CN1948980B - 远距离短路多相位检测方法及检测装置 - Google Patents

Abstract

远距离短路多相位检测方法及检测装置，其特征是通过对相电压、电流之间的相位角的测定和对二相电流之间相位角的测定，以及对额定电流的测定来判定短路状态。本发明方法准确、可靠、不受距离限制、不需要设置终端装置。

Description

远距离短路多相位检测方法及检测装置

技术领域

本发明涉及低压电网短路检测方法及装置，更具体地说尤其是应用在煤矿井下的低压电网短路检测方法及装置。

背景技术

针对低压电网的短路检测，已有的方法包括电流检测、电压检测、功率因数与电流相乘积的检测、负序电流检测等，但这些检测方法各自存在着一定的不足和局限性。

电流检测：由于短路电流和启动电流不好区分，因此组成的短路保护，其保护距离不远，不能解决长距离供电短路的保护问题。

电压检测：基于电压检测组成的短路保护，需要在供电末端设置终端隔爆装置，如果一个系统有几个支路都是长距离，则每个支路都要设置终端装置，大大增加了设备投资，也同时带来了安装、检修和维护上的不便。

功率因数与电流乘积的检测：基于这一方法组成短路保护，虽然保护距离较长，但仍然会受到长度的限制，不能保护所有长距离供电电网中的短路故障。

负序电流检测：该方法只能应用在二相短路保护上，而且电源侧相序改变，原来检测的相序相位角都要变化，不能再正常运行，必须随着改变相序，才能保持负序电流检测的正常使用。而现场相序改变时有发生，显然，基于该方式组成的短路保护，现场使用时多有不便。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种准确、可靠、不受距离限制、不需要设置终端的远距离短路多相位检测方法及检测装置。

本发明远距离短路多相位检测方法的特点是：

通过对应相的相电压、电流之间的相位角的测定和对二相电流之间相位角的测定，以及对额定电流的测定来判定短路状态，具体判定方法包括：

两相短路则有：

a、其中一相电压和电流的相位角在有单台电机运行时缩小为0°～30°，多台电机运行时缩小为30°～50°；

b、短路的二相电流之间的相位角在有单台电机运行时缩小为180°±20°，多台电机运行时缩小为180°±45°；

c、本供电系统最小短路电流超过额定电流。

三相短路则有：

a、每相电压和电流之间的相位角在有单台电机运行时缩小为0°～30°，多台电机运行时缩小为30°～50°；

b、本供电系统最小短路电流超过额定电流。

本发明远距离短路多相位检测装置的结构特点是：

以三相电压互感器和电流互感器分别获得的各相电流和电压信号，所述各相电流和电压信号分别经各路斯密特反相器IC₁整形为方波信号；

任一相电流方波信号和该相电压方波信号共同输入对应的异或门电路IC_2-1、IC_2-2、IC_2-3；任意不同两相的电流方波信号共同输入对应的异或门电路IC_2-4，IC_3-1，IC_3-2中；在所述各异或门的输出端分别设置将异或门输出方波信号转换为三角波电压的积分电路；各路三角波电压信号分别经电压比较器后共同接入或门电路IC₆，在所述或门电路IC₆的输出端设置由比较器构成的短路鉴别电路；

设置由比较器IC5-3构成的额定电流鉴别电路，比较器IC_5-3的反向输入端为基准端，来自两相电流互感器的电流检测信号接入在比较器IC_5-3的正向输入端，以比较器IC_5-3的输出信号作为或门电路IC₆的输出端箝位信号。

煤矿井下电网为三相交流，电缆输配电所带负载是三相异步电机，为对称感性负载，电压和电流之间的相位角在正常状态和短路状态有所不同。本发明是对对应相电压、电流及两相电流之间的相位角进行测定，从而鉴别短路状态，并通过对额定电流的鉴别，将正常状态和短路状态部分相同的相位角区分开，从而实现以多相位检测进行短路状态的鉴别。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明方法较之已有的电流检测方法所能实现的短路保护距离更远；

2、本发明方法较之已有的电压检测法在实现短路保护时不需要设置终端；

3、本发明方法较之已有的功率因数与电流乘积的检测法，在实现短路保护时不再受到保护距离所限；

4、本发明方法较之已有的负序电流检测法，在实现短路保护时不存在调换相序的麻烦。

附图说明：

附图为本发明装置电路原理图。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步描述：

具体实施方式：

正常工作状态下：

单台电机运行时，任一相电压和电流的相位角为32°～70°，启动时为60°～70°；

多台电机运行时，任一相电压和电流的相位角为32°～70°，电机运行电流在额定电流之内。

短路状态下：

二相短路时，其中有一相电压和电流相位角明显缩小到0°～30°，供电距离较近、多台电机运行情况下30°～50°范围；同时，短路的二相电流之间的相位角度变大为180°±20°，在多电机运行情况下为180°±45°，短路电流大于额定电流；

三相短路时每相的电压和电流之间的相位角为0°～30°；在供电距离较近、多台电机运行情况下为30°～50°，短路电流大于额定电流。

根据不同状态下对应相电压和电流相位角的不同，和二相电流之间相位角的不同，以及工作电流大小的不同，本实施例中设置检测电路如附图所示。

参见附图，由三相电压互感器提供三相电压信号，并由电流互感器提供三相电流信号。各相电流信号和电压信号都经斯密特反相器IC₁整形为方波信号，然后去异或门电路IC₂、IC₃。对应相的电压和电流的方波信号分别去异或门电路IC_2-1、IC_2-2、IC_2-3输入端，同时在三相电流方波信号中，以不同的两相分别去异或门电路IC_2-4，IC_3-1，IC_3-2的输入端；IC₂和IC₃异或门输出方波信号，均经积分电路将方波宽度转换为三角波电压，方波宽度即相位角度数与三角波电压为线性比例关系。其积分电路分别为：R₄C₁、R₅C₂、R₆C₃、R₉C₄、R₁₀C₅、R₁₁C₆，此三角波电压信号分别输入到电压比较器IC₄和IC_5-1以及IC_5-2，每个电压比较器的反相输入端为整定端，R₇、R₈、R₁₂、R₁₃为整定电阻。六路电压比较器的输出端共同连接至八或门集成电路IC₆，其输出端接入由比较器IC_5-4构成的短路鉴别电路输入端，经短路鉴别后的输出信号一路经过光耦GU的隔离去单片机，其单片机输出口经光耦隔离输出至放大电路，以其带动中间继电器，以继电器触点控制馈电开关分闸，从而切断短路故障。IC_5-4输出端也可连接其他形式的输出执行电路，如由稳压管V₉和开关三极管V₁₁组成高门坎开关电路，然后去接通中间继电器J，其触点J₁去控制馈电开关分闸。

八或门IC₆输出端受额定电流鉴别电路IC_5-3的控制。当IC_5-3接收到的电流信号在额定电流范围内，IC_5-3输出低压电位，二极管V₁₂将IC₆输出电位箝位，只有电流信号超过额定电流之上时，IC_5-3才输出高电位，V₁₂二极管不箝位，IC₆或门输出电位不受影响。

电流互感器负载电阻分别为R_Z1、R_Z2、R_Z3，稳压电路为R₁V₁、R₂V₂、R₃V₃。

电压互感器防干扰电路为L₁L₂；C₉C₁₀C₁₁；L₃L₄C₁₂C₁₃C₁₄；L₅L₆C₁₅C₁₆C₁₇；稳压电路为R₂₁V₄、R₂₂V₅、R₂₃V₆，此外，R₂₄为限流电阻，C₇为防干扰电容，R₁₅为放电电阻，V₇为堵截二级管，R₁₆、R₁₇为短路鉴别电路的整定电阻，V₈R₁₈为短路鉴别电路的记忆电路，输入端一旦出现高电位脉冲，立即保持高电位。额定电流鉴别电路的输入信号来自二相电流互感器TA，经二极管整流，C₈滤波连至IC_5-3输入端。R₁₃为放电电阻，R₁₄和W₁为额定电流整定电路。根据额定电流的不同，进行不同的整定。

图中所示的集成块IC₁为六反相斯密特触发器40106；IC₂、IC₃为四异或门4070，IC₄、IC₅为四运放224、IC₆为八或门4078。

如附图所示，当电网AB两相发生短路时，其电流互感器TAA、TAB感应的电流信号分别经R₁V₁和R₂V₂稳压，各自经整形电路IC_1-1和IC_1-2整形为方波，两个方波信号输入异或门电路IC_2-4，其输出端综合方波经R₉、C₄积分为三角波电压，此电压接入电压比较器IC_4-4输入端，由于该电压值超过整定值，比较器IC_4-4输出高电位，再通过IC₆或门电路，输出高电位，由于短路电流大于额定电流，额定电流鉴别电路也输出高电位，V₁₂不箝位IC₆输出高电位，因而IC_5-4短路鉴别电路输出高电位，经过GU隔离，传输给单片机，单片机出口再经另一GU隔离，传输给开关三极管，由三极管所带中间继电器控制馈电开关。同时在AB相短路时，其中有一相电压和电流之间相位角下降到0～50°范围。异或门IC_2-1或IC_2-2有一个输出方波为0～50°范围，经积分电路R₄C₁或R₅C₂去IC_4-1或IC_4-2，两路中有一路输出高电位，经IC₆去下一级，下一级电路与二相短路电流状况相同。三相短路时，异或门电路IC_2-1、IC_2-2、IC_2-3，三路输出均为短路状态方波信号，经过积分电路R₄C₁、R₅C₂、R₆C₃分别去电压比较器IC_4-1、IC_4-2、IC_4-3；这三个电路都输出高电位，经过或门电路IC₆，输出高电位，下一级电路情况与二相短路状况相同.

在正常状态下，电机在运行中的工作电流都在额定电流范围之内，此时额定电流鉴别电路IC_5-3输出低电位，IC₆输出被V₁₂箝位。当电机处在启动状态，虽然工作电流可能超过额定电流的范围，但相位鉴别电路均与短路状态的相位角不同，IC6输出低电位

Claims (2)

1.远距离短路多相位检测方法，其特征是通过对相电压、电流之间的相位角的测定和对二相电流之间相位角的测定，以及对额定电流的测定来判定短路状态，判定方法包括：

两相短路则有：

a、其中一相电压和电流的相位角在有单台电机运行时缩小为0°～30°，多台电机运行时缩小为30°～50°；

b、短路的二相电流之间的相位角在有单台电机运行时缩小为180°±20°，多台电机运行时缩小为180°±45°；

c、本供电系统最小短路电流超过额定电流；

三相短路则有：

a、每相电压和电流之间的相位角在有单台电机运行时缩小为0°～30°，多台电机运行时缩小为30°～50°；

b、本供电系统最小短路电流超过额定电流。

2.远距离短路多相位检测装置，其特征是：

以三相电压互感器和电流互感器分别获得的各相电流和电压信号，所述各相电流和电压信号分别经各路斯密特反相器(IC1)整形为方波信号；

任一相电流方波信号和该相电压方波信号共同输入对应的异或门电路(IC2-1、IC2-2、IC2-3)；任意不同两相的电流方波信号共同输入对应的异或门电路(IC2-4，IC3-1，IC3-2)中；在所述各异或门的输出端分别设置将异或门输出方波信号转换为三角波电压的积分电路；各路三角波电压信号分别经电压比较器后共同接入或门电路(IC6)，在所述或门电路(IC6)的输出端设置由第一比较器构成的短路鉴别电路；

设置由第二比较器(IC5-3)构成的额定电流鉴别电路，第二比较器(IC5-3)的反向输入端为基准端，来自两相电流互感器的电流检测信号接入在第二比较器(IC5-3)的正向输入端，以第二比较器(IC5-3)的输出信号作为或门电路(IC6)的输出端箝位信号。

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