CN216819390U - 一种基于高压快速开关软投切的消弧线圈成套装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电力系统配电网技术领域，公开了一种基于高压快速开关软投切的消弧线圈成套装置，包括接地变压器和控制单元，所述接地变压器的中性点上连接有真空断路器，所述真空断路器串联有消弧线圈，所述消弧线圈连接有电流互感器，所述接地变压器的中性点上还连接有电压互感器，所述电流互感器、电压互感器均连接至所述控制单元的输入端，所述控制单元的输出端与所述真空断路器连接。本实用新型的装置将真空断路器与消弧线圈串联在同一条支路中，通过真空断路器投切消弧线圈的方式，有效的保证系统安全可靠运行。

Description

一种基于高压快速开关软投切的消弧线圈成套装置

技术领域

本实用新型涉及电力系统配电网技术领域，具体涉及一种基于高压快速开关软投切的消弧线圈成套装置。

背景技术

电力系统中性点接地方式大概可分为中性点有效接地和中性点非有效接地两类。我国10kv配电网数量庞大，分布面广，其中中性点接地方式的选择对电网供电可靠性和安全运行的影响至关重要。

“交流电气装置过电压保护和绝缘配合”DL/T620-1997行业标准总结、吸取了多年来电网的运行经验和科研成果，对10kV配电网的中性点接地方式做出了新规定：架空线路构成的网络或架空线与电缆混合构成的网络，电容电流小于10A时，中性点采用不接地方式，少数情况下视限制过电压的需求也可采用高阻接地；超过10A时，采用经消弧线圈接地。纯电缆网络电容电流小于30A时，中性点采用不接地方式；超过30A时采用经消弧线圈接地。以电缆为主的网络，电容电流较大时可采用中性点经低电阻接地的方式。

实际应用中，如调匝式消弧线圈接在中性点上，当发生单相金属接地或低电阻接地故障时，消弧线圈补偿效果并不十分理想，存在残流稳定时间不达标的情况，根据电力行业标准DL/T 1057-2007规定，残流不应大于10A，残流稳定时间应尽量短，一类产品残流稳定时间不大于100ms，二类产品残流稳定时间不大于200ms。出现不达标的一般是是残流中含有大量的直流分量和谐波成分，若不能在较短的时间内把残流降至10A以下，弧光燃烧会使得线路绝缘损坏风险大大增加。

当前减小残流稳定时间多采用普通高压断路器或电力电子器件在峰值时刻投入消弧线圈，前者一般是采用弹簧操动机构，该方案存在的问题是机械结构复杂、分合闸时间长、寿命短、可靠性低等；后者面临的主要问题是市场上电力电子器件耐压等级一般在8500V以下，10kV电网采用此类开关器件投切消弧线圈时要将开关器件串联使用，并需要额外增加均压电路，来保证器件开通关断的同时性，触发电路输出脉冲也需要保持严格的一致性，这样设计难度和成本大大增加，并且高电压等级、感性负载也不利于电力电子器件的安全可靠运行。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于高压快速开关软投切的消弧线圈成套装置，该装置用于解决当前消弧线圈补偿存在的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种基于高压快速开关软投切的消弧线圈成套装置，包括接地变压器和控制单元，所述接地变压器的中性点上连接有真空断路器，所述真空断路器串联有消弧线圈，所述消弧线圈连接有电流互感器，所述接地变压器的中性点上还连接有电压互感器，所述电流互感器、电压互感器均连接至所述控制单元的输入端，所述控制单元的输出端与所述真空断路器连接。

在本实用新型中，进一步的，所述控制单元包括信号采集处理模块以及MOS管驱动模块，所述采集处理模块与所述MOS管驱动模块连接，所述采集处理模块用于接收采集到中性点上的电流电压信号并处理，并控制所述MOS管驱动模块的驱动所述真空断路器。

在本实用新型中，进一步的，所述信号采集处理模块还连接有设备显示屏以及数据中心，所述设备显示屏用于将信号采集处理模块转换后的数据在设备显示屏上显示，所述数据中心用于实现数据的远程监控。

在本实用新型中，进一步的，所述信号采集处理模块包括信号板和核心板，所述信号板的输入端与所述电流互感器、电压互感器连接，用于接收电流互感器实时采集的电流信号，以及电压互感器实时检测的电压信号，所述信号板的输出端与所述核心板连接。

在本实用新型中，进一步的，所述MOS管驱动模块包括MOS管驱动板，所述MOS管驱动板上集成驱动电路，所述驱动电路设有结构相同的两组，两组所述驱动电路分别用于控制真空断路器的合闸与分闸。

在本实用新型中，进一步的，其中一组所述驱动电路包括隔离电源、光耦驱动芯片以及MOS管，所述隔离电源用于为所述光耦驱动芯片供电，所述光耦驱动芯片的输入端与所述核心板连接，输出端与所述MOS管连接，所述光耦驱动芯片用于驱动MOS管以控制所述真空断路器的分闸。

在本实用新型中，优选的，所述光耦驱动芯片的型号为HCPL-3120。

在本实用新型中，优选的，所述信号采集处理模块通过RS232和/或RS485的通讯方式与所述数据中心通讯。

在本实用新型中，优选的，所述真空断路器选用永磁机构真空断路器。

在本实用新型中，优选的，所述消弧线圈为调匝式消弧线圈。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型的装置将真空断路器与消弧线圈串联在同一条支路中，接在中性点和地之间。电网正常运行时真空断路器处于分闸状态，此时为中性点不接地系统，可直接将调匝式消弧线圈预设在最佳补偿状态，不需考虑串联谐振过电压带来的影响。当发生单相接地故障时，核心板在检测到中性点电压过零后延时适当时间，在中性点电压峰值处输出高电平控制合闸信号，通过控制光耦驱动芯片控制合闸MOS管使真空断路器合闸。或者在发生间歇性接地或瞬时接地时，采用本实用新型装置，由于消弧线圈的补偿效果的明显改善，可延长故障相电压恢复时间。如此，有效的保证系统安全可靠运行。

此外，MOS管驱动模块与真空断路器线圈部分采用光耦隔离处理，保障了控制单元的安全运行。通过真空断路器投切消弧线圈的方式，具有动作时间快的优点，其分合闸时间小于20ms，保证了未补偿时的残流持续时间短，结合控制单元的软件部分达到与采用电力电子器件投切同样效果。另外可根据需要任意时刻切除消弧线圈，应用范围广且局限性小。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型的一种基于高压快速开关软投切的消弧线圈成套装置的整体布置图；

图2是本实用新型的一种基于高压快速开关软投切的消弧线圈成套装置的消弧线圈一次接线图；

图3是本实用新型的一种基于高压快速开关软投切的消弧线圈成套装置的控制单元的原理图；

图4是本实用新型的一种基于高压快速开关软投切的消弧线圈成套装置的驱动电路；

图中：1、接地变压器；2、控制单元；20、采集处理模块；201、信号板；202、核心板；21、MOS管驱动模块；22、设备显示屏；23、数据中心；3、真空断路器；4、消弧线圈；5、电流互感器；6、电压互感器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请同时参见图1、图2，本实用新型一较佳实施方式提供一种基于高压快速开关软投切的消弧线圈成套装置，包括依次设置的真空断路器3、接地变压器1以及消弧线圈4，其中，接地变压器1与电网连接，消弧线圈4为调匝式消弧线圈4，真空断路器3采用的永磁机构真空断路器3，主要包括永磁操作机构、手动分合闸模块、智能控制模块、储能模块、传动模块等。永磁操作机构采用单线圈单稳态形式，与断路器的弹簧操动机构相比，零件数减少了70％，零件数量的减少使发生故障的几率大大降低，可靠性进一步提高，便于智能控制和操作。手动分闸模块可以实现手动分闸，方便设备调试。

此外，永磁机构真空断路器3中永磁操动机构和真空灭弧室采用前后布置，主导电回路为落地式结构，上下出现座及真空灭弧室被安装在一个管状的绝缘筒内。绝缘筒用环氧树脂以APG工艺浇注形成，这种结构使得真空灭弧室表面不会发生粉尘聚集，避免其遭受外部因素破坏，可以确保在湿热及严重污染的环境下，仍具有良好的绝缘性能。

基于上述实施例，如图2、3所示，本发明还包括控制单元2，所述接地变压器1的中性点上连接真空断路器3，真空断路器3与消弧线圈4串联，所述消弧线圈4连接有电流互感器5，所述接地变压器1的中性点上还连接有电压互感器6，所述电流互感器5、电压互感器6均连接至所述控制单元2的输入端，所述控制单元2的输出端与所述真空断路器3连接。

具体的，本实用新型是将消弧线圈4、真空断路器3串联在同一支路中，接在接地变压器1的中性点上；中性点电压信号通过电压互感器6PT引出，电流信号通过电流互感器5CT引出，接在控制单元2输入端子上，经软件内部算法程序判断，控制真空断路器3线圈回路通断投切消弧线圈4。

具体的，电网正常运行时真空断路器3处于分闸状态，此时为中性点不接地系统，可直接将调匝式消弧线圈4预设在最佳补偿状态，不需考虑串联谐振过电压带来的影响。

当电网系统发生单相接地故障时，中性点电压上升至相电压，电压互感器6PT检测到相电压，并将电压信号输入到控制单元2作逻辑判断，依据现有理论，在中性点电压峰值时刻投入消弧线圈4可降低或消除残流中的直流分量和高次谐波，控制单元2将在中性点电压峰值时控制开关闭合。以将残流稳定时间限制在100ms内的要求。

具体实施方案是装置启动后，控制单元2不停判断中性点电压瞬时值是否超过阈值，当中性点电压达到阈值后，启动过零检测算法，检测到过零点后，由于真空断路器3的合闸时间为已知，加上定时器将延时适当时间在中性点电压峰值时刻合闸，并发出接地警告；同理，当检测到中性点电压有效值降至阈值以下，说明接地故障已解除，控制单元2输出分闸信号，以控制真空断路器3分闸。

如此，采用本实用新型装置，采用真空断路器3在峰值时刻投入消弧线圈4，接地点的电容电流在消弧线圈4补偿下暂态过程大大缩短，迅速达到稳定状态，在大量试验表明，残流稳定时间均在60ms以内，补偿效果稳定可靠，尤其是在金属接地或小电阻接地时，消弧线圈4的补偿效果得到了极大提升。

此外，通过真空断路器3投切消弧线圈4的方式，具有动作时间快的优点，其分合闸时间小于20ms，保证了未补偿时的残流持续时间短，结合控制单元2的软件部分达到与采用电力电子器件投切同样效果。另外可根据需要任意时刻切除消弧线圈4，应用范围广且局限性小。

在本实用新型中，进一步的，所述控制单元2包括信号采集处理模块20以及MOS管驱动模块21，所述采集处理模块20与所述MOS管驱动模块21连接，所述采集处理模块20用于接收采集到中性点上的电流电压信号并处理，并控制所述MOS管驱动模块21的驱动所述真空断路器3。

具体的，所述信号采集处理模块20包括信号板201和核心板202，所述信号板201的输入端与所述电流互感器5、电压互感器6连接，用于接收电流互感器5实时采集的电流信号，以及电压互感器6实时检测的电压信号，所述信号板201的输出端与所述核心板202连接。

示例性的，所述MOS管驱动模块21包括MOS管驱动板，所述MOS管驱动板上集成驱动电路，所述驱动电路设有结构相同的两组，两组所述驱动电路分别用于控制真空断路器3的合闸与分闸。合闸分闸的控制方式实质相同，本实施例以分闸为例进行说明：

如图4所示，所述驱动电路包括隔离电源、光耦驱动芯片U1以及分闸MOS管Q1，所述隔离电源为15V，15V电源经过滤波后用于为所述光耦驱动芯片U1供电。所述光耦驱动芯片U1的输入端与所述核心板202连接，输出端与分闸MOS管Q1栅极连接，所述光耦驱动芯片U1用于驱动分闸MOS管Q1以控制所述真空断路器3的分闸。其中，光耦驱动芯片U1的型号为HCPL-3120，该芯片可通过内部的光耦隔离，保障控制单元2的安全运行。

在本实用新型中，进一步的，所述信号采集处理模块20还连接有设备显示屏22以及数据中心23，所述设备显示屏22用于将信号采集处理模块20转换后的数据在设备显示屏22上显示，所述数据中心23用于实现数据的远程监控。

具体的，电力互感器CT实时采集电感电流，控制单元2将采集的数据经换算处理后在设备显示屏22上显示，装置通过RS232、RS485等的通讯方式将运行状态和实时数据上传至数据中心23。

同时，本控制单元2还有存储模块，存储模块具有掉电保持储存信息的功能，可储存控制单元2动作信息、接地信息及故障信息的历史数据，确保控制单元2工作电源断电后关键参数不会丢失。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

具体的工作原理如下：

电网正常运行时真空断路器3设置为分闸状态，供电后电压互感器6PT二次侧输出信号经降压、隔离和调理进入控制单元2，控制单元2开始不停监测中性点电压瞬时值是否超过阈值，当连续超过阈值的监测点数量达到设定值后，程序启动过零检测功能，由于在接地开始后短时间内中性点电压处于暂态过程，频率并非50Hz，为了更精确在峰值位置投入消弧线圈4，控制单元2输出高电平前延时2个周波，微调该延时时间使得其加上真空断路器3固有合闸时间刚好在中性点电压的峰值位置，即真空断路器3完全闭合刚好处在峰值时刻。

当控制单元2检测到中性点电压有效值小于设定阈值后，产生分闸信号，信号经光耦驱动芯片进行光耦隔离后驱动分闸MOS管导通，真空断路器3断开，分闸动作时间小于20ms，此时为中性点不接地系统，整个过程由控制单元2自动完成。

需要说明的是，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

应当理解，本申请实施例中，各个实施例、特征可以互相组合结合，都能实现解决前述技术问题。

上述说明是针对本实用新型较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本实用新型的专利申请范围，凡本实用新型所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本实用新型所涵盖专利范围。

Claims (10)

1.一种基于高压快速开关软投切的消弧线圈成套装置，其特征在于，包括接地变压器(1)和控制单元(2)，所述接地变压器(1)的中性点上连接有真空断路器(3)，所述真空断路器(3)串联有消弧线圈(4)，所述消弧线圈(4)连接有电流互感器(5)，所述接地变压器(1)的中性点上还连接有电压互感器(6)，所述电流互感器(5)、电压互感器(6)均连接至所述控制单元(2)的输入端，所述控制单元(2)的输出端与所述真空断路器(3)连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于高压快速开关软投切的消弧线圈成套装置，其特征在于，所述控制单元(2)包括信号采集处理模块(20)以及MOS管驱动模块(21)，所述采集处理模块(20)与所述MOS管驱动模块(21)连接，所述采集处理模块(20)用于接收采集到中性点上的电流电压信号并处理，并控制所述MOS管驱动模块(21)的驱动所述真空断路器(3)。

3.根据权利要求2所述的一种基于高压快速开关软投切的消弧线圈成套装置，其特征在于，所述信号采集处理模块(20)还连接有设备显示屏(22)以及数据中心(23)，所述设备显示屏(22)用于将信号采集处理模块(20)转换后的数据在设备显示屏(22)上显示，所述数据中心(23)用于实现数据的远程监控。

4.根据权利要求2所述的一种基于高压快速开关软投切的消弧线圈成套装置，其特征在于，所述信号采集处理模块(20)包括信号板(201)和核心板(202)，所述信号板(201)的输入端与所述电流互感器(5)、电压互感器(6)连接，用于接收电流互感器(5)实时采集的电流信号，以及电压互感器(6)实时检测的电压信号，所述信号板(201)的输出端与所述核心板(202)连接。

5.根据权利要求4所述的一种基于高压快速开关软投切的消弧线圈成套装置，其特征在于，所述MOS管驱动模块(21)包括MOS管驱动板，所述MOS管驱动板上集成驱动电路，所述驱动电路设有结构相同的两组，两组所述驱动电路分别用于控制真空断路器(3)的合闸与分闸。

6.根据权利要求5所述的一种基于高压快速开关软投切的消弧线圈成套装置，其特征在于，其中一组所述驱动电路包括隔离电源、光耦驱动芯片以及分闸MOS管，所述隔离电源用于为所述光耦驱动芯片供电，所述光耦驱动芯片的输入端与所述核心板(202)连接，输出端与所述分闸MOS管连接，所述光耦驱动芯片用于驱动分闸MOS管以控制所述真空断路器(3)的分闸。

7.根据权利要求6所述的一种基于高压快速开关软投切的消弧线圈成套装置，其特征在于，所述光耦驱动芯片的型号为HCPL-3120。

8.根据权利要求3所述的一种基于高压快速开关软投切的消弧线圈成套装置，其特征在于，所述信号采集处理模块(20)通过RS232和/或RS485的通讯方式与所述数据中心(23)通讯。

9.根据权利要求3所述的一种基于高压快速开关软投切的消弧线圈成套装置，其特征在于，所述真空断路器(3)选用永磁机构真空断路器(3)。

10.根据权利要求1所述的一种基于高压快速开关软投切的消弧线圈成套装置，其特征在于，所述消弧线圈(4)为调匝式消弧线圈(4)。

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