CN114243633B - 一种10kV计量TV高压过流自恢复保护硬件电路及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种10kV计量TV高压过流自恢复保护硬件电路及装置，包括获取模块通过电流互感器获取10kV计量TV一次侧电流并转换为二次侧输出电流；储能模块对二次侧输出电流进行储能；检测模块通过驱动电路内部光耦来判断过流状态，并通过常闭继电器对一次侧主电路进行通断控制；当发生超流时，高压跳闸模块通过常闭继电器控制一次侧断开，进而二次侧失电，常闭继电器控制线圈失电，常闭继电器控制线圈通过电感和光耦续流放电，后端光耦根据电路预设时间导通，当在预设的时间内发生二次超流时，导通常开继电器使得超级电容两端电压熔断保险丝。可以看出，本申请可以确保配电网在瞬时大电流过后快速恢复TV正常工作。

Description

一种10kV计量TV高压过流自恢复保护硬件电路及装置

技术领域

本发明涉及过流自恢复保护领域，特别涉及一种10kV计量TV高压过流自恢复保护硬件电路及装置。

背景技术

在配电网实际运行的过程中，熔断器在设备真正发生故障或其他干扰因素引起电流过大时，都会发生熔断现象。如系统发生单相间歇性电弧接地故障或开关合闸等扰动时，计量TV的非线性铁芯可能会出现饱和的情况，激发铁磁谐振，致使计量TV的励磁电流急剧增加，导致高压熔断器熔断。

在高压熔断器熔断后，需要先检查故障原因，若为非设备故障仅需更换熔断器即可，但过程依然十分复杂，其具体方法如下：相关操作人员根据站内实际情况，首先申请计量TV停电，然后做好安全措施后更换相应的故障保险，最后再完成复电。整个过程不仅耗时耗力，而且存在一定的危险性。若高压熔断器经常发生非设备故障熔断现象，则整个配电网的供电可靠性也会降低。而且在整个断电过程中，不仅影响电力用户的生产生活，期间所有费用也需由电网公司承担，可能还会在退补电费时产生纠纷，影响电力企业服务质量。

发明内容

基于此，本申请实施例提供了一种10kV计量TV高压过流自恢复保护硬件电路及装置，以解决现有技术中高压熔断器不能自动恢复计量TV工作的问题。

第一方面，提供了一种10kV计量TV高压过流自恢复保护硬件电路，该电路包括：

获取模块，与10kV高压线路电性连接，用于通过电流互感器获取10kV计量TV一次侧电流并转换为二次侧输出电流；

储能模块，与获取模块电性和高压跳闸模块电性连接，用于通过超级电容对二次侧输出电流进行储能；

检测模块，与所述获取模块电性连接，用于通过二次侧输出电流分流后驱动电路内部光耦来判断过流状态，并通过常闭继电器对一次侧主电路进行通断控制；其中，当10kV计量TV一次侧电流发生超流时，所述常闭继电器的常闭点断开；

高压跳闸模块，与所述检测模块和所述储能模块电性连接，用于当10kV计量TV一次侧电流发生超流时，常闭继电器控制一次侧断开，进而二次侧失电，常闭继电器控制线圈失电并通过电感和光耦续流放电，后端光耦根据预设的时间导通电路，当所述10kV计量TV一次侧电流在预设的时间内发生二次超流时，导通常开继电器使得所述超级电容两端电压熔断保险丝。

可选地，当10kV计量TV一次侧电流在预设的时间内未发生二次超流时，则恢复10kV计量TV的功能。

可选地，所述储能模块中，所述二次侧输出电流经过整流桥变直流后给超级电容充电。

可选地，所述检测模块还包括：

调节滑动变阻器使得当一次侧电流超流时电流互感器二次侧输出电流驱动光耦导通。

可选地，所述电流互感器包括测量用互感器和保护用互感器；

所述测量用互感器一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表和继电保护器；

所述保护用互感器与继电装置配合，在线路发生短路过载时，向继电装置提供信号切断故障电路。

可选地，所述高压跳闸模块通过电容充放电时间调节设置合闸时间。

可选地，所述高压跳闸模块可以采用10kV高压继电器，包括干簧继电器、真空继电器、固态继电器。

第二方面，提供了一种10kV计量TV高压过流自恢复保护装置，该装置用于实现如第一方面任意一项所述的高压过流自恢复保护电路。

本申请实施例提供的技术方案中包括获取模块通过电流互感器获取10kV计量TV一次侧电流并转换为二次侧输出电流；储能模块对二次侧输出电流进行储能；检测模块通过二次侧输出电流分流后驱动电路内部光耦来判断过流状态，并通过常闭继电器对一次侧主电路进行通断控制；当发生超流时，高压跳闸模块通过常闭继电器控制一次侧断开，进而二次侧失电，常闭继电器控制线圈失电，常闭继电器控制线圈通过电感和光耦续流放电，后端光耦根据电路预设时间导通，当在预设的时间内发生二次超流时，导通常开继电器使得超级电容两端电压熔断保险丝。本申请实施例的有益效果包括了：可以确保配电网的10kV计量TV安全可靠运行，不会被瞬时大电流烧毁，并在瞬时大电流过后快速恢复TV正常工作。既免去了工作人员频繁更换高压器件，存在安全隐患；也避免了停电作业、退补电量等工作带来不必要的麻烦。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为本申请实施例提供的一种10kV计量TV高压过流自恢复保护硬件电路的结构图；

图2为本申请实施例提供的一种10kV计量TV高压过流自恢复保护硬件电路的电路图。

附图标记：T1-电流互感器；T2-电流互感器；D1-TVS二极管；D2-二极管整流桥；C1-超级电容；C2-电容；C3电容；R1-滑动变阻器；R2-电阻；R3-电阻；U1-光耦；U2-光耦；U3-光耦；U4-光耦；U5-光耦；K1-常闭继电器；K2-常开继电器；K3-常开继电器；L1-电感；F1-保险丝。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，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。

在10kV配电网中，经常会发现PT高压熔断器熔断的情况。熔断器通常安装在电压互感器的前侧以此来保护计量TV。其工作原理是：在电流超过额定值后，以其自身产生的热量使熔体熔化，从而使电路断开以保护系统中的其他设备。如果熔断器质量或者参数选择的不对使PT的一次侧电流超过PT的额定电流，处于过流状态下运行，很可能把后面的PT给烧毁。在高压熔断器熔断后要，更换它需要使用隔离开关断开10kV电压，然后去换掉烧坏的熔断器。这样做费时费力，效率不高，经常这样做且存在一定的安全隐患。

电路工作需要对高压线缆取能量以维护系统工作。常规高压取电对线路电流大小有要求，一般要求一次侧电流为10A及以上，低功耗系统供电也要求1A以上电流才能取得持续供电能量。在10kV配电网中，计量TV正常工作电流较小，只有0.01A左右，不足以满足常规取电要求。在实际应用中，经常有需求需要去从一次侧取得能量供其它检测系统工作。

可以看出，针对非设备故障导致的高压熔断器频繁熔断的问题，设计一种10kV配电网计量TV过流保护自动恢复电路，对电网的安全、高效、稳定运行具有重要意义。

如图1，为了解决普通高压熔断器不能自动恢复计量TV工作的问题，公开一种10kV计量TV高压过流自恢复保护硬件电路，具体包括了：

获取模块，与10kV高压线路电性连接，用于通过电流互感器获取10kV计量TV一次侧电流并转换为二次侧输出电流。

储能模块，与获取模块电性和高压跳闸模块电性连接，用于通过超级电容对二次侧输出电流进行储能。

检测模块，与所述获取模块电性连接，用于通过二次侧输出电流分流后驱动电路内部光耦来判断过流状态，并通过常闭继电器对一次侧主电路进行通断控制；其中，当10kV计量TV一次侧电流发生超流时，所述常闭继电器的常闭点断开。

在本申请实施例中，检测模块还可以涉及电流信号的采样、调理以及到数字量的转换。电流互感器是依据电磁感应原理将一次侧大电流转换成二次侧小电流来测量的仪器。电流互感器主要分为测量用互感器和保护用互感器。测量用电流互感器一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表、继电保护等。保护用电流互感器主要与继电装置配合，在线路发生短路过载等故障时，向继电装置提供信号切断故障电路，以保护供电系统的安全。

高压跳闸模块，与所述检测模块和所述储能模块电性连接，用于当10kV计量TV一次侧电流发生超流时，常闭继电器控制一次侧断开，进而二次侧失电，常闭继电器控制线圈失电并通过电感和光耦续流放电，后端光耦根据预设的时间导通电路，当所述10kV计量TV一次侧电流在预设的时间内发生二次超流时，导通常开继电器使得所述超级电容两端电压熔断保险丝。

在本申请实施例中，高压跳闸模块主要涉及继电器技术，继电器是一种电控制器件，它是控制系统和被控制系统之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，实际上是用小电流去控制大电流运作的一种自动开关。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。例如高电阻接地系统的接地过电流保护、发电机定子绕组的接地保护、分相发电机的层间短路保护和接地变压器的过热保护等都有着继电器的广泛应用。目前10kV高压继电器技术发展成熟，出现了干簧继电器、真空继电器、固态继电器等。

在本申请一个可选的实施例中还可以包括控制模块，其实现主要涉及微控制器技术、数字电子技术。微控制器是一种集成电路芯片，是一个小而完善的微型计算机系统。目前微控制器技术的使用领域十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等，在电力系统中的应用也十分普遍。其技术成熟、成本低廉、性能优异、使用寿命长且开发成本低，预期完全能满足本项目所研制装置中对主控模块性能及稳定性的要求。数字集成电路是由许多的逻辑门组成的复杂电路，主要进行数字信号的处理(即信号以0与1两个状态表示)，完成基本逻辑运算，抗干扰能力较强。

可以看出，本申请10kV计量TV高压过流自恢复保护电路在不更换熔断器的基础上，利用检测模块自动完成电流检测，并由控制模块做出逻辑判断：当第一次检测到过流现象时，高压跳闸模块断电，一段时间后合闸再次检测，若电流恢复到正常值则自动恢复计量TV的功能。若没有恢复到正常值则完全熔断。

如图2给出另一种10kV计量TV高压过流自恢复保护硬件电路的电路运行的具体实施例：

其中，左上角部分未小电流储能模块。TV一次侧串联经过电流互感器T1一次侧，电流互感器T1二次侧输出经过整流桥D2变直流后给超级电容C1充电，其中D1为TVS双向限压二极管，起保护作用。储能模块为本电路提供工作能量。由于计量TV正常工作时电流只有10mA左右，在计量误差允许范围内可取得的能量有限，因此供能部分采用两种方案设计，一种是在TV正常稳定工作计量时系统休眠工作，同时用超级电容对小能量进行收集，当故障出现时用收集的能量对系统供能并进行预定工作；另一种方案是从TV侧引入能量供系统工作。

左下角部分为过流检测模块。TV一次侧串联经过电流互感器T2一次侧，调节滑动变阻器R1使得当一次侧电流超流时电流互感器T2二次侧输出电流驱动光耦U1导通，进而使光耦U2和光耦U3导通。

右侧部分为本申请中高压跳闸模块，主要由保险丝F1、一组常闭继电器K1和两组常开继电器K2和K3及继电器驱动电路组成。常闭继电器K1的主要任务是保证在正常工作时的电流通过及故障出现时的短时线路开断；保险丝F1串入两组常开继电器中，在故过流时时，将常闭继电器切开、将两组常开继电器导通，大电流熔丝接入电源回路，由储能模块供能以烧毁熔丝，负责主线路的完全断开，保护线路上的计量TV等设备。

具体地，TV一次侧电路继电器通断控制和TV一次侧电路保险丝烧毁控制部分，当TV一次侧发生超流时，光耦U1导通，常闭继电器K1开始工作，常闭点断开导致TV一次侧电路断开，光耦U1截止，继电器K1失电，继电器K1线圈通过光耦U4和电感L1续流放电，光耦U4导通引发光耦U5导通，由于电阻R3、电容C3和电感L1的调节作用，光耦U5维持导通一段时间，在这段时间内如果一次侧电流再次超流，满足TV一次侧电流连续超流条件，光耦U3与光耦U5同时导通，常开继电器K2和常开继电器K3导通，电容C1两端电压引入保险丝F1两端，保险丝烧毁，TV一次侧主电路彻底断开。

综上可以看出，在本实施例中的有益效果包括了：

1、通过小能量收集解决高压小电流取电；

2、系统工作稳态下不耗电，可以解决高压取电能量不足问题；

3、完全硬件模拟电路及数字逻辑构成，电路简单可靠；

4、通过电容充放电时间调节两次超流判断时间间隔；

5、电流具有自恢复过程；

6、具有硬件熔断丝，保护电路可靠。

本申请实施例还提供的一种10kV计量TV高压过流自恢复保护硬件。装置包括：

本申请实施例提供的10kV计量TV高压过流自恢复保护装置用于实现上述高压过流自恢复保护电路，关于10kV计量TV高压过流自恢复保护装置的具体限定可以参见上文中对于高压过流自恢复保护电路的限定，在此不再赘述。上述10kV计量TV高压过流自恢复保护装置中的各个部分可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种10kV计量TV高压过流自恢复保护电路，其特征在于，所述电路包括：

获取模块、储能模块、检测模块和高压跳闸模块；

获取模块包括电流互感器T1，储能模块包括超级电容C1，检测模块包括电流互感器T2，高压跳闸模块包括常闭继电器K1、常开继电器K2和K3、保险丝F1；

获取模块，与10kV高压线路电性连接，用于获取10kV计量TV一次侧电流并转换为二次侧输出电流；检测模块，与获取模块电性连接，用于通过二次侧输出电流分流后驱动电路内部光耦来判断过流状态，并通过常闭继电器对一次侧主电路进行通断控制；高压跳闸模块，与检测模块和储能模块电性连接，用于当10kV计量TV一次侧电流发生超流时，常闭继电器控制一次侧断开；

其中T1一次侧一端连接K1常闭触点一端，T1一次侧另一端连接T2一次侧一端，K1常闭触点另一端连接F1一端，F1另一端接入10KV高压线路，10KV计量TV一次侧串联在10KV高压线路上，T1二次侧两端连接整流桥的两个输入端，整流桥的两个输出端连接C1的两端；C1的上端连接K1的线圈的一端、电阻R2的一端、光耦U5的二极管正极端、光耦U5的开关管的集电极、光耦U4的二极管负极端；K1线圈的另一端通过电感L1连接光耦U4的二极管正极端，K1线圈的另一端连接光耦U2的开关管的集电极，光耦U2的开关管的发射极接地；光耦U5的二极管负极端通过电阻R3和电容C3接地；光耦U4的开关管集电极连接电容C3的上端，光耦U4的开关管发射极连接电容C3的下端并接地；光耦U5的开关管的发射极连接光耦U3的开关管的集电极，光耦U3的开关管的发射极连接K2和K3的线圈的一端，K2和K3的线圈的另一端接地，K2的常开触点一端连接保险丝F1的一端，另一端连接电容C1的上端；K3的常开触点一端连接C1的下端，另一端连接保险丝F1的另一端；电阻R2的另一端连接电容C2的一端和光耦U1的开关管的集电极，光耦U1的开关管的发射极连接电容C2的另一端和光耦U2的二极管正极端，光耦U1的二极管两端分别连接T2的二次侧两端；光耦U2的二极管负极端连接光耦U3的二极管正极端，光耦U3的二极管负极端接地。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，当10kV计量TV一次侧电流在预设时间内未发生二次超流时，则恢复10kV计量TV的功能。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述检测模块还包括与T2二次侧两端并联的滑动变阻器，调节滑动变阻器使得当一次侧电流超流时T2二次侧输出电流驱动光耦导通。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述高压跳闸模块通过调节电容充放电时间调节合闸时间。

5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述高压跳闸模块采用10kV高压继电器，包括干簧继电器、真空继电器、固态继电器。

6.一种10kV计量TV高压过流自恢复保护装置，其特征在于，所述装置包括权利要求1至5任意一项所述的高压过流自恢复保护电路。

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