CN203589715U - 主控型电弧光保护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种主控型电弧光保护系统，涉及电力行业配电系统继电保护领域。包括主控单元、扩展单元、交换机单元；主控单元主要包括主控CPU插件、弧光插件、电流插件、电源与跳闸插件、母板；扩展单元主要包括电流扩展单元、弧光扩展单元、馈线保护单元；其中，每个单元均具备支持自愈环网功能的2个以上以太网接口，支持双绞线和光纤通信；具备2个RS485接口，用于接入温湿度传感器和其它智能仪表，亦通过主控单元显示相关数据；主控单元通过工业以太网或交换机单元与电流扩展单元、弧光扩展单元、馈线保护单元连接，可以与扩展单元配合组成较大规模的保护系统。解决了同时保护母线与馈线的问题。

Description

主控型电弧光保护系统

技术领域

本实用新型涉及电力行业配电系统继电保护领域，尤其是一种主控型电弧光保护系统。

背景技术

在电力系统中，35kV及以下电压等级的母线一般未装设母线保护。然而，由于中低压母线上的出线多，操作频繁，三相导体线间距离与大地的距离比较近，容易受小动物危害，设备制造质量比高压设备差，设备绝缘老化和机械磨损，运行条件恶劣，系统运行条件改变，人为和操作错误等原因，中低压母线的故障几率比高压、超高压母线高得多。但长期以来，人们对中低压母线的保护一直不够重视，也未发现先进合理的解决方案，因此，大多采用带有较大延时的后备保护来切除母线上的故障，往往使故障被发展、扩大，从而造成巨大的经济损失。近年来，由于各种原因中低压开关设备被严重烧毁，有的甚至发展成严重的火灾灾害，而主变压器由于遭受外部短路电流冲击损坏的事故也逐年增加，这些配网事故处理不当甚至被扩大发展为输电网事故，造成重大的经济损失，已引起电力部门的广泛关注。究其原因大多是因为没有装设中低压母线保护，未能快速切除故障所造成。所以，为了保证变压器及母线开关设备的安全运行，根据继电保护快速性的要求，迫切需要配置专用中低压母线保护的又能同时保护母线与馈线的主控型电弧光保护系统。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种分布式主控型电弧光保护系统，主控单元不但具备电流和弧光传感器信号的采集、跳闸和信号输出能力，独立构成小规模的保护系统，又可以与扩展单元配合组成较大规模的保护系统，解决同时保护母线与馈线无弧光保护的问题。

实现本实用新型目的的技术解决方案如下：一种主控型电弧光保护系统 ，包括主控单元、扩展单元、交换机单元，主控单元主要包括主控CPU插件、弧光插件、电流插件、电源与跳闸插件、母板；扩展单元主要包括电流扩展单元、弧光扩展单元、馈线保护单元；其中，每个单元均具备支持自愈环网功能的2个以太网接口，支持双绞线和光纤通信；具备2个RS485接口，用于接入温湿度传感器和其它智能仪表，亦通过主控单元显示相关数据，并送到后台监控软件系统；主控单元通过工业以太网或者交换机单元与电流扩展单元、弧光扩展单元、馈线保护单元连接。

所述主控型电弧光保护系统，其主控单元与电流扩展单元、弧光扩展单元、馈线保护单元连接的方式是环形连接方式、级联连接方式或者是星型连接方式。

所述主控型电弧光保护系统，其主控单元母板通过其48芯插座端口与主控CPU插件、弧光插件、电流插件、电源与跳闸插件连接，通过网络端口与电流扩展单元、弧光扩展电源单元、馈线保护单元连接。

所述主控型电弧光保护系统，其主控单元安装在开关柜仪表室（低压室）的前面板上，呈嵌入式安装；电流扩展单元与弧光扩展单元安装在开关柜仪表室（低压室）内。

所述主控型电弧光保护系统，其主控单元的电流插件或者电流扩展单元的接线端子连接在开关柜高压室内的电流互感器上。

所述主控型电弧光保护系统，其馈线保护单元采集的电流是从开关柜馈线室引出。

本实用新型各主要单元功能介绍如下：

主控单元：主控单元是弧光保护系统的核心，负责系统的信息汇集、逻辑分析、故障判断及跳闸控制，同时管理所有扩展单元，也可对馈线单元进行集中监控。主控单元可以独立构成小规模全功能的电弧光保护系统；

电流扩展单元：可扩展6路TA电流采集通道及跳闸通道；

弧光扩展单元：可扩展16路弧光采集通道；

馈线保护单元：可采集4路弧光，4路TA电流采集通道，即最大可实现相邻2条馈线的弧光和电流保护，实现快速切断故障。

本实用新型的优点与有益效果表现在：

1、本实用新型是一种分布式保护系统，主控单元可以与扩展单元配合组成较大规模的保护系统。系统可由一套主控单元及多达20套扩展单元组成，可以同时保护多达10个区域。主控单元与扩展单元之间采用快速以太网络进行数据交换，支持光口与电口。系统具备失灵保护及闭锁输出。

2、电弧光保护采用检测弧光和电流为输入量，可单独作为过流保护，纯弧光保护，及弧光与过流双判据保护，具有原理简单、动作可靠迅速、对一次设备无特殊要求、适应于各种运行方式的优点。

3、解决了同时保护母线与馈线无弧光保护的问题。同时以数字通讯方式接入系统，以便及时掌握系统最新信息。

附图说明

图1是本实用新型所述系统结构框图示意图。

图1-1是本实用新型所述母板结构框图示意图。

图2是本实用新型所述弧光扩展单元结构框图示意图。

图3是电流保护、馈线保护扩展单元结构框图示意图。

图4-1、4-2是所述主控单元与扩展单元接线方式连接图。

图5是本实用新型应用的一个实施例。

术语解释：

主控单元：主控单元指一个保护系统中的指挥中心（类似于计算机系统中的服务器），主控单元本身可构成一个小规模的独立保护系统。同时主控单元还可与扩展单元联结以扩大系统规模。主控单元可以支持多达20个扩展单元。

扩展单元：扩展单元是功能相对单一的系统组件，它不能独立工作，必需与主控单元配合使用。扩展单元按接口不同可分为弧光扩展单元，电流扩展单元，跳闸扩展单元，弧光保护单元，电流保护单元等。

插件：插件指主控单元上的可插拔的组件。除主CPU插件外其它插件与扩展单元工作方式类似。

环形接线：将主控单元的网口B连接扩展单元1的网口A，将扩展单元2的网口B连接扩展单元3的网口A，以此类推，直到将网口N的B口接回到主控单元的网口A，构成一个完整的闭环。

级联接线：用网线将计算机的网口连接到主控单元、任意扩展单元的网口上即可。

星型接线：用网线将计算机的网口连接到主控单元、任意扩展单元、交换机的网口上即可。

具体实施方式

参见图1图可知，本实用新型所述的主控型电弧光保护系统 ，包括主控单元、扩展单元、交换机单元，主控单元主要包括主控CPU插件、弧光插件、电流插件、电源与跳闸插件及母板；主控单元母板通过其48芯插座端口与主控CPU插件、弧光插件、电流插件、电源与跳闸插件连接。所述的主控单元通过工业以太网或者交换机单元的端口与电流扩展单元、弧光扩展单元、馈线保护单元连接。电流扩展单元都有自己独立的外置24V电源供电。

参见图1-1，其主控单元母板通过其48芯插座1、48芯插座2、48芯插座3、48芯插座4的端口与电源与跳闸插件、电流采集插件、弧光采集插件、主控CPU插件连接，通过其插件上的网络端口与电流扩展单元、弧光扩展电源单元、馈线保护单元连接。母板上的配置芯片是为交换机芯片写配置用的，型号为AT24LC01。

参见图2、图3、图4-1和图4-2，所述扩展单元主要包括电流扩展单元、弧光扩展单元、馈线保护单元，其中，每个单元均具备支持自愈环网功能的2个以太网接口，支持双绞线和光纤通信；具备2个RS485接口，用于接入温湿度传感器和其它智能仪表，亦通过主控单元显示相关数据，并送到后台监控软件系统。扩展单元通过网线和主控单元通信，主控单元与电流扩展单元、弧光扩展单元、馈线保护单元连接的方式是环形连接方式、级联连接方式或者是星型连接方式。

图2中，12路弧光传感器采集到的弧光信号转换成电流信号经滤波电路、保护电路（过压保护）再通过光电隔离HCNR201，再经过LM2904组成的两级跟随电路，送入A/D采样；A/D选用芯片AD7490BRU，经A/D转换后的信号送入CPLD处理。CPLD选用XC9572XLVQ或XC9572XLVQ64芯片，CPLD通过交换机芯片IP178CH与主控单元的CPU插件通信。主控CPU插件上的DSP芯片采用TMS320F2812，以太网通讯芯片采用DM9000AEP。

所述主控单元安装在开关柜仪表室的前面板上，呈嵌入式安装；电流扩展单元与弧光扩展单元安装在开关柜仪表室（低压室）。

所述主控单元的电流采集插件或者电流扩展单元的接线端子连接在开关柜母线室内的电流互感器上。6路电流互感器将采集到的电流信号通过滤波电路、保护电路（过压保护）送到A/D采样。A/D采样后的信号送入CPLD进行数据处理，CPLD通过交换机芯片与主控单元的CPU插件通信。

馈线保护单元采集的电流是从开关柜馈线室引出。馈线保护单元可以独立的完成保护。4路弧光传感器已经将弧光信号变成电流信号输入，加上4路电流信号输入，分别经过各自的信号处理电路送入A/D采样，A/D芯片采用AD7607芯片；最后送入CPLD进行处理，CPLD选用XC9572XLVQ或XC9572XLVQ64芯片，根据后台软件设定的值判断输出跳闸指令。馈线保护单元与主CPU通信靠交换机芯片IP178CH来完成。主CPU主要起监测馈线保护单元工作的作用。

主控单元与电流扩展单元、弧光扩展单元组合成一个大型的弧光保护系统。并且可以通过工业以太网接入多个电流和弧光扩展单元，可以保护多个区域。在硬件支持的情况下，可以接入无穷多个扩展单元。同样，弧光传感器即弧光插件或者弧光扩展单元安装在开关柜中母线室，传感器的镜头一定要对着断路器，这样才能让弧光直接进入传感器。开关柜中变压器二次侧有电流互感器，安装时只需在这个电流互感器上接线接到主控单元的电流插件板（或者电流扩展板）的接线端子上即可。在后台软件设置中，可以选择纯弧光保护或者纯电流保护或者电流加弧光双判据保护。馈线单元安装时，将馈线单元的弧光传感器安装在开关柜的馈线室的断路器附近，同样传感器的镜头一定要对着断路器，这样才能让弧光直接进入传感器。

参见图5应用实施例，系统为两条母线，两条进线应用：母线经母联断路器相联， 母联开关柜装有备自投设备。

变压器T1高压侧（220KV）经断路器Q2接入电网，低压侧经断路器Q1接入母线Ⅰ，进线编号为L10，L10上的电流互感器为TA11。母线Ⅰ上共有2条馈线分别为L11，L12。图中Arc0~ Arc5是指传感器探头。

变压器T2高压侧（220KV）经断路器Q4接入电网，低压侧经断路器Q3接入母线Ⅱ，进线编号为L20，L20上的电流互感器为TA21。母线Ⅱ上共有2条馈线分别为L21，L22。

母线Ⅰ与母线Ⅱ由母联断路器DL30相联。备自投设备编号为BEQ31。电流互感器为TA31。

所有开关柜内分为母线室与馈线室。

由于系统检测点多，同时两段母线地域分散，为方便施工布线，所以系统配备一个主单元，两个弧光扩展单元及一个电流保护扩展单元。弧光检测点分别为：所有进线、馈线开关柜及母联开关柜，均各配两支。

电流检测点分别为：TA11,TA21,TA31（指电流互感器）。

由于系统运行方式多样，所以从保护逻辑上将两段母线分别划分为两个独立的保护区域，在事故产生时仅断开故障所在区域的供电断路器，减小故障影响范围。保护区域1保护母线Ⅰ及母联开关柜，保护区域2保护母线Ⅱ及母联开关柜。

接线方法：保护区域1由主控单元，弧光扩展单元1及电流保护单元组成，L10～L12开关柜弧光各装两支弧光传感器，分别联结弧光扩展单元1的A1～A6口，主控单元电流插件I1～I3接TA11对应三相电流，主控单元跳闸插件Trip1接Q1。保护区域2由主控单元，弧光扩展单元2及电流保护单元组成，L20～L22开关柜弧光各装两支弧光传感器，分别联结弧光扩展单元2的A1～A6口，主控单元电流插件I4～I6接TA21对应三相电流，主控单元跳闸插件Trip2接Q3。电流保护单元为区域1与区域2共用，I1～I3接TA31三相电流，Trip3接BEQ31之闭锁信号。

Claims (5)

1.一种主控型电弧光保护系统 ，包括主控单元、扩展单元、交换机单元，其特征在于，所述主控单元主要包括主控CPU插件、弧光插件、电流插件、电源与跳闸插件、母板；所述扩展单元主要包括电流扩展单元、弧光扩展电源单元、馈线保护单元，其中，每个单元均具备支持自愈环网功能的2个以太网接口，支持双绞线和光纤通信；具备2个RS485接口，用于接入温湿度传感器和其它智能仪表，亦通过主控单元显示相关数据，并送到后台监控软件系统；所述主控单元通过工业以太网或者交换机单元与电流扩展单元、弧光扩展电源单元、馈线保护单元连接。

2.根据权利要求1所述的主控型电弧光保护系统，其特征在于，所述主控单元与电流扩展单元、弧光扩展单元、馈线保护单元连接的方式是环形连接方式、级联连接方式或者是星型连接方式。

3.根据权利要求1所述的主控型电弧光保护系统，其特征在于，所述主控单元母板通过其48芯插座端口与主控CPU插件、弧光插件、电流插件、电源与跳闸插件连接，通过网络端口与电流扩展单元、弧光扩展电源单元、馈线保护单元连接。

4.根据权利要求1所述的主控型电弧光保护系统，其特征在于，所述主控单元安装在开关柜仪表室的前面板上，呈嵌入式安装；电流扩展单元与弧光扩展单元安装在开关柜仪表室内。

5.根据权利要求4所述的主控型电弧光保护系统，其特征在于，所述主控单元的电流插件或者电流扩展单元的接线端子连接在开关柜母线室内的电流互感器上。

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