2使跳闸线圈TQ通电，进而使断路器DL_G或\和断路器DL_D跳闸，防止烧毁变压器1。

总结近年发生的大量110Kv及以下封闭母线事故，发现存在以下8步事故演化模型：

1：起初故障是单相接地；

2：接地点接触或断开瞬间都引起短路电弧；

3：对地电弧逐步增大，引起相间电弧；

4：对地电弧和相间电弧叠加，引起相间绝缘迅速恶化；

5：相间绝缘恶化引起相间短路；

6：对地电弧和相间电弧叠加产生高温高压气体，由短路故障点沿母线通道向周围相邻开关柜扩散；

7：引起“火烧连营”式设备烧毁，甚至烧毁所有设备的保护电源，使全站保护失灵；

8：若变压器1保护电源在第7步已经烧毁，则变压器1后备保护模块失灵，变压器1难免被烧毁；若变压器1保护电源还未被烧毁，则因故障点在变压器1后备保护模块保护范围之内，跳闸时间大于1.5秒，此时变压器1已承受长时间短路电流的冲击，不被彻底烧毁也会严重受损。

结合上述8步事故演化模型，发现导致上述8步事故演化模型发生的主要问题为：

高压开关柜2内的母线上没有配备保护装置，因此，短路故障点发生在母线上时，需要变压器1后备保护模块取出短路电流后延时跳闸，但是在延时的时间内,往往造成“火烧连营”。在“火烧连营”事故中若损坏了变压器1保护电源，则变压器1后备保护模块也不会动作，必然烧毁变压器1；但是，若变压器1后备保护模块不经过延时直接跳闸，又将导致所有下级线路均发生不必要断电的情况，进而导致经济损失和社会不满情绪；上述问题已困扰电力行业多年，成为了一个亟待解决的问题。

发明内容：

本发明提供了一种接地信号闭锁的母线保护模块，能够利用母线室内的弧光信号配合接地信号直接判断短路故障是否发生在母线室内且已引起电弧，进而断路器DL_G或\和断路器DL_D立即跳闸，防止因变压器后备保护模块延时过长，导致的变压器烧毁及火烧连营情况发生。

接地信号闭锁的母线保护模块，其特征在于：

包括微处理器、弧光信号生成电路、弧光信号处理电路和接地信号采集电路；

所述弧光信号生成电路用于采集母线室内的弧光信号；

所述弧光信号处理电路用于将所述弧光信号生成电路采集的弧光信号转化为数字信号，并传输至微处理器；

所述接地信号采集电路用于采集变压器低压侧的接地信号，并将接地信号传输至微处理器；

所述微处理器的输出端通过线圈控制电路与跳闸线圈TQ连接，控制跳闸线圈是否通电；

所述微处理器用于在接收到的接地信号消失后，保持接地信号3秒至10秒内依然有效，在接地信号有效时间内，若同时接收到弧光信号，则微处理器通过线圈控制电路控制跳闸线圈TQ通电。

所述弧光信号生成电路包括弧光检测电源、多个设置在母线室内的光电开关管、光耦和弧光继电器，多个光电开关管并联后的第一端与弧光检测电源的正极电连接，多个光电开关管并联后的第二端与光耦的发光器的第一端连接，光耦发光器的第二端通过第一电阻与弧光检测电源的负极电连接；弧光继电器的线圈的第一端与弧光检测电源的正极电连接，第二端与光耦的受光器的第一端连接，光耦受光器的第二端通过第二电阻与弧光检测电源的负极电连接；弧光继电器的常开触点通过信号处理电路与微处理器的输入端连接，为微处理器提供弧光信号。

所述弧光信号处理电路采用A/D转换电路。

所述接地信号采集电路包括电压互感器和接地继电器，电压互感器用于采集变压器的电压信号，接地继电器的线圈串联在电压互感器三次绕组的回路上，接地继电器的常开触点通过信号处理电路与微处理器的输入端连接，为微处理器提供接地信号。

所述微处理器用于在接收到的接地信号消失后，保持接地信号3秒内依然有效。

所述多个光电开关管均采用利用弧光触发的光电开关管。

所述多个光电开关管均采用利用紫外线触发的光电开关管。

所述微处理器采用单片机或者PLC。

本发明的有益效果为：

首先：利用接地信号闭锁的母线保护模块可采集到母线室内的弧光信号，可以确定故障点在母线室内，不必与下级供电线路保护模块延时配合以确定故障点，保证断路器DL_G或\和断路器DL_D立即跳闸，防止背景技术中所述的8步事故演化模型发生，避免烧毁变压器；

其次：利用微处理器使接地信号消失后依然保持3秒有效，能够保证无论弧光是发生在接地瞬间还是接地断开后，无论是先起电弧还是后起电弧，断路器DL_G或\和断路器DL_D均可正常跳闸。

附图说明：

图1为变压器后备保护模块的结构示意图；

图2为变压器后备保护模块的原理示意图；

图3为利用电流互感器检测变压器低压侧故障电流的原理示意图；

图4为接地信号闭锁的母线保护模块的结构示意图；

图5为接地信号采集电路的结构示意图；

图6为弧光信号生成电路的原理示意图；

图7为接地信号闭锁的母线保护模块的原理示意图。

具体实施方式：

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

如图4至图7所示：本发明所述的接地信号闭锁的母线保护模块，包括微处理器、弧光信号生成电路、弧光信号处理电路和接地信号采集电路；所述弧光信号生成电路用于采集母线室3内的弧光信号；所述弧光信号处理电路用于将所述弧光信号生成电路采集的弧光信号转化为数字信号，并传输至微处理器；所述接地信号采集电路用于采集变压器1低压侧的接地信号，并将接地信号传输至微处理器；所述微处理器的输出端通过线圈控制电路与跳闸线圈TQ连接，控制跳闸线圈是否通电；所述微处理器用于在接收到的接地信号消失后，保持接地信号3秒内依然有效，在接地信号有效时间内，若同时接收到弧光信号，则微处理器通过线圈控制电路控制跳闸线圈TQ通电。

优选的：所述弧光信号生成电路包括弧光检测电源、多个设置在母线室3内的光电开关管（D1、D2、D3……Dn）5、光耦和弧光继电器；其中，多个光电开关管5用于采集母线室3内的弧光信号，光电开关管5的个数及设置位置以能够无死角的采集到整个母线室3的弧光信号为准；多个光电开关管5并联后的第一端与弧光检测电源的正极电连接，多个光电开关管5并联后的第二端与光耦的发光器的第一端连接，光耦发光器的第二端通过第一电阻R1与弧光检测电源的负极电连接；弧光继电器的线圈AR的第一端与弧光检测电源的正极电连接，弧光继电器的线圈AR的第二端与光耦的受光器的第一端连接，光耦受光器的第二端通过第二电阻R2与弧光检测电源的负极电连接；弧光继电器的常开触点AR_1通过弧光信号处理电路与微处理器的输入端连接，为微处理器提供弧光信号；因此，无论是一个或者多个光电开关管5检测到母线室3内的弧光信号导通，均可使光耦导通，进而使弧光继电器的线圈AR通电，进而保证微处理器能够接收到弧光继电器的常开触点AR_1提供的弧光信号。

优选的：所述所述弧光信号处理电采用A/D转换电路。

优选的：所述接地信号采集电路包括电压互感器（PT）4和接地继电器，电压互感器4用于采集变压器1的电压信号，接地继电器的线圈JD串联在电压互感器4三次绕组的回路上，接地继电器的常开触点JD_1通过信号处理电路与微处理器的输入端连接，为微处理器提供接地信号；当变压器1低压侧出现单相接地故障时，电压互感器4采集到变压器1低压侧三次绕组上的零序电压，并使接地继电器的线圈JD通电，进而使微处理器接收到接地继电器的常开触点JD_1提供的接地信号。

本发明所述的接地信号闭锁的母线保护模块的工作原理为：

微处理器通过接地继电器的常开触点JD_1取得接地信号之后接地信号立即生效，在接地信号消失后仍然保持接地信号3秒钟有效，在此过程中，若接地瞬间产生电弧，弧光被光电开关管5采集到，微处理器将得到接地信号和弧光信号，此时微处理器通过控制跳闸线圈TQ通电，断路器DL_G或\和断路器DL_D立即跳闸，切除故障；若接地瞬间没有电弧，而是在接地断开瞬间产生电弧，此时，由于接地信号仍保持3秒有效，因此，微处理器仍然可以同时接到接地信号和弧光信号，此时微处理器通过控制跳闸线圈TQ通电，断路器DL_G或\和断路器DL_D立即跳闸，切除故障；

上述过程中，依靠微处理器将接地信号消失后仍然保持3秒有效，能够避免因接地瞬间没有电弧，但在接地断开的瞬间起电弧时，微处理器只接收到弧光信号，没有接受到接地信号，而导致的跳闸线圈TQ不通电的情况发生，保证无论是先起电弧还是后起电弧，断路器DL_G或\和断路器DL_D均可正常跳闸。

优选的，所述多个光电开关管5均采用利用弧光触发的光电开关管5；进一步的，由于母线电弧产生的弧光主要成分是紫外线，所述多个光电开关管5均采用利用紫外线触发的光电开关管5，避免可见光的干扰，快速、准确的识别弧光信号；需要说明的是：为了避免可见光的影响，因此，母线室3应为封闭的；且光电开关管5的个数与设置位置的选择应以能够无死角的采集到母线室3内所有的弧光信号为准。

优选的，所述微处理器采用单片机、PLC或者其他MPU。

本发明的有益效果为：

首先：利用接地信号闭锁的母线保护模块可采集到母线室3内的弧光信号，可以确定故障点在母线室3内，不必与下级供电线路保护模块延时配合以确定故障点，保证断路器DL_G或\和断路器DL_D立即跳闸，防止背景技术中所述的8步事故演化模型发生，避免火烧连营甚至烧毁变压器1；

其次：利用微处理器使接地线号消失后仍然保持3秒有效，能够保证无论弧光是发生在接地瞬间还是接地断开瞬间，无论是先起电弧还是后起电弧，断路器DL_G或\和断路器DL_D均可正常跳闸。

Claims (8)

1.接地信号闭锁的母线保护模块，其特征在于：

包括微处理器、弧光信号生成电路、弧光信号处理电路和接地信号采集电路；

所述弧光信号生成电路用于采集母线室内的弧光信号；

所述弧光信号处理电路用于将所述弧光信号生成电路采集的弧光信号转化为数字信号，并传输至微处理器；

所述接地信号采集电路用于采集变压器低压侧的接地信号，并将接地信号传输至微处理器；

所述微处理器的输出端通过线圈控制电路与跳闸线圈TQ连接，控制跳闸线圈是否通电；

所述微处理器用于在接收到接地继电器送来接地信号瞬间使接地信号生效，且在接地继电器接地信号消失后，保持接地信号3秒至10秒内依然有效，在接地信号有效时间内，若同时接收到弧光信号，则微处理器通过线圈控制电路控制跳闸线圈TQ通电。

2.根据权利要求1所述的接地信号闭锁的母线保护模块，其特征在于：所述弧光信号生成电路包括弧光检测电源、多个设置在母线室内的光电开关管、光耦和弧光继电器，多个光电开关管并联后的第一端与弧光检测电源的正极电连接，多个光电开关管并联后的第二端与光耦的发光器的第一端连接，光耦发光器的第二端通过第一电阻与弧光检测电源的负极电连接；弧光继电器的线圈的第一端与弧光检测电源的正极电连接，第二端与光耦的受光器的第一端连接，光耦受光器的第二端通过第二电阻与弧光检测电源的负极电连接；弧光继电器的常开触点通过信号处理电路与微处理器的输入端连接，为微处理器提供弧光信号。

3.根据权利要求1所述的接地信号闭锁的母线保护模块，其特征在于：所述弧光信号处理电路采用A/D转换电路。

4.根据权利要求1所述的接地信号闭锁的母线保护模块，其特征在于：所述接地信号采集电路包括电压互感器和接地继电器，电压互感器用于采集变压器的零序电压，接地继电器的线圈串联在电压互感器三次绕组的回路上，接地继电器的常开触点通过信号处理电路与微处理器的输入端连接，为微处理器提供接地信号。

5.根据权利要求1所述的接地信号闭锁的母线保护模块，其特征在于：所述微处理器用于在接地继电器地信号消失后，保持接地信号3秒内依然有效。

6.根据权利要求2所述的接地信号闭锁的母线保护模块，其特征在于：所述多个光电开关管均采用利用弧光触发的光电开关管。

7.根据权利要求5所述的接地信号闭锁的母线保护模块，其特征在于：所述多个光电开关管均采用利用紫外线触发的光电开关管。

8.根据权利要求1所述的接地信号闭锁的母线保护模块，其特征在于：所述微处理器采用单片机或者PLC。