CN214124816U - 封闭母线的冲击波反锁保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了封闭母线的冲击波反锁保护装置，包括微处理器、冲击波信号生成模块和跳闸线圈驱动模块；所述的冲击波信号生成模块的输出端与微处理器的输入端连接，所述的微处理器的输出端与跳闸线圈驱动模块的输入端连接，用于通过跳闸线圈驱动模块控制向母线供电的电源进线的跳闸线圈TQ通电；本实用新型的有益效果：第一：由于跳开了所有电源进线，防止背景技术中所述的5步事故演化模型发生，避免火烧连营式烧毁母线上所连接的大量设备和电力变压器；第二：由于不用和其它保护进行配合延时，切除故障的速度比传统方法要快很多。

Description

封闭母线的冲击波反锁保护装置

技术领域

本实用新型涉及供电安全领域，尤其涉及封闭母线的冲击波反锁保护装置。

背景技术

目前我国城乡110Kv及以下变电站，普遍采用封闭母线结构，如图1所示，其显著特点如下：

(1) 低压侧母线贯通整个成排放置的封闭的高压开关柜2；

(2) 由于以下三个主要原因引起不同程度的爆炸冲击波，冲击波损坏电力原件的绝缘导致短路。

原因1，柜内单相接地故障容易诱发电弧放电而引起冲击波；

原因2，CT质量问题，在运行过程中由于发热产生爆裂或爆炸产生冲击波；

原因3，PT在雷电、谐振或其不正常状态下发生爆炸产生冲击波；

原因4，各种原因发生的相间短路放电生冲击波。

(3) 没有配备变压器1低压侧母线保护，低压母线发生短路时，由变压器1后备保护模块切除故障；

如图1、图2和图3所示：变压器1后备保护模块的工作原理为：通过设置在变压器1低压侧上的CT（电流互感器）检测变压器1低压侧是否存在故障电流，若变压器1低压侧的三相线（A、B、C）中的任一相或多相存在故障电流，则设置在CT绕组上的三个电流继电器LJ_A、LJ_B、LJ_C至少两个通电，使LJ_A、LJ_B、LJ_C对应的常开触点（LJ_a、LJ_b、LJ_c，图中未标出）闭合，进而中间继电器的线圈ZJ通电导致中间继电器的第一常开触点ZJ_1和第二常开触点ZJ_2闭合，进而时间继电器的线圈SJ通电进入延时状态，当延时状态持续到预设的时间1.5s时，时间继电器的常开触点SJ_1闭合，使跳闸线圈TQ通电，断路器DL_G（或/和）断路器DL_D断开，线路断电，防止母线柜及柜内设备损坏；

上述变压器1后备保护模块的动作过程中，变压器1后备保护模块从CT检测到变压器1出线侧上存在短路电流，断路器DL_G或\和断路器DL_D不立即跳闸而延时1.5s后跳闸的原因为：如图1所示，无论是母线室3内F点发生短路，或者是下级电路上的FL点发生短路，变压器1出线侧上均会出现短路电流，假设某一时刻下级电路上的FL点出现短路电流，若断路器DL_G或\和断路器DL_D立即跳闸，则将导致其他的下级电路全部断电，将造成不必要的损失和负面影响；因此，变压器1后备保护模块检测到变压器1出线侧上存在短路电流后，不立即跳闸而延时1.5s时间，在延时的1.5s时间内，由设置在下级线路断路器（DL_1、 DL_2、DL_3……DL_n）上的保护模块判断是否是下级电路发生短路情况，若是下级电路发生短路情况，则对应的下级电路上的断路器DL_3跳闸，此时，变压器1后备保护模块检测到的短路电流消失，进而，时间继电器的常开触点SJ_1因其线圈SJ断电，在1.5s后不会闭合，断路器DL_G或\和断路器DL_D不会跳闸；若短路点在母线上而下级电路上情况，则短路电流不会消失，1.5s后，时间继电器的常开触点SJ_1闭合，变压器1后备保护模块通过SJ_1、ZJ_2使跳闸线圈TQ通电，进而使断路器DL_G或\和断路器DL_D跳闸，防止母线柜内设备烧毁事故扩大。

总结近年发生的大量110Kv及以下封闭母线事故，发现存在以下5步事故演化模型：

1：母线柜内一个元件放电或爆炸产生冲击波；

2：冲击波损坏柜内其它带电元件绝缘，其它带电元件在高电压大电流的作用下相继爆炸；

3：各次爆炸产生的冲击波相叠加使事故快速恶化；

4：引起“火烧连营”式设备烧毁，甚至烧毁所有设备的保护电源，使全站保护失灵；

5：若变压器1保护电源在第4步以前已经烧毁，则变压器1后备保护模块失灵，变压器1难免被烧毁；若变压器1保护电源还未被烧毁，则因故障点在变压器1后备保护模块保护范围之内，跳闸时间大于1.5秒，此时变压器1已承受长时间短路电流的冲击，不被彻底烧毁也会严重受损。

结合上述5步事故演化模型，发现导致上述5步事故演化模型发生的主要问题为：

高压开关柜2内的母线上没有配备保护装置，因此，柜内单个元件（PT、CT、避雷器等）发生放电或爆炸时，需要变压器1后备保护模块取出短路电流后再延时跳闸。但是在延时的过程内,往往造成“火烧连营”,即通过母线连接的所有开关柜内的断路器及其它设备全部烧毁。 在“火烧连营”事故中若损坏了变压器1保护电源，则变压器1后备保护模块也不会动作，必然烧毁变压器1；但是，若变压器1后备保护模块不经过延时直接跳闸，又将导致所有下级线路均发生不必要断电的情况，进而导致经济损失和社会不满情绪；上述问题已困扰电力行业多年，成为了一个亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供封闭母线的冲击波反锁保护装置，能够利用高压开关柜母线室第一个元件爆炸产生的第一个冲击波信号，直接判断爆炸故障是否发生在母线室内，断路器DL_D及连接在母线上的所有电源进线断路器立即跳闸，防止因变压器后备保护模块延时过长，导致的变压器烧毁及火烧连营情况发生。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

封闭母线的冲击波反锁保护装置，包括微处理器、冲击波信号生成模块和跳闸线圈驱动模块；所述的冲击波信号生成模块的输出端与微处理器的输入端连接，所述的微处理器的输出端与跳闸线圈驱动模块的输入端连接，用于通过跳闸线圈驱动模块控制向母线供电的电源进线的跳闸线圈TQ通电；

所述的冲击波信号生成模块包括信号生成电源、信号采集机构、第一断电延时继电器、第二断电延时继电器、第一光耦、第二光耦、第一信号处理机构和第二信号处理机构；所述的信号采集机构包括设置在高压开关柜内两组冲击波传感器，两组冲击波传感器中含有数目相同的多个冲击波传感器，所述的两组冲击波传感器分别设置在高压开关柜母线室内两个相对方向的内壁上，且两组冲击波传感器的感应端相对设置；第一组冲击波传感器并联后的第一端与信号生成电源的正极电连接，第一组冲击波传感器并联后的第二端与依次通过所述的第一光耦的光耦发光器和第一一电阻与信号生成电源的负极电连接，第一断电延时继电器的线圈的第一端与信号生成电源的正极电连接，第一断电延时继电器的线圈的第二端依次通过所述的第一光耦的光耦受光器和第一二电阻与信号生成电源的负极电连接，第二组冲击波传感器并联后的第一端与信号生成电源的正极电连接，第二组冲击波传感器并联后的第二端与依次通过所述的第二光耦的光耦发光器和第二一电阻与信号生成电源的负极电连接，第二断电延时继电器的线圈的第一端与信号生成电源的正极电连接，第二断电延时继电器的线圈的第二端依次通过所述的第二光耦的光耦受光器和第二二电阻与信号生成电源的负极电连接，第一断电延时继电器的线圈的常开触点与信号生成电源的正极电连接，第一断电延时继电器的常开触点的第二端通过第一信号处理机构与微处理器的输入端连接，第二断电延时继电器的线圈的常开触点与信号生成电源的正极电连接，第二断电延时继电器的常开触点的第二端通过第二信号处理机构与微处理器的输入端连接，所述的第一信号处理机构和第二信号处理机构均采用A/D转换电路。

所述的第一断电延时继电器和第二断电延时继电器的延时断电时间为0.3s。

所述的冲击波信号生成模块还包括第一信号调理机构和第二信号调理机构；所述第一断电延时继电器的常开触点的第二端通过第一信号调理机构与第一信号处理机构连接，所述第二断电延时继电器的常开触点的第二端通过第二信号调理机构与第二信号处理机构连接，所述的第一信号调理机构和第二信号调理机构均由依次连接的滤波电路、放大电路和整形电路构成。

所述的跳闸线圈驱动模块采用继电器线圈驱动电路。

所述的微处理器采用单片机、PLC或知识产权核IP core。

本实用新型的有益效果：

第一：当母线故障时立即跳开母线上所有电源进线断路器,而不仅仅是单一电源供电方式下的变压器低压出线断路器，因此适应于多电源母线供电方式的母线保护；

第二：由于跳开了所有电源进线，防止背景技术中所述的5步事故演化模型发生，避免火烧连营式烧毁母线上所连接的大量设备和电力变压器；

第三：由于不用和其它保护进行配合延时，切除故障的速度比传统方法要快很多；

第四：利用第一延时断开继电器和第二延时断开继电器使冲击波信号消失后依然保持0.3秒有效，即使在冲击波信号到达第二组冲击波传感器时，第一组冲击波传感器上的信号已结束，也能保证所有连接在母线上的电源进线断路器也能正常跳闸。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为变压器后备保护模块的结构示意图；

图2为变压器后备保护模块的原理示意图；

图3为利用电流互感器检测变压器低压侧故障电流的原理示意图；

图4为本实用新型所述的信号采集机构的结构示意图；

图5为本实用新型的原理示意图；

图6为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图4、图5和图6所示：本实用新型所述的封闭母线的冲击波反锁保护装置，包括微处理器、冲击波信号生成模块和跳闸线圈驱动模块；所述的冲击波信号生成模块的输出端与微处理器的输入端连接，所述的微处理器的输出端与跳闸线圈驱动模块的输入端连接，用于通过跳闸线圈驱动模块控制向母线供电的电源进线的跳闸线圈TQ通电，使连接在母线上的所有电源进线断路器同时全部跳闸；需要说明的是，连接在母线上的向母线供电的电源可能不止变压器高压侧的一个电源，下级线路上也可能设置其他电源，每条电源进线的断开均由对应断路器的跳闸线圈TQ控制，如图6所示：第一下级线路上设置有电源，第一下级线路上的跳闸线圈TQ通过对应的断路器DL_1控制电源断开。

所述的冲击波信号生成模块包括信号生成电源、信号采集机构、第一断电延时继电器、第二断电延时继电器、第一光耦Oc1、第二光耦Oc2、第一信号处理机构和第二信号处理机构；所述的信号采集机构包括设置在高压开关柜内两组冲击波传感器，两组冲击波传感器中含有数目相同的多个冲击波传感器，所述的两组冲击波传感器分别设置在高压开关柜母线室内两个相对方向的内壁上，且两组冲击波传感器的感应端相对设置；第一组冲击波传感器（Da1，Da2…Dan）并联后的第一端与信号生成电源的正极电连接，第一组冲击波传感器（Da1，Da2…Dan）并联后的第二端与依次通过所述的第一光耦Oc1的光耦发光器和第一一电阻R11与信号生成电源的负极电连接，第一断电延时继电器的线圈Da的第一端与信号生成电源的正极电连接，第一断电延时继电器的线圈Da的第二端依次通过所述的第一光耦Oc1的光耦受光器和第一二电阻R12与信号生成电源的负极电连接，第二组冲击波传感器（Db1，Db2…Dbn）并联后的第一端与信号生成电源的正极电连接，第二组冲击波传感器（Db1，Db2…Dbn）并联后的第二端与依次通过所述的第二光耦Oc2的光耦发光器和第二一电阻R21与信号生成电源的负极电连接，第二断电延时继电器的线圈Db的第一端与信号生成电源的正极电连接，第二断电延时继电器的线圈Db的第二端依次通过所述的第二光耦Oc2的光耦受光器和第二二电阻R22与信号生成电源的负极电连接，第一断电延时继电器的常开触点Das的第一端与信号生成电源的正极电连接，第一断电延时继电器的常开触点Das的第二端通过第一信号处理机构与微处理器的输入端连接，第二断电延时继电器的常开触点Dbs的第一端与信号生成电源的正极电连接，第二断电延时继电器的常开触点Dbs的第二端通过第二信号处理机构与微处理器的输入端连接，所述的第一信号处理机构和第二信号处理机构均采用A/D转换电路。

本实用新型所述的封闭母线的冲击波反锁保护装置的工作原理为：

首先需要注意的是：当高压开关柜的母线室内产生冲击波时，表示高压开关柜的母线室内已出现问题，此时不必通过设置在下级线路断路器（DL_1、 DL_2、 DL_3……DL_n）上的保护模块判断是否是下级电路发生问题，应该跳过变压器1后备保护模块中时间继电器的延时1.5s的时间，立即使跳闸线圈TQ通电，跳开防止母线柜及柜内设备进一步损坏。

本实用新型中，一旦高压开关柜的母线室内产生冲击波，设置在高压开关柜内的冲击波传感器就能够采集到冲击波信号；由于是高压开关柜内部产生的冲击波，因此，冲击波向四周发散传播的过程中，将触发感应端相对设置的两组冲击波传感器；进一步的，第一光耦Oc1和第二光耦Oc2的光耦发光器均发光，使第一光耦Oc1和第二光耦Oc2的光耦受光器接收到光耦发光器的发光信号后导通，使第一断电延时继电器的线圈Da和第二断电延时继电器的线圈Db带电导通，进而，第一断电延时继电器的常开触点Das和第二断电延时继电器的常开触点Dbs闭合，并分别通过第一信号处理机构和第二信号处理机构将闭合信号发送至微处理器，微处理器接收到第一断电延时继电器的常开触点Das和第二断电延时继电器的常开触点Dbs都处于闭合状态的信号之后，跳过变压器1后备保护模块中时间继电器的延时1.5s的时间，立即使所有连接在母线上的电源进线断路器跳闸线圈TQ通电，断开所有母线进线电源，防止母线柜及柜内设备进一步损坏。

需要注意的是：在上述过程中，若高压开关柜的柜体受到外部力量如石块撞击时，高压开关柜柜体内部也将产生微弱冲击波响应，由于外力一般是一个方向施加的，因此高压开关柜柜体内的微弱冲击波相应也是单向的，将不会同时触发感应端相对设置的两组冲击波传感器；因此，本实用新型中采用的感应端相对设置的设置方式，能够有效的避免冲击波传感器误触发的情况发生，进而有效的防止电源进线断路器误断，减少经济损失。

还需要注意的是：在上述过程中，若因高压开关柜内元器件位置的限制，两组冲击波传感器不能在相对的两个方向的相对位置一一对应设置，则可能导致第一组冲击波传感器（Da1，Da2…Dan）接收到冲击波信号消失之后，第二组冲击波传感器（Db1，Db2…Dbn）才接收到冲击波信号，这种情况也能表明表示高压开关柜的母线室内已出现问题，需要立即使跳闸线圈TQ通电，因此，本实用新型中采用了第一断电延时继电器和第二断电延时继电器；断电延时继电器的特点是瞬时动作、延时断开，即第一组冲击波传感器（Da1，Da2…Dan）接收到冲击波信号后，第一断电延时继电器的常开触点Das闭合，第一组冲击波传感器（Da1，Da2…Dan）接收到冲击波信号消失之后，第一断电延时继电器的常开触点Das将延时一段时间后才断开，只要第二组冲击波传感器（Db1，Db2…Dbn）在延时时间内接收到冲击波信号，微处理器即可接收到第一断电延时继电器的常开触点Das和第二断电延时继电器的常开触点Dbs都处于闭合状态的信号，并立即使所有母线上的电源进线断路器跳闸线圈TQ通电。

优选的：所述的第一断电延时继电器和第二断电延时继电器的延时断电时间为0.3s；因为高压开关柜的长度通常不超过100米，0.3秒时间内，冲击波可传播100米的距离，保证高压开关柜内的两组冲击波传感器均可接收到冲击波信号，且第一断电延时继电器的常开触点Das和第二断电延时继电器的常开触点Dbs可都处于闭合状态。

优选的：所述的冲击波信号生成模块还包括第一信号调理机构和第二信号调理机构；所述第一断电延时继电器的常开触点Das的第二端通过第一信号调理机构与第一信号处理机构连接，所述第二断电延时继电器的常开触点Dbs的第二端通过第二信号调理机构与第二信号处理机构连接，所述的第一信号调理机构和第二信号调理机构均由依次连接的滤波电路、放大电路和整形电路构成；所述的第一信号调理机构和第二信号调理机构能够对第一断电延时继电器和第二断电延时继电器的闭合信号进行滤波、放大和整形调理，保证微处理器能够接收到有效的第一断电延时继电器和第二断电延时继电器闭合信号，进而保证跳闸线圈TQ通电，所有母线上的电源进线断路器跳闸断电，防止母线柜及柜内设备进一步损坏。

优选的：所述的跳闸线圈驱动模块采用继电器线圈驱动电路，继电器线圈驱动电路属于本领域现有成熟技术，本实用新型中不再赘述。

优选的：所述的微处理器采用单片机、PLC或知识产权核IP core。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.封闭母线的冲击波反锁保护装置，其特征在于：包括微处理器、冲击波信号生成模块和跳闸线圈驱动模块；所述的冲击波信号生成模块的输出端与微处理器的输入端连接，所述的微处理器的输出端与跳闸线圈驱动模块的输入端连接，用于通过跳闸线圈驱动模块控制向母线供电的电源进线的跳闸线圈（TQ）通电；

所述的冲击波信号生成模块包括信号生成电源、信号采集机构、第一断电延时继电器、第二断电延时继电器、第一光耦、第二光耦、第一信号处理机构和第二信号处理机构；所述的信号采集机构包括设置在高压开关柜内两组冲击波传感器，两组冲击波传感器中含有数目相同的多个冲击波传感器，所述的两组冲击波传感器分别设置在高压开关柜母线室内两个相对方向的内壁上，且两组冲击波传感器的感应端相对设置；第一组冲击波传感器并联后的第一端与信号生成电源的正极电连接，第一组冲击波传感器并联后的第二端与依次通过所述的第一光耦的光耦发光器和第一一电阻与信号生成电源的负极电连接，第一断电延时继电器的线圈的第一端与信号生成电源的正极电连接，第一断电延时继电器的线圈的第二端依次通过所述的第一光耦的光耦受光器和第一二电阻与信号生成电源的负极电连接，第二组冲击波传感器并联后的第一端与信号生成电源的正极电连接，第二组冲击波传感器并联后的第二端与依次通过所述的第二光耦的光耦发光器和第二一电阻与信号生成电源的负极电连接，第二断电延时继电器的线圈的第一端与信号生成电源的正极电连接，第二断电延时继电器的线圈的第二端依次通过所述的第二光耦的光耦受光器和第二二电阻与信号生成电源的负极电连接，第一断电延时继电器的线圈的常开触点与信号生成电源的正极电连接，第一断电延时继电器的常开触点的第二端通过第一信号处理机构与微处理器的输入端连接，第二断电延时继电器的线圈的常开触点与信号生成电源的正极电连接，第二断电延时继电器的常开触点的第二端通过第二信号处理机构与微处理器的输入端连接，所述的第一信号处理机构和第二信号处理机构均采用A/D转换电路。

2.根据权利要求1所述的封闭母线的冲击波反锁保护装置，其特征在于：所述的第一断电延时继电器和第二断电延时继电器的延时断电时间为0.3s。

3.根据权利要求1所述的封闭母线的冲击波反锁保护装置，其特征在于：所述的冲击波信号生成模块还包括第一信号调理机构和第二信号调理机构；所述第一断电延时继电器的常开触点的第二端通过第一信号调理机构与第一信号处理机构连接，所述第二断电延时继电器的常开触点的第二端通过第二信号调理机构与第二信号处理机构连接，所述的第一信号调理机构和第二信号调理机构均由依次连接的滤波电路、放大电路和整形电路构成。

4.根据权利要求1所述的封闭母线的冲击波反锁保护装置，其特征在于：所述的跳闸线圈驱动模块采用继电器线圈驱动电路。

5.根据权利要求1所述的封闭母线的冲击波反锁保护装置，其特征在于：所述的微处理器采用单片机、PLC或知识产权核。

Images