CN204179753U - 一种电缆分支分界断路器柜 - Google Patents

Abstract

本实用新型的电缆分支分界断路器柜，包括电缆分支分界测控单元，电压互感器，真空分界断路器，三相电流互感器，零序电流互感器；电缆分支分界测控单元包括处理器，第一信号采集电路，第二信号采集电路，滤波电路，大通道放大电路，小通道放大电路，开出电路，通讯电路；处理器通过电压、电流互感器检测的电压和电流信号计算出是否有相间短路故障。通过零序电流互感器检测的零序电流，经滤波电路滤、大通道放大电路和小通道放大电路后，能判断出真实的单相接地故障，同时根据相邻的电缆分支分界测控单元的单相接地故障信息，能判断出单相接地故障的准确位置。如有相间短路故障或单相接地故障，控制真空分界断路器分闸。

Description

一种电缆分支分界断路器柜

【技术领域】

本实用新型涉及电力设备领域，具体涉及一种电缆分支分界断路器柜。

【背景技术】

由于城市建设的快速发展，架空线易受环境条件的影响，并且影响市容；电力电缆线路因不占用地面与空间，适应城市美化的要求，是城市配电网改造和发展的主流方向。随着电力电缆数量的增加，电力电缆故障也随之增多。埋地敷设电力电缆出现故障后，其故障类型判别和故障点查找非常困难。如找不到故障点，必会导致较大的停电损失。

2008年山东日照城区对10KV配电系统发生的故障进行分析，发现70％的故障来至支线或用户的接地或短路，而电缆分支线路的用户界内发生接地或短路故障都可能引起整条线路停电，严重影响电网的安全性能。部分地区在电缆分支线路安装配电自动化设备解决上述问题，但大部分配电自动化设备只能监视电缆分支线路，或者只能隔离部分分支线路故障，即使能隔离故障，也需要与变电站保护配合才能实现故障隔离。此外，随着配电网自动化系统的全面信息集成度快速提高，当电缆分支线路发生故障或异常运行时，要求故障区段及异常情况迅速上传配电自动化系统主站，因配电自动化设备到主站距离远，常采用光纤通讯，但该通讯方式成本高。

【发明内容】

为了解决上述问题，本实用新型提供一种能自动隔离单相接地和相间短路故障的电缆分支分界断路器柜。

本实用新型采用如下技术方案，构造电缆分支分界断路器柜，包括电缆分支分界测控单元，电压互感器，真空分界断路器，三相电流互感器，零序电流互感器；电缆分支分界测控单元包括处理器，第一信号采集电路，第二信号采集电路，滤波电路，大通道放大电路，小通道放大电路，开出电路，通讯电路；第一信号采集电路，用于采集三相电流互感器检测的各相电流和电压互感器检测的相电压，并将采集数据输出给处理器；

第二信号采集电路，用于采集零序电流互感器检测的零序电流，并将采集数据输出给滤波电路；滤波电路，用于滤除第二信号采集电路输出信号中的冲击电流，并将滤波后的信号分别输出给大通道放大电路和小通道放大电路；大通道放大电路和小通道放大电路，用于放大滤波电路输出的零序电流信号并输出给处理器；开出电路，其输入端接处理器，其输出端接真空断路器的分闸线圈、合闸线圈和储能电机；通讯电路，用于完成处理器和相邻的电缆分支分界测控单元之间的通信；电压互感器的一次输入端并接在用户进线侧任意两相线之间，二次输出端连接第一信号采集电路的输入端；真空分界断路器的输入端连接用户进线侧，输出端连接用户负荷侧；三相电流互感器的一次输入端串接在真空分界断路器输出端的相线上，二次输出端连接第一信号采样电路的输入端；零序电流互感器的进线端连接真空分界断路器的输出端，其出线端连接第二信号采样电路的输入端。

优选的，所述通讯电路还用于完成处理器与配网管理中心之间的通信。

优选的，所述通讯电路包括RS232通讯电路，GPRS通讯电路，以太网通讯电路；RS232通讯电路用于和GPRS通讯电路的电平匹配，GPRS通讯电路用于完成处理器和配网管理中心的通讯；以太网通讯电路用于完成处理器和相邻的电缆分支分界测控单元之间的通信。

优选的，电缆分支分界测控单元还包括开入电路，开入电路用于将真空分界断路器的分合闸位置状态和储能状态的转换成数字信号输入给处理器。

优选的，所述电缆分支分界测控单元通过密封式重载连接器电缆分别与电压互感器，真空分界断路器，三相电流互感器，零序电流互感器连接。

本实用新型的有益技术效果是：

1.处理器通过电压互感器和三相电流互感器检测的电压和电流信号可计算出是否有相间短路故障。通过零序电流互感器检测的零序电流，经滤波电路滤除冲击电流，通过大通道放大电路和小通道放大电路放大后，处理器能准确的判断出真实的单相接地故障，同时根据以太网通讯电路获取相邻的电缆分支分界测控单元的单相接地故障信息，处理器可判断出单相接地故障的准确位置。如有相间短路故障或单相接地故障，发出分闸指令给开出电路，控制真空分界断路器分闸；实现自动隔离相间短路故障和单相接地故障的功能。

2.通讯电路包括GPRS通讯电路，对于较远距离的通信，节约了布线成本，维护简单；同时用户可以通过多种方式获取电缆分支分界断路器柜的各种运行数据，设备在正常运行期间，用户被解放处理其他事物，降低了管理成本。

【附图说明】

图1实施例一中的电缆分支分界断路器柜的结构示意图；

图2实施例一中的电缆分支分界断路器柜的电气结构示意图；

图3实施例一中的电缆分支分界测控单元的电路结构框图；

图4实施例一中的电缆分支分界测控单元的滤波电路原理图；

图5实施例一中的电缆分支分界测控单元的大通道放大电路原理图；

图6实施例一中的电缆分支分界测控单元的小通道放大电路原理图。

【具体实施方式】

为了使本实用新型的技术方案和技术效果更加清楚，下面结合附图和实施例对本专利的具体实施方式进行详细描述。

实施例一：

如图1和图2，本实施例中的电缆分支分界断路器柜，包括柜体，和放置在柜体内可抽出的断路器本体，密封式矩形重载连接器电缆，电缆分支分界测控单元。断路器本体包括真空分界断路器，电压互感器，弹簧操作机构，零序电流互感器，三相电流互感器。密封式矩形重载连接器电缆包括电缆和电缆两端连接的密封式矩形重载连接器。

柜体被分隔成独立的四个腔室，即母线室，电缆室，断路器手车室，电缆分支分界测控单元室。柜体两侧分别为电源侧即电源进线侧和负荷侧即用户使用侧。

母线室安装在电源进线侧，电压互感器设于母线室内，其一次输入端并接在任意两相线之间，其二次输出端通过密封式矩形重载连接器电缆与下述的第一信号采样电路的输入端连接。电压互感器为全封闭环氧树脂浇注绝缘结构。一次绕组带有熔断器保护，熔断电流和电压互感器短路电流相匹配。

电缆室位于电源负荷侧，三相电流互感器和零序电流互感器装在电缆室后部。电缆室门打开后，有足够的空间供施工人员进入柜体的电缆室安装电缆。三相电流互感器的一次输入端串接在相线上，二次输出端通过密封式矩形重载连接器电缆与下述的第一信号采样电路的输入端连接；三相电流互感器为环氧树脂浇注绝缘全封闭支柱式，单匝贯穿式的电流互感器。零序电流互感器的进线端连接真空分界断路器的输出端，其出线端通过密封式矩形重载连接器电缆与下述的第二信号采样电路的输入端连接，零序电流互感器分为两半，用树脂浇注成半圆形，然后用夹紧箍连接；安装时可将零序电流互感器分为两半，然后合并为一体，安装即为方便。

一次和二次的电气元件均采用密封结构，既有效缩小了电缆分支分界断路器柜的体积，又具有良好的防污防潮能力。

断路器手车室底部设有导轨，断路器手车设于导轨上。断路器手车由合金钢板制成，其上设有真空分界断路器和其他电气设备。具有弹簧触头系统的触臂装在真空分界断路器的电气极柱上，当断路器手车插入到运行位置时起电气连接作用。断路器手车能在柜体柜门关闭的情况下操作，通过柜门上的观察窗查看断路器手车的位置，断路器手车上的断路器合闸按钮，断路器分闸按钮，合分闸状态指示器和储能/释放状况指示器。

电缆分支分界测控单元设于电缆分支分界测控单元室内。

如图3，电缆分支分界测控单元包括处理器，电源转换电路，面板控制电路，第一信号采集电路，第二信号采集电路，滤波电路，大通道放大电路，小通道放大电路，开入电路，开出电路，指示电路，通讯电路。

电源转换电路用于将220V交流电转换成其他电路需要的直流电压，输入接220V交流电，输出接其他电路的电源输入脚。电源转换电路将220V交流电整流，滤波，降压后稳压输出48V，24V，12V，5V，3.3V，1.5V等直流电压输出给其他电路。

面板控制电路用于接收用户输入的各种参数和命令，其输出端连接处理器。接收用户输入的介质可以是按键，触摸屏等元件。

第一信号采集电路用于采集三相电流互感器检测的相电流，电压互感器检测的相电压，并将采集数据输出给处理器，其输入端接三相电流互感器和电压互感器的二次输出端。

第二信号采集电路用于采集零序电流互感器检测的零序电流，并将采集数据输出给滤波电路，其输入端接零序电流互感器二次输出端，其输出端接滤波电路。第一信号采集电路和第二信号采集电路可采用现有技术中的利用运算放大器构成的采样电路。

滤波电路，用于滤除真空分界断路器分合闸时产生的冲击电流，其输出分两路，一路给大通道放大电路，一路给小通道放大电路。各电路和电源转换电路连接，真空分解断路器分合闸时产生的冲击电流易通过电源网络串入，会影响数据的真实性，造成电缆分支分界测控单元误动作。图4是由运算放大器和RC网络构成的有源低通滤波电路，运算放大器既可起到级间隔离作用，又对信号有放大作用，RC网络作为运算放大器的负反馈网络。

大通道放大电路和小通道放大电路，用于放大滤波电路输出的零序电流信号，并将放大后的结果输出给处理器。大通道放大电路的电路原理图如图5，小通道放大电路的电路原理图如图6。两个电路的结构相同，滤波后的电流信号经第一运算放大器阻抗匹配后，再输出给第二级运算放大器加法运算后输出给处理器，其中Vref＝1.5V,AVCC＝3.3V。大通道放大电路和小通道放大电路不同之处在于第二级运算放大器的匹配电阻不同。因此零序电流互感器因直接接地，或者经消弧线圈接地，或不接地等不同接地方式在很大范围内检测的电流信号产生的误差可控制在1％内，信号的精确性是判断接地故障的准确性的保证。

开入电路，用于将真空分界断路器的分合闸位置状态和储能状态转换成数字信号输入给处理器，其输入端接真空分界断路器的分合闸位置开关和储能位置开关，其输出端接处理器。该电路将位置开关无源触点闭合状态(断开状态)转换成高(低)电平信号输出到处理器。

开出电路，用于将处理器输出的分闸信号、合闸信号和储能信号输出给真空分界断路器从而控制真空分界断路器的分合闸和储能，其输入端接处理器，其输出端接真空分界断路器的分闸线圈、合闸线圈和储能电机。该电路将处理器输出的数字信号经电阻限流后输出给继电器，通过控制继电器结点的断开和闭合，从而控制真空分界断路器的分合闸和储能。

指示电路，用于指示电缆分支分界断路器柜的运行状态，其输入端接处理器，显示电缆分支分界测控单元的运行状态，接地和过流故障，分合闸状态，储能/释放状况和告警。该电路可以采用现有技术中的LED驱动电路，用LED的颜色、发光/熄灭频率以及发光/熄灭持续时间来说明各个状态。

通讯电路包括RS232通讯电路，GPRS通讯电路，以太网通讯电路。RS232通讯电路用于和GPRS通讯电路的电平匹配，GPRS通讯电路用于完成处理器和配网管理中心的通讯，对于较远距离的通信，节约了布线成本，维护简单，并且支持同时与多个配网管理中心的数据传输，支持GPRS数据透传模式，电话模式，短信模式，用户可以通过电脑，手机短信，手机应用程序获取电缆分支分界断路器柜的各种运行数据，设备在正常运行期间，用户被解放处理其他事物，降低了管理成本；以太网通讯电路用于完成处理器和相邻的电缆分支分界测控单元之间的通信。GPRS通讯电路，将处理器接收和处理的数据，以及分合闸状态，储能/释放状况发送给配网管理中心，同时将配网管理中心的各种指令发送给处理器。相邻的电缆分支直接测控单元的数据通过以太网通讯电路进行交换。RS232通讯电路在本实施例中采用型号为SP3232E的典型应用电路，GPRS通讯电路在本实施例中采用型号为InDTU332的模块，以太网通讯电路在本实施例中采用型号为SN65HVD232D的典型应用电路。

处理器，根据各互感器的数据，或来自配网管理中心和面板控制电路的指令计算输出开出指令给开出电路，在本实施例中的型号是TMS320F2812PGFA。根据大通道和小通道放大电路可以计算出单相接地故障。根据电压互感器，电路互感器检测的电压和电流，可以计算出相间短路故障，再根据以太网通讯电路获取的相邻电缆分支分界测控单元的数据，若某一配电区域有且只有一个电缆分支分界测控单元报过流故障，则过流故障发生在该配电区域；否则过流故障就不在该配电区域。如有单相接地故障或过流故障点在该配电区域，故障点周围的真空分界断路器分闸；故障切除后，根据需要，部分真空分界断路器合闸，最终自动隔离用户故障。配电区域根据电力用户的管理要求定义，在同一配电区域内的电缆分支分界断路器柜物理地址有一定的联系。

以上所述仅为本专利的优选实施例而已，并不用于限制本专利，对于本领域的技术人员来说，本专利可以有各种更改和变化。凡在本专利的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电缆分支分界断路器柜，包括电缆分支分界测控单元，电压互感器，真空分界断路器，三相电流互感器，零序电流互感器；

电缆分支分界测控单元包括处理器，第一信号采集电路，第二信号采集电路，滤波电路，大通道放大电路，小通道放大电路，开出电路，通讯电路；

第一信号采集电路，用于采集三相电流互感器检测的各相电流和电压互感器检测的相电压，并将采集数据输出给处理器；

第二信号采集电路，用于采集零序电流互感器检测的零序电流，并将采集数据输出给滤波电路；

滤波电路，用于滤除第二信号采集电路输出信号中的冲击电流，并将滤波后的信号分别输出给大通道放大电路和小通道放大电路；

大通道放大电路和小通道放大电路，用于放大滤波电路输出的信号并输出给处理器；

开出电路，其输入端接处理器，其输出端接真空断路器的分闸线圈、合闸线圈和储能电机；

通讯电路，用于完成处理器和相邻的电缆分支分界测控单元之间的通信；

电压互感器的一次输入端并接在用户进线侧任意两相线之间，二次输出端连接第一信号采集电路的输入端；

真空分界断路器的输入端连接用户进线侧，输出端连接用户负荷侧；

三相电流互感器的一次输入端串接在真空分界断路器输出端的相线上，二次输出端连接第一信号采样电路的输入端；

零序电流互感器的进线端连接真空分界断路器的输出端，其出线端连接第二信号采样电路的输入端。

2.如权利要求1所述的电缆分支分界断路器柜，其特征在于：所述通讯电路还用于完成处理器与配网管理中心之间的通信。

3.如权利要求2所述的电缆分支分界断路器柜，其特征在于：所述通讯电路包括RS232通讯电路，GPRS通讯电路，以太网通讯电路；RS232通讯电路用于和GPRS通讯电路的电平匹配，GPRS通讯电路用于完成处理器和配网管理中心的通讯；以太网通讯电路用于完成处理器和相邻的电缆分支分界测控单元之间的通信。

4.如权利要求1所述的电缆分支分界断路器柜，其特征在于：所述电缆分支分界测控单元还包括开入电路，开入电路用于将真空分界断路器的分合闸位置状态和储能状态的转换成数字信号输入给处理器。

5.如权利要求1至4中任一所述的电缆分支分界断路器柜，其特征在于：所述电缆分支分界测控单元通过密封式重载连接器分别与电压互感器，真空分界断路器，三相电流互感器，零序电流互感器连接。