專利名稱：基于普通柱上斷路器的智能分界接地保護裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及配電網(wǎng)分支線路接地保護裝置，具體涉及一種在10kv配電 網(wǎng)分支線路/用戶分界線路上，用普通柱上斷路器隔離單相接地故障/相間短路 故障的智能分界接地保護裝置。
背景技術(shù)：
在10KV配電網(wǎng)中，隨著主干網(wǎng)發(fā)生故障的概率大大下降，故障大多數(shù)集中 在支線末梢的用戶側(cè)。為解決用戶側(cè)故障頻繁千擾10KV主網(wǎng)運行問題，用戶分 界點的概念應(yīng)運而生。
近幾年來，為提高運行可靠性，用戶分界點大部分安裝柱上斷路器。其斷 路器內(nèi)部具有涌流控制器，當(dāng)斷路器負荷側(cè)電網(wǎng)發(fā)生相間短路時，迅速跳開斷 路器達到隔離故障的目的。但是在實際運行中因無法隔離單相接地故障存在著 不足和缺陷，實際上單相接地故障占整個故障的70%以上。
單相接地問題的研究在中國始終是一個相當(dāng)熱點的問題，但是該研究始終
局限在變電站內(nèi)，研究的目的也在于如何從幾條饋線中選出接地饋線------小
電流接地選線問題，而對配電網(wǎng)中的單相接地問題研究非常少。
為解決上述問題，近年來，國內(nèi)及日本開始研究用戶分界開關(guān)技術(shù)在高壓 真空負荷開關(guān)里加入電源變壓器，ZCT (零序電流互感器)和ZPD (零相電壓檢 相器)等，再和用戶分界控制器配合來完成解決單相接地問題。但這種用戶分
界開關(guān)技術(shù)卻存在許多問題
A、負荷開關(guān)因無法切除短路電流，不能滿足用戶側(cè)的配電變壓器保護，
國內(nèi)較少用在用戶分界點。
4B、 必須使用專門的用戶分界開關(guān)，國內(nèi)現(xiàn)有斷路器如ZWIO， ZW20， ZW23， ZW32等內(nèi)部空間有限，很難再加入其它設(shè)備進行改造。
C、 由于開關(guān)內(nèi)相間爬距大于28cm，如果制作三相從內(nèi)部通過的零序電流 互感器，其鐵芯磁路將非常長；而零序電流互感器的不靈敏區(qū)又要求非常小。 這給加工帶來了很大的難度。即使能加工出來，其體積，重量和價格均為現(xiàn)有 零序電流互感器的10倍以上。同時，這種長賽道型互感器有一種無法回避的缺 點，同一電流處于賽道內(nèi)不同位置時二次輸出電流有微小的差異。由于A， B， C 相位置不同，在非接地狀態(tài)下，但二次側(cè)會有不平衡電流輸出。尤其是負荷電 流較大時，不平衡電流足以引起誤動作。
D、 將變壓器置于開關(guān)內(nèi)不符合國家標(biāo)準(zhǔn)，且給開關(guān)運行帶來安全隱患。
E、 國內(nèi)現(xiàn)已投運的數(shù)十萬臺用戶斷路器無法升級，只好淘汰。造成浪費。
F、 由于中國變電站中性點絕大多數(shù)采用中性點不接地系統(tǒng)和消弧線圈接 地系統(tǒng)。現(xiàn)有用戶分界技術(shù)對消弧線圈接地系統(tǒng)無能為力。更無法解決高電組 接地故障問題。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是在不需要對開關(guān)進行改造的前提下，實現(xiàn)一種能提供 零序電壓，零序電流和電網(wǎng)電壓信號及工作電源，匹配現(xiàn)有大多數(shù)斷路器的操 作機構(gòu)完成電動跳閘任務(wù)，并具有良好的設(shè)定接口，可視化界面，事件追憶功 能的電網(wǎng)分支線路單相/相間故障智能分界接地保護裝置。
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的技術(shù)方案是這樣解決的變電站 10kv母線通過站內(nèi)各饋線開關(guān)連接配電網(wǎng)多條配電線路，在配電線路的各分支 線路起點或用戶分界點裝有用戶分界斷路器，智能分界接地保護裝置用于控制 各用戶分界斷路器，當(dāng)用戶分界斷路器負荷側(cè)發(fā)生接地故障時，用戶分界斷路 器應(yīng)為區(qū)內(nèi)故障而跳閘，此時，另外的用戶分界斷路器應(yīng)為區(qū)外故障不動作。
本實用新型的特殊之處在于每個柱上斷路器都連接一個智能分界接地保護
5裝置，智能分界接地保護裝置又是由數(shù)字繼電器和組合式信號傳感器連接構(gòu)成， 所述數(shù)字繼電器包括一個數(shù)字信號處理單元電路分別與編碼控制及顯示單元電 路、交流采樣單元電路、電動跳閘單元電路、電源電路連接，所述組合式信號 傳感器的信號來自繼電器的交流采樣單元電路，交流采樣單元電路與傳感器的 二次接口回路連接，二次接口回路又分別與零序電壓電路、零序電流電路連接， 零序電壓電路與電網(wǎng)電壓信號連接，零序電流電路內(nèi)插入開關(guān)負荷側(cè)電網(wǎng)電
纜，所述數(shù)字信號處理單元電路A還包括帶補償方向型接地保護算法，帶補償 方向型接地保護算法的將不完全接地時零序電流的零序電流10補償為完全接地
時的零序電流10f，計算式為
I0f= 10+ ka*[(E-U0)爛*I0
式中IOf—完全接地時的零序電流； IO—不完全接地時零序電流；
ka—補償系數(shù)；
E—為零序電壓電動勢； UO—實測零序電壓； 本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下特點
1、 本實用新型可以針對一般斷路器實現(xiàn)用戶分界點或分支線路接地故障， 相間短路故障的隔離，從而為現(xiàn)有斷路器提供了另一應(yīng)用領(lǐng)域，同時還可以對 已投入運行的斷路器改造為用戶分界斷路器。
2、 本實用新型的用戶分界斷路器比以往負荷開關(guān)方案，具有明顯技術(shù)優(yōu)勢。
3、 本實用新型的組合式信號傳感器可以方便提供零序電壓，零序電流和電 網(wǎng)電壓信號及工作電源。
4、 本實用新型的組合式信號傳感器中，零序電流互感器采用小圓孔短磁路
結(jié)構(gòu)，可以很容易實現(xiàn)。避免了開關(guān)內(nèi)長賽道型互感器的加工難度和不平衡電 流輸出。5、 本實用新型的組合式信號傳感器中，零序電壓傳感器采用的組容式方案， 不僅回避了三相五柱式零序電壓互感器體積大，成本高和電感引起震蕩等缺點； 而且由于串入電阻，可以回避因電容因擊穿導(dǎo)致高壓燒毀繼電器問題。
6、 本實用新型的"帶補償方向型接地保護"算法可以有效解決包括高電阻 接地在內(nèi)的接地故障隔離問題。
7、 匹配現(xiàn)有大多數(shù)斷路器的操作機構(gòu)，完成電動跳閘任務(wù)。
8、 良好的設(shè)定接口，可視化界面，事件追憶功能。
9、 廣泛用10kv配電網(wǎng)分支線路或用戶分界點安裝，單個用戶分界點發(fā)生 故障，不影響配電網(wǎng)其它分支線路用戶分界點正常供電。


圖1為本實用新型與柱上斷路器的電氣連接關(guān)系；
圖2為10kv配電網(wǎng)分支線路或用戶分界點安裝示意圖3為10kv配電網(wǎng)發(fā)生接地故障時，零序電壓，零序電流相位及矢量圖4為組合式信號傳感器零序電流互感器側(cè)結(jié)構(gòu)立體圖5為組合式信號傳感器二次接口側(cè)結(jié)構(gòu)立體圖6為組合式信號傳感器內(nèi)部電氣連接圖7為數(shù)字繼電器原理構(gòu)成框圖8為數(shù)字繼電器電流/電壓輸入信號雙隔離濾波器電氣連接圖； 圖9為數(shù)字繼電器串行數(shù)據(jù)隔離電路圖； 圖10為數(shù)字繼電器跳閘儲能的電平分段截取電路圖。
具體實施方式

附圖為本實用新型的實施例。
以下結(jié)合附圖對發(fā)明內(nèi)容作進一步說明
參照圖l、圖2所示，變電站引出的10kv母線25連接一個饋線開關(guān)21， 饋線開關(guān)21通過配電線路至少依次分別與第一用戶分界斷路器22、第二用戶分
7界斷路器24、第三用戶分界斷路器23連接，每個柱上斷路器4都連接一個智 能分界接地保護裝置1，智能分界接地保護裝置1又是由數(shù)字繼電器2和組合式 信號傳感器3連接構(gòu)成，所述數(shù)字繼電器2包括一個數(shù)字信號處理單元電路A 分別與編碼控制及顯示單元電路B、交流來樣單元電路C、電動跳閘單元電路D、 電源電路E連接，所述組合式信號傳感器3的信號來自繼電器2的交流采樣單 元電路C，交流采樣單元電路C與傳感器3的二次接口回路5連接，二次接口回 路5又分別與零序電壓電路6、零序電流電路7連接，零序電壓電路6與電網(wǎng)電 壓信號8連接，零序電流電路內(nèi)插入開關(guān)負荷側(cè)電網(wǎng)電纜。當(dāng)用戶分界斷路器 負荷側(cè)發(fā)生接地故障時，用戶分界斷路器應(yīng)為區(qū)內(nèi)故障而跳閘，此時，另外的 用戶分界斷路器應(yīng)為區(qū)外故障不動作；當(dāng)用戶分界斷路器負荷側(cè)發(fā)生相間故障 時，用戶分界斷路器應(yīng)先于前端開關(guān)跳閘， 一旦滯后于前端開關(guān)，用戶分界斷 路器不可以返回，應(yīng)繼續(xù)執(zhí)行故障處理任務(wù)而跳閘，在前端開關(guān)重合閘后，用 戶分界斷路器己隔離故障。
所述的數(shù)字信號處理單元電路A包括一個DSP信號處理器71分別與事件記 錄FLASH電路72、編程接口73、看門狗復(fù)位電路74連接。
所述的編碼控制及顯示單元電路B包括一個串行數(shù)據(jù)隔離電路75分別與編 碼信號采集電路76、 LED顯示電路77連接。
所述的交流采樣單元電路C包括一個電網(wǎng)電壓隔離濾波器78， 一個零序電 壓雙隔離濾波器79， 一個電流雙隔離濾波器80，其一端連接組合式信號傳感器 3的二次接口回路5，另一端與DSP信號處理器71的A/D采樣相連，其獨有的 雙隔離濾波器有效去處高低頻干擾并避免加入一般濾波器與電路板的電連接而 產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾。
所述的電動跳閘單元D包括一個指令隔離電路81分別與跳閘操作電路82、 跳閘儲能電路83連接，瑕,操作電路82與柱上斷路器4的操作機構(gòu)連接，其 獨有的電平分段截取電路可以方便的實現(xiàn)不同跳閘線圈的電壓轉(zhuǎn)換。所述的電源E包括一個DSP電源電路84分別與整流電源電路85、輸入濾波 電路86連接，斷路器接口 88與輸入濾波電路86連接。
組合式信號傳感器由零序電流互感器，零序電壓傳感器，電網(wǎng)電壓變壓器或 線電壓互感器和二次接口單元連接組成一個整體結(jié)構(gòu)電氣單元。
零序電壓傳感器的組容式結(jié)構(gòu)與零壓雙隔離電路，數(shù)字濾波及移相算法一起 構(gòu)成完整零序電壓采集電路。
數(shù)字繼電器的串行數(shù)據(jù)隔離電路將三線SPI轉(zhuǎn)換兩線I2C以連接LED集成編 碼芯片。
所述數(shù)字繼電器的跳閘儲能電路為電平分段截取電路。
組合式信號傳感器與數(shù)字繼電器之間通過一六芯電纜連接，傳送U0， 10， Uab 三個信號。數(shù)字繼電器用于實現(xiàn)"帶補償方向型接地保護"算法功能。與柱上 斷路器相連部分包括A. C相電流信號和分閘控制信號，通過另一六芯電纜實現(xiàn)。 組合式信號傳感器必須接地以保證零序電壓的測量。
圖3所示為零序電流/電壓相位及矢量圖，Model代表中性點不接地系統(tǒng)， Mode2代表中性點消弧線圈接地系統(tǒng)；Zonel代表區(qū)外故障用戶分界斷路器23 所得零序電流，Zone2代表區(qū)內(nèi)故障用戶分界斷路器22在中性點不接地系統(tǒng)所 得零序電流，Zone3-Zone5代表區(qū)內(nèi)故障用戶分界斷路器22在欠補償，等補償， 過補償條件下，消弧線圈接地系統(tǒng)所得零序電流；而各點所得零序電流的Ixl 代表完全接地時零序電流，Ix2代表不完全接地時零序電流。 分析可知-
A:區(qū)外故障用戶斷路器零序電流I0相位超前零序電壓45。 -90° ，且與中 性點模式無關(guān)。
B:區(qū)內(nèi)故障用戶斷路器在中性點不接地系統(tǒng)，零序電流10滯后零序電壓 90° -135° 。
C:區(qū)內(nèi)故障用戶斷路器在消弧線圈接地系統(tǒng)，零序電流10滯后零序電壓90° -255° 。
這樣不論中性點不接地系統(tǒng)還是消弧線圈接地系統(tǒng)，可以很方便地給出相 位閉鎖條件
零序電流10超前零序電壓U0相位0-100°時禁止跳閘。 通過Ixl完全接地時，1x2不完全接地時零序電流比較發(fā)現(xiàn)1x2遠小于Ixl 。 這樣在不完全接地時，斷路器所測零序電流太小有可能不動作而無法切除故障。 同樣，不完全接地時零序電壓UO也較小，經(jīng)電路分析可得
U0:E[Z/(Z+R)] 10= E/(Z+R)
式中E為零序電壓電動勢，為常值5.7kv; Z為整個電網(wǎng)的阻抗值(如對地電容 C，消弧線圈電感L及內(nèi)阻R)，當(dāng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)一定時亦為常值；R為接地點接地 電組。完全接地時，R=0; U0=5.7kv， I0=E/Z。不接地時，R= =; U0=0， IO二O。
所以
U0= Z*I0
可見，零序電壓與零序電流成正比，且比值與接地電組無關(guān)。在UO， 10可 測知的情況下，可以將不完全接地時零序電流10，通過補償換算得到完全接地 時的零序電流IOf 。帶補償方向型接地保護算法的將不完全接地時零序電流的 零序電流10補償為完全接地時的零序電流IOf ，計算式為-
I0f= 10+ ka*[(E-U0)/U0] *I0
式中IOf—完全接地時的零序電流； IO—不完全接地時零序電流；
ka—補償系數(shù)；
E—為零序電壓電動勢； UO—實測零序電壓； 改進后的"帶補償方向型接地保護"算法如下斷路器滿足下列條件時跳閘
1. 電網(wǎng)有壓且斷路器合閘；
2. U0>0.45E;
3. IO超前UO相位不在閉鎖區(qū)(0-100° );
4. IOf 〉10set,且T〉T0set
當(dāng)0. 45 E 〈U0〈0. 8E時，0. 5<ka〈0. 8; 當(dāng)U0〉0.8E時，ka二O;
圖4所示為組合式信號傳感器結(jié)構(gòu)零序電流側(cè)立體圖，為實現(xiàn)上述"帶補償 方向型接地保護"算法，組合式信號傳感器必須提供零序電壓U0，零序電流 10和電網(wǎng)電壓Uab信號。組合式信號傳感器本體41內(nèi)部為零序電壓傳感器和電 網(wǎng)電壓互感器；電網(wǎng)三相電壓通過高壓套管44接入腔體；零序電流互感器42 置于本體一側(cè)，為上下電纜穿芯式結(jié)構(gòu)；組合式信號傳感器二次部分43置于本 體另一側(cè)，由插座引出各信號；組合式信號傳感器的安裝底座45通過金具固定 在電桿上。
圖5給出組合式信號傳感器結(jié)構(gòu)二次接口側(cè)立體圖。
圖6所示，組合式信號傳感器內(nèi)部電氣連接中，斷路器負荷側(cè)10kv三相電 壓Ua， Ub， Uc接入傳感器中。電壓互感器部分Ua， Ub通過電壓互感器轉(zhuǎn)化為 220v電壓，再經(jīng)過限流電阻R1，濾波及過壓保護Z，熔絲保險F產(chǎn)生二次電壓Uab， 用于提供工作電源，電網(wǎng)電壓信號和開關(guān)處于合位指示信號。
零序電壓傳感器部分Ua， Ub， Uc通過高壓電容C,限流電阻R構(gòu)成的RC 型壓流轉(zhuǎn)換電路，濾波及過壓保護Z獲得電流形態(tài)的零序電壓信號Iu0:
Iu0-(Ua， Ub， Uc)j"C/(l+ j"CR) =[3 jcoC/(l+ j"CR)]U0=3Kc* U0
式中Kc= j"C/(l+ j"CR)，使所測Iu0相對一次零序電壓UO有一個相 位超前，由于(1/"C)遠大于R， Kc^ j"C，相位超前約90° 。
用RC型壓流轉(zhuǎn)換電路獲得零序電壓的方法具有體積小，成本低，不破壞電 網(wǎng)接地模式等優(yōu)點g其本身對地電容電流僅相當(dāng)于增加五米10KV電纜的對地電 容電流，因此對電網(wǎng)的影響幾乎可以忽略不計。這是一般三相五柱式零序電壓 互感器所無法比擬的。也為配電網(wǎng)各開關(guān)的零序電壓采集提供了新方法。
RC型壓流轉(zhuǎn)換電路還有一般電容式采集所不具備的優(yōu)點，如帶電指示儀所 使用的電容式采集器。由于高壓電容的擊穿，不僅使一次高壓直接進入二次儀 器，導(dǎo)致儀器燒毀；而且使電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障。RC型壓流轉(zhuǎn)換電路則有效 地解決了這一問題當(dāng)高壓電容被擊穿時，濾波及過壓保護Z啟動，5.7KV的高 壓全部加在限流電阻R上，瞬間擊斷電阻R而將高壓隔離開來，避免燒壞數(shù)字 繼電器。
以完全單相接地時，數(shù)字繼電器所測零序電壓U0=5.7kV=Ue為基準(zhǔn)，電網(wǎng) 正常運行時， 一相高壓電容被擊穿或兩相高壓電容被擊穿時，數(shù)字繼電器所測 零序電壓均為U0=(l/3) Ue。所以當(dāng)數(shù)字繼電器所測零序電壓為0. 3-0. 36 Ue時， 發(fā)出組合式信號傳感器設(shè)備異常告警信號。
本使用新型首次使用RC型壓流轉(zhuǎn)換電路采集零序電壓，并有效解決了電容 擊穿導(dǎo)致二次設(shè)備損壞問題。
零序電流互感器部分將穿芯電纜的合成電流101-Ia+Ib+Ic轉(zhuǎn)化為二次電 流，再經(jīng)過濾波及過壓保護Z產(chǎn)生10。
由以上分析可知，組合式信號傳感器由零序電流互感器，零序電壓傳感器， 電網(wǎng)電壓變壓器(線電壓互感器)和二次接口單元組合成一個整體的結(jié)構(gòu)與電 氣連接。零序電流互感器采用圓形穿芯結(jié)構(gòu)，鐵芯采用高磁飽和技術(shù)。其圓孔 呈豎直方向置于組合式信號傳感器的一側(cè)，以有利于用戶入地電纜的直接穿過。組合式信號傳感器頂端的三只高壓絕緣套管通過三條絕緣導(dǎo)線連接在斷路器負
荷側(cè)。A，B，C三相相電壓接入零序電壓傳感器。零序電壓傳感器在于拋棄傳統(tǒng)的 三相五柱式零序電壓互感器，而采用組容式結(jié)構(gòu)。這不僅大大降低體積和成本， 而且避免了電網(wǎng)中多點接地電感引起的震蕩。同時A,B線電壓接入電網(wǎng)電壓變 壓器用于提供工作電源，電網(wǎng)電壓信號和斷路器合分指示信號。二次接口單元 置于組合式信號傳感器的另一側(cè)，由保護，濾波，移相電路，插座等組成。組 合式信號傳感器采用環(huán)氧樹脂澆注外包硅套方式構(gòu)成一個整體。組合式信號傳 感器安裝于被采集柱上斷路器的負荷側(cè)，目的在于電網(wǎng)電壓變壓器輸出僅在開 關(guān)合閘且電網(wǎng)有電時輸出220v/100v電壓，第一，智能分界接地保護裝置只在 這種情況下才能工作；第二，無須另外采集開關(guān)的合分位置結(jié)點。
圖7所示為數(shù)字繼電器部分的原理構(gòu)成框圖，數(shù)字繼電器主要由以下幾部 分組成-
1) 、數(shù)字信號處理單元A:包括DSP信號處理器71，事件記錄FLASH電路 72，編程接口73，看門狗復(fù)位電路74。實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，數(shù)字濾波及移相，界面 驅(qū)動，事件追憶和指令輸出。帶補償方向型接地保護和非返回式過流保護算法。
2) 、編碼控制及顯示單元B:包括串行數(shù)據(jù)隔離電路75，編碼信號采集電 路76， LED顯示電路77。串行數(shù)據(jù)雙向隔離電路將三線SPI-A轉(zhuǎn)換兩線I2C以 連接LED集成編碼芯片，大大提高了裝置的抗干擾能力。
3) 、交流采樣單元C:電網(wǎng)電壓隔離濾波器78，零序電壓雙隔離濾波器79， 電流雙隔離濾波器80。獨有的雙隔離濾波器將電流輸入信號穿芯通過一級隔 離互感器+無源濾波+二級隔離互感器+有源濾波等多級變換，不僅有效去處高低 頻干擾，而且避免電流因加入一般濾波器與電路板的電連接而產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾， 即電流僅穿芯通過一級隔離互感器。
4) 、電動跳閘單元D:指令隔離電路81，跳閘操作電路82，跳閘儲能電路 83。獨有的跳閘儲能電路，通過電平分段截取電路，不僅滿足一般分閘線圈(220vdc)，還可以滿足過流脫扣線圈(24vdc/12vdc)的要求。
5) 、電源E: DSP電源電路84，整流電源電路85，輸入濾波電路86。
6) 、接口包括組合式信號傳感器接口87，斷路器接口88。 組合式信號傳感器的電網(wǎng)電壓通過輸入濾波電路86后
A. 經(jīng)整流電源電路85獲得數(shù)字區(qū)5V電源，顯示區(qū)5V電源和24V操作電 源，數(shù)字區(qū)5V電源進而經(jīng)DSP電源電路84獲得3.3V， 1. 8V的DSP工作電源；
B. 經(jīng)電網(wǎng)電壓隔離濾波器78轉(zhuǎn)換為供DSP信號處理器71進行A/D采樣的 0-3V交流信號Uab (t)。
圖8所示數(shù)字繼電器的電流/電壓輸入信號UuO， 10， IA， IC}，在非電 接觸的情況下，穿芯通過首級隔離IS0_I (高通電流傳感器)將電流信號轉(zhuǎn)化為 弱電壓交流信號(1.5VAC),經(jīng)限壓Ds3及無源濾波電路C90，R20,C89 (低通) 后，再加入次級隔離IOSJJ (高通電壓傳感器)輸出基波交流信號(1.5VAC)。 最后有源濾波電路APB將50HZ信號經(jīng)直流1. 5V提升，獲得0-3V信號OUT—1. 5V。 由此可見，雙隔離濾波器功用 一，保持輸入電流的非接觸，強隔離干擾信號， 提高抗干擾能力；二， 50HZ帶寬濾波器；三，1.5V直流提升功能，滿足DSP采 樣需要。
組合式信號傳感器的零序電壓信號/零序電流信號，斷路器提供的A， C相電 流信號，通過零序電壓隔離濾波器79/電流雙隔離濾波器80轉(zhuǎn)換為交流信號 (IU0(t)， IO(t)， IA(t)， IC(tM。
DSP信號處理器71對(Uab(t), IUO(t)， IO(t)， IA(t) ， IC(tM信號做 3.2kHz(64點/周波)采樣并做A/D轉(zhuǎn)換獲得(Uab(k)， IUO(k)， IO(k)， IA(k)， IC(k))離散信號，其中IU0(k)做16點延時
U0(k)= IU0(k+16)
則U0(k)相位滯后IU0信號90。，所以，U0(k)與一次零序電壓UO相全一致。
(Uab(k)， U0(k)， IO(k)， IA(k)， IC(k)H言號，經(jīng)數(shù)字濾波器后，-通過64 點傅立葉算法獲得幅值信號UJab， U0， 10， IA， IC)和相位差信號A(UO，IO)。
圖9所示，編碼信號采集電路76， LED顯示電路77受串行數(shù)據(jù)隔離電路75 中的LED集成編碼芯片控制。LED集成編碼芯片具有clk，dio兩路信號，dio是 入/出雙向串行信號。通常情況下，clk, dio兩路信號直接接于DSP的I2C總線 上。但這種處理大大降低了 DSP信號處理器的抗干擾能力。如采用光偶隔離， 光偶又不具備雙向傳輸能力。為解決這一問題，本實用新型推出了雙向隔離電 路實現(xiàn)串行數(shù)據(jù)在隔離中的雙向傳輸，將三線SPI (out, in, elk)轉(zhuǎn)換兩線 I2C(dio， elk)以連接LED集成編碼芯片。
當(dāng)LED集成編碼芯片Ql處于接受狀態(tài)，SPI非發(fā)送時，SPI輸出數(shù)據(jù)out 為高電平，發(fā)送光偶UD1截止；發(fā)送時，SPI輸出數(shù)據(jù)out的低電平，打通發(fā) 送光偶UDl， 一方面產(chǎn)生LED集成編碼芯片Ql數(shù)據(jù)輸入信號data—led; 另一 方面經(jīng)輸入光偶UD3產(chǎn)生SPI輸入數(shù)據(jù)in，因SPI發(fā)送狀態(tài)而屏蔽數(shù)據(jù)in。發(fā) 送結(jié)束后，SPI立刻轉(zhuǎn)入接受狀態(tài)，而LED集成編碼芯片Ql轉(zhuǎn)入發(fā)送狀態(tài)，LED 集成編碼芯片Ql數(shù)據(jù)輸出信號data—led打通輸入光偶UD3變?yōu)镾PI輸入數(shù)據(jù) in。 elk為單項傳輸可用一高速光偶UD2實現(xiàn)。這樣將LED集成編碼芯片Ql的 (data—led, elk) I2C總線隔離并變換為(out, in, elk)三線SPI，并直接接入 DSP的SPI-B 口總線上。通過這一通道，DSP可以實現(xiàn)
A、 通過LED數(shù)碼管/指示燈顯示數(shù)字繼電器的各種運行狀態(tài)，電流/電壓
變量值，時間/日歷，事件記錄，定值顯示等。
B、 采集面板編碼設(shè)定值如零序電流的電流定值10set，時間定值T0set;
過流電流定值Iset。
C、 實現(xiàn)鍵操作菜單瀏覽，分閘傳動控制。
數(shù)字繼電器的數(shù)字信號處理單元根據(jù)(Uab， U0， 10， IA, IG和相位差信號A(UO，IO)，以及面板編碼設(shè)定值UOset， T0set， Iset}，求解"帶補償方向型 接地保護"算法。當(dāng)滿足跳閘條件時，DSP信號處理器1發(fā)出跳閘指令。通過指 令隔離電路11驅(qū)動跳閘操作電路12使斷路器跳閘，達到隔離線路故障的目的。 跳閘儲能電路13針對不同斷路器跳閘線圈，用于提供跳閘能量。
圖IO所示，數(shù)字繼電器根據(jù)斷路器跳閘線圈類型(一般分閘線圈220V，或 著過流線圈12V)而分別選擇使用FENZHA220信號或GUOLIU12信號。+KM為直 流220V電源信號，經(jīng)電阻R1BK給電容C1BK充電，充滿后FENZHA220達到直流 220V;跳閘操作時，繼電器接點將FENZHA220信號接入分閘線圈，驅(qū)動斷路器 分閘。+KM同樣經(jīng)串聯(lián)的RiBK/CiBK電路組給C2BK-—C15BK充電。RiBK/CiBK 電路組中RC電路個數(shù)為15，充電結(jié)束后，各電容電壓值大約為15V。跳閘操作 時，各電容負端通過負向二極管排D2FKD14FK接入跳閘零線UN;各電容正端 通過正向二極管排D2ZK—-D14ZK接入GU0LIU12 ;各電容間所串電阻 R2BK—-R15BK遠大于過流線圈電阻，近似開路，形成15個電容并聯(lián)放電模式， GU0LIU12形成15V的能量信號。這種串聯(lián)充電并聯(lián)放電方式的電平分段截取電 路，可以方便地解決一般12V，24V過流線圈跳閘儲能問題。
智能分界接地保護裝置的動態(tài)工作過程如下
(1) 、正常運行組合式信號傳感器提供的220v工作電源驅(qū)動下，數(shù)字繼 電器開始工作；電平分段截取電路充電后，獲得足夠的跳閘能量；操作人員通 過LED數(shù)碼管/指示燈顯示實現(xiàn)鍵操作菜單瀏覽。
(2) 、發(fā)生單相接地故障組合式信號傳感器的零序電壓傳感器輸出零序 電壓，經(jīng)零序電壓隔離濾波器，給DSP信號處理器采樣，A/D轉(zhuǎn)換及16點延時 獲得UO(k);同時組合式信號傳感器的零序電流互感器輸出零序電流，經(jīng)電流雙 隔離濾波器，給DSP信號處理器采樣，A/D轉(zhuǎn)換獲得IO(k)。 DSP信號處理器啟 動"帶補償方向型接地保護"算法當(dāng)相位處于閉鎖區(qū)(0-100° )判為區(qū)外故 障，返回；當(dāng)相位不處于閉鎖區(qū)時，由IO(k)經(jīng)UO(k)補償獲得IOf(k);當(dāng)IOf〉10set，且T〉T0set時，DSP信號處理器發(fā)出跳閘指令；跳閘指令經(jīng)指令隔離電 路，瑕固操作電路將跳閘儲能電路的能量加在柱上斷路器的跳閘線圈上，使斷 路器分閘，完成單相接地故障的隔離。
綜上所述，基于普通柱上斷路器的智能分界接地保護裝置涉及一種用于 10kv電網(wǎng)，針對普通柱上斷路器而實現(xiàn)的智能分界接地保護裝置。本實用新型 不需要對開關(guān)進行改造的前提下，實現(xiàn)對10kv電網(wǎng)分支線路，用戶線路接地故 障的可靠切除。該裝置包括組合式信號傳感器和數(shù)字繼電器兩部分構(gòu)成。
權(quán)利要求1、一種基于普通柱上斷路器的智能分界接地保護裝置，包括由變電站引出的10kv母線(25)連接一個饋線開關(guān)(21)，饋線開關(guān)(21)通過配電線路至少依次分別與第一用戶分界斷路器(22)、第二用戶分界斷路器(24)、第三用戶分界斷路器(23)連接，每個柱上斷路器(4)都連接一個智能分界接地保護裝置(1)，其特征在于智能分界接地保護裝置(1)又是由數(shù)字繼電器(2)和組合式信號傳感器(3)連接構(gòu)成，所述數(shù)字繼電器(2)包括一個數(shù)字信號處理單元電路(A)分別與編碼控制及顯示單元電路(B)、交流采樣單元電路(C)、電動跳閘單元電路(D)、電源電路(E)連接，交流采樣單元電路(C)與傳感器(3)的二次接口回路(5)連接，所述組合式信號傳感器(3)的信號送往繼電器(2)的交流采樣單元電路(C)，二次接口回路(5)又分別與零序電壓電路(6)、零序電流電路(7)，電網(wǎng)電壓信號(8)連接，零序電流電路內(nèi)插入開關(guān)負荷側(cè)電網(wǎng)電纜。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于普通柱上斷路器的智能分界接地 保護裝置，其特征在于所述的數(shù)字信號處理單元電路(A)的DSP信號 處理器(71)分別與事件記錄FLASH電路(72)、編程接口(73)、看門狗 復(fù)位電路(74)連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于普通柱上斷路器的智能分界接地 保護裝置，其特征在于所述的編碼控制及顯示單元電路(B)包括串行 數(shù)據(jù)隔離電路(75)分別與編碼信號采集電路(76)、 LED顯示電路(77) 連接，數(shù)字繼電器的串行數(shù)據(jù)隔離電路(75)將三線SPI隔離并轉(zhuǎn)換成 兩線PC以連接LED集成編碼芯片。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于普通柱上斷路器的智能分界接地保護裝置，其特征在于所述的交流采樣單元電路(c)包括一個電網(wǎng)電壓隔離濾波器(78)， 一個零序電壓雙隔離濾波器(79)， 一個電流雙隔離濾波器(80)，其一端連接組合式信號傳感器的二次接口回路(5)，另一端與DSP信號處理器(71)的A/D采樣電路相連，其雙隔離濾波器(80)去處高低頻干擾并避免與電路板的電連接而產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于普通柱上斷路器的智能分界接地保護裝置，其特征在于所述的電動跳閘單元(D)包括一個指令隔離電路(81)分別與跳閘操作電路(82)、跳閘儲能電路(83)連接，跳閘操作電路(82)與柱上斷路器(4)的操作機構(gòu)連接，其電平分段截取電路提供不同跳閘線圈的電壓轉(zhuǎn)換。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于普通柱上斷路器的智能分界接地保護裝置，其特征在于組合式信號傳感器由零序電流互感器，零序電壓傳感器，電網(wǎng)電壓變壓器和二次接口單元連接組成一個整體結(jié)構(gòu)電氣單元。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于普通柱上斷路器的智能分界接地保護裝置，其特征在于所述組合式信號傳感器的零序電壓傳感器為組容式結(jié)構(gòu)，與零壓雙隔離電路，數(shù)字濾波及移相算法一起構(gòu)成完整零序電壓采集電路。
專利摘要本實用新型公開了基于普通柱上斷路器的智能分界接地保護裝置包括組合式信號傳感器和數(shù)字繼電器兩部分構(gòu)成。組合式信號傳感器用于采集柱上斷路器負荷側(cè)的零序電壓，零序電流和電網(wǎng)電壓信號；數(shù)字繼電器用于實現(xiàn)“帶補償方向型接地保護”功能。數(shù)字繼電器與柱上斷路器相連部分包括A.C相電流信號和分閘控制信號。實用10kv電網(wǎng)分支線路，用戶線路接地故障可靠切除。結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，良好設(shè)定接口，可視化界面，事件追憶功能的智能分界接地保護裝置。
文檔編號H01F38/20GK201298732SQ20082022232
公開日2009年8月26日 申請日期2008年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月7日
發(fā)明者李昊聰, 李玉橋 申請人:李玉橋