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CN109861186B - 一种10kV电弧接地可控装置 - Google Patents

一种10kV电弧接地可控装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种10kV电弧接地可控装置,包括控制器,控制整个装置有序的运行;在现场传送的电信号容易被干扰,用光纤传递光信号;电流互感器,收集10kV配电网接地相的电流信号;电压互感器,采集10kV配电网接地相的电压信号;一对球型电极,10kV配电网接地相发生电弧接地,用来高压放电;引弧装置,使10kV配电网上的单相发生电弧接地;灭弧装置,使用磁吹线圈在控制电路中产生磁场力吹弯电弧,然后通过灭弧栅隔板使其冷却从而熄灭电弧;光敏检测,检测球型电极上是否引弧成功。该装置可以做到小电流接地现象实际再现,对已经建成的配电网单相接地故障定位系统的故障定位性能测试,以及对新建的配电网单相接地故障定位系统的验收测试等。

Description

一种10kV电弧接地可控装置
技术领域
本发明涉及一种10kV配电网电弧接地可控装置,尤其涉及一种可以真实地实现小电流接地的装置。
背景技术
随着社会的迅速发展,人们对电力的需求日益增长,同时需要满足更高的供电质量的要求。用户与配电网的关系在电力系统中更贴切、更紧密。配电网肩负着直接为广大电力用户供电的责任,因此,当发生故障后要能快速有效地查出、切除故障,快速恢复供电,保障供电的高质量,缩小广大电力用户用电的影响。
我国在配电网中主要采取的两种接地方式一是中性点有效接地方式也就是中性点直接接地或经低阻抗接地,称为大电流接地系统,二是中性点非有效接地方式,也就是不直接接地、经消弧线圈接地或经高阻抗接地的运行方式,即为小电流接地系统。我国3~66kV电力系统大多数采用中性点非有效接地方式,因此该系统发生最多的是单相接地故障,约占总故障的80%左右。在中性点不接地系统中因设备的绝缘缺陷、操作、雷电及污秽等原因发生单相接地时绝大多数都是以电弧形式接地的。单相接地故障定位难度较大,而若不能及时处理单相接地故障,就有可能引发两相短路接地故障。目前,已经有大量针对配电网单相接地故障选线的装置与故障定位的装置在配电网中安装和应用,基本上依靠长期等待单相接地故障发生才能验证其定位性能,使得故障选线和定位装置缺陷难以早期发现和解决。
发明内容
本发明的目的在于提供一种10kV电弧接地可控装置,以解决上述技术问题,为实现上述目的本发明采用以下技术方案:
一种10kV电弧接地可控装置,包括:
电压互感器,用于采集10kV配电网上的电压信号,通过控制器实施相位可调节和角度控制引弧装置来引弧;
电流互感器,用于从10kV线路上的一相取到的电流信号传送给控制器;
控制器是处理信息的中心,用于发出命令,维持着整个系统的运行;
引弧装置,使10kV配电网上的单相发生电弧接地,造成单相接地;通过光纤传送控制命令给高压发生器,按指定的要求实现放电,以达到接在10kV配电网上的一对球型电极在指定的命令下成功引弧;
灭弧装置,使用磁吹线圈在控制电路中产生磁场力吹弯电弧,与控制器通过光缆传递光信号然后通过灭弧栅隔板使其冷却实现熄灭球型电极上的电弧;
光纤控制装置,包括光纤收发电路,光纤收发电路经光纤向引弧装置和灭弧装置传送光信号来控制高压发生器去引燃球型电极上的电弧;
光敏检测装置,使用光敏探头放置在球型电极,球隙上的电弧产生的亮度触发光敏探头,光敏控制电路传递信号到控制器,检测引弧装置是否按指令放电;
球型电极,一对大小相同的球型放电电极,其中一个与10kV的配电网上的一根线相连,另一个与大地相连,控制高压发生器在一对球型电极的间隙中产生电弧,使球型电极的间隙中的空气电离,引燃球型电极上的电弧,将10kV配电网的这一相与大地相连,造成单相接地现象,实现了小电流接地。
优选的,所述的控制器采用STM32 ARM处理器。
优选的,所述的光纤收发电路,利用光纤发射器、光纤接收器、集成逻辑电路组成光纤收发电路,将输入信号端、控制器、引弧装置和灭弧装置分开,通过光缆传送信号,防止电磁干扰,满足稳定的动作要求,达到正常的工作状态。
优选的,光敏检测装置的光敏电路中采用了光电隔离。
优选的,所述的引弧装置的引弧控制电路中使用两个开关管控制电路输出端的高压发生器。
优选的,所述的灭弧装置是用灭弧控制电路,用两个开关管控制,控制对象是磁吹线圈。
优选的,所述的开关管是MOS管,一条支路上串联两个MOS管控制高压发生器的通断,防止出现干扰。
优选的,所述的球型电极放置在灭弧罩里,里面有着放电针,与高压发生器的放电电极相连,里面还有灭弧栅隔板,外面有着磁吹线圈,与灭弧控制电路连接,通电产生磁场力吹弯球隙上的电弧,使其碰至灭弧栅来熄灭电弧。
优选的,引弧装置和灭弧装置的控制电路相同,引弧控制电路的两个输入端N1和N2连接控制器,由控制器发出指令,N1控制光耦隔离器O1,从而决定MOS管VT1的导通和截止,从N2端输入的信号控制光耦隔离器O2,进而控制MOS管VT2的截止和导通,MOS管VT1和MOS管VT2是串联在一条支路上,控制高压发生器,高压发生器不能一直连续工作,这里可以设置频率f=10Hz,频率不能太快,否则高压发生器不会出现电弧,但是频率也不能太慢,否则影响控制放电球隙(一对球型电极的间隙)引弧的要求,需要的是一瞬间去引燃放电球隙的电弧;
灭弧控制电路的控制方式,放电球隙引弧成功后,需要熄灭电弧,通过控制器给出信号从N1和N2输入进去分别经过光耦隔离器O1和O2,分别控制MOS管VT1和VT2的开通和关闭,与引弧控制电路的控制方式不同的是不需要间断的控制串联的两个MOS管VT1和VT2的关闭和开通,控制对象也不一样。当MOS管VT1和VT2接通后,磁吹线圈上缠绕的线有电流流过,根据电磁感应定律,磁吹线圈会产生磁场,放电球隙的电弧会受到磁场力弯向由绝缘栅片组成的灭弧栅隔板,使其电弧温度降低,从而导致电弧消失,这样就达到了熄灭10kV配电网线路的电弧,小电流接地现象消失。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:该装置可以做到小电流接地现象实际再现,对已经建成的配电网单相接地故障定位系统的故障定位性能测试,以及对新建的配电网单相接地故障定位系统的验收测试,为设备制造厂家和科研院所提供设备测试环境。通过在实际现场的应用,可以对配电网中安装的单相接地故障选线装置或者单相接地故障定位系统的性能进行测试和验证,可以提前发现存在的问题和缺陷并有针对性地进行改进,推进配电网中单相接地故障选线装置的应用化进程,还有单相接地故障定位系统的实用化进程,有效缩短单相接地故障查找时间,降低引发相间短路故障的风险,提高配电网的供电可靠性,也可以为设备制造厂家和科研院所提供设备测试环境,提升其设备制造水平,因此应用前景比较广阔。
附图说明
图1为10kV配电网人工单相可控电弧接地系统示意图;
图2为引弧和灭弧控制电路示意图;
图3为光敏检测电路示意图;
图4为光纤收发电路示意图;
附图中:110kV配电网线路,2熔断器,3隔离开关,4电压互感器,5电流互感器,6控制器,7引弧装置,8灭弧装置,9光敏检测装置,10光纤控制装置,11球型电极。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细阐述。
下面结合附图来陈述10kV配电网人工单相电弧接地装置的具体的实施方式。
如附图1所示,10kV配电网人工单相可控电弧接地系统示意图为整个系统的结构示意图;10kV配电网线路1依次经2熔断器2、隔离开关3分别与电压互感器4、电流互感器5连接;该10kV电弧接地可控装置,包括:电压互感器4,用于采集10kV配电网上的电压信号,通过控制器6实施相位可调节和角度控制引弧装置7来引弧;
电流互感器5,用于从10kV线路上的一相取到的电流信号传送给控制器6;
控制器6是处理信息的中心,用于发出命令,维持着整个系统的运行;所述的控制器6采用STM32 ARM处理器。
引弧装置7,使10kV配电网上的单相发生电弧接地,造成单相接地;通过光纤传送控制命令给高压发生器,按指定的要求实现放电,以达到接在10kV配电网上的一对球型电极在指定的命令下成功引弧;灭弧装置8,使用磁吹线圈在控制电路中产生磁场力吹弯电弧,与控制器6通过光缆传递光信号然后通过灭弧栅隔板使其冷却实现熄灭球型电极11上的电弧;
所述的开关管是MOS管,一条支路上串联两个MOS管控制高压发生器的通断,防止出现干扰。
灭弧装置8,与控制器6通过光缆传递光信号实现熄灭球型电极11上的电弧;所述的灭弧装置8是用灭弧控制电路,用两个开关管控制,控制对象是磁吹线圈。
光纤控制装置10,包括光纤收发电路,光纤收发电路经光纤向引弧装置7和灭弧装置8传送光信号来控制高压发生器去引燃球型电极11上的电弧;所述的光纤收发电路,利用光纤发射器、光纤接收器、集成逻辑电路组成光纤收发电路,将输入信号端、控制器、引弧装置和灭弧装置分开,通过光缆传送信号,防止电磁干扰,满足稳定的动作要求,达到正常的工作状态。
光敏检测装置9,使用光敏探头放置在球型电极11,球隙上的电弧产生的亮度触发光敏探头,光敏控制电路传递信号到控制器6,检测引弧装置7是否按指令放电;光敏检测装置9的光敏电路中采用了光电隔离。
球型电极11,一对大小相同的球型放电电极,其中一个与10kV的配电网上的一根线相连,另一个与大地相连,控制高压发生器在一对球型电极的间隙中产生电弧,使球型电极的间隙中的空气电离,引燃球型电极上的电弧,将10kV配电网的这一相与大地相连,造成单相接地现象,实现了小电流接地。所述的球型电极11放置在灭弧罩里,里面有着放电针,与高压发生器的放电电极相连,里面还有灭弧栅隔板,外面有着磁吹线圈,与灭弧控制电路连接,通电产生磁场力吹弯球隙上的电弧,使其碰至灭弧栅来熄灭电弧。
引弧装置和灭弧装置的控制电路是一样的,都是附图2所示的引弧和灭弧控制电路。
引弧控制电路的两个输入端N1和N2连接控制器,由控制器发出指令,N1控制光耦隔离器O1,从而决定MOS管VT1的导通和截止,从N2端输入的信号控制光耦隔离器O2,进而控制MOS管VT2的截止和导通。从图2中可以看出,MOS管VT1和MOS管VT2是串联在一条支路上,控制高压发生器。高压发生器不能一直连续工作,这里可以设置频率f=10Hz,频率不能太快,否则高压发生器不会出现电弧,但是频率也不能太慢,否则影响控制放电球隙(一对球型电极的间隙)引弧的要求,需要的是一瞬间去引燃放电球隙的电弧。
灭弧控制电路的电路图是一样的,不过这时的控制方式不相同,放电球隙引弧成功后,需要熄灭电弧,通过控制器给出信号从N1和N2输入进去分别经过光耦隔离器O1和O2,分别控制MOS管VT1和VT2的开通和关闭。这里不同的是不需要间断的控制串联的两个MOS管VT1和VT2的关闭和开通。控制对象也不一样。当MOS管VT1和VT2接通后,磁吹线圈上缠绕的线有电流流过,根据电磁感应定律,磁吹线圈会产生磁场,放电球隙的电弧会受到磁场力弯向由绝缘栅片组成的灭弧栅隔板,使其电弧温度降低,从而导致电弧消失,这样就达到了熄灭10kV配电网线路的电弧,小电流接地现象消失。
附图2中被控对象是接在DCV2和DG2端的,只有当两个MOS管VT1和VT2都导通时,被控对象才会通电动作。下面表1是电路控制的真值表和电路控制原理,“0”代表低电平,“1”表示的是高电平。
表1
N<sub>1</sub> N<sub>2</sub> O<sub>1</sub> O<sub>2</sub> VT<sub>3</sub> DCV<sub>2</sub>和DG<sub>2</sub>端
0 0 导通 截止 导通
0 1 导通 导通 截止
1 0 截止 截止 导通
1 1 截止 导通 截止
从上面的表格得出,只有当输入端N1为低电平,N2端输入高电平时,光耦隔离器O1导通,光耦隔离器O2导通,MOS管VT1的GS极(栅极-源极)达到开启电压,所以MOS管VT1导通。这时光耦隔离器O2的ce极(集电极-发射极)的电压达不到三极管VT3的be极(基极-发射极)的导通电压,所以三极管VT3截止,因此MOS管VT2的GS极的电压达到开启电压,MOS管VT2导通,控制电路输出端DCV2和DG2之间有电压。其它三种情况都是DCV2和DG2端处于断开的状态,即被控对象不会通电。用两个开关管控制通断是为了防止出现信号干扰,使其本应为断开的状态而导通。
附图3所示为光敏检测控制电路示意图,光敏探头收到放电球隙的电弧影响下,使光敏二极管D导通,随之晶体管VT4导通,光耦隔离器O3导通,这时的输出端N3有信号输送给控制器。
附图4所示为光纤收发逻辑控制电路示意图,左边是控制的光纤发送电路,右边是光纤接收电路,下表是逻辑控制电路的真值表。
光纤发送逻辑电路的真值表如下(表2),因为A接的是直流电源的正极,所以A的状态一直为高电平,用“1”表示,低电平用“0”表示。
表2
A B Y
1 0 0
1 1 1
从上表可以看出,由与非门的B端是输入端,与非门的Y端是输出端,B为低电平时,Y为低电平,B是高电平时,Y是高电平。由此得出,与非门的N4端(B端)决定与非门的输出端Y的状态。
光纤接收逻辑电路的真值表如下(表3),图4中的E和F的输入状态是相同的,都决定输出端N5的工作状态。
表3
E F N<sub>5</sub>
0 0 0
1 1 1
以上的表格中,E和F输入相同的电平信号,当它们都为低电平信号时,输出端也是低电平信号,当它们都是高电平信号时,N5端输出高电平信号。
引弧和灭弧控制电路都是经过光纤收发电路,中间用光纤发射器和光纤接收器连接光纤传送光信号,经历了电信号——光信号——电信号的过程,防止现场对控制信号的干扰。
以上所述为本发明较佳实施例,对于本领域的普通技术人员而言,根据本发明的教导,在不脱离本发明的原理与精神的情况下,对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种10kV电弧接地可控装置,其特征在于,包括:
电压互感器(4),用于采集10kV配电网上的电压信号,通过控制器(6)实施相位可调节和角度控制引弧装置(7)来引弧;
电流互感器(5),用于从10kV线路上的一相取到的电流信号传送给控制器(6);
控制器(6)是处理信息的中心,用于发出命令,维持着整个系统的运行;
引弧装置(7),使10kV配电网上的单相发生电弧接地,造成单相接地;通过光纤传送控制命令给高压发生器,按指定的要求实现放电,以达到接在10kV配电网上的一对球型电极在指定的命令下成功引弧;
灭弧装置(8),使用磁吹线圈在控制电路中产生磁场力吹弯电弧,与控制器(6)通过光缆传递光信号然后通过灭弧栅隔板使其冷却实现熄灭球型电极(11)上的电弧;
光纤控制装置(10)包括光纤收发电路,光纤收发电路经光纤向引弧装置(7)和灭弧装置(8)传送光信号来控制高压发生器去引燃球型电极(11)上的电弧;
光敏检测装置(9),使用光敏探头放置在球型电极(11),球隙上的电弧产生的亮度触发光敏探头,光敏控制电路传递信号到控制器(6),检测引弧装置(7)是否按指令放电;
球型电极(11),一对大小相同的球型放电电极,其中一个与10kV的配电网上的一根线相连,另一个与大地相连,控制高压发生器在一对球型电极的间隙中产生电弧,使球型电极的间隙中的空气电离,引燃球型电极上的电弧,将10kV配电网的这一相与大地相连,造成单相接地现象,实现了小电流接地。
2.根据权利要求1所述的一种10kV电弧接地可控装置,其特征在于,所述的控制器(6)采用STM32型 ARM处理器。
3.根据权利要求1所述的一种10kV电弧接地可控装置,其特征在于,所述的光纤收发电路利用光纤发射器、光纤接收器、集成逻辑电路组成光纤收发电路,将输入信号端、控制器、引弧装置和灭弧装置分开,通过光缆传送信号达到正常的工作状态。
4.根据权利要求1所述的一种10kV电弧接地可控装置,其特征在于,光敏检测装置(9)的光敏电路中采用了光电隔离。
5.根据权利要求1所述的一种10kV电弧接地可控装置,其特征在于,所述的引弧装置(7)的引弧控制电路中使用两个开关管控制电路输出端的高压发生器。
6.根据权利要求1所述的一种10kV电弧接地可控装置,其特征在于,所述的灭弧装置(8)是用灭弧控制电路,用两个开关管控制,控制对象是磁吹线圈。
7.根据权利要求5或6所述的一种10kV电弧接地可控装置,其特征在于,所述的开关管是MOS管,一条支路上串联两个MOS管控制高压发生器的通断。
8.根据权利要求1所述的一种10kV电弧接地可控装置,其特征在于,所述的球型电极(11)放置在灭弧罩里,里面具有放电针,与高压发生器的放电电极相连,还有灭弧栅隔板,外面有着磁吹线圈,与灭弧控制电路连接,通电产生磁场力吹弯球隙上的电弧,使其碰至灭弧栅来熄灭电弧。
9.根据权利要求1所述的一种10kV电弧接地可控装置,其特征在于,引弧装置和灭弧装置的控制电路相同,引弧控制电路的两个输入端N1和N2连接控制器,由控制器发出指令,N1控制光耦隔离器O1,从而决定MOS管VT1的导通和截止,从N2端输入的信号控制光耦隔离器O2,进而控制MOS管VT2的截止和导通,MOS管VT1和MOS管VT2是串联在一条支路上,控制高压发生器,高压发生器不能一直连续工作,设置频率f=10Hz,频率不能太快,否则高压发生器不会出现电弧,但是频率也不能太慢,否则影响控制放电球隙引弧的要求,需要的是一瞬间去引燃放电球隙的电弧;
灭弧控制电路的控制方式,放电球隙引弧成功后,需要熄灭电弧,通过控制器给出信号从N1和N2输入进去分别经过光耦隔离器O1和O2,分别控制MOS管VT1和VT2的开通和关闭,与引弧控制电路的控制方式不同的是不需要间断的控制串联的两个MOS管VT1和VT2的关闭和开通,控制对象也不同,当MOS管VT1和VT2接通后,磁吹线圈上缠绕的线有电流流过,根据电磁感应定律,磁吹线圈会产生磁场,放电球隙的电弧会受到磁场力弯向由绝缘栅片组成的灭弧栅隔板,使其电弧温度降低,从而导致电弧消失,就达到了熄灭10kV配电网线路的电弧,小电流接地现象消失。
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