CN209150714U - 基于全电子式互感器的一二次融合智能断路器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及基于全电子式互感器的一二次融合智能断路器，包括断路器本体和断路器本体电性连接的前端采集装置，所述断路器本体内一侧设置有取电单元，所述断路器本体内在取能单元的对侧设置有电子式电压互感器和电子式电流互感器，所述断路器本体的中部设置有真空灭弧室，所述取电单元、电子式电压互感器和电子式电流互感器分别与断路器本体电性连接；本实用新型中一体化双电容取能电源基于一二次融合设计，为装置提供工作电源，电容取能避免了传统电磁式PT的铁磁谐振；一体化双电容取能装置内置于开关腔体，避免户外环境的影响，提高了取能装置的绝缘性能；同时，电容取能不消耗线路有功，减少线路损耗，比传统电磁式PT取电更为节能。

Description

基于全电子式互感器的一二次融合智能断路器

技术领域

本实用新型涉及电子及电源技术领域，尤其涉及基于全电子式互感器的一二次融合智能断路器。

背景技术

在配网自动化系统的建设中，自动化装置的取电问题一直是配网线路升级改造的一大瓶颈，有的利用电磁式电压互感器取电，有的利用电流互感器取电，还有的利用太阳能发电装置取电，在实施和应用中要么投资大，要么接线复杂且不可靠，还有可能受运行环境、气候变化及线路负荷等外界因素的影响，从而限制了配网自动化的发展。同时，现有技术中的断路器装置各部件为分体式结构，配线线路的稳定性较弱，对于装配安装、绝缘性能等方面产生不利的影响。

为了更好维持电力稳定性，提出一种能实现故障定位与精确测量于一体的智能遥感装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术的不足，得到基于全电子式互感器的一二次融合智能断路器，易于装配，提高性能，利用电子技术、通讯技术、计算机及网络技术，对配电线路进行实时监测监控，实时检测配电线路单相接地故障、相间短路故障、过负荷、三相不平衡、负荷电流、开关状态以及相关运行数据，实现配电线路的监测、保护、控制，缩短配电线路故障查找时间。

本实用新型是通过以下技术方案实现：

基于全电子式互感器的一二次融合智能断路器，包括断路器本体和断路器本体电性连接的前端采集装置，所述断路器本体内一侧设置有取电单元，所述断路器本体内在取能单元的对侧设置有电子式电压互感器和电子式电流互感器，所述断路器本体的中部设置有真空灭弧室，所述取电单元、电子式电压互感器和电子式电流互感器分别与断路器本体电性连接；其中，所述取电单元包括高压取能电容和用以将高压线路的高压转换为取能变压器二次侧稳定的交流电压的取能变压器，所述高压取能电容还连接有用以保护取能变压器一次侧的压敏电阻。

更优的，所述高压取能电容水平异向设置为两个，并在水平方向上交错设置，交错夹角为10°。

更优的，所述高压取能电容采用聚丙烯金属化膜电容器。

更优的，所述高压线路采用单股硬芯铜线的高压硅胶导线。

更优的，所述高压取能电容的高压端为锥形结构。

更优的，所述断路器本体采用三相共箱式全封闭结构，三相线端子外设置有伞裙。

更优的，所述电流互感器采用低功耗线圈，将一次电流信号通过信号处理电路转换成与一次侧电流和相位成比例的小电压信号。

更优的，所述电压互感器采用电容分压器，将一次电压转换成与一次电压和相位成比例的小电压信号。

与现有的技术相比，本实用新型具有以下有益之处：

1、本实用新型操作简单，安装方便，一体化双电容取能电源基于一二次融合设计，为装置提供工作电源，电容取能避免了传统电磁式PT的铁磁谐振；一体化双电容取能装置内置于开关腔体，避免户外环境的影响，提高了取能装置的绝缘性能；同时，电容取能不消耗线路有功，减少线路损耗，比传统电磁式PT取电更为节能；与开关本体一体化设计保障了绝缘要求，降低了生产成本；通过将断路器本体、取能单元、测量单元一体化设计，便于安装与搬运，杜绝现场接线错误，集成化设计只需一次吊装即可完成现场安装，施工周期短、减少线路停电时间，降低了安装人员的技能要求；进出线双侧不同相电容取电可实现6W的输出功率，满足大功耗、多功能的配电终端，同时解决多电源联络点的取能问题；

2、本实用新型中采用高精度、宽范围电子式电压电流互感器，满足计量和保护要求，电子式互感器具有体积小、重量轻、频带响应宽、无饱和现象、抗电磁干扰性能佳、绝缘可靠、便于向数字化、微机化发展等诸多优点，是理想的在配电自动化建设中替代电磁式互感器的新型设备，具备采集三相电流、三相电压、零序电流、零序电压的能力，满足计算有功功率、无功功率，功率因数、频率和电能量的要求；

3、本实用新型中开关采用全封闭结构，一体化全绝缘输出，绝缘性能好，断路器采用三相共箱式全封闭结构，密封性能好，防潮、防凝露，适用于严寒或高温潮湿地区，且采用全绝缘电缆输入与输出，取能单元与测量单元内置于开关本体，保证整个绝缘线路不因开关接入而产生绝缘破坏点，影响原线路的绝缘水平，实现线路的全绝缘水平；

4、本实用新型的前端采集装置微功耗、小型化设计，实现信息采集及自动化控制，前端采集装置微功耗、小型化设计，将采集到的数据通过GPRS方式加密传输到后台主站系统，通过后台主站实现“三遥”功能。同时控制器具备六段式过流保护、重合闸、过负荷保护、零序过电流保护等多种保护功能，可实现线路故障定位、隔离、记录故障发生的时间等功能，避免越级跳闸，减小故障影响范围，控制器还可测量线路双向功率及四象限有功无功数据，可以为保障配电网输电质量和提高功率因数提供数据参考；也可以计量线路的同期线损以及防止窃电。

5、本实用新型的二次接线出厂完成，杜绝现场接线错误，其中，所有二次接线在工厂完工，同时取能单元和互感器内置断路器内部，现场也无需对取电单元、电流互感器、电压互感器接线，降低现场施工接线错误的风险。现场只需一次吊装断路器即可完成施工，施工周期短，减少停电时间。

附图说明

图1为本实用新型的装置结构连接示意图；

图2为本实用新型的工作原理图；

图3为本实用新型中信号处理单元内电流信号处理原理图；

图4为本实用新型中信号处理单元内电压信号处理原理图；

图5为本实用新型中取能单元的原理图；

图6为本实用新型中前端采集装置原理图；

图7为本实用新型中断路器本体1内部正视结构示意图；

图8为本实用新型中断路器本体1内部俯视结构俯视图；

图9为本实用新型中取电单元2的内部结构示意图；

图10为图9的轴侧结构示意图。

其中，附图标记如下：

1、断路器本体，2、取电单元，3、电子式电压互感器，4、电子式电流互感器，5、前端采集装置，6、高压取能电容，7、高压线路。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1、图7和图8所示，基于全电子式互感器的一二次融合智能断路器，包括断路器本体1和断路器本体1电性连接的前端采集装置5，所述断路器本体1内一侧设置有取电单元2，所述断路器本体1内在取能单元2的对侧设置有电子式电压互感器3和电子式电流互感器4，所述断路器本体1的中部设置有真空灭弧室，所述取电单元2、电子式电压互感器3和电子式电流互感器4分别与断路器本体1电性连接；其中，所述取电单元2包括高压取能电容6和用以将高压线路7的高压转换为取能变压器二次侧稳定的交流电压的取能变压器(图示未标出)，所述高压取能电容6还连接有用以保护取能变压器一次侧的压敏电阻，压敏电阻保护取能变压器不受配网线路雷电冲击而损坏。

在上述技术方案中，基于全电子式互感器的一二次融合智能断路器通过内置双相电容式PT提供工作电源(交流电压)，电流互感器采集电流信号经过流压转换，电压互感器采集电压信号经过分压转换，双相取电输出信号与8路信号：电流、电压、零序电流、零序电压二次信号(Ia\Ib\Ic\Io\Ua\Ub\Uc\Uo)和断路器控制信号(分闸、合闸、储能)一起通过高屏蔽电缆通讯线输入前端采集装置5，前端采集装置5经过信号滤波处理后，通过通讯模块将信号加密传至系统后台。如线路发生故障，前端采集装置5可以按照预定控制策略控制断路器分闸，隔离故障，还可通过前端采集装置5接收后台控制指令对断路器进行遥控。原理图如图2所示。

具体实施时，如图9和图10所示，所述高压取能电容6水平异向设置为两个，并在水平方向上交错设置，交错夹角为10°，结构采用平行设计，高低压分在两侧，避免AC相间不同相位的电势差，同时也便于开关内部安装，而且单个电容和放置采用5°倾斜的角度，保证高压端与低压端的绝缘距离和绝缘材料的厚度。

具体实施时，取电单元2模块化一体化设计，无盖设计便于内部气体排出，聚氨酯灌封，提高绝缘性能和降低整体局放。

具体实施时，所述高压取能电容6采用聚丙烯金属化膜电容器，具有损耗因数低、绝缘电阻高、稳定性高及自愈等特点，电容取能无铁磁谐振风险，同时电容取能不消耗线路有功。更进一步地，一体化双电容取能电源采用一体化浇筑全绝缘输出，可内置于开关腔体，提高了取能装置的绝缘性能和抗室外环境的性能，开关本体外无外挂设备所以安装和搬运都是一次性的，不必二次安装和接线，便于施工安装，同时也避免了出错的机率，降低了安装人员的技能要求。取能电源进出线双侧不同相取电可用采集的信号判断线路有压无压的识别，同时在多电源联络点的取能问题也得以解决，同时双侧电容取能可实现6W的取电功率，大大提高了带载能力，使终端可以增加更多的功能。

如图5所示，采用三压敏电阻串联后，双压敏电阻并联，可有效防止雷击，保护后续取电及变压器，开关外部无需安装取电PT，将双路高压电容(电容式PT)与转换单元及保护电路一体化全绝缘设计，通过高压取能电容和取能变压器T，将线路高压转换为变压器二次侧稳定的交流电压，给前端采集装置供电。提供系统电源AC1+\AC1-和AC2+\AC2-，用于断路器双侧取能，即使装设在联络点开关处于分闸状态，断路器任何一侧有电就可取能，单相取能功率3W以上，双相取能6W以上，同时可进行相电压测量用于开关两侧有压无压识别。

具体实施时，高压线路7采用单股硬芯铜线的高压硅胶导线，导线耐压50kV，满足断路器工频耐压对导线的要求，同时单股硬铜线，便于在断路器内部弯折和定型，更有选的，可以在高压线输入口采用PG20的防水接头，起到保护和固定线缆的作用，也为线缆外面的绝缘层做防护和灌封绝缘材料时起到密封作用。

具体实施时，所述高压取能电容6的高压端为锥形结构，整体壳体材质选用SMC绝缘性能好且易于成型，取电电容壳体采用环氧树脂，绝缘性能好，易于成型产生丝扣，便于安装，高压电容高压端采用锥形设计，便于高压电场强度的均匀分布，从而降低产品的局放，提高产品的绝缘性能，保证长期运行安全。

具体实施时，所述断路器本体1采用三相共箱式全封闭结构，三相线端子外设置有伞裙。

具体实施时，电子式电压互感器3和电子式电流互感器4为信号处理单元，所述电流互感器采用低功耗线圈，将一次电流信号通过信号处理电路转换成与一次侧电流和相位成比例的小电压信号；所述电压互感器采用电容分压器将一次电压转换成与一次电压和相位成比例的小电压信号。

电流信号原理如图3所示，TA1为A相电流互感器，TA2为B相电流互感器，TA3为C相电流互感器，TA4为零序电流互感器，R1为A相二次电流负荷，R2为B相二次电流负荷，R3为C相二次电流负荷，R4为零序二次电流负荷，工作原理：低功耗线圈；

相电流变比：600A/1V，精度0.5S级(10P10)；

零序电流变比：20A/0.2A，精度1S级(10P10)。

电压信号原理如图4所示，Z1a为A相高臂阻抗，Z2a为A相低臂阻抗，Z1b为B相高压臂阻抗，Z2b为B相低臂阻抗，Z1c为C相高压臂阻抗，Z2c为C相低臂阻抗，Za1、Ab1、Zc1为零序高压臂阻抗，Zd2为零序低压臂阻抗，Re为接地电阻，Ce为接地电容，GD为气体放电管，采用电容分压输出三相电压信号，并合成零序电压信号，图中各相的n端子与信号屏蔽线的低电位引线(双芯线，屏蔽无绝缘包覆时)或屏蔽外皮(单芯线，屏蔽外皮包覆绝缘时)连接。

工作原理：电容分压，通过分压器将一次电压转换成与一次电压和相位成比例的小电压信号；

相电压变比：精度0.5级(3P)；

零序电压变比：精度1级(3P)；

集电压测量和保护信号输出为一体，直接输出小电压信号，简化了系统结构，减少了误差源，同时，电压输出端二次短路时不会产生过电流，也不会产生铁磁谐振，根除了电力系统运行中的重大故障隐患，保障了人员和设备的安全。

具体实施时，所述前端采集装置包含主控单元、通信单元、后备供电电源三部分；主控单元由信号采集电路、电源电路、控制电路、通信电路AD转换电路和单片机组成，用于完成交流信号采集，包括测量馈线相电压、电流和功率，通过GPRS将检测数据上传至后台软件管理系统，远程控制开关的分合。如图6所示，前端采集装置可提供1回线路(4电压4电流，其中3个测量电压、3个测量电流、1个零序电流、1个零序电压)模拟量、3个开入量的采集、3个开出控制。预留GPS定位、串口通信、3路开入量采集，电子式互感器采集另外也可根据用户的需求调整配置。前端采集装置采用简易或挂箱式结构，通信协议采用IEC60870-5-104标准规约，可将数据上传至标准主站系统。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于全电子式互感器的一二次融合智能断路器，其特征在于，包括断路器本体和断路器本体电性连接的前端采集装置，所述断路器本体内一侧设置有取电单元，所述断路器本体内在取能单元的对侧设置有电子式电压互感器和电子式电流互感器，所述断路器本体的中部设置有真空灭弧室，所述取电单元、电子式电压互感器和电子式电流互感器分别与断路器本体电性连接；其中，所述取电单元包括高压取能电容和用以将高压线路的高压转换为取能变压器二次侧稳定的交流电压的取能变压器，所述高压取能电容还连接有用以保护取能变压器一次侧的压敏电阻。

2.根据权利要求1所述的基于全电子式互感器的一二次融合智能断路器，其特征在于：所述高压取能电容水平异向设置为两个，并在水平方向上交错设置，交错夹角为10°。

3.根据权利要求1所述的基于全电子式互感器的一二次融合智能断路器，其特征在于：所述高压取能电容采用聚丙烯金属化膜电容器。

4.根据权利要求1所述的基于全电子式互感器的一二次融合智能断路器，其特征在于：所述高压线路采用单股硬芯铜线的高压硅胶导线。

5.根据权利要求1所述的基于全电子式互感器的一二次融合智能断路器，其特征在于：所述高压取能电容的高压端为锥形结构。

6.根据权利要求1所述的基于全电子式互感器的一二次融合智能断路器，其特征在于：所述断路器本体采用三相共箱式全封闭结构，三相线端子外设置有伞裙。

7.根据权利要求1所述的基于全电子式互感器的一二次融合智能断路器，其特征在于：所述电流互感器采用低功耗线圈，将一次电流信号通过信号处理电路转换成与一次侧电流和相位成比例的小电压信号。

8.根据权利要求1所述的基于全电子式互感器的一二次融合智能断路器，其特征在于：所述电压互感器采用电容分压器，将一次电压转换成与一次电压和相位成比例的小电压信号。