一種低中壓弧光快速消除裝置的制作方法

本實用新型涉及一種應用于配電柜等電力設施中的保護裝置，特別是一種低中壓弧光快速消除裝置。

背景技術：

在現代智能電網輸電線路中，尤其是在低中壓配電柜中，由于整個配電系統較為復雜且維護難度大，經過長時間運營后，由于線路老化、絕緣性下降，以及部分配電柜由于安裝在野外，維護難度較大，線路易被老鼠等啃噬，使系統容易產生電弧光。

弧光保護系統是電網輸電安全與保護的重要組成部分，隨著電網容量的不斷提升和用電需求的不斷增加，發生弧光事故的頻率也越發頻繁，造成的損失也越來越大，這就對弧光故障防護提出了更高的要求。快速消弧裝置一般通過檢測保護區域的弧光信號以及輸入母線的電流信號判斷保護區域是否有弧光，并將其檢測的弧光信號和或電流信號傳輸給決策系統，進行識別判斷，并最終輸出滅弧指令。

在我國現行的弧光保護標準中，當發生弧光故障時，主要依賴斷路器“斷路分閘”來消除弧光，而目前通用的斷路器，從接收到分閘斷路信號到完成分閘滅弧，通常會需要50ms以上的時間，此時弧光故障已擴大，會破壞開關設備，并且對配電站維護人員的人身安全產生巨大威脅，由于弧光產生的危害是呈幾何級數增長，只有當消除弧光的時間小于10ms時，才能對輸電線路及配電設備進行有效保護。

部分消弧裝置的決策系統都是通過單片機等中央處理器進行數據處理，其優點是運行效率快，結構簡單，但其缺點也很明顯。作為弧光故障防護設備，消弧裝置長期工作的區域內有大量的高壓、大功率的電力設施設備，這些設備會產生較強的磁場和電場，例如，斷路器、大型繼電器分合過程中產生的過壓、大功率整流電路的移相控制產生的諧波、高壓交流電輸電線路產生的劇變強電磁場、這些電磁干擾會通過輻射、傳輸和電磁耦合等方式對防護設備內微處理器的正常工作造成影響，尤其當弧光故障發生時，干擾強度會急劇增大，對單片機系統的正常運行將是極大的考驗。

技術實現要素：

為解決上述技術問題，本實用新型提供了一種低中壓快速消弧裝置，克服了現有技術中以單片機系統為核心的決策模塊易受干擾等缺陷，利用簡單的邏輯電路可靠的決策命令指示。

為實現上述技術目的，本實用新型采用的技術方案為：

一種低中壓弧光快速消除裝置，包括電弧光傳感器、電流互感器、決策單元和接地開關，電弧光傳感器和電流互感器分別將其探測到的弧光信號和電流信號傳輸給決策單元，決策單元根據輸入的弧光信號和或電流信號與故障閾值進行比較后，確定是否向啟動接地開關短路，所述決策單元包含信號處理與決策電路和動作驅動電路，信號處理與決策電路根據輸入的電弧光信號和或電流信號是否超過設定閾值，轉化為高電平或低電平傳輸給動作驅動電路，動作驅動電路根據輸入的高電平或低電平決定是否啟動驅動信號，所述決策單元的電路由邏輯器件組成，不含CPU處理器。

按上述方案，所述信號處理和決策電路包括弧光信號處理模塊和電流信號處理模塊，所述弧光信號處理模塊和電流信號處理模塊分別根據輸入的弧光信號和電流信號是否超過設定閾值，輸出高電平或低電平，弧光信號處理模塊的輸出端與二極管D1的正極連接，電流信號處理模塊的輸出端與二極管D2的負極鏈接后再通過開關SW1和電阻R1與二極管D1的負極鏈接，二極管D1的負極同時與電阻R2的一端連接，電阻R2的另一端輸出并與電阻R3串聯后接地，電阻R3兩端并聯電容C1。

按上述方案，所述驅動電路包括N溝道的MOS管Q1，輸入信號經過MOS管Q1的柵極流入，MOS管Q1的漏極通過電容C2與驅動模塊連接，MOS管Q1的源極接地，電容C2兩端分別和電阻R4和R5的一端連接，電阻R4和R5的另一端鏈接電源。

按上述方案，還包括擴展結構，用于接收不同位置的電流信號和電弧光信號，并將這些電弧光信號和電流信號分別傳輸給弧光信號處理模塊和電流信號處理模塊。

本實用新型結構簡單、動作快速、可靠，可通過弧光和電流兩個方面來判斷弧光故障的產生，消弧動作迅速。決策單元是本裝置的核心，通過實時采集的信號來判斷電弧光故障，接地開關是滅弧的執行裝置，一旦接收到決策單元的驅動信號，能迅速完成接地，消除弧光故障；決策單元接口最多能接入9路弧光決策信號，基本滿足現有低中壓開關柜母線接頭的要求，同時具備45路的擴展能力，能夠有效的拓展保護區域面積，或者在相同面積內進行更細致、全面的決策。

整套裝置獨立運行，除了需要從輸電線上引出三相交流電外，無需對現有的電力設備進行任何改造，選用的弧光傳感器和電流傳感器工作性能穩定，主要由邏輯器件組成的決策單元電路設計巧妙，抗電磁干擾能力強，所采用的接地開關能在短路接地后耐受較長時間的大電流，既能有效的消除弧光，又確保在工作時不會因過大電流而損壞。

附圖說明

圖1本實用新型一種低中壓弧光快速消除裝置的原理框圖；

圖2本實用新型中決策單元電路圖。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限制本實用新型。

圖1至2具體公開了低中壓弧光快速消除裝置具體實施例。

包括電弧光傳感器21、電流互感器22、決策單元1和接地開關，其中電弧光傳感器21和電流互感器22的主要功能是提供裝置所保護區域實時的弧光信號和線路上的電流信號，供決策單元1進行分析、處理和故障判決，當確認發生弧光故障時，決策單元3向接地開關發出驅動信號，接地開關執行閉合短路動作，將輸電線路上引出的三相交流電接地，在最短時間內消除電弧光；在發出短路動作信號的同時，決策單元1還向配電柜內的斷路器發出跳閘指令，在接地開關執行短路接地動作后幾十毫秒，斷路器跳閘，防止輸電線路長時間處于短路狀態。

所述決策單元接口最多能接入9路弧光信號，基本滿足現有低中壓開關柜母線接頭的要求，同時具備45路的擴展能力，能夠有效的拓展保護區域面積，或者在相同面積內進行更細致、全面的決策。

所述信號處理和決策電路包括弧光信號處理模塊和電流信號處理模塊，所述弧光信號處理模塊U1和電流信號處理模塊U2分別根據輸入的弧光信號和電流信號是否超過設定閾值，輸出高電平或低電平，弧光信號處理模塊U1的輸出端與二極管D1的正極連接，電流信號處理模塊U2的輸出端與二極管D2的負極鏈接后再通過開關SW1和電阻R1與二極管D1的負極鏈接，二極管D1的負極同時與電阻R2的一端連接，電阻R2的另一端輸出并與電阻R3串聯后接地，電阻R3兩端并聯電容C1。

所述驅動電路包括N溝道的MOS管Q1，輸入信號經過MOS管Q1的柵極流入，MOS管Q1的漏極通過電容C2與驅動模塊U3連接，MOS管Q1的源極接地，電容C2兩端分別和電阻R4和R5的一端連接，電阻R4和R5的另一端鏈接電源。

所述決策單元電路主要由邏輯器件組成，其內部主要電路如圖2所述，包括信號處理與決策電路和動作驅動電路，當9路電弧傳感器的弧光信號和電流互感器的A、B、C三相電流信號連接到決策單元的信號處理與決策電路，弧光信號處理模塊U1和電流信號處理模塊U2、分別對兩種信號進行處理，當確認至少有一路弧光信號強度達到故障門限，U1的弧光故障報警端口會輸出高電平信號，表示發生了弧光故障，當至少有一個相位的電流信號達到故障門限，U2的電路故障報警端口會輸出高電平信號；工作模式開關SW1的狀態來確定故障工作模式，當SW1斷開時，處于“僅弧光”模式，當SW1閉合時，處于“弧光+電流”模式，兩路報 警信號通過SW1和限流電阻R1(6.8K)，以及二極管D1(1N4148)和二極管D2(1N4148)合并成一路動作使能信號，經過電阻R2(22K)和R3(47K)的限流分壓以及電容C1(10nF)的濾波后，連接到N溝道MOS管Q1(BS107A)的柵極；當前端傳感器采集到故障信號時，使能信號由低電平變為高電平，則MOS管Q1的柵極電壓大于其導通閥值電壓，MOS管Q1導通，此時驅動模塊U3的觸發端(低電平有效)等同接地，成功觸發，其驅動輸出端口OUTPUT會同時輸出三路脈沖式動作驅動信號，驅動后端的接地開關執行保護動作，電阻R4(10K)、電阻R5(10K)和電容C2(100nF)共同構成的充放電路，其作用是MOS管Q1在高電平使能信號作用下導通后，輸入到驅動模塊U3觸發端口的低電平信號，隨著充放電路充電逐漸恢復成高電平，避免驅動模塊U3在持續的低電平觸發信號作用下輸出連續的驅動信號，造成后端驅動回路發生短路故障；該決策單元在出現故障時判斷迅速且可靠，能快速準確的輸出動作驅動信號，整個電路上不含CPU處理器，信號處理和驅動部分采用模塊化設計，結構簡單、抗電磁干擾能力強，能有效避免“誤動”和“拒動”；

由技術常識可知，本實用新型可以通過其它的不脫離其精神實質或必要特征的實施方案來實現。因此，上述公開的實施方案，就各方面而言，都只是舉例說明，并不是僅有的。所有在本實用新型范圍內或在等同于本實用新型的范圍內的改變均被本實用新型包含。