CN113419103A - 一种站用变压器电气火灾预警系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种站用变压器电气火灾预警系统及方法，系统包括：第一剩余电流合成器的输入端与站用变压器的低压绕组相连，第一剩余电流合成器的输出端与差电流合成单元的第一输入端相连；第二剩余电流合成器的输入端与站用变压器的相关母线相连，第二剩余电流合成器的输出端与差电流合成单元的第二输入端相连；两个剩余电流合成器的三相电缆和中性导体分别对应连接；剩余电流传感器连接在站用变压器的中性点与接地点之间，且输出端与差电流合成单元的第三输入端相连；差电流合成单元与信号处理单元连接，用于处理信号，触发火灾预警。本申请解决了现有技术无法准确的监测到泄漏电流，且火灾探测灵敏度低，导致预警时间晚，效果欠佳的技术问题。

Description

一种站用变压器电气火灾预警系统及方法

技术领域

本申请涉及变压器监测技术领域，尤其涉及一种站用变压器电气火灾预警系统及方法。

背景技术

据国家权威部门统计，我国每年都有30％以上的火灾是由电气火灾引起的，在数量和危害程度上占据其他火灾之首。在电力系统中，电能经过变压器和不同电压等级的输电线路被输送并分配给用电设备。变电站是连接这些输电线路的枢纽，变电站火灾可能中断电能输送，对人身、设备和电网安全造成极大的危害。

变电站火灾中，变压器火灾和电缆火灾最常见。站用变压器是变电站站用电系统的关键重要供电设备，站用电低压系统，额定电压380/220V，采用三相四线制，系统的中性点连接至站用变压器中性点，就地单点直接接地。站用电母线采用按工作变压器划分的单母线，相邻两段工作母线同时供电、分列运行。请参阅图3，站用变压器一般配置速断、过流、380V零序电流保护。电流速断保护躲站用变低压侧故障整定；过流保护按躲站用变额定电流整定；380V侧零序电流定值按躲不平衡电流整定。这些保护主要针对变压器绕组及其引出线的相间短路、中性点直接接地侧的单相接地短路、外部相间短路引起的过电流和中性点直接接地侧外部接地短路引起的过电流。

目前，站用变压器的继电保护装置不能反应站用变压器绕组及其出线电缆对地绝缘下降引起的泄漏电流；而点式感烟探测器是被动探测，灵敏度较低、预警时间晚，不能及时发现电气火灾隐患；电缆沟和电缆桥架大量的不同规格的电缆交织一起，线型感温火灾探测器使用效果不佳。

发明内容

本申请提供了一种站用变压器电气火灾预警系统及方法，用于解决现有技术无法准确的监测到泄漏电流，且火灾探测灵敏度低，导致预警时间晚，效果欠佳的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种站用变压器电气火灾预警系统，包括：第一剩余电流合成器、第二剩余电流合成器、剩余电流传感器、差电流合成单元和信号处理单元；

所述第一剩余电流合成器的输入端与所述站用变压器的低压绕组相连，所述第一剩余电流合成器的输出端与所述差电流合成单元的第一输入端相连；

所述第二剩余电流合成器的输入端与所述站用变压器的相关母线相连，所述第二剩余电流合成器的输出端与所述差电流合成单元的第二输入端相连；

所述第一剩余电流合成器与所述第二剩余电流合成器的三相电缆和中性导体分别对应连接；

所述剩余电流传感器连接在站用变压器的中性点与接地点之间，且输出端与所述差电流合成单元的第三输入端相连；

所述差电流合成单元与所述信号处理单元连接，所述信号处理单元用于处理信号，触发火灾预警。

可选的，所述第一剩余电流合成器包括4个二次绕组并联的电流互感器；

相应的，所述第一剩余电流合成器的输入端与所述站用变压器的低压绕组相连，所述第一剩余电流合成器的输出端与所述差电流合成单元的第一输入端相连，包括：

所述电流互感器的一次绕组与所述站用变压器的低压绕组相连，所述电流互感器的二次绕组并联节点与所述差电流合成单元的第一输入端相连。

可选的，所述第二剩余电流合成器与所述第一剩余电流合成器的结构一致。

可选的，所述差电流合成单元包括第一变流器、第二变流器和第三变流器；

所述第一变流器的二次绕组与所述第二变流器的第一二次绕组反并联；

所述第三变流器的二次绕组与所述第二变流器的第二二次绕组反并联。可选的，所述第一变流器的一次绕组为所述差电流合成单元的所述第二输入端；

所述第二变流器的一次绕组为所述差电流合成单元的所述第一输入端；

所述第三变流器的一次绕组为所述差电流合成单元的所述第三输入端。

可选的，还包括：保护性导体；

所述保护性导体与接地点连接，用于防止电击。

可选的，所述第一剩余电流合成器的中性导体与站用变压器的中性点相连。

本申请第二方面提供了一种站用变压器电气火灾预警方法，包括：

分别获取站用变压器供电系统的总剩余电流、站用变压器低压侧的零序电流和站用变压器低压侧三相的相电流；

基于所述零序电流和所述相电流分别获得变压器低压侧的变压器端的第一剩余电流和相关母线端的第二剩余电流；

根据所述总剩余电流、所述第一剩余电流和所述第二剩余电流分别获得第一剩余电流差值和第二剩余电流差值；

判断所述第一剩余电流差值是否超出第一电流阈值，若是，则报警提示站用变压器存在火灾隐患；

判断所述第二剩余电流差值是否超出第二电流阈值，若是，则报警提示站用变压器低压侧出线电缆存在火灾隐患。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本申请中，提供了一种站用变压器电气火灾预警系统，包括：第一剩余电流合成器、第二剩余电流合成器、剩余电流传感器、差电流合成单元和信号处理单元；第一剩余电流合成器的输入端与站用变压器的低压绕组相连，第一剩余电流合成器的输出端与差电流合成单元的第一输入端相连；第二剩余电流合成器的输入端与站用变压器的相关母线相连，第二剩余电流合成器的输出端与差电流合成单元的第二输入端相连；第一剩余电流合成器与第二剩余电流合成器的三相电缆和中性导体分别对应连接；剩余电流传感器连接在站用变压器的中性点与接地点之间，且输出端与差电流合成单元的第三输入端相连；差电流合成单元与信号处理单元连接，信号处理单元用于处理信号，触发火灾预警。

本申请提供的站用变压器电气火灾预警系统，将剩余电流传感器连接在站用变压器的中性点与接地点之间，可以检测到系统的总剩余电流；而分别连接在变压器的低压绕组处和相关母线处的剩余电流合成器可以测得变压器和变压器出线端的电流情况，根据站用变压器供电系统的不同位置的剩余电流的检测可以充分把握泄漏电流的变化情况，进而准确的探测出火灾隐患，及时进行报警操作，结构简单易执行，且灵敏度较高。因此，本申请能够解决现有技术无法准确的监测到泄漏电流，且火灾探测灵敏度低，导致预警时间晚，效果欠佳的技术问题。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种站用变压器电气火灾预警系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种站用变压器电气火灾预警方法的流程示意图；

图3为本申请背景技术提供的110kV/220kV变电站站用电系统主接线图；

图4为本申请实施例提供的第一剩余电流合成器的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的第二剩余电流合成器的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的差电流合成单元的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的站用变压器电气火灾探测范围拓扑示意图；

附图标记：

第一剩余电流合成器1；第二剩余电流合成器2；剩余电流传感器3；差电流合成单元4；信号处理单元5。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

术语解释：

中性导体：连接到系统中性点上并能传输电能的导体。

保护性导体：为了防止电击，采取某些措施把下列部件电气上连接起来的所需导体，所连接部件包括：外露导电部件、外接导电部件、主接地端子、接地极、电源接地点或人工接地中性点。

为了便于理解，请参阅图1，本申请提供的一种站用变压器电气火灾预警系统的实施例，包括：第一剩余电流合成器1、第二剩余电流合成器2、剩余电流传感器3、差电流合成单元4和信号处理单元5。

第一剩余电流合成器的输入端与站用变压器的低压绕组相连，第一剩余电流合成器的输出端与差电流合成单元的第一输入端相连；第一剩余电流合成器用于采集站用变压器的变压器端的三相电流和零序电流，然后将电流发送至差电流合成单元中进行信号处理。

进一步地，第一剩余电流合成器包括4个二次绕组并联的电流互感器，可以记作CT1、CT2、CT3、CT4；每个电流互感器包括一个二次绕组、一次绕组(一个单相电缆)和两个和电流接线端，具体请参阅图4。

相应的，第一剩余电流合成器的输入端与站用变压器的低压绕组相连，第一剩余电流合成器的输出端与差电流合成单元的第一输入端相连，包括：电流互感器的一次绕组与站用变压器的低压绕组相连，电流互感器的二次绕组并联节点与差电流合成单元的第一输入端相连。也就是，CT1的一次绕组是站用变压器低压侧变压器端的A相电缆，CT2的一次绕组是站用变压器低压侧变压器端的B相电缆，CT3的一次绕组是站用变压器低压侧变压器端的C相电缆，CT4的一次绕组是中性导体电缆；4个电流互感器的二次绕组采用和电流接线并联；然后与差电流合成单元的第一输入端连接；单相采集的电流通过并联点自动形成和电流。

第二剩余电流合成器的输入端与站用变压器的相关母线相连，第二剩余电流合成器的输出端与差电流合成单元的第二输入端相连；第二剩余电流合成器用于采集站用变压器的380V母线端的三相电流和零序电流，然后将电流发送至差电流合成单元中进行信号处理。

进一步地，第二剩余电流合成器与第一剩余电流合成器的结构一致。因此，第二剩余电流合成器也包括4个二次绕组并联的电流互感器，可以记作CT5、CT6、CT7、CT8；具体可以参阅图5。

相应的，第二剩余电流合成器的输入端与站用变压器的相关母线相连，第二剩余电流合成器的输出端与差电流合成单元的第二输入端相连，包括：电流互感器的一次绕组与站用变压器的相关母线相连，电流互感器的二次绕组并联节点与差电流合成单元的第二输入端相连。也就是，CT5的一次绕组是站用变压器低压侧出线的A相电缆，CT6的一次绕组是站用变压器低压侧出线的B相电缆，CT7的一次绕组是站用变压器低压侧出线的C相电缆，CT8的一次绕组是中性导体电缆；4个电流互感器的二次绕组采用和电流接线；然后与差电流合成单元的第二输入端连接。

第一剩余电流合成器与第二剩余电流合成器的三相电缆和中性导体分别对应连接；即三相对三相，中性导体对应中性导体的连接方式。

进一步地，第一剩余电流合成器的中性导体与站用变压器的中性点相连。由于第一剩余电流合成器的中性导体还与第二剩余电流合成器的中性导体相连，因此，第一剩余电流合成器与第二剩余电流合成器的中性导体同站用变压器的中性导体均连接于中性点，继而与接地点连接。

剩余电流传感器连接在站用变压器的中性点与接地点之间，且输出端与差电流合成单元的第三输入端相连。剩余电流传感器用于采集站用变压器供电系统的总剩余电流，然后发送给差电流合成单元进行处理。

进一步地，差电流合成单元包括第一变流器T1、第二变流器T2和第三变流器T3；第一变流器的二次绕组与第二变流器的第一二次绕组反并联；第三变流器的二次绕组与第二变流器的第二二次绕组反并联。具体结构请参阅图6，也就是，T1的二次绕组TA12与T2的第一二次绕组TA21反并联；T3的二次绕组TA32与T2的第二二次绕组TA22反并联。

进一步地，第一变流器的一次绕组为差电流合成单元的第二输入端；第二变流器的一次绕组为差电流合成单元的第一输入端；第三变流器的一次绕组为差电流合成单元的第三输入端。也就是，T1的一次绕组TA11与第二剩余电流合成器连接，T2的一次绕组TA21与第一剩余电流合成器连接，T3的一次绕组TA31与剩余电流传感器连接。具体请参阅图7，其中剩余电流合成器1即为第一剩余电流合成器，剩余电流合成器2即为第二剩余电流合成器，另外还有站用变压器低压绕组、剩余电流传感器3和保护性导体。

进一步地，还包括：保护性导体；

保护性导体与接地点连接，用于防止电击。

差电流合成单元与信号处理单元连接，信号处理单元用于处理信号，触发火灾预警。差电流合成单元将采集到的剩余电流进行处理，自动形成剩余电流差值；而信号处理单元则针对剩余电流差值进行分析判断，针对危险差电流触发火灾预警。由于泄漏电流分为变压器端和出线380V母线端，因此，预警也可以分为变压器火警和出线电缆火警；电流检测速度快，预警及时，不会出现延误。

站用变压器是站用电系统的一部分，除此之外，站用电系统还包括站用变压器电源、380V低压配电屏、保护测控、交流供电网络等。

具体的采用本实施例中的系统实现火灾预警的流程为：请参阅图7，通过中性点接地线的N点和P点之间的剩余电流传感器采集站用变压器供电系统的总剩余电流I₀；然后通过电流互感器CT4和CT8，采集站用变压器供电系统的零序电流；接着通过电流互感器CT1和CT5采集站用变压器低压侧A相电流；通过电流互感器CT2和CT6采集站用变压器低压侧B相电流；通过电流互感器CT3和CT7采集站用变压器低压侧C相电流；再通过第一剩余电流合成器合成变压器低压侧出线变压器端的剩余电流I₁；通过第二剩余电流合成器合成变压器低压侧出线380kV母线端的剩余电流I₂；最后就可以根据三个剩余电流值分别计算站用变压器处的剩余电流差值I₀₁和变压器低压侧出线电缆的剩余电流差值I₁₂。具体的，I₀₁＝I₀-I₁，I₁₂＝I₁-I₂。通过信号处理单元的判断分析就可以明确具体是哪个部分的电流失控，存在火灾隐患，从而给出具有针对性的报警提示。

本申请实施例提供的站用变压器电气火灾预警系统，将剩余电流传感器连接在站用变压器的中性点与接地点之间，可以检测到系统的总剩余电流；而分别连接在变压器的低压绕组处和相关母线处的剩余电流合成器可以测得变压器和变压器出线端的电流情况，根据站用变压器供电系统的不同位置的剩余电流的检测可以充分把握泄漏电流的变化情况，进而准确的探测出火灾隐患，及时进行预警操作，结构简单易执行，且灵敏度较高。因此，本申请实施例能够解决现有技术无法准确的监测到泄漏电流，且火灾探测灵敏度低，导致预警时间晚，效果欠佳的技术问题。

为了便于理解，请参阅图2，本申请提供了一种站用变压器电气火灾预警方法的实施例，包括：

步骤201、分别获取站用变压器供电系统的总剩余电流、站用变压器低压侧的零序电流和站用变压器低压侧三相的相电流；

步骤202、基于零序电流和相电流分别计算变压器低压侧的变压器端的第一剩余电流和相关母线端的第二剩余电流；

步骤203、根据总剩余电流、第一剩余电流和第二剩余电流分别计算第一剩余电流差值和第二剩余电流差值；

步骤204、判断第一剩余电流差值是否超出第一电流阈值，若是，则报警提示站用变压器存在火灾隐患；

步骤205、判断第二剩余电流差值是否超出第二电流阈值，若是，则报警提示站用变压器低压侧出线电缆存在火灾隐患。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以通过一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：RandomAccess Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种站用变压器电气火灾预警系统，其特征在于，包括：第一剩余电流合成器、第二剩余电流合成器、剩余电流传感器、差电流合成单元和信号处理单元；

所述第一剩余电流合成器的输入端与所述站用变压器的低压绕组相连，所述第一剩余电流合成器的输出端与所述差电流合成单元的第一输入端相连；

所述第二剩余电流合成器的输入端与所述站用变压器的相关母线相连，所述第二剩余电流合成器的输出端与所述差电流合成单元的第二输入端相连；

所述第一剩余电流合成器与所述第二剩余电流合成器的三相电缆和中性导体分别对应连接；

所述剩余电流传感器连接在站用变压器的中性点与接地点之间，且输出端与所述差电流合成单元的第三输入端相连；

所述差电流合成单元与所述信号处理单元连接，所述信号处理单元用于处理信号，触发火灾预警。

2.根据权利要求1所述的站用变压器电气火灾预警系统，其特征在于，所述第一剩余电流合成器包括4个二次绕组并联的电流互感器；

相应的，所述第一剩余电流合成器的输入端与所述站用变压器的低压绕组相连，所述第一剩余电流合成器的输出端与所述差电流合成单元的第一输入端相连，包括：

所述电流互感器的一次绕组与所述站用变压器的低压绕组相连，所述电流互感器的二次绕组并联节点与所述差电流合成单元的第一输入端相连。

3.根据权利要求1所述的站用变压器电气火灾预警系统，其特征在于，所述第二剩余电流合成器与所述第一剩余电流合成器的结构一致。

4.根据权利要求1所述的站用变压器电气火灾预警系统，其特征在于，所述差电流合成单元包括第一变流器、第二变流器和第三变流器；

所述第一变流器的二次绕组与所述第二变流器的第一二次绕组反并联；

所述第三变流器的二次绕组与所述第二变流器的第二二次绕组反并联。

5.根据权利要求4所述的站用变压器电气火灾预警系统，其特征在于，所述第一变流器的一次绕组为所述差电流合成单元的所述第二输入端；

所述第二变流器的一次绕组为所述差电流合成单元的所述第一输入端；

所述第三变流器的一次绕组为所述差电流合成单元的所述第三输入端。

6.根据权利要求1所述的站用变压器电气火灾预警系统，其特征在于，还包括：保护性导体；

所述保护性导体与接地点连接，用于防止电击。

7.根据权利要求1所述的站用变压器电气火灾预警系统，其特征在于，所述第一剩余电流合成器的中性导体与站用变压器的中性点相连。

8.一种站用变压器电气火灾预警方法，其特征在于，包括：

分别获取站用变压器供电系统的总剩余电流、站用变压器低压侧的零序电流和站用变压器低压侧三相的相电流；

基于所述零序电流和所述相电流分别获得变压器低压侧的变压器端的第一剩余电流和相关母线端的第二剩余电流；

根据所述总剩余电流、所述第一剩余电流和所述第二剩余电流分别获得第一剩余电流差值和第二剩余电流差值；

判断所述第一剩余电流差值是否超出第一电流阈值，若是，则报警提示站用变压器存在火灾隐患；

判断所述第二剩余电流差值是否超出第二电流阈值，若是，则报警提示站用变压器低压侧出线电缆存在火灾隐患。

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