CN211428909U - 分布式弧光保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种分布式弧光保护装置，包括通过通讯连接模块实现通讯回路连接的进线装置、母联装置、馈线保护装置，插件式弧光采集交互板，分别插在进线装置、母联装置和馈线保护装置上，采集本开关柜内的母线弧光和馈线弧光信号；所述的通讯回路连接中每段母线各台装置的弧光采集交互板收发光纤口依次连接，形成一个收发环，母联装置的两个收发口分别连接至两段母线，每段母线形成一个独立的数据传输环路，实现不同段母线通讯回路的物理隔离。本实用新型集母线、馈线弧光保护功能和常规的进线、馈线保护功能于一体，距离近，干扰小，提高了采样可靠性。

Description

分布式弧光保护装置

技术领域

本实用新型涉及电力系统保护技术领域，具体是一种分布式弧光保护装置。

背景技术

随着中低压保护技术的不断发展，弧光保护装置的应用也越来越广泛。弧光保护系统一般分为母线弧光保护和馈线弧光保护两种，两者分别保护电力系统的母线和馈出线，在发生弧光故障时能够迅速出口，隔离故障点。

要实现弧光保护功能，需要增加独立的弧光保护装置，中低压开关柜的保护装置多采用就地安装，而中低压开关柜体结构紧凑，安装完进线或馈线保护装置外，柜体剩余空间很小，很难再安装独立的弧光保护装置。之前国网和南网都已经提出了馈线弧光保护功能集成在常规馈线装置上的相关需求，取消了单一功能的馈线弧光保护装置。但是母线弧光保护装置还都是独立装置，需要独立采购，设计时需要安装在剩余空间较大的柜体上，如隔离柜等，由于安装位置与进线柜不在一起，需要单独拉接进线电流的采集线缆、跳闸控制电缆等，浪费了大量的人力财力。此外，母线弧光保护多采用集中式弧光信号采集，弧光探头至采集单元的距离较远，而弧光传输介质目前主要为塑料光纤，衰减较大，长距离对弧光信号的采集灵敏度具有较大的影响。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术的问题，提供了一种分布式弧光保护装置，集母线、馈线弧光保护功能和常规的进线、馈线保护功能于一体，不需要增加单独的弧光保护装置，弧光信号采集和弧光保护功能分布于进线、母联和馈线装置上，只采集本开关柜内的弧光信号，距离近，干扰小，提高了采样可靠性。

本实用新型提供了一种分布式弧光保护装置，包括通过通讯连接模块实现通讯回路连接的进线装置、母联装置、馈线保护装置，插件式弧光采集交互板，分别插在进线装置、母联装置和馈线保护装置上，采集本开关柜内的母线弧光和馈线弧光信号；所述的通讯回路连接中每段母线各台装置的弧光采集交互板收发光纤口依次连接，形成一个收发环，母联装置的两个收发口分别连接至两段母线，每段母线形成一个独立的数据传输环路，实现不同段母线通讯回路的物理隔离。

进一步改进，未安装保护装置的PT柜弧光信号接入相邻的馈线保护装置的弧光采集空闲通道，该通道设置为母线弧光信号；隔离柜的母线弧光接入母联柜的弧光采集通道，并设置为光纤接口的母线弧光信号，从光纤口发出，作为母线弧光信号。

进一步改进，各馈线装置的母线室弧光、断路器室弧光通道设置为母线弧光通道，电缆室弧光设置默认为馈线弧光通道；进线装置的电缆室弧光设置为母线弧光通道。

本实用新型实施方法包括以下步骤：

1）通过通讯连接模块实现进线装置、母联装置、馈线保护装置的通讯回路连接；

2）采用插件式弧光采集交互板，分别插在进线装置、母联装置和馈线保护装置上，采集本开关柜内的母线弧光和馈线弧光信号；

3）馈线弧光结合本装置电流实现馈线弧光保护；

4）采集板通过板件上的光纤通讯口将母线弧光信号发送至进线和母联装置，实现母线弧光保护。

步骤1）所述的通讯回路连接过程具体如下：

1.1）将每段母线各台装置的弧光采集交互板收发光纤口1依次连接，形成一个收发环；

1.2）将母联装置的两个收发口分别连接至两段母线，每段母线形成一个独立的数据传输环路，实现不同段母线通讯回路的物理隔离；

1.3）将未安装保护装置的PT柜弧光信号接入相邻的馈线保护装置的弧光采集空闲通道，并将该通道设置为母线弧光信号；将隔离柜的母线弧光接入母联柜的弧光采集通道，并设置为光纤接口的母线弧光信号，从光纤口发出，作为母线弧光信号；

1.4）分别设置三段母线上各台装置的环路地址，将各馈线装置的母线室弧光、断路器室弧光通道设置为母线弧光通道，电缆室弧光设置默认为馈线弧光通道；进线装置的电缆室弧光设置为母线弧光通道；

上述步骤中的环路地址范围为1-64，不同段母线上的装置地址可以重复。

步骤1.1）和1.2）所述的接口连接使用多模光纤尾纤，距离较长时可以使用法兰扩展，抗干扰性高，连接方便，无需熔接。

步骤2）所述的弧光采集交互板工作过程具体如下：

2.1）弧光采集交互板与主板通过RS485接口连接，接收来自主板的设定值，包括弧光动作阈值、弧光传输环网地址、母线弧光通道序号等，并将这些参数存储在板件FLASH中；弧光采集交互板中断间隔100us，以下工作均在中断中执行：

2.2）进入中断时，通过AD读取5个弧光通道的弧光采样值，并通过与预设动作值进行比较，得出各通道弧光信号状态；

2.3）通过IO口将采集的弧光信号发送至背板，装置主板通过背板能够读取到实时弧光状态；

2.4）读取光纤串口数据，判断数据校验码是否正确，若正确将当前母线弧光信号组合后，根据本装置环网传输地址和母线弧光通道参数，将母线弧光信号填入接收缓冲区的对应位置；

2.5）更新缓冲区数据CRC校验后，将数据通过光纤发送口发送出去。

光纤串口传输波特率为10Mbps，传输字节10个字节，其中前8个字节为1-64号地址的母线弧光信号状态，后2个字节为前面8字节的CRC校验；10个字节的传输时间约为8微秒。

所述的馈线弧光保护功能实现方法具体如下：

3.1）主板读取弧光板的弧光信号，根据设定的参数挑出馈线弧光信号，产生事件记录；弧光信号的读取通过背板总线，连接至弧光板的IO接口，在采样中断中进行读取；

3.2）将馈线弧光信号结合自身采样的电流信号，进行馈线弧光保护功能的判断，并生成故障录波文件。

若馈线装置的电缆室发生弧光故障时，则该装置检测到馈线弧光信号，且装置电流满足动作条件，则该装置馈线弧光保护动作，跳开回路开关，不影响母线上其它装置的正常运行，实现馈线弧光保护功能。

步骤4）所述的母线弧光保护功能实现方法具体如下：

4.1）读取弧光板采集的本柜弧光信号、和弧光板接收到的母线上其它装置采集的母线弧光信号，产生事件记录；

4.2）将上述读到的两中弧光信号进行逻辑或处理，结合自身采样电流进行弧光保护的判断，保护动作并生成故障录录波。

若馈线装置的母线室发生弧光故障时，馈线保护装置将检测到的母线弧光信号发送至母联保护装置和母联保护装置，母联合位，电流满足条件，则弧光保护动作，跳开母联开关，不影响I段母线和III段母线的正常运行；

若馈线保护装置检测到母线室发生弧光故障，则馈线保护将检测到的母线弧光信号发送至进线保护和母联保护，此时进线合位，电流满足条件，则弧光保护动作，跳开进线开关，不影响I/II段母线的运行。

本实用新型有益效果在于：

1、集母线、馈线弧光保护功能和常规的进线、馈线保护功能于一体，弧光信号采集和弧光保护功能分布于进线、母联和馈线装置上，只采集本开关柜内的弧光信号，距离近，干扰小，提高了采样可靠性。

2、通过本实用新型中提出的方案，能够在不增加弧光保护装置的基础上，即可以实现系统的母线弧光保护和馈线弧光保护功能，降低了项目成本，解决了目前弧光保护系统中弧光保护装置不好安装的问题，此外还减少了安装弧光装置后需要额外拉接采样、控制电缆，也节约了施工成本。

附图说明

图1为系统应用及连接示意图。

图2为弧光采集交互板的硬件示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

本实用新型采用的技术方案为：在进线和馈线保护装置上增加一块弧光采集交互板件，如图2所示，该板件采用插接结构，可方便的插接在进线保护或馈线保护上，用于采集各开关柜不同位置的弧光信号，并能够将采集的馈线弧光信号通过背板总线传输至保护本体，将母线弧光信号通过光纤接口进行交互，发送至进线和母联装置。

系统应用及连接如图1所示，可以划分为弧光采集传输模块、馈线弧光保护模块、母线弧光保护模块和通讯连接模块。

所述的弧光采集传输模块，具体方法如下：①间隔100us采样一次弧光信号，判断当前是否采集到弧光信号；②接收其他装置发送的母线弧光信号，将本装置采集到有母线弧光信号，根据本装置地址，填入接收到的母线弧光信号缓冲区对应位置，进行更新，更新后通过发送口发送出去；③同时将本装置采集到的母线和馈线弧光信号都通过背板IO接口发送至本装置主板。

所述步骤①中弧光信号的采样方式为AD采样，动作阈值可设；

所述步骤②中的本装置地址由装置主板通过RS485通讯发送至弧光板，地址范围为1~64；

所述步骤②中本装置采集的母线弧光信号，由装置主板设定母线弧光通道号，该通道号采集的弧光即为母线弧光信号；

所述步骤②中接收到的母线弧光信号缓冲区具有10个字节，其中前8个字节对应1~64号地址的母线弧光信号，后两个字节为前8个数据的CRC16校验码；

所述的弧光采集传输模块具有5个弧光信号采集口和2个光纤串行通讯口，5个弧光信号接口可以采集开关柜不同位置的弧光信号，光纤口用于收发母线弧光信号；

所述的弧光采集传输模块光纤串口通讯速率为10Mbps，10个字节的传输时间约为8微秒。

所述的馈线弧光保护模块，具体方法如下：①设置当前弧光采集板的母线弧光通道序号，以及本装置在分段母线环网中的地址，并通过RS485发送至弧光采集交互板；②通过主板读取弧光板的弧光信号，挑出馈线弧光信号，结合自身采样的电流信号，进行馈线弧光保护功能的判断。

所述步骤①中的母线弧光通道序号可以为多选如设置为00011，即表示通道4和通道5为母线弧光通道，通道1-3为馈线弧光信号；

所述步骤①中的本装置在分段母线环网中的地址，不同段母线的装置可以重复。

所述的母线弧光保护模块，具体方法如下：①设置当前是否为进线或母联，设置当前弧光采集板的母线弧光通道序号，以及本装置在分段母线环网中的地址，并通过RS485发送至弧光采集交互板；②通过主板读取弧光板采集的弧光信号，和弧光板从通讯口接收到的其他装置发送来的母线弧光信号，结合自身采样的电流信号，进行母线弧光保护功能的判断。

所述步骤①中的母线弧光通道序号，母联装置需要设置两份，分别用于发送至母联连接的两段母线环网；

所述步骤①中的环网地址，母联装置的两个环网共用；

所述步骤②中，进线装置只采集自身开关柜的电缆室弧光，作为系统的母线弧光，母联柜采集的弧光信号均为母线弧光；其与接收到的通讯传输的母线弧光信号是或的关系，逻辑或后参与母线弧光保护判断。

所述的通讯连接模块，具体方法如下：①将每段母线各台装置的弧光采集交互板收发光纤口1依次连接，形成一个收发环；②母联装置的两个收发口分别连接至两段母线，实现不同段母线通讯回路的物理隔离。

上述步骤所述的接口连接使用多模光纤尾纤，距离较长时可以使用法兰扩展，抗干扰性高，连接方便，无需熔接

所述步骤①中，进线和馈线装置的收发光纤口2不用，具体的连接方法为：将装置1的发送口连接至装置2接收口，装置2的发送口连接至装置3的接收口，装置n的发送口连接至装置1的接收口。

上述所述的方案中，若开关柜上未安装保护装置，如PT柜、隔离柜等，可以将弧光探头连接至就近装置的空闲采集端口上，无需单独增加装置，进一步节约设备成本。

弧光采集交互板采用插件式设计，可插在进线、母联和馈线保护装置上，采集本开关柜内的母线弧光和馈线弧光信号，馈线弧光结合本装置电流实现馈线弧光保护；采集板通过板件上的光纤通讯口将母线弧光信号发送至进线和母联装置，实现母线弧光保护。本系统可以划分为弧光采集传输模块、馈线弧光保护模块、母线弧光保护模块和通讯连接模块。

图1为本实用新型的系统应用连接示意图，根据此图来描述各模块的实现过程：

通讯连接模块实现馈线装置、进线装置、母联装置的通讯回路连接，为弧光数据的传输提供硬件回路，步骤如下：

S1、将每段母线各台装置的弧光采集交互板收发光纤口1依次连接，形成一个收发环；

上述所述的步骤中进线和馈线装置的收发光纤口2不用，只使用收发光纤口1，具体的连接方法为：将装置1的发送口连接至装置2接收口，装置2的发送口连接至装置3的接收口，装置n的发送口连接至装置1的接收口。

S2、将母联装置的两个收发口分别连接至两段母线，每段母线形成一个独立的数据传输环路，实现不同段母线通讯回路的物理隔离；

上述两个步骤中所述的接口连接使用多模光纤尾纤，距离较长时可以使用法兰扩展，抗干扰性高，连接方便，无需熔接；

S3、将未安装保护装置的PT柜弧光信号接入相邻的馈线保护装置1的弧光采集空闲通道，并将该通道设置为母线弧光信号；将隔离柜的母线弧光接入母联柜的弧光采集通道，并设置为光纤接口2的母线弧光信号，从光纤口2发出，作为II母的母线弧光信号；

S4、分别设置三段母线上各台装置的环路地址，将各馈线装置的母线室弧光、断路器室弧光通道设置为母线弧光通道，电缆室弧光设置默认为馈线弧光通道；进线装置的电缆室弧光设置为母线弧光通道；

上述步骤中的环路地址范围为1-64，不同段母线上的装置地址可以重复；

图1为弧光采集传输模块的核心，弧光采集交互板的硬件示意图，弧光采集传输模块的工作步骤如下：

S5、弧光采集交互板与主板通过RS485接口连接，接收来自主板的设定值，包括弧光动作阈值、弧光传输环网地址、母线弧光通道序号等，并将这些参数存储在板件FLASH中；

弧光采集交互板中断间隔100us，以下工作均在中断中执行：

S6、进入中断时，通过AD读取5个弧光通道的弧光采样值，并通过与预设动作值进行比较，得出各通道弧光信号状态；

S7、通过IO口将采集的弧光信号发送至背板，装置主板通过背板能够读取到实时弧光状态；

S8、读取光纤串口数据，判断数据校验码是否正确，若正确将当前母线弧光信号组合后，根据本装置环网传输地址和母线弧光通道参数，将母线弧光信号填入接收缓冲区的对应位置；

上述步骤中光纤串口传输波特率为10Mbps，传输字节10个字节，其中前8个字节为1-64号地址的母线弧光信号状态，后2个字节为前面8字节的CRC校验；10个字节的传输时间约为8微秒；

S9、更新缓冲区数据CRC校验后，将数据通过光纤发送口发送出去；

馈线弧光保护模块主要在馈线保护装置上实现，完成馈线弧光信号的采集，馈线弧光保护功能的实现等，步骤如下：

S10、主板读取弧光板的弧光信号，根据设定的参数挑出馈线弧光信号，产生事件记录；

上述步骤中弧光信号的读取通过背板总线，连接至弧光板的IO接口，在采样中断中进行读取；

S11、将馈线弧光信号结合自身采样的电流信号，进行馈线弧光保护功能的判断，并生成故障录波文件；

上述步骤中，若馈线装置的电缆室发生弧光故障时，则该装置检测到馈线弧光信号，且装置电流满足动作条件，则该装置馈线弧光保护动作，跳开回路开关，不影响母线上其它装置的正常运行，实现馈线弧光保护功能；

母线弧光保护模块主要在进线保护装置和母联保护装置上实现，完成所有装置的母线弧光信号的采集汇总，母线弧光保护功能的实现等，步骤如下：

S12、读取弧光板采集的本柜弧光信号、和弧光板接收到的母线上其它装置采集的母线弧光信号，产生事件记录等；

S13、将上述读到的两中弧光信号进行逻辑或处理，结合自身采样电流进行弧光保护的判断，保护动作并生成故障录录波等；

上述步骤中，若馈线装置3的母线室发生弧光故障时，馈线保护装置3将检测到的母线弧光信号发送至母联保护装置1和母联保护装置2，母联1合位，电流满足条件，则弧光保护动作，跳开母联1开关，不影响I段母线和III段母线的正常运行；

若馈线保护装置5检测到母线室发生弧光故障，则馈线保护5将检测到的母线弧光信号发送至进线保护2和母联保护2，此时进线2合位，电流满足条件，则弧光保护动作，跳开进线2开关，不影响I/II段母线的运行。

通过上述步骤实现了本实用新型的馈线弧光保护和母线弧光保护的功能，功能实现依靠进线保护、母联保护和馈线保护等装置、以及插在装置上弧光采集交互板上，无需增加独立弧光保护装置；且各装置采集的弧光信号都在本开关柜或相邻开关柜，距离都较短，降低了弧光探头到弧光采集板的传输距离，增强了弧光采集的灵敏性和一致性。

本实用新型具体应用途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种分布式弧光保护装置，其特征在于包括通过通讯连接模块实现通讯回路连接的进线装置、母联装置、馈线保护装置，插件式弧光采集交互板，分别插在进线装置、母联装置和馈线保护装置上，采集本开关柜内的母线弧光和馈线弧光信号；所述的通讯回路连接中每段母线各台装置的弧光采集交互板收发光纤口依次连接，形成一个收发环，母联装置的两个收发口分别连接至两段母线，每段母线形成一个独立的数据传输环路，实现不同段母线通讯回路的物理隔离。

2.根据权利要求1所述的分布式弧光保护装置，其特征在于：未安装保护装置的PT柜弧光信号接入相邻的馈线保护装置的弧光采集空闲通道，该通道设置为母线弧光信号；隔离柜的母线弧光接入母联柜的弧光采集通道，并设置为光纤接口的母线弧光信号，从光纤口发出，作为母线弧光信号。

3.根据权利要求1所述的分布式弧光保护装置，其特征在于：各馈线装置的母线室弧光、断路器室弧光通道设置为母线弧光通道，电缆室弧光设置默认为馈线弧光通道；进线装置的电缆室弧光设置为母线弧光通道。

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