CN210269939U - 电压互感器二次中性点保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电压互感器二次中性点保护装置，具体涉及电压互感器技术领域。电压互感器二次中性点保护装置，包括外壳，外壳内设有集成于PCB板的CPU控制模块、采样模块、键盘模块、接地模块、显示模块、告警模块和电源模块，外壳为铝合金外壳，外壳的尺寸大于PCB板的尺寸。采样模块采集中性点的电压信号，并将电压采样输送至CPU控制模块，键盘模块、接地模块、显示模块和告警模块均与CPU控制模块相连，显示模块用于显示装置的菜单信息及动作信息，电源模块为整个装置提供电源。该保护装置在电压互感器中性点发生过电压时能够可靠接地，对人身和设备进行有效保护，且动作后可以实现自动或者手动复归，并且能够将击穿动作信息上送到后台及监控主站。

Description

电压互感器二次中性点保护装置

技术领域

本实用新型涉及电压互感器技术领域，具体涉及一种电压互感器二次中性点保护装置。

背景技术

电压互感器是一种将电力系统一次高电压按一定的变比转换为较低的二次电压的器件，其原理与变压器类似，但容量较小，通常只有几伏安至几十伏安，最大不超过1000伏安。

电压互感器二次侧接地方式有：B相接地和中性点接地两种。在B相接地系统中，熔断器熔断后或自动空气开关断开后电压互感器二次侧绕组将失去接地保护，此时应在中性点装设击穿保险。在中性点接地中，系统发生单相接地时，控制室与电压互感器所在之处的地电位差较大，应在现场配电装置的电压互感器二次绕组中性点加装击穿保险器，以保证电压互感器的安全运行。

《国家电网有限公司十八项电网重大反事故措施》(2018年修订版)15.6.4.2规定：未在开关场接地的电压互感器二次回路，宜在电压互感器端子箱处将每组二次回路中性点分别经放电间隙或氧化锌阀片接地。击穿保险和氧化锌阀片采用的是物理介质，当高压窜入低压时，高压击穿物理介质使故障电流迅速泄入大地，使设备绝缘得到保护。

避雷器进行保护过程中，HY1.5W-0.8/2.3金属氧化锌避雷器的工频参考电压为800V，当电压互感器中性点处的电压达到800V左右时，避雷器才会动作，是不可调整的，因此该避雷器不能满足运行方式的要求。

基于上述分析，现有电压互感器二次中性点保护方式存在以下不足：

第一，击穿保险标称电压不可靠，电压互感器中性点发生过电压后，击穿保险不能可靠击穿接地；JBO型击穿保险的试验方法主要是进行绝缘试验和动作电压试验。这种试验方法一般是进行抽样试验，使用现场不再试验，但试验后会造成击穿保险的损坏，导致其无法再继续使用。结合标准差分布直方图和饼状图可以看出，击穿保险的击穿电压离散度较大并且其击穿电压合格率仅约为50％-70％，击穿电压不可靠，导致在电压互感器中性点过电压时，击穿保险无法可靠击穿接地，无法对人身和设备进行有效保护。

第二，击穿保险被击穿后，无法自动复归，故障信息无法上送。通过对击穿保险和氧化锌阀片的工作原理进行分析可知，正常时，击穿保险内的云母片，使低压电网与大地保持绝缘，系统运行方式不变。当高压窜入低压时，击穿保险内云母片带孔部分空隙被击穿，释放过电压。通过对击穿保险的工作原理进行分析可知击穿保险被击穿后，无法自动复归，后台及调度主站无法收到保险的动作信息，此时电压互感器处于两点接地状态，继电器所感受到的电压会与实际电压有所偏差，易造成保护装置误动作。

现有电压互感器二次中性点保护方式均为放电间隙或氧化锌阀片，该方法存在以下弊端：标称击穿电压不可靠，击穿保险在过电压时不能可靠击穿；击穿后无法实现自动复归功能，需要运维人员去现场更换击穿保险；击穿信息无法上送至后台及主站，容易造成电压互感器两点接地，引起保护装置误动作。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述不足，提出了一种击穿电压定值可以设定，在电压互感器中性点发生过电压时能够可靠动作，动作后可以实现自动或者手动复归，并且能够将击穿信息上送到后台及监控主站的电压互感器二次中性点保护装置。

本实用新型具体采用如下技术方案：

电压互感器二次中性点保护装置，包括外壳，外壳内设有集成于PCB板的CPU控制模块、采样模块、键盘模块、接地模块、显示模块、告警模块和电源模块，所述采样模块采集中性点的电压信号，并将电压采样输送至CPU控制模块，键盘模块、接地模块、显示模块和告警模块均与CPU控制模块相连，显示模块设有用于显示电源状态的电源灯，电源模块为整个装置提供电源。

优选地，所述CPU控制模块采用单片机作为主控芯片。

优选地，所述采样模块包括隔离电路、高精度微型电压变换器和采样芯片，通过隔离电路将高压进行有效隔离，再通过高精度微型电压变换器对电压互感器二次中性点电压进行二次变换，再送至ATT7022采样芯片进行电压采样，并输出采样值至CPU控制模块。

优选地，所述采样模块的采样延时在40ms以内，平均值为25.5ms，响应时间≤70ms。

优选地，所述电源模块包括整流滤波电路、功率变换电路、脉宽调制电路、整流滤波电路、稳压输出电路、电压变换电流，通过的输入电压为AC/DC220V电压，输出电压为DC12V、DC3.3V。

优选地，所述显示模块通过IIC接口与CPU控制模块进行通讯，包括LCD12864液晶屏、通讯接口电路，用于实现人机交互，显示装置运行状态、保护定值信息。

优选地，所述键盘模块包括六键键盘，六键键盘对应上翻、下翻、确认、返回、复归、手动/自动复位功能。

优选地，所述告警模块包括驱动电压为DC3.3V，接点工作电压为AC250V的固态继电器及LED告警灯，由CPU控制模块的I/O口动作驱动固态继电器及LED灯动作，实现遥信告警及LED报警。

优选地，所述外壳为铝合金外壳，外壳的尺寸大于PCB板的尺寸。

本实用新型具有如下有益效果：

该装置在电压互感器二次中性点发生过电压时，使中性点与接地点之间可靠相连，释放过电压，动作特性稳定，灵敏度高，并能够进行过电压消失判别，在过电压消失后能实现复归功能，保证了电压互感器二次回路可靠绝缘，避免了电压互感器发生两点接地，大大提高了站内二次设备运行稳定性。

附图说明

图1为电压互感器二次中性点保护装置结构框图；

图2为CPU控制模块控制过程流程框图。

图3为采样模块电路结构示意图；

图4为自动恢复判别电路示意图、

图5为自动恢复判别流程图；

图6为告警模块电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的具体实施方式做进一步说明：

如图1所示，电压互感器二次中性点保护装置，包括外壳，外壳内设有集成于PCB板的CPU控制模块、采样模块、键盘模块、接地模块、显示模块、告警模块和电源模块，外壳为铝合金外壳，外壳的尺寸大于PCB板的尺寸。所述采样模块采集中性点的电压信号，并将电压采样输送至CPU控制模块，键盘模块、接地模块、显示模块和告警模块均与CPU控制模块相连，显示模块设有用于显示电源状态的电源灯，电源模块为整个装置提供电源。

如图2所示，CPU控制模块采用单片机作为主控芯片。装置工作时，CPU控制模块启动，先进行硬件初始化，通过采样模块对电压互感器二次中性点电压进行实时监视，并与装置定值进行比较，当采样电压小于装置定值时，CPU控制模块控制接地模块不动作，电压互感器二次中性点处于绝缘状态；当采样电压大于装置定值时，CPU控制模块控制接地模块瞬时动作，电压互感器二次中性点处于接地状态，从而将过电压释放，对人身和设备进行保护；装置进行一定延时后，控制接地模块进行回路切换，切换至过电压判别电路，再根据采样模块输出电压值判别过电压是否消失，若过电压消失，则CPU控制接地模块复归。

如图3所示，采样模块包括隔离电路、高精度微型电压变换器和采样芯片，通过隔离电路将高压进行有效隔离，再通过高精度微型电压变换器对电压互感器二次中性点电压进行二次变换，再送至ATT7022采样芯片进行电压采样，并输出采样值至CPU控制模块，采样模块的采样延时在40ms以内，平均值为25.5ms，响应时间≤70ms。

如图4和图5所示，接地模块由继电器1、继电器2、大功率电阻组成，接地模块继电器1与继电器2受CPU控制。

自动恢复判别电路工作原理为：电压互感器二次中性点发生过电压时，CPU先控制快速继电器1闭合，将中性点输入与接地进行可靠短接，将过电压释放，对人身和设备进行保护。经过一定时间的延时后，CPU控制继电器2闭合，待CPU控制继电器2闭合后，CPU控制继电器1断开，此时大功率电阻串联在中性点输入与接地点之间，此时CPU对采样模块输出电压值进行判别。若过电压消失，则采样模块采集电压将接近似为零，采样电压值将小于复归定值，CPU控制继电器2断开，二次中性点与接地点之间恢复绝缘；若过电压未消失，则采样模块采集电压将不为零，若采样电压值大于复归定值时，CPU控制继电器1重新闭合，进行可靠接地，并经过一定时间延时后再次进行自动恢复判别。

电源模块的输入电压为AC/DC220V，输出为电压为DC12V、DC3.3V。

显示模块通过IIC接口与CPU控制模块进行通讯，包括LCD12864液晶屏、通讯接口电路，用于实现人机交互，显示装置运行状态、保护定值信息。

键盘模块包括六键键盘，六键键盘对应确认、上翻、下翻、返回、复归、手动/自动复位功能。

如图6所示，告警模块包括DC12V驱动电压，接点工作电压为AC250V的固态继电器及LED告警灯，由CPU控制模块的I/O口动作驱动固态继电器及LED灯动作，实现遥信告警及LED报警功能。

当装置正常运行时，电源灯点亮，电压互感器二次中性点与接地点之间可靠绝缘，“过电压击穿”报警节点未动作；

设置击穿电压定值，在电压互感器二次中性点与接地点之间施加电压，采样模块对输入电压进行监测，当监测到输入电压大于装置定值时，CPU控制接地模块动作，将过电压释放至接地端，同时动作指示灯点亮、“过电压击穿”报警接点动作输出告警信号至调度及后台；

过电压击穿后，装置通过自动恢复判别电路，确认过电压消失后，接地模块复归，使电压互感器二次中性点与接地点之间恢复绝缘，“过电压击穿”报警节点复归。

装置调试完成后，进行了校验和测试，装置可实现击穿定值300V、600V、900V、1200V、1500V、2000V的设定，对定值进行校验的结果如表1所示。

表1

测试结果显示，电压在设置值的0.95倍时可靠不接地，1.05倍可靠接地，接地延时最大误差为98ms＜0.1s。

保护装置击穿接地后，随机模拟过电压消失情况，检验装置击穿接地后复归功能。表2示出了装置复归功能校验。

表2

次数	击穿电压定值	是否正确复归
			1	300	√
2	600	√
			3	900	√
4	1200	√
			5	1500	√
6	2000	√

测试结果显示，装置在过电压消失后，具有复归功能，及时恢复中性点与接地点之间的绝缘，动作准确率100％。

综上，该装置实现了电压互感器二次中性点在发生过电压时可靠接地，且动作特性稳定，灵敏度高，在过电压消失后能实现复归功能，并且将故障信息上送至后台及监控主站，保证了中性点与接地点之间的可靠绝缘，避免了电压互感器两点接地情况的发生，大大提高了站内二次设备运行稳定性。

该装置成本低，在现有变电站内推广使用，将大大提高供电公司电压互感器的过电压水平和绝缘水平，为线路保护、母差保护、备自投装置的可靠稳定运行提供了有力保障。

该装置各功能部分均为模块化设计，更换方便，且元器件耐压较高，特性稳定，满足安全稳定运行的要求。

该装置采用站内交流或者直流220V供电，工作性能稳定，装置具有手动复位、自动复位、装置动作报警等功能，且装置设计过电压判别回路，保证了电压互感器二次中性点回路发生过电压时，中性点能够可靠接地，有效避免了电压互感器二次过电压的发生以及电压互感器两点接地情况的发生，不会对站内其他运行设备造成影响。

该装置的投入运行大大减少了运维及检修人员对电压互感器二次中性点回路检查及维护的次数，同时由于具有自动复归功能，将大大提高二次设备运行的可靠性，减少人员运维成本。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.电压互感器二次中性点保护装置，包括外壳，其特征在于，外壳内设有集成于PCB板的CPU控制模块、采样模块、键盘模块、接地模块、显示模块、告警模块和电源模块，所述采样模块采集中性点的电压信号，并将电压采样输送至CPU控制模块，键盘模块、接地模块、显示模块和告警模块均与CPU控制模块相连，显示模块用于显示装置的菜单信息及动作信息，电源模块为整个装置提供电源。

2.如权利要求1所述的电压互感器二次中性点保护装置，其特征在于，所述CPU控制模块采用单片机作为主控芯片。

3.如权利要求1所述的电压互感器二次中性点保护装置，其特征在于，所述采样模块包括隔离电路、高精度微型电压变换器和采样芯片，通过隔离电路将高压进行有效隔离，再通过高精度微型电压变换器对电压互感器二次中性点电压进行二次变换，再送至采样芯片进行电压采样，并输出采样值至CPU控制模块。

4.如权利要求3所述的电压互感器二次中性点保护装置，其特征在于，所述采样模块的采样延时在40ms以内，平均值为25.5ms，响应时间≤70ms。

5.如权利要求1所述的电压互感器二次中性点保护装置，其特征在于，所述电源模块包括整流滤波电路、功率变换电路、脉宽调制电路、整流滤波电路、稳压输出电路、电压变换电流，通过的输入电压为AC/DC220V电压，输出电压为DC12V、DC3.3V。

6.如权利要求1所述的电压互感器二次中性点保护装置，其特征在于，所述显示模块通过IIC接口与CPU控制模块进行通讯，包括液晶屏、通讯接口电路，用于实现人机交互，显示装置的菜单信息及动作信息。

7.如权利要求1所述的电压互感器二次中性点保护装置，其特征在于，所述键盘模块包括六键键盘，六键键盘对应上翻、下翻、确认、返回、复归、手动/自动复位功能。

8.如权利要求1所述的电压互感器二次中性点保护装置，其特征在于，所述告警模块包括驱动电压为DC12V，接点工作电压为AC250V的固态继电器及LED告警灯，由CPU控制模块的I/O口动作驱动固态继电器及LED灯动作，实现遥信告警及LED报警。

9.如权利要求1所述的电压互感器二次中性点保护装置，其特征在于，所述外壳为铝合金外壳，外壳的尺寸大于PCB板的尺寸。

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