CN218512525U - 一种馈线终端装置的故障相电流采集电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及馈线终端装置技术领域，尤其涉及一种馈线终端装置的故障相电流采集电路，包括：第一电流互感器，具有一第一预设变比，设置于馈线终端装置的二次侧，用于在电路故障时为模数转换器提供录波需求；第二电流互感器，具有一第二预设变比，设置于馈线终端装置的二次侧，并与第一电流互感器并联，第二电流互感器用于测量高阻抗接地产生的突变电流。本实用新型技术方案的有益效果：为馈线终端装置提供一种双量程CT的故障相电流采集电路，不仅能在线路出现短路故障时满足20倍的录波需求，同时还能在非线路故障情况下准确地测量到350mA电流量的突变信号，从而准确地判断出10KV系统的任一相线产生的高阻接地故障。

Description

一种馈线终端装置的故障相电流采集电路

技术领域

本实用新型涉及馈线终端装置技术领域，尤其涉及一种馈线终端装置的故障相电流采集电路。

背景技术

国网标准化电子式配电开关监控终端装置(Feeder Terminal Unit，简称FTU)，一次侧CT(Current transformer，电流互感器)采用600A:1V的电流采集CT转换获得电压小信号，电流互感器的作用是可以把数值较大的一次电流通过一定的变比转换为数值较小的二次电流，用来进行保护、测量等用途。电路在短路故障时要求满足20倍过载的录波需求，一般FTU装置内部会使用20V：3.25V的二次侧小CT转换这个负载电流变换小信号进入16位ADC(Analog-to-Digital Converter，模数转换器)进行录波处理。按该变比装置测试额定600A负载电流信号时可在ADC输入端产生±229.775mV的模拟量信号。

在现有技术中，10KV中性点不接地线路系统中，由于分布电容、分布电阻的存在。当出现任意线路上的2KΩ高阻抗接地时，等效模型下故障相接地后最小的电流突变量约为350mA。如采用传统的单量程CT情况下，由于满足录波需求的二次侧小CT的量程较大(即变比大)，350mA的故障相电流变化量仅能在ADC输入端仅能产生者±0.134035mV的模拟量突变。由于ADC采用16位，ADC测试量程范围为±10V，也就是最小ADC刻度1LBS对应为20V/65535＝0.305180mV，另外ADC本身还存在噪声的问题，因此根本无法准确测量到350mA电流量的突变信号，因无法准确地测量到暂态的突变量电流信号也就无法判定出线路是否出现高阻接地故障。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种馈线终端装置的故障相电流采集电路。

具体技术方案如下：

本实用新型包括一种馈线终端装置的故障相电流采集电路，包括：

一第一电流互感器，具有一第一预设变比，设置于所述馈线终端装置的二次侧，所述第一电流互感器的原边侧的第一输入端连接所述馈线终端装置的一次侧的第一输出端，所述第一电流互感器的原边侧的第二输入端连接所述馈线终端装置的一次侧的第二输出端；

一第二电流互感器，具有一第二预设变比，设置于所述馈线终端装置的二次侧，并与所述第一电流互感器并联，所述第二电流互感器的原边侧的第一输入端连接所述馈线终端装置的一次侧的第一输出端，所述第二电流互感器的原边侧的第二输入端连接所述馈线终端装置的一次侧的第二输出端；

一模数转换器，所述模数转换器的第一输入端连接所述第一电流互感器的副边侧的第一输出端，所述模数转换器的第二输入端连接所述第一电流互感器的副边侧的第二输出端，所述第一电流互感器用于在电路故障时为所述模数转换器提供录波需求；

所述模数转换器的第三输入端连接所述第二电流互感器的副边侧的第一输出端，所述模数转换器的第四输入端连接所述第二电流互感器的副边侧的第二输出端，所述第二电流互感器用于测量高阻抗接地产生的突变电流。

优选的，还包括：

一过载保护装置，设置于所述馈线终端装置的一次侧的第一输出端与所述第二电流互感器的原边侧的第一输入端之间，用于监测所述馈线终端装置的一次侧的输出信号，当所述输出信号超过一预设阈值时，所述过载保护装置自动切断所述第二电流互感器的原边侧。

优选的，所述过载保护装置具体包括：

一整流桥，所述整流桥的第一输入端连接所述馈线终端装置的一次侧的第一输出端，所述整流桥的第二输入端连接所述第二电流互感器的原边侧的第二输入端；

一继电器，所述整流桥的第一输出端和第二输出端分别连接于所述继电器的线圈的两侧；

所述继电器还包括一触点，连接于所述第二电流互感器的原边侧的第一输入端与所述馈线终端装置的一次侧的第一输出端之间。

优选的，所述过载保护装置具体还包括：

一开关管，所述开关管的栅极通过一第一电阻连接所述整流桥的第一输出端，所述开关管的源极接地，所述开关管的漏极连接所述继电器线圈；

一第一电容，连接于所述第一电阻与所述整流桥的第二输出端之间；

一第二电阻，连接于所述第一电阻与所述整流桥的第二输出端之间，并与所述第一电容并联；

一稳压二极管，连接于所述第一电阻与所述整流桥的第二输出端之间，并与所述第一电容、所述第二电阻并联。

优选的，所述过载保护装置具体还包括一隔离直流电源，连接所述继电器线圈，用于给所述继电器线圈提供电流。

优选的，所述第一预设变比为20V：3.25V。

优选的，所述第二预设变比为1V：3.25V。

优选的，还包括一第三电流互感器，具有一第三预设变比，设置于所述馈线终端装置的一次侧，所述第三电流互感器的副边侧的第一输出端和第二输出端分别作为所述馈线终端装置的一次侧的第一输出端和第二输出端。

优选的，所述第三预设变比为600A：1V。

优选的，所述第一电阻为限流电阻。

本实用新型的技术方案具有如下优点或有益效果：为馈线终端装置提供一种双量程CT的故障相电流采集电路，不仅能在线路出现短路故障时满足20倍的录波需求，同时还能在非线路故障情况下准确地测量到350mA电流量的突变信号，从而准确地判断出10KV系统的任一相线产生的高阻接地故障。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本实用新型的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本实用新型范围的限制。

图1为本实用新型第一实施例中的馈线终端装置的故障相电流采集电路结构图；

图2为本实用新型第二实施例中的馈线终端装置的故障相电流采集电路结构图。

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作出创造性劳动的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，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。

本实用新型包括一种馈线终端装置的故障相电流采集电路，如图1和图2所示，包括：

第一电流互感器CT1，具有一第一预设变比，设置于馈线终端装置FTU的二次侧，第一电流互感器CT1的原边侧的第一输入端连接馈线终端装置的一次侧的第一输出端，第一电流互感器CT1的原边侧的第二输入端连接馈线终端装置的一次侧的第二输出端；

第二电流互感器CT2，具有一第二预设变比，设置于馈线终端装置的二次侧，并与第一电流互感器CT1并联，第二电流互感器CT2的原边侧的第一输入端连接馈线终端装置的一次侧的第一输出端，第二电流互感器CT2的原边侧的第二输入端连接馈线终端装置的一次侧的第二输出端；

模数转换器ADC，模数转换器的第一输入端连接第一电流互感器CT1的副边侧的第一输出端，模数转换器的第二输入端连接第一电流互感器CT1的副边侧的第二输出端，第一电流互感器CT1用于在电路故障时为模数转换器提供录波需求；

模数转换器的第三输入端连接第二电流互感器CT2的副边侧的第一输出端，模数转换器的第四输入端连接第二电流互感器CT2的副边侧的第二输出端，第二电流互感器CT2用于测量高阻抗接地产生的突变电流。

具体地，在本实施例中，FTU装置的二次侧包括两个不同量程的电流互感器并联，其中第一电流互感器的量程较大，用于在线路出现短路故障时满足ADC的录波需求，第二电流互感器的量程较小但是精度较高，可以在额定600A的负载电流下，捕捉到2KΩ的高阻抗接地产生的350mA的突变电流，从而准确地判断出线路的任一相线产生的高阻接地故障。

在一种较优的实施例中，如图1和图2所示，还包括：

过载保护装置K，设置于馈线终端装置的一次侧的第一输出端与第二电流互感器CT2的原边侧的第一输入端之间，用于监测馈线终端装置的一次侧的输出信号，当输出信号超过一预设阈值时，过载保护装置自动切断第二电流互感器的原边侧。

具体地，本实施例中的过载保护装置用于监测一次侧CT的输出信号，当一次侧CT的输出信号超过预设阈值时，过载保护装置自动切断小量程高精度CT，即切断CT2的输入原边侧，起到保护小量程高精度CT的目的。

在一种较优的实施例中，如图2所示，过载保护装置具体包括：

整流桥，整流桥的第一输入端连接馈线终端装置的一次侧的第一输出端，整流桥的第二输入端连接第二电流互感器CT2的原边侧的第二输入端；

继电器，整流桥的第一输出端和第二输出端分别连接于继电器的线圈K1A的两侧；

继电器还包括一触点K1B，连接于第二电流互感器的原边侧的第一输入端与馈线终端装置的一次侧的第一输出端之间；

开关管Q1，开关管G1的栅极通过一第一电阻R1连接整流桥的第一输出端，开关管Q1的源极接地，开关管Q1的漏极连接继电器的线圈K1A；

第一电容C1，连接于第一电阻R1与整流桥的第二输出端之间；

第二电阻R2，连接于第一电阻R1与整流桥的第二输出端之间，并与第一电容C1并联；

稳压二极管D5，连接于第一电阻R1与整流桥的第二输出端之间，并与第一电容C1、第二电阻R2并联。

具体地，本实施例中的整流桥由四个二极管(图2所示D1-D4)首尾相连组成，用于将一次侧CT输出的交流电转换为直流电。本实施例中的FTU装置采用两路并联的小量程电流互感器，第一电流互感器CT1为宽量程小信号，第二电流互感器CT2为窄量程高精度小信号，CT1和CT2的原边侧均连接于CT3的副边侧，CT1和CT2的副边侧均连接模数转换器ADC的输入端(图2所示AD1P、AD1N、AD2P、AD2N)。当线路负荷电流短路时，为了防止第二电流互感器CT2因输入信号超量程，导致过载损坏，本实施例中还增加了继电器K，继电器的型号优选为G5V-2-H1-5VDC，继电器的线圈K1A采用隔离5V电源供电。当一次侧电流出现短路过载时，及时断开继电器的常闭触点K1B，起到保护第二电流互感器CT2的作用。

如图2所示，在一次侧的电流小于额定电流的情况下，PN端的输入信号小于±1V的交流信号，交流电压小信号首先经过整流桥，整流桥D1～D4采用型号为1N4448的二极管，单个二极管正向导通压降为0.65V，额定范围内二极管不足以产生足够的导通电压，保护电路不会启动工作，继电器的线圈不会励磁，从而使得第二电流互感器CT2始终处于信号接入状态，实时监测高阻突变电流信号。

当一次侧的电流出现短路故障，一次侧的电流比600A增大几倍，这种情况下，PN端口会产生±4～20V的交流小信号，信号首先经过整流桥D1～D4和限流电阻R1，对第一电容C1进行充电，当C1两端的电压上升至1.5V及以上时，开关管Q1开始导通，Q1优选为N-mos管，型号为SI2302。随后继电器的线圈K1A通电励磁，继电器的触点K1B断开，第二电流互感器CT2同PN端口的连接断开，从而保护第二电流互感器CT2，不会因CT2输入超量程导致CT2损毁，如果短路电流过大，PN端口的电压过高，为防止开关管Q1的栅极击穿，设置了稳压二极管D5和限流电阻R1，钳位开关管Q1的栅极电压，始终保持Q1的栅极电压不超过5.1V。

当线路的故障短路电流消失，整流桥D1～D4又进入截止状态，第一电容C1的残留电荷通过第二电阻R2进行放电，放电结束后开关管Q1的栅极电压低于开通电压，Q1进入截止状态不再导通，继电器线圈K1A失去励磁电压，继电器触点K1B再次恢复到常闭状态。第二电流互感器CT2又恢复与PN信号端口的连接，继续采集额定范围内的电流读数。

通过上述技术方案，利用本实施例中的FTU故障相电流采集电路，可以有效采集录波最高12KA的短路电流，同时又可以在额定负载电流小于或等于600A的情况下，准确测量350mA电流量的突变信号；此外，针对小量程的电流互感器又可以进行有效地自动投退保护，防止电流采集电路损毁。

在一种较优的实施例中，如图2所示，过载保护装置具体还包括一隔离直流电源DC，连接继电器线圈K1A，用于给继电器线圈K1A提供电流。

作为优选的实施方式，第一预设变比为20V：3.25V，第一电流互感器CT1集成于FTU的内部，具有较大的量程，能够满足20倍短路电流的录波需求，12KA电流时能够输出有效值为3.25V的模拟量信号，可供模数转换器ADC在线路出现短路故障时的电流录波；第二预设变比为1V：3.25V，第二电流互感器CT2集成于FTU内部，能够在额定600A的负载电流下，采集到2KΩ高阻抗接地产生的350mA突变电流，从而准确地判断出10KV系统的任一相线产生的高阻接地故障。

在一种较优的实施例中，如图1所示，FTU还包括一第三电流互感器CT3，具有一第三预设变比，第三预设变比为600A：1V，CT3设置于FTU的一次侧，第三电流互感器CT3的副边侧的第一输出端和第二输出端分别作为馈线终端装置的一次侧的第一输出端和第二输出端。

本实用新型实施例的有益效果在于：为馈线终端装置提供一种双量程CT的故障相电流采集电路，不仅能在线路出现短路故障时满足20倍的录波需求，同时还能在非线路故障情况下准确地测量到350mA电流量的突变信号，从而准确地判断出10KV系统的任一相线产生的高阻接地故障。

以上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种馈线终端装置的故障相电流采集电路，其特征在于，包括：

一第一电流互感器，具有一第一预设变比，设置于所述馈线终端装置的二次侧，所述第一电流互感器的原边侧的第一输入端连接所述馈线终端装置的一次侧的第一输出端，所述第一电流互感器的原边侧的第二输入端连接所述馈线终端装置的一次侧的第二输出端；

一第二电流互感器，具有一第二预设变比，设置于所述馈线终端装置的二次侧，并与所述第一电流互感器并联，所述第二电流互感器的原边侧的第一输入端连接所述馈线终端装置的一次侧的第一输出端，所述第二电流互感器的原边侧的第二输入端连接所述馈线终端装置的一次侧的第二输出端；

一模数转换器，所述模数转换器的第一输入端连接所述第一电流互感器的副边侧的第一输出端，所述模数转换器的第二输入端连接所述第一电流互感器的副边侧的第二输出端，所述第一电流互感器用于在电路故障时为所述模数转换器提供录波需求；

所述模数转换器的第三输入端连接所述第二电流互感器的副边侧的第一输出端，所述模数转换器的第四输入端连接所述第二电流互感器的副边侧的第二输出端，所述第二电流互感器用于测量高阻抗接地产生的突变电流。

2.根据权利要求1所述的故障相电流采集电路，其特征在于，还包括：

一过载保护装置，设置于所述馈线终端装置的一次侧的第一输出端与所述第二电流互感器的原边侧的第一输入端之间，用于监测所述馈线终端装置的一次侧的输出信号，当所述输出信号超过一预设阈值时，所述过载保护装置自动切断所述第二电流互感器的原边侧。

3.根据权利要求2所述的故障相电流采集电路，其特征在于，所述过载保护装置具体包括：

一整流桥，所述整流桥的第一输入端连接所述馈线终端装置的一次侧的第一输出端，所述整流桥的第二输入端连接所述第二电流互感器的原边侧的第二输入端；

一继电器，所述整流桥的第一输出端和第二输出端分别连接于所述继电器的线圈的两侧；

所述继电器还包括一触点，连接于所述第二电流互感器的原边侧的第一输入端与所述馈线终端装置的一次侧的第一输出端之间。

4.根据权利要求3所述的故障相电流采集电路，其特征在于，所述过载保护装置具体还包括：

一开关管，所述开关管的栅极通过一第一电阻连接所述整流桥的第一输出端，所述开关管的源极接地，所述开关管的漏极连接所述继电器线圈；

一第一电容，连接于所述第一电阻与所述整流桥的第二输出端之间；

一第二电阻，连接于所述第一电阻与所述整流桥的第二输出端之间，并与所述第一电容并联；

一稳压二极管，连接于所述第一电阻与所述整流桥的第二输出端之间，并与所述第一电容、所述第二电阻并联。

5.根据权利要求3所述的故障相电流采集电路，其特征在于，所述过载保护装置具体还包括一隔离直流电源，连接所述继电器线圈，用于给所述继电器线圈提供电流。

6.根据权利要求1所述的故障相电流采集电路，其特征在于，所述第一预设变比为20V：3.25V。

7.根据权利要求1所述的故障相电流采集电路，其特征在于，所述第二预设变比为1V：3.25V。

8.根据权利要求1所述的故障相电流采集电路，其特征在于，还包括一第三电流互感器，具有一第三预设变比，设置于所述馈线终端装置的一次侧，所述第三电流互感器的副边侧的第一输出端和第二输出端分别作为所述馈线终端装置的一次侧的第一输出端和第二输出端。

9.根据权利要求4所述的故障相电流采集电路，其特征在于，所述第一电阻为限流电阻。

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