CN111786373B - 消弧线圈控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消弧线圈控制系统，包括：消弧线圈，消弧线圈的输入端与三相相线的中性点电连接，消弧线圈的输出端接地；故障检测模块，故障检测模块与消弧线圈的输出端耦合连接，用于检测故障情况并发送第一信号；第一控制模块，第一控制模块的一端与故障检测模块电连接，用于根据第一信号发送第二信号；第二控制模块，第二控制模块的一端与第一控制模块的另一端耦合连接，第二控制模块的另一端与消弧线圈的输入端电连接，用于根据第二信号控制消弧线圈的连接状态。本发明实施例通过故障检测模块检测电力系统的故障情况，在电力系统正常运行时，控制消弧线圈短接，以保证电力系统的稳定运行。

Description

消弧线圈控制系统

技术领域

本发明涉及电力系统领域，尤其是涉及一种消弧线圈控制系统。

背景技术

目前，电力系统受到雷击或发生单相电弧性接地时，容易使电力系统发生故障。在相关技术中，通过在变压器的中性点接入一个消弧线圈，在发生故障时，消弧线圈对故障电流进行补偿，避免接地故障，以保障电力系统的安全。但由于电力系统中的常规操作和除单相电弧性接地以外的其他故障均有可能产生过电压，使消弧线圈误认为发生故障而重复工作，影响电力系统工作的稳定性。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种消弧线圈控制系统，能够在电力系统正常运行时，控制消弧线圈不接入电力系统中，以保证电力系统的稳定运行。

第一方面，本发明的一个实施例提供了消弧线圈控制系统，包括：三相相线，用于提供供电电源；消弧线圈，所述消弧线圈的输入端与所述三相相线的中性点电连接，所述消弧线圈的输出端接地；故障检测模块，所述故障检测模块与所述消弧线圈的输出端耦合连接，用于检测故障情况并发送第一信号；第一控制模块，所述第一控制模块的一端与所述故障检测模块电连接，用于根据所述第一信号发送第二信号；第二控制模块，所述第二控制模块的一端与所述第一控制模块的另一端耦合连接，所述第二控制模块的另一端与所述消弧线圈的输入端电连接，用于根据所述第二信号控制所述消弧线圈的连接状态。

本发明实施例的消弧线圈控制系统至少具有如下有益效果：通过故障检测模块检测电力系统的故障情况，当电力系统正常运行时，第一信号为零，第一控制模块和第二控制模块控制消弧线圈短接，即控制消弧线圈不接入电力系统中；当电力系统发生故障时，故障检测模块产生电压，即第一信号不为零，第一控制模块和第二控制模块控制消弧线圈接入电力系统中。实现了电路系统发生故障时，消弧线圈接入以保证电力系统的安全，电力系统正常运行时，消弧线圈短接以提高电力系统工作的稳定性。

根据本发明的另一些实施例的消弧线圈控制系统，所述故障检测模块包括：零线电流互感器；所述零线电流互感器与所述消弧线圈的输出端耦合连接，所述零线电流互感器的副边绕组与所述第一控制模块电连接。

根据本发明的另一些实施例的消弧线圈控制系统，所述第一控制模块包括：发光二极管，所述发光二极管用于发送第二信号；所述第二控制模块包括：光敏三极管和MOS管，所述光敏三极管与所述发光二极管耦合连接，用于接收所述第二信号；所述MOS管的栅极与所述光敏三极管的集电极电连接，所述MOS管的源极与所述光敏三极管的发射极电连接。

根据本发明的另一些实施例的消弧线圈控制系统，所述第一控制模块还包括：第一电阻，所述第一电阻设有第一端及第二端；所述第一电阻的第一端与所述发光二极管电连接；所述第一电阻的第二端与所述零线电流互感器电连接。

根据本发明的另一些实施例的消弧线圈控制系统，所述第一控制模块还包括：整流电路，所述整流电路与所述零线电流互感器的副边绕组电连接；滤波电路，所述滤波电路与所述整流电路电连接；稳压电路，所述稳压电路的一端与所述滤波电路电连接，所述稳压电路的另一端与所述第一电阻的第二端电连接。

根据本发明的另一些实施例的消弧线圈控制系统，所述整流电路包括：第二电阻和第一整流桥，所述第二电阻与所述零线电流互感器的副边绕组电连接，所述第二电阻的一端与所述第一整流桥的第一输入端电连接，所述第二电阻的另一端与所述第一整流桥的第二输入端电连接；所述滤波电路包括：第三电阻和第一电容，所述第三电阻和所述第一电容并联连接，所述第一电容的一端与所述第一整流桥的第一输出端电连接，所述第一电容的另一端与所述第一整流桥的第二输出端电连接；所述稳压电路包括：第四电阻和稳压二极管，所述第四电阻的一端与所述第一整流桥的第一输出端电连接，所述第四电阻的另一端与所述稳压二极管的一端电连接，所述稳压二极管的另一端与所述发光二极管电连接。

根据本发明的另一些实施例的消弧线圈控制系统，所述第二控制模块还包括：第二整流桥，所述第二整流桥的第一输入端与所述消弧线圈的输入端电连接，所述第二整流桥的第二输入端与所述消弧线圈的输出端电连接，所述第二整流桥的第一输出端与所述MOS管的漏极电连接，所述第二整流桥的第二输出端与所述MOS管的源极电连接。

根据本发明的另一些实施例的消弧线圈控制系统，所述第二控制模块还包括：供电电路，所述供电电路的一端与所述光敏三极管的集电极电连接，所述供电电路的另一端与所述光敏三极管的发射极电连接。

根据本发明的另一些实施例的消弧线圈控制系统，所述第二控制模块还包括：第五电阻，所述第五电阻的一端与MOS管的漏极电连接，所述第五电阻的另一端与所述MOS管的源极电连接，用于抑制浪涌电压；第六电阻，所述第六电阻的一端与所光敏三极管的集电极电连接，所述第六电阻的另一端与所述光敏三极管的发射极电连接；第七电阻，所述第七电阻的一端与所述MOS管的栅极电连接，所述第七电阻的另一端与所述供电电路电连接。

根据本发明的另一些实施例的消弧线圈控制系统，所述消弧线圈的输出端与零线电连接。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1是本发明实施例中消弧线圈控制系统的一具体实施例系统架构示意图；

图2是本发明实施例中消弧线圈控制系统的一具体实施例电路示意图。

附图标记：

故障检测模块100、第一控制模块200、整流电路210、滤波电路220、稳压电路230、第二控制模块300，消弧线圈400。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，如果某一特征被称为“设置”、“固定”、“连接”、“安装”在另一个特征，它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上，也可以间接地设置、固定、连接、安装在另一个特征上。

在本发明实施例的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个以上，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

消弧线圈是一种带铁芯的电感线圈，将消弧线圈接于变压器或发电机的中性点与大地之间，以构成消弧线圈接地系统。在电力系统正常运行时，消弧线圈中无电流通过，而当电力系统受到雷击或发生单相电弧性接地时，中性点电位将上升到相电压，这时流经消弧线圈的电感性电流与单相接地的电容性故障电流相互抵消，使故障电流得到补偿，补偿后的残余电流变得很小，有利于防止弧光过零后重燃的现象，以达到灭弧的目的，从而降低高幅值过电压出现的概率，以及防止事故的进一步扩大和保证电力系统的安全。但在正常环境中，消弧线圈的接入会对电力系统的运行造成一定的影响，例如：影响二次仪表测量的准确性和继电保护的修正。电力系统中各种常规操作以及除单相电弧性接地以外的其他故障都有可能出现过电压现象，此时消弧线圈误认为发生故障，对电力系统进行灭弧，造成电力系统中的负载频繁启停，影响电力系统的稳定性。

在相关技术中，为了消除正常环境中消弧线圈接入对电力系统带来的负面作用，常采用调节消弧线圈补偿度的方法，即调节消弧线圈电感量参数。但由于电力系统及负载运行的离散性大，各操作与故障间发生的情况千差万别，依靠调整消弧线圈电感量参数的方法不能达到理想效果。

基于此，本申请实施例提出了一种消弧线圈控制系统，能够解决正常环境中消弧线圈对电力系统的影响，提高电力系统工作的稳定性。

参照图1，在一些实施例中，消弧线圈控制系统包括：三相相线U、V、W，消弧线圈400、故障检测模块100、第一控制模块200和第二控制模块300。消弧线圈400的输入端与三相相线的中性点电连接，消弧线圈400的输出端接地；故障检测模块100与消弧线圈400的输出端耦合连接，用于检测故障情况并发送第一信号；第一控制模块200的一端与故障检测模块100电连接，用于根据第一信号发送第二信号；第二控制模块300的一端与第一控制模块200的另一端耦合连接，第二控制模块300的另一端与消弧线圈400的输入端电连接，用于根据第二信号控制消弧线圈400的连接状态。具体地，中性点为变压器或发电机的绕组中的一点，该点与外部各接线端间电压绝对值相等。当电力系统正常运行时，消弧线圈400中无电流通过，此时第一信号为零，即故障检测模块100无电压产生，使与故障检测模块100电连接的第一控制模块200所发送的第二信号也为零，第二控制模块300根据第二信号控制消弧线圈400短接，相当于消弧线圈400没有接入中性点及地端。当电力系统发生故障时，故障检测模块100产生电压，即此时第一信号不为零，第一控制模块200根据第一信号生成第二信号并发送至第二控制模块300，第二控制模块300根据第二信号控制消弧线圈400接入，以保证电力系统的稳定运行。

本申请实施例通过故障检测模块100检测电力系统的故障情况，当电力系统正常运行时，第一信号为零，第一控制模块200和第二控制模块300控制消弧线圈400短接，即控制消弧线圈400不接入电力系统中；当电力系统发生故障时，故障检测模块100产生电压，即第一信号不为零，第一控制模块200和第二控制模块300控制消弧线圈400接入电力系统中。实现了电路系统发生故障时，消弧线圈400接入以保证电力系统的安全；电力系统正常运行时，消弧线圈400短接以提高电力系统工作的稳定性。

参照图2，在一些实施例中，故障检测模块100包括：零线电流互感器T1，零线电流互感器T1与消弧线圈400的输出端耦合连接，零线电流互感器T1的副边绕组L1与第一控制模块200电连接。将零线电流互感器T1设置在消弧线圈400的输出端，以检测零线回路实际工作的电流。零线电流互感器T1可以实现高精度和高灵敏度检测，具体地，精度可达0.2级，零线电流互感器T1可以转换几十毫安至几十安之间的接地电流。当电力系统发生故障时，零线电流互感器T1的副边绕组L1可感应产生足够大的电压，并将该电压信号传输至第一控制模块200，以使第二控制模块300控制消弧线圈400接入电力系统中，保证电力系统的安全。在一个具体的实施例中，将零线电流互感器T1设置在消弧线圈400的输出端，可以是如图2所示将与消弧线圈400输出端连接的电缆穿过零线电流互感器T1铁芯的内孔，或将零线电流互感器T1通过绝缘夹等固定件固定在消弧线圈400输出端的电缆旁，以实现零线电流互感器T1与消弧线圈400输出端的耦合连接。

在一些实施例中，第一控制模块200包括：发光二极管U1A，用于发送第二信号，第二控制模块300包括：光敏三极管U1B和MOS管V1，光敏三极管U1B与发光二极管U1A耦合连接，用于接收第二信号，MOS管V1的栅极与光敏三极管U1B的集电极电连接，MOS管V1的源极与光敏三极管U1B的发射极电连接。具体地，MOS管V1为N沟道型场效应管，发光二极管U1A为红外发光二极管U1A，光敏三极管U1B为红外光敏三极管U1B，红外发光二极管U1A与红外光敏三极管U1B耦合连接，当电力系统发生故障时，零线电流互感器T1副边绕组L1的两端产生感应电压，使红外发光二极管U1A产生第二信号，即红外发光二极管U1A发出红外光信号，光敏三极管U1B接收红外光信号，光敏三极管U1B导通且MOS管V1截止，以使消弧线圈400正常接入电力系统中，保证电力系统在发生故障时的安全。当电力系统正常运行时，零线电流互感器T1的副边绕组L1无感应电压产生，红外二极管不发光，光敏三极管U1B截止且MOS管V1导通，以使消弧线圈400被短路，保证电力系统在正常情况下时的稳定工作。

在一些实施例中，第一控制模块200还包括：第一电阻RP1，第一电阻RP1设有第一端和第二端，第一电阻RP1的第一端与发光二极管U1A电连接，第一电阻RP1的第二端与零线电流互感器T1电连接。具体的，第一电阻RP1为可调电阻，用来调节零线电流互感器T1副边绕组L1两端所产生的电压对发光二极管U1A的影响，通过调节第一电阻RP1阻值的大小，以控制发光二极管U1A在感应电压值多大时产生第二信号，即在感应电压值多大时控制消弧线圈400接入电力系统中，增加消弧线圈400控制系统的适用性。

在一些实施例中，第一控制模块200还包括：整流电路210、滤波电路220和稳压电路230，整流电路210与零线电流互感器T1的副边绕组L1电连接，滤波电路220与整流电路210电连接，稳压电路230的一端与滤波电路220电连接，稳压电路230的另一端与第一电阻RP1的第二端电连接。在一个具体的实施例中，整流电路210包括：第二电阻R2和第一整流桥VC1，第二电阻R2与零线电流互感器T1的副边绕组L1电连接，第二电阻R2的一端与第一整流桥VC1的第一输入端电连接，第二电阻R2的另一端与第一整流桥VC1的第二输入端电连接。滤波电路220包括：第三电阻R3和第一电容C1，第三电阻R3和第一电容C1并联连接，第一电容C1的一端与第一整流桥VC1的第一输出端电连接，第一电容C1的另一端与第一整流桥VC1的第二输出端电连接。稳压电路230包括：第四电阻R4和稳压二极管VD1，第四电阻R4的一端与第一整流桥VC1的第一输出端电连接，第四电阻R4的另一端与稳压二极管VD1的一端电连接，稳压二极管VD1的另一端与发光二极管U1A电连接。具体地，当电力系统发生故障时，零线电流互感器T1副边绕组L1的两端产生电压，该电压被整流电路210整流、滤波电路220滤波及稳压电路230稳压后输入至发光二极管U1A的两端，为发光二极管U1A提供供电电压，当零线电流互感器T1副边绕组L1两端产生的电压足够大时，发光二极管U1A发出第二信号，以控制光敏三极管U1B导通，使MOS管V1截止，从而控制消弧线圈400接入电力系统。

在一些实施例中，第二控制模块300还包括：第二整流桥VC2，第二整流桥VC2的第一输入端与消弧线圈400的输入端电连接，第二整流桥VC2的第二输入端与消弧线圈400的输出端电连接，第二整流桥VC2的第一输出端与MOS管V1的漏极电连接，第二整流桥VC2的第二输出端与MOS管V1的源极电连接。具体地，当电力系统正常运行时，发光二极管U1A产生第二信号，光敏三极管U1B截止且MOS管V1导通，消弧线圈400通过第二整流桥VC2被短接，以保证电力系统的稳定运行。

在一些实施例中，第二控制模块300还包括：供电电路，供电电路的一端与光敏三极管U1B的集电极电连接，供电电路的另一端与光敏三极管U1B的发射极电连接。具体地，供电电路用于提供12V的直流电源，供电电路的正极与光敏三极管U1B的集电极以及MOS管V1是栅极电连接，供电电路的负极与光敏三极管U1B的发射极以及MOS管V1的源极电连接。当电力系统正常运行时，光敏三极管U1B截止，MOS管V1导通，消弧线圈400通过第二整流桥VC2被短接，相当于电力系统中无消弧线圈400接入。当电力系统发生故障时，光敏三极管U1B导通，MOS管V1的栅极电压被拉低，MOS管V1截止，以控制消弧线圈400接入电力系统，从而保证电力系统的安全。

在一些实施例中，第二控制模块300还包括：第五电阻RV5、第六电阻R6和第七电阻R7，第五电阻RV5的一端与MOS管V1的漏极电连接，第五电阻RV5的另一端与MOS管V1的源极电连接，用于抑制浪涌电压，以对MOS管V1起保护作用。第六电阻R6的一端与光敏三极管U1B的集电极电连接，第六电阻R6的另一端与光敏三极管U1B的发射极电连接，第七电阻R7的一端与MOS管V1的集电极电连接，第七电阻R7的另一端与供电电路的正极电连接。

在一些实施例中，消弧线圈400线圈的输入端与三相相线T0的中性点N电连接，消弧线圈400的输出端接地且与零线PE电连接。零线电流互感器T1与消弧线圈400的输出端耦合连接，用于检测零线回路的工作电流。

在一个具体的实施例中，当电力系统正常运行时，零线电流互感器T1副边绕组L1的两端无电压产生，发光二极管U1A不发光，光敏三极管U1B截止且MOS管V1导通，消弧线圈400通过第二整流桥VC2被短接，以保证电力系统在正常状态时的稳定运行。当电力系统发生故障时，零线电流互感器T1副边绕组L1的两端产生电压，发光二极管U1A发出光信号，光敏三极管U1B导通，MOS管V1的栅极电压被拉低，MOS管V1截止，以控制消弧线圈400正常接入电力系统中，保证电力系统在发生故障时的安全。由于光电耦合器状态的改变仅需微秒级的响应时间，所以当电力系统发生故障时，可以使消弧线圈400及时接入，以保证电力系统的安全。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (7)

1.消弧线圈控制系统，其特征在于，包括：

三相相线，用于提供供电电源；

消弧线圈，所述消弧线圈的输入端与所述三相相线的中性点电连接，所述消弧线圈的输出端接地；

故障检测模块，所述故障检测模块与所述消弧线圈的输出端耦合连接，用于检测故障情况并发送第一信号；

第一控制模块，所述第一控制模块的一端与所述故障检测模块电连接，用于根据所述第一信号发送第二信号；

第二控制模块，所述第二控制模块的一端与所述第一控制模块的另一端耦合连接，所述第二控制模块的另一端与所述消弧线圈的输入端电连接，用于根据所述第二信号控制所述消弧线圈短接或接入电力系统；

其中，所述故障检测模块包括：零线电流互感器；所述零线电流互感器与所述消弧线圈的输出端耦合连接，所述零线电流互感器的副边绕组与所述第一控制模块电连接；

所述第一控制模块包括：发光二极管，所述发光二极管用于发送第二信号；

所述第二控制模块包括：光敏三极管和MOS管，所述光敏三极管与所述发光二极管耦合连接，用于接收所述第二信号；

所述MOS管的栅极与所述光敏三极管的集电极电连接，所述MOS管的源极与所述光敏三极管的发射极电连接；

所述第一控制模块还包括：第一电阻，所述第一电阻设有第一端及第二端；

所述第一电阻的第一端与所述发光二极管电连接；

所述第一电阻的第二端与所述零线电流互感器电连接；

其中，所述第一电阻为可调电阻。

2.根据权利要求1所述的消弧线圈控制系统，其特征在于，所述第一控制模块还包括：

整流电路，所述整流电路与所述零线电流互感器的副边绕组电连接；

滤波电路，所述滤波电路与所述整流电路电连接；

稳压电路，所述稳压电路的一端与所述滤波电路电连接，所述稳压电路的另一端与所述第一电阻的第二端电连接。

3.根据权利要求2所述的消弧线圈控制系统，其特征在于，所述整流电路包括：第二电阻和第一整流桥；

所述第二电阻与所述零线电流互感器的副边绕组电连接，所述第二电阻的一端与所述第一整流桥的第一输入端电连接，所述第二电阻的另一端与所述第一整流桥的第二输入端电连接；

所述滤波电路包括：第三电阻和第一电容；

所述第三电阻和所述第一电容并联连接，所述第一电容的一端与所述第一整流桥的第一输出端电连接，所述第一电容的另一端与所述第一整流桥的第二输出端电连接；

所述稳压电路包括：第四电阻和稳压二极管；

所述第四电阻的一端与所述第一整流桥的第一输出端电连接，所述第四电阻的另一端与所述稳压二极管的一端电连接，所述稳压二极管的另一端与所述发光二极管电连接。

4.根据权利要求1所述的消弧线圈控制系统，其特征在于，所述第二控制模块还包括：

第二整流桥，所述第二整流桥的第一输入端与所述消弧线圈的输入端电连接，所述第二整流桥的第二输入端与所述消弧线圈的输出端电连接，所述第二整流桥的第一输出端与所述MOS管的漏极电连接，所述第二整流桥的第二输出端与所述MOS管的源极电连接。

5.根据权利要求4所述的消弧线圈控制系统，其特征在于，所述第二控制模块还包括：

供电电路，所述供电电路的一端与所述光敏三极管的集电极电连接，所述供电电路的另一端与所述光敏三极管的发射极电连接。

6.根据权利要求5所述的消弧线圈控制系统，其特征在于，所述第二控制模块还包括：

第五电阻，所述第五电阻的一端与MOS管的漏极电连接，所述第五电阻的另一端与所述MOS管的源极电连接，用于抑制浪涌电压；

第六电阻，所述第六电阻的一端与所光敏三极管的集电极电连接，所述第六电阻的另一端与所述光敏三极管的发射极电连接；

第七电阻，所述第七电阻的一端与所述MOS管的栅极电连接，所述第七电阻的另一端与所述供电电路电连接。

7.根据权利要求1至6任一项所述的消弧线圈控制系统，其特征在于，所述消弧线圈的输出端与零线电连接。

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