CN206906436U - 一种基于光学电流互感器的零序方向接地保护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于光学电流互感器的零序方向接地保护系统，包括光学电流互感器、电压检测装置和保护装置，所述光学电流互感器连接在发电机机端出线处，其输出端连接保护装置，所述电压检测装置连接在发电机机端，其输出端连接保护装置；所述光学电流互感器包括顺序连接的采集单元、传输光缆和一次传感单元。此种系统可有效准确测量小电流，测量精度更高，不受导体空间布置以及磁场不平衡影响，零序方向接地保护更加可靠。

Description

一种基于光学电流互感器的零序方向接地保护系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于光学电流互感器的零序方向接地保护系统。

背景技术

对于数台中小型发电机机端共母线的接线方式，也称“多机一变”扩大单元接线方式，一般采用基波零序电压原理、三次谐波电压原理或外加电源注入式原理的定子接地保护均无选择性。一机一变单元接线的大中型机组采用上述原理的接地保护也同样无法实现无选择性。针对上述问题，为解决发电机定子接地故障无选择性的问题，现有技术手段有：零序方向法、高次谐波法、行波法、小波变换法等，需要实现这些方法有一个重要前提，即需准确测量零序电流。然而，对于不接地、经高阻接地或经接地变二次负载电阻接地的发电机机组系统，由于单相接地故障时零序电流很小，一次值一般小于10A，与被保护设备的额定电流(一般500A～10000A)相比小很多，所以难以实现准确测量。目前，零序电流一般采用常规电磁式穿芯电流互感器测量，它具有结构简单、安装方便等优点。近些年，采用电磁式穿芯电流互感器测量零序电流与零序电压构成的基波零序方向法在现场工程得到推广和应用，但电磁式穿芯电流互感器对零序电流测量依旧存在不足和问题，主要表现在：

(1)电磁式穿芯电流互感器测量受三相导体不对称排布影响。在不接地、经高阻接地或经接地变二次负载电阻接地的发电机机组系统中，一般采用铜排或电缆接线方式，电磁式穿芯电流互感器一般环套在铜排或电缆三相导体外部，铜排或电缆三相并列排布，由于导体空间电磁场不对称分布、电磁式穿芯电流互感器设计制造时线圈采用部分绕制在铁芯周围等因素，使得电磁式穿芯电流互感器无法准确测量小电流，被保护设备或回路正常运行时可能出现较大的虚假零序电流；

(2)电磁式穿芯电流互感器受外部强电流磁场影响。在现场工程中电力电缆排布交错复杂，往往有多种不同回路的铜排或电缆经过同一路径。当外部大电流导体经过电磁穿芯式电流互感器附近时，由于电磁感应效应，使得电流互感器会感应出虚假的零序电流。

以上两个方面都大大降低零序方向接地保护的性能，导致具有选择性功能的接地保护效果差，甚至无法实现选择性。鉴于以上存在的不足，本实用新型致力于研究一种基于光学电流互感器的零序方向接地保护系统及其实现方法，该系统可准确测量小电流、不受导体空间布置以及磁场不平衡影响。

实用新型内容

本实用新型的目的，在于提供一种基于光学电流互感器的零序方向接地保护系统，其可有效准确测量小电流，测量精度更高，不受导体空间布置以及磁场不平衡影响，零序方向接地保护更加可靠。

为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种基于光学电流互感器的零序方向接地保护系统，包括光学电流互感器、电压检测装置和保护装置，所述光学电流互感器连接在发电机机端出线处，其输出端连接保护装置，所述电压检测装置连接在发电机机端，其输出端连接保护装置；所述光学电流互感器包括顺序连接的采集单元、传输光缆和一次传感单元。

上述采集单元包括光源、耦合器、相位调制器、光探测器和调制解调电子电路，所述耦合器将光源产生的光信号传输至相位调制器，并将从一次传感单元经由传输光缆返回的光信号传到光探测器中；所述相位调制器对系统中的光信号进行调制；所述光探测器接收耦合器传过来的光信号，并转换为电信号送入调制解调电子电路进行运算；所述调制解调电子电路对相位调制器施加调制信号并进行解调运算，计算出零序电流后送入保护装置。

上述一次传感单元包括波片、传感光纤、反光镜、绝缘骨架和光纤固定盒，绝缘骨架环套在被保护设备的三相导体的外部，所述传感光纤盘绕在绝缘骨架上并形成N个同心的传感光纤环，N的取值范围为1～20000；所述光纤固定盒用于固定一次传感单元的始端和尾端，固定后确保一次传感单元的始端和尾端在空间位置上重合。

上述传输光缆由高保偏光纤制成。

上述电压检测装置采用电磁型电压互感器或光学电压互感器。

采用上述方案后，本实用新型具有以下特点：

(1)采用光学电流互感器检测被保护设备的零序电流，所述光学电流互感器由采集单元、传输光纤和一次传感单元连接形成。一次传感单元中的传感光纤盘绕在绝缘骨架外形成N个同心的传感光纤环，N取值范围为1～20000，被保护设备的三相导体同时穿过所述绝缘骨架内；同时将一次传感单元的始端和尾端固定在光纤固定盒上，确保一次传感单元的始端和尾端在空间位置上重合。采用了上述结构能有效准确测量小电流，不受导体空间布置以及磁场不平衡影响，实现零序电流的直接采集，减少了中间环节，提高了精度。

(2)一次传感单元的绝缘骨架可根据被保护设备一次导体的尺寸和布置情况进行设计，对一次导体的形状、尺寸及布置位置没有严格的要求，因此可以方便地安装在铜排或电缆接线的机组或回路上。

附图说明

图1是本实用新型“多机一变”扩大单元接线方式下的基于光学电流互感器的零序方向接地保护系统示意图；

图2是本实用新型中基于光学电流互感器测量零序电流的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本实用新型的技术方案及有益效果进行详细说明。

如图1所示，本实用新型提供一种基于光学电流互感器的零序方向接地保护系统，采用光学电流互感器检测被保护设备的零序电流，采用现有设备检测被保护设备的零序电压，将检测的零序电流和零序电压引入保护装置，构成零序方向接地保护系统，实现零序方向接地保护。

所述系统包括光学电流互感器、电压检测装置和保护装置，其中，光学电流互感器包括顺序连接的采集单元10、传输光缆20和一次传感单元30，所述采集单元10用于提供光源并计算得到一次电流，同时将计算得到的一次电流传输给保护装置；传输光缆20的始端连接采集单元10，尾端连接一次传感单元30；所述一次传感单元30包括波片40、传感光纤50、反光镜60、绝缘骨架70和光纤固定盒80，绝缘骨架70环套在被保护设备的三相导体的外部，即被保护设备的三相导体同时穿过所述绝缘骨架内；所述传感光纤50盘绕在绝缘骨架70上并形成N个同心的传感光纤环，N的取值范围为1～20000；所述光纤固定盒80用于固定一次传感单元30的始端和尾端，固定后确保一次传感单元30的始端和尾端在空间位置上重合；所述电压检测装置连接在发电机机端，采集的一次电压也送入保护装置。

本实用新型在具体实施时，包括如下步骤：

(1)在被保护的发电机G1～Gn机端出线处分别安装一台光学电流互感器，如图1～2所示，包括依次连接的采集单元1、传输光缆20、一次传感单元30和保护装置1，其中，采集单元1提供光信号并计算得到一次电流，同时将计算得到的一次电流传输给保护装置1。所述采集单元1包括光源、耦合器、相位调制器、光探测器和调制解调电子电路，所述光源用于产生符合要求的光信号；所述耦合器将前述光源产生的光信号传输至相位调制器，并将从一次传感单元30经由传输光缆20返回的光信号传到光探测器中；所述相位调制器对系统中的光信号进行调制，使系统工作在敏感区段并避免低频噪声干扰；所述光探测器接收耦合器传过来的光信号，并转换为电信号送入调制解调电子电路进行运算；所述调制解调电子电路对相位调制器施加调制信号并进行解调运算，计算出零序电流。

传输光缆20用于连接采集单元1和一次传感单元30，并保持光信号偏振状态的不变，由高保偏光纤制成。

一次传感单元30主要包括一个波片40、传感光纤50、反射镜60、绝缘骨架70和光纤固定盒80，所述绝缘骨架环套在被保护设备的三相导体的外部，即被保护设备的三相导体同时穿过所述绝缘骨架，所述传感光纤盘绕在绝缘骨架上并形成N个同心的传感光纤环，N的取值范围为1～20000，所述反射镜固定在传感光纤的尾端。将一次传感单元的始端和尾端固定在光纤固定盒上，确保反射镜与波片的空间位置重合。

(2)在发电机机端安装电磁型电压互感器或光学电压互感器，检测发电机机端零序电压。

(3)将检测得的零序电流和零序电压引入保护装置1，若满足式(1)所述的零序方向判据，则判为区内接地故障，保护装置经延时t动作于信号或跳闸；

式中：arg表示求解相量相角函数，为被保护设备的零序电压基波相量，为被保护设备的零序电流基波相量，θ_set1、θ_set2分别为零序方向相角门槛定值1和定值2，U_g0为被保护设备的零序电压基波有效值，I_g0为被保护设备的零序电流基波有效值，U_0set为零序电压定值，I_0set为零序电流定值。

以上为一台基于光学电流互感器的零序方向接地保护系统，图1中其他发电机零序方向接地保护系统的配置与原理和上述相同，不再赘述。

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于光学电流互感器的零序方向接地保护系统，其特征在于：包括光学电流互感器、电压检测装置和保护装置，所述光学电流互感器连接在发电机机端出线处，其输出端连接保护装置，所述电压检测装置连接在发电机机端，其输出端连接保护装置；所述光学电流互感器包括顺序连接的采集单元、传输光缆和一次传感单元。

2.如权利要求1所述的一种基于光学电流互感器的零序方向接地保护系统，其特征在于：所述采集单元包括光源、耦合器、相位调制器、光探测器和调制解调电子电路，所述耦合器将光源产生的光信号传输至相位调制器，并将从一次传感单元经由传输光缆返回的光信号传到光探测器中；所述相位调制器对系统中的光信号进行调制；所述光探测器接收耦合器传过来的光信号，并转换为电信号送入调制解调电子电路进行运算；所述调制解调电子电路对相位调制器施加调制信号并进行解调运算，计算出零序电流后送入保护装置。

3.如权利要求1所述的一种基于光学电流互感器的零序方向接地保护系统，其特征在于：所述一次传感单元包括波片、传感光纤、反光镜、绝缘骨架和光纤固定盒，绝缘骨架环套在被保护设备的三相导体的外部，所述传感光纤盘绕在绝缘骨架上并形成N个同心的传感光纤环，N的取值范围为1～20000；所述光纤固定盒用于固定一次传感单元的始端和尾端，固定后确保一次传感单元的始端和尾端在空间位置上重合。

4.如权利要求1所述的一种基于光学电流互感器的零序方向接地保护系统，其特征在于：所述传输光缆由高保偏光纤制成。

5.如权利要求1所述的一种基于光学电流互感器的零序方向接地保护系统，其特征在于：所述电压检测装置采用电磁型电压互感器或光学电压互感器。