CN116699316A - 一种零序电流二次回路的开路检测装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种零序电流二次回路的开路检测装置及其控制方法，该零序电流二次回路的开路检测装置包括直流方波发生单元，用于输出直流方波电流；二次等效单元，用于基于外部一次设备中的电流产生感应交流电流；直流电流采集单元，与直流方波发生单元电连接，用于采集直流方波电流；交流电流采集单元，与二次等效单元电连接，用于采集感应交流电流；控制单元，分别与外部一次设备、直流电流采集单元和交流电流采集单元电连接，用于在外部一次设备接入零序电流二次回路时，根据直流方波电流和感应交流电流确定零序电流二次回路中是否存在开路。采用上述技术手段，通过判断零序电流二次回路的完整性，能够防止线路发生越级跳闸且能够保证人员安全。

Description

一种零序电流二次回路的开路检测装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及电力系统变电站自动化技术领域，尤其涉及一种零序电流二次回路的开路检测装置及其控制方法。

背景技术

零序过流保护不受负荷电流的影响，正常运行时电流理论值为零，仅在系统发生接地故障的情况下产生，因此零序过流定值整定较小，反映接地故障的灵敏度较高，被广泛应用到线路、主变的接地后备保护中。

由于正常情况下电力系统三相参数不对称度较小，电流互感器流过的零序电流不大，无法通过查看装置对应采样通道是否有流判断电流二次回路的完整性。零序电流二次回路开路不仅导致外部一次设备接地保护失效，还可能导致发生接地故障时上一级线路或元件越级跳闸，扩大停电范围。此外，由于电流互感器二次开路，当发生接地故障，一次传变到二次侧的故障电流全部变为励磁电流，会在二次侧感应出尖顶波高压，对人身和设备都会产生较大的伤害，烧毁端子排和装置采样插件。

发明内容

本发明实施例提供了一种零序电流二次回路的开路检测装置及其控制方法，以防止线路发生越级跳闸且能够保证人员安全。

第一方面，本发明实施例提供了一种零序电流二次回路的开路检测装置，包括：

直流方波发生单元，用于输出直流方波电流；

二次等效单元，用于基于外部一次设备中的电流产生感应交流电流；

直流电流采集单元，与所述直流方波发生单元电连接，用于采集所述直流方波电流值；

交流电流采集单元，与所述二次等效单元电连接，用于采集所述感应交流电流值；

控制单元，分别与所述外部一次设备、所述直流电流采集单元和所述交流电流采集单元电连接，用于在所述外部一次设备接入所述零序电流二次回路时，根据所述直流方波电流值和所述感应交流电流值确定所述零序电流二次回路中是否存在开路。

可选的，若所述感应交流电流值大于预设交流电流值，确定所述零序电流二次回路无开路；

若所述感应交流电流值小于所述预设交流电流值且所述直流方波电流大于预设直流电流值，确定所述零序电流二次回路无开路；

若所述感应交流电流值小于所述预设交流电流值且所述直流方波电流小于所述预设直流电流值，确定所述零序电流二次回路存在开路。

可选的，所述直流电流采集单元包括第一直流电流采集子单元以及第二直流电流采集子单元；

所述第一直流电流采集子单元设置于所述二次等效单元与所述直流方波发生单元之间的回路中，用于采集靠近所述二次等效单元一侧的第一直流方波电流值；

所述开路检测装置还包括保护单元，所述第二直流电流采集子单元设置于所述保护单元与所述直流方波发生单元之间的回路中，用于采集靠近所述保护单元一侧的第二直流方波电流值；

所述控制单元还用于根据所述第一直流方波电流值和所述第二直流方波电流值确定所述零序电流二次回路中的开路位置。

可选的，所述保护单元分别与所述第一直流电流采集子单元以及第二直流电流采集子单元电连接，用于根据所述第一直流方波电流值、所述第二直流方波电流值、第一预设直流电流值以及第二预设直流电流值输出报警信息。

可选的，所述控制单元包括开入板、电流采样板和处理子单元，所述处理子单元分别与所述开入板和所述电流采样板电连接；

所述外部一次设备通过所述开入板接入所述零序电流二次回路；

所述直流电流采集单元和所述直流方波发生单元通过所述电流采样板与所述处理子单元电连接，且所述电流采样板用于将所述直流方波电流值以及所述感应交流电流值转换为数字电流信号。

可选的，所述直流方波发生单元包括：电压源、整流器、第一二极管、第二二极管、第一开关以及第二开关；

所述电压源的正极与所述整流器的正极电连接，所述电压源的负极与所述整流器的负极电连接；

所述第一二极管的第一端通过所述第一开关与所述整流器的正极电连接，所述第二二极管的第一端通过所述第二开关与所述整流器的负极电连接，所述第一二极管的第二端与第一输出端电连接，所述第二二极管的第二端与第二输出端电连接，以在所述第一输出端与所述第二输出端之间输出所述直流方波电流；

所述处理子单元还与所述第一开关以及所述第二开关电连接，用于在所述感应交流电流值大于预设交流电流值时，控制所述第一开关以及所述第二开关断开；在所述感应交流电流值小于所述预设交流电流值时，控制所述第一开关以及所述第二开关闭合。

可选的，所述开路检测装置还包括第三开关以及第四开关；

所述第三开关设置在所述直流方波发生单元的第一输出端与所述直流电流采集单元之间的回路中，所述第四开关设置在所述直流方波发生单元的第二输出端与所述直流电流采集单元之间的回路中；

所述处理子单元还与所述第三开关以及所述第四开关电连接，用于在所述感应交流电流值大于所述预设交流电流值时，控制所述第三开关以及所述第四开关断开；在所述感应交流电流值小于所述预设交流电流值时，控制所述第三开关以及所述第四开关闭合。

可选的，所述第一二极管与所述第二二极管均包括反向二极管。

可选的，所述开路检测装置还包括：故障录波单元；

所述故障录波单元设置于所述直流方波发生单元的两个输出端之间。

第二方面，本发明实施例还提供了一种零序电流二次回路的开路检测控制方法，应用于第一方面任一项所述的开路检测装置，包括：

获取直流方波电流值和感应交流电流值；

在所述外部一次设备接入所述零序电流二次回路时，根据所述直流方波电流值和所述感应交流电流值确定所述零序电流二次回路中是否存在开路。

本发明实施例提供的零序电流二次回路的开路检测装置，通过直流电流采集单元能够采集直流方波电流，通过交流电流采集单元能够采集感应交流电流值，控制单元根据直流方波电流值和感应交流电流值确定零序电流二次回路中是否存在开路，进而通过判断零序电流二次回路的完整性，能够防止线路发生越级跳闸且能够保证人员安全。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种零序电流二次回路的开路检测装置的电气原理示意图；

图2为本发明实施例提供的一种零序电流二次回路的开路检测控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种零序电流二次回路的开路检测装置的电气原理示意图，如图1所示，零序电流二次回路的开路检测装置包括：直流方波发生单元10，用于输出直流方波电流；二次等效单元20，用于基于外部一次设备60中的电流产生感应交流电流；直流电流采集单元30，与直流方波发生单元10电连接，用于采集直流方波电流值；交流电流采集单元40，与二次等效单元20电连接，用于采集感应交流电流值；控制单元50，分别与外部一次设备60、直流电流采集单元30和交流电流采集单元40电连接，用于在外部一次设备60接入零序电流二次回路时，根据直流方波电流值和感应交流电流值确定零序电流二次回路中是否存在开路。

具体的，二次等效单元20中可以包括两个并联的电感，10KV电缆通过电流互感器能够将大电流转换为小电流，进而可以理解为通过二次等效单元20中的两个电感为零序电流二次回路提供感应电流。

示例性的，外部一次设备60可以是10KV的开关柜或者主变本体端子箱等，本发明实施例对外部一次设备的类型不进行具体限定。示例性的，以外部一次设备60为10KV的开关柜为例进行说明，当通过开入板501、接入开关以及手车位置(手车式)或者刀闸位置(固定式)的辅助触点均在为断开状态时，说明10KV的开关柜处于停电状态，否则，10KV的开关柜处于非停电状态。在10KV的开关柜处于非停电状态时，通过交流电流采集单元40可以采集感应交流电流值，当采集到的感应交流电流值大于预设交流电流值时，说明零序电流二次回路无开路，当采集到的感应交流电流值小于预设交流电流值时，直流方波发生单元10输出直流方波电流，通过直流电流采集单元30采集到的直流方波电流确定零序电流二次回路是否存在开路。在10KV的开关柜处于停电状态时，说明外部一次设备60所在的一次系统不再形成回路，进而可以通过直流方波发生单元10工作，输出直流方波电流，通过直流电流采集单元30可以采集直流方波电流值。具体的，若感应交流电流值小于预设交流电流值且直流方波电流大于预设直流电流值，确定零序电流二次回路无开路。若感应交流电流值小于预设交流电流值且直流方波电流小于预设直流电流值，确定零序电流二次回路存在开路。

可以理解的是，通过改变直流电流采集单元30在零序电流二次回路中的位置能够采集不同位置处的直流方波电流值。

需要说明的是，当零序电流二次回路存在开路时容易造成外部一次设备接地保护失效，还可能导致外部一次设备的跳闸，甚至扩大停电范围。如此，通过零序电流二次回路的开路检测装置能够定期(一般以天为周期)检测零序电流二次回路是否存在开路，在零序电流二次回路存在开路时能够通过报警等方式及时提醒运维人员作出响应，避免对人身安全以及设备造成危害。

示例性的，直流电流采集单元30可以是直流电流互感器，交流电流采集单元40可以是交流电流互感器。

本发明实施例提供的零序电流二次回路的开路检测装置，通过直流电流采集单元能够采集直流方波电流，通过交流电流采集单元能够采集感应交流电流值，控制单元根据直流方波电流值和感应交流电流值确定零序电流二次回路中是否存在开路，进而通过判断零序电流二次回路的完整性，能够防止线路发生越级跳闸且能够保证人员安全。

可选的，继续参考图1，直流电流采集单元30包括第一直流电流采集子单元301以及第二直流电流采集子单元302；第一直流电流采集子单元301设置于二次等效单元20与直流方波发生单元10之间的回路中，用于采集靠近二次等效单元20一侧的第一直流方波电流值；开路检测装置还包括保护单元70，第二直流电流采集子单元302设置于保护单元70与直流方波发生单元10之间的回路中，用于采集靠近保护单元70一侧的第二直流方波电流值；控制单元50还用于根据第一直流方波电流值和第二直流方波电流值确定零序电流二次回路中的开路位置。

具体的，第一直流电流采集子单元301可以采集靠近二次等效单元20一侧的第一直流方波电流值，当第一直流方波电流值大于第一预设直流电流值时，说明靠近二次等效单元20一侧的回路无开路。进一步的，保护单元70与第一直流电流采集子单元301电连接，当第一直流方波电流值小于第一预设直流电流值时，说明靠近二次等效单元20一侧的回路存在开路，保护单元70可以输出报警信息，以警示运维人员及时作出响应。示例性的，保护单元70可以语音提示运维人员“二次等效单元一侧电流回路开路”。

具体的，第二直流电流采集子单元302可以采集靠近保护单元70一侧的第二直流方波电流值，当第二直流方波电流值大于第二预设直流电流值时，说明靠近保护单元70一侧的回路无开路。进一步的，保护单元70可以与第二直流电流采集子单元302电连接，当第二直流方波电流值小于第二预设直流电流值时，说明靠近保护单元70一侧的回路存在开路，保护单元70可以输出报警信息，以警示运维人员及时作出响应。示例性的，保护单元70可以语音提示运维人员“保护单元一侧电流回路开路”。

可以理解的是，报警信息可以是语音信息还可以是灯光信息等，本发明实施例对报警信息的类型不做具体限定。

可选的，继续参考图1，控制单元50包括开入板501、电流采样板502和处理子单元503，处理子单元503分别与开入板501和电流采样板502电连接；外部一次设备60通过开入板501接入零序电流二次回路；直流电流采集单元30和直流方波发生单元10通过电流采样板502与处理子单元503电连接，且电流采样板502用于将直流方波电流值以及感应交流电流值转换为数字电流信号。

具体的，外部一次设备60通过开入板501接入零序电流二次回路，进而可以采集外部一次设备60是否接入零序电流二次回路。直流电流采集单元30采集到的直流电流方波电流值以及交流电流采集单元40采集到的感应交流电流值均为模拟电流信号，电流采样板502能够将直流方波电流值以及感应交流电流值转换为数字电流信号，进而输入至处理子单元503中，处理子单元503能够判断数字电流信号与预设交流电流值以及预设直流电流值的大小关系，进而可以确定零序电流二次回路是否存在开路。

示例性的，处理子单元503可以包括数字处理芯片。

可选的，继续参考图1，直流方波发生单元10包括：电压源101、整流器102、第一二极管103、第二二极管104、第一开关SW1以及第二开关SW2；电压源101的正极与整流器102的正极电连接，电压源101的负极与整流器102的负极电连接；第一二极管103的第一端通过第一开关SW1与整流器102的正极电连接，第二二极管104的第一端通过第二开关SW2与整流器102的负极电连接，第一二极管103的第二端与第一输出端A电连接，第二二极管104的第二端与第二输出端B电连接，以在第一输出端A与第二输出端B之间输出直流方波电流；处理子单元503还与第一开关SW1以及第二开关SW2电连接，用于在感应交流电流值大于预设交流电流值时，控制第一开关SW1以及第二开关SW2断开；在感应交流电流值小于预设交流电流值时，控制第一开关SW1以及第二开关SW2闭合。

具体的，电压源101可以是直流电压源Udc，输出的电压可以是110V或者220V，电压源101输出的电压可以通过整流器102变为24V的直流电压，24V的直流电压通过第一开关SW1、第二开关SW2、第一二极管103以及第二二极管104可以形成固定频率的直流方波电压，因此可以在零序电流二次回路中产生直流方波电流。

具体的，在感应交流电流值大于预设交流电流值时，此时零序电流二次回路是连通的，即零序电流二次回路无开路，处理子单元503可以控制第一开关SW1以及第二开关SW2断开。在感应交流电流值小于预设交流电流值时，处理子单元503可以控制第一开关SW1以及第二开关SW2闭合，如此直流方波发生单元10输出直流方波电流，进而可以根据直流电流采样单元30采集到的直流方波电流值与预设直流电流值的大小关系确定零序电流二次回路是否开路。

可选的，继续参考图1，开路检测装置还包括第三开关SW3以及第四开关SW4；第三开关SW3设置在直流方波发生单元10的第一输出端A与直流电流采集单元30之间的回路中，第四开关SW4设置在直流方波发生单元10的第二输出端B与直流电流采集单元30之间的回路中；处理子单元503还与第三开关SW3以及第四开关SW4电连接，用于在感应交流电流值大于预设交流电流值时，控制第三开关SW3以及第四开关SW4断开；在感应交流电流值小于预设交流电流值时，控制第三开关SW3以及第四开关SW4闭合。

具体的，在第一输出端A与电流采集单元30之间设置第三开关SW3以及在第二输出端B与电流采集单元30之间设置第四开关SW4，如此能够进一步控制直流方波发生单元10的断开与闭合。换句话说，在感应交流电流值大于预设交流电流值时，零序电流二次回路无开路，此时第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3以及第四开关SW4均断开，直流方波发生单元10不工作。在感应交流电流值小于预设交流电流值时，处理子单元503控制第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3以及第四开关SW4均闭合，此时直流方波发生单元10输出直流方波电流，进而可以根据直流电流采样单元30采集到的直流方波电流值与预设直流电流值的大小关系确定零序电流二次回路是否开路。通过控制第三开关SW3与第四开关SW4的断开与关闭，能够进一步控制直流方波发生单元10是否输出直流方波电流，如此能够防止第一开关SW1与第二开关SW2未完全断开，进一步保护开路检测装置的安全性能。

可选的，继续参考图1，第一二极管103与第二二极管104均包括反向二极管，如此一方面能够提高导电性能，另一方面能够避免零序电流二次回路中的感应交流电流经第一输出端A与第二输出端B反向流通。

可选的，继续参考图1，开路检测装置还包括故障录波单元80，故障录波单元80设置于直流方波发生单元10的两个输出端之间。

具体的，故障录波单元80用于电力系统，可在系统发生故障时，自动地、准确地记录故障前、后过程的直流方波电流值等各种电气量的变化情况，通过对这些电气量的分析、比较、对分析处理事故、判断保护是否正确动作、如此能够提高电力系统的安全运行水平。

综上，本发明实施例提供的零序电流二次回路的开路检测装置，能够通过交流电流采集单元能够采集感应交流电流值，在感应交流电流值大于预设交流电流值时，确定零序电流二次回路无开路。在感应交流电流值小于预设交流电流值时，直流方波输出单元输出直流方波电流，并通过直流电流采集单元采集零序电流二次回路中的直流方波电流值，在直流方波电流值大于预设直流电流值时，确定零序电流二次回路无开路，在直流方波电流值小于预设直流电流值，确定零序电流二次回路存在开路，并通过保护单元提示零序电流二次回路中的开路位置，以防止线路发生越级跳闸且能够保证人员安全。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种零序电流二次回路的开路检测控制方法应用于上述开路检测装置，图2为本发明实施例提供的一种零序电流二次回路的开路检测控制方法的流程示意图，如图2所示，该控制方法包括：

S101、获取直流方波电流和感应交流电流。

具体的，通过直流电流采集单元可以采集零序电流二次回路中的直流方波电流值，通过交流电流采集单元可以采集感应交流电流值。

S102、在外部一次设备接入零序电流二次回路时，根据直流方波电流和感应交流电流确定零序电流二次回路中是否存在开路。

具体的，继续参考图1，以外部一次设备60为10KV的开关柜为例进行说明，当通过开入板501、接入开关以及手车位置(手车式)或者刀闸位置(固定式)的辅助触点均在为断开状态时，说明10KV的开关柜处于停电状态，否则，10KV的开关柜处于非停电状态。在10KV的开关柜处于非停电状态时，通过交流电流采集单元40可以采集感应交流电流值，当采集到的感应交流电流值大于预设交流电流值时，说明零序电流二次回路无开路，当采集到的感应交流电流值小于预设交流电流值时，直流方波发生单元10输出直流方波电流，通过直流电流采集单元30采集到的直流方波电流确定零序电流二次回路是否存在开路。在10KV的开关柜处于停电状态时，说明外部一次设备60所在的一次系统不再形成回路，进而可以通过直流方波发生单元10工作，输出直流方波电流，通过直流电流采集单元30可以采集直流方波电流值。具体的，若感应交流电流值小于预设交流电流值且直流方波电流大于预设直流电流值，确定零序电流二次回路无开路。若感应交流电流值小于预设交流电流值且直流方波电流小于预设直流电流值，确定零序电流二次回路存在开路。

本发明实施例提供的序电流二次回路的开路检测控制方法，通过获取直流方波电流值和感应交流电流值，并根据感应交流电流值与预设交流电流值以及直流方波电流值与预设直流电流值的大小关系确定零序电流二次回路是否存在开路，进而通过判断零序电流二次回路的完整性，能够防止线路发生越级跳闸且能够保证人员安全。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种零序电流二次回路的开路检测装置，其特征在于，包括：

直流方波发生单元，用于输出直流方波电流；

二次等效单元，用于基于外部一次设备中的电流产生感应交流电流；

直流电流采集单元，与所述直流方波发生单元电连接，用于采集所述直流方波电流值；

交流电流采集单元，与所述二次等效单元电连接，用于采集所述感应交流电流值；

控制单元，分别与所述外部一次设备、所述直流电流采集单元和所述交流电流采集单元电连接，用于在所述外部一次设备接入所述零序电流二次回路时，根据所述直流方波电流值和所述感应交流电流值确定所述零序电流二次回路中是否存在开路。

2.根据权利要求1所述的开路检测装置，其特征在于，若所述感应交流电流值大于预设交流电流值，确定所述零序电流二次回路无开路；

若所述感应交流电流值小于所述预设交流电流值且所述直流方波电流大于预设直流电流值，确定所述零序电流二次回路无开路；

若所述感应交流电流值小于所述预设交流电流值且所述直流方波电流小于所述预设直流电流值，确定所述零序电流二次回路存在开路。

3.根据权利要求2所述的开路检测装置，其特征在于，所述直流电流采集单元包括第一直流电流采集子单元以及第二直流电流采集子单元；

所述第一直流电流采集子单元设置于所述二次等效单元与所述直流方波发生单元之间的回路中，用于采集靠近所述二次等效单元一侧的第一直流方波电流值；

所述开路检测装置还包括保护单元，所述第二直流电流采集子单元设置于所述保护单元与所述直流方波发生单元之间的回路中，用于采集靠近所述保护单元一侧的第二直流方波电流值；

所述控制单元还用于根据所述第一直流方波电流值和所述第二直流方波电流值确定所述零序电流二次回路中的开路位置。

4.根据权利要求3所述的开路检测装置，其特征在于，所述保护单元分别与所述第一直流电流采集子单元以及第二直流电流采集子单元电连接，用于根据所述第一直流方波电流值、所述第二直流方波电流值、第一预设直流电流值以及第二预设直流电流值输出报警信息。

5.根据权利要求1所述的开路检测装置，其特征在于，所述控制单元包括开入板、电流采样板和处理子单元，所述处理子单元分别与所述开入板和所述电流采样板电连接；

所述外部一次设备通过所述开入板接入所述零序电流二次回路；

所述直流电流采集单元和所述直流方波发生单元通过所述电流采样板与所述处理子单元电连接，且所述电流采样板用于将所述直流方波电流值以及所述感应交流电流值转换为数字电流信号。

6.根据权利要求5所述的开路检测装置，其特征在于，所述直流方波发生单元包括：电压源、整流器、第一二极管、第二二极管、第一开关以及第二开关；

所述电压源的正极与所述整流器的正极电连接，所述电压源的负极与所述整流器的负极电连接；

所述第一二极管的第一端通过所述第一开关与所述整流器的正极电连接，所述第二二极管的第一端通过所述第二开关与所述整流器的负极电连接，所述第一二极管的第二端与第一输出端电连接，所述第二二极管的第二端与第二输出端电连接，以在所述第一输出端与所述第二输出端之间输出所述直流方波电流；

所述处理子单元还与所述第一开关以及所述第二开关电连接，用于在所述感应交流电流值大于预设交流电流值时，控制所述第一开关以及所述第二开关断开；在所述感应交流电流值小于所述预设交流电流值时，控制所述第一开关以及所述第二开关闭合。

7.根据权利要求6所述的开路检测装置，其特征在于，所述开路检测装置还包括第三开关以及第四开关；

所述第三开关设置在所述直流方波发生单元的第一输出端与所述直流电流采集单元之间的回路中，所述第四开关设置在所述直流方波发生单元的第二输出端与所述直流电流采集单元之间的回路中；

所述处理子单元还与所述第三开关以及所述第四开关电连接，用于在所述感应交流电流值大于所述预设交流电流值时，控制所述第三开关以及所述第四开关断开；在所述感应交流电流值小于所述预设交流电流值时，控制所述第三开关以及所述第四开关闭合。

8.根据权利要求6所述的开路检测装置，其特征在于，所述第一二极管与所述第二二极管均包括反向二极管。

9.根据权利要求1所述的开路检测装置，其特征在于，所述开路检测装置还包括：故障录波单元；

所述故障录波单元设置于所述直流方波发生单元的两个输出端之间。

10.一种零序电流二次回路的开路检测控制方法，应用于权利要求1-9任一项所述的开路检测装置，其特征在于，包括：

获取直流方波电流值和感应交流电流值；

在所述外部一次设备接入所述零序电流二次回路时，根据所述直流方波电流值和所述感应交流电流值确定所述零序电流二次回路中是否存在开路。