CN201229388Y - 配电网线路短路与接地故障指示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种配电网线路短路与接地故障指示装置，其包括：电流传感器、电流信号变换器、电流瞬变量启动电路、单片机控制系统依次连接，电压传感器、电压信号变换器、电压瞬变量启动电路，单片机控制系统依次连接，电流传感觉器、电压传感器的另一输出端与单片机控制系统相连接，故障指示电路与单片控制系统相连接。本实用新型的优点在于：由于采用电流瞬变量和电压瞬变量启动电路的方案，因此可提高装置的正确动作率，缩短故障查找时间，从而提高配网系统的供电可靠性。本设计提出直接测量架空线路对地电压的方法，使线路接地故障的判别更为直接可靠。

Description

配电网线路短路与接地故障指示装置

技术领域

本实用新型涉及一种电力系统的检测装置，特别是用于指示配电网线路短路与接地故障的装置。

背景技术

在10kV配电网电力系统中，短路与接地故障是配电网线路的主要故障，这些故障对系统造成影响，引起一定范围的停电。如果在系统中能及时检测出故障并进行维修，将缩短故障设备停役时间，提高运行效率与供电可靠性。目前对短路与接地故障指示器已有论述，如专利ZL99122276.8供电线路单相接地故障显示方法及所用仪器，介绍了采用比较接地瞬间电容电流和电压首半波，比较其相位且当电容电流突变且大于一定数值，判断为故障的故障指示器。这种故障判断装置，尤其对于中性点安装了消弧线圈的配网系统，产品正确动作率低。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种产品正确动作率高，故障查找时间短的配电网线路短路与接地故障指示装置。

一种配电网线路短路与接地故障指示装置，其结构要点在于：包括电流传感器、电压传感器、电流信号变换器、电压信号变换器、电流瞬变量启动电路、电压瞬变量启动电路，单片机控制系统，故障指示电路以及电源供给电路，电流传感器、电流信号变换器、电流瞬变量启动电路、单片机控制系统依次连接，电压传感器、电压信号变换器、电压瞬变量启动电路，单片机控制系统依次连接，电流传感觉器、电压传感器的另一输出端与单片机控制系统相连接，故障指示电路与单片控制系统相连接。

所述的电流瞬变量启动电路主要由电压比较器、电阻、电容相电连接构成组成。

所述的电压瞬变量启动电路主要由电压比较器、电阻、电容相电连接构成。

所述的配电网线路短路与接地故障指示装置，还包括一种金属外壳，所述的电压传感器由取样电容与金属外壳串联，电容的另一端与架空导线相连，金属外壳与电容的串接点接装置参考点，电容与架空线连接点之间的设置电压传感器输出端。

所述的电流传感器为CT型结构传感器。

所述的CT型结构传感器为由导磁材料制成，所述的导磁材料形成的环路R环绕架空导线，在R上有绕组，绕组的两输出端与电阻两端分别相连，连接后的一端接装置参考点，另一端则为电流流传感器的输出端。

本实用新型的有益效果是：与现已公开的技术相比，本配电网线路短路与接地故障指示装置，由于采用电流瞬变量和电压瞬变量启动电路的方案，因此可提高装置的正确动作率，缩短故障查找时间，从而提高配网系统的供电可靠性。本设计提出直接测量架空线路对地电压的方法，使线路接地故障的判别更为直接可靠。

附图说明

图1为本实用新型的工作原理方框图

图2为本实用新型短路故障瞬变量启动结构示意图

图3为本实用新型接地故障瞬变量启动结构示意图

图4电压传感器结构示意图

图5电流传感器结构示意图

具体实施方式

以下将结合实施例附图对本实用新型作进一步描述

图1中，C为电流传感器、V为电压传感器、X为电流信号变换器、Y为电压信号变换器、P为电流瞬变量启动电路、N为电压瞬变量启动电路，M为单片机控制系统，D为故障指示电路，S为电源供给电路。其连接关系是CT型电流传感器C的磁路包围配电网架空线路的某根导线，其副边绕组输出的该导线的电流信号接至电流信号变换器X的输入端，电流信号变换器X将采样到的电流信号变换成单片机控制系统M可以接受的电压信号，分别送单片机控制系统M的A/D通道1和电流瞬变量启动电路P的输入端Vx，电流瞬变量启动电路P的输出端Xout接单片机控制系统M的中断INT0脚；电压传感器V的取样电容一端接配电网架空线路的同根导线，另一端接金属质机壳，形成取样电容与机壳对地分布电容的串联电路，取样电容上获取的该导线对地电压信号接至电压信号变换器Y的输入端，电压信号变换器Y将采样到的交流电压信号变换成单片机控制系统M可以接受的电压信号，分别送单片机控制系统M的A/D通道2和电压瞬变量启动电路N的输入端Vy，电压瞬变量启动电路N的输出端Yout接单片机控制系统M的中断INT1脚；单片机控制系统M的口3接故障指示电路D，电源供给电路S分别接单片机控制系统M、电流信号变换器X、电压信号变换器Y、电流瞬变量启动电路P、电压瞬变量启动电路N。

图2中，电流瞬变量启动电路P由电阻R1、R2、R3、R4、R5，电容C1、电压比较器U1组成，R1和R2串联，R2另一端接地，串联点V2接R5，R5另一端接U1的反向输入端，R3和R4串联，R4另一端接U1的同向输入端，串联点V1经电容C1接地，电流瞬变量启动电路P的输入端Vx与R1与R3的非串联端相连，U1的输出端与电流瞬变量启动电路P的输出端Xout相连，U1由电源供给电路S提供的直流电源Vcc(+5V)供电。

图3中，电压瞬变量启动电路N由电阻R6、R7、R8、R9、R10，电容C2、电压比较器U2组成，R6和R7串联，串联点为V4，R7另一端接地，R9和R10串联，R10另一端接U2的反向输入端，串联点V3经电容C2接地，R9非串联端与V4相连，R8一端接U2的同向输入端，R8的另一端与电压瞬变量启动电路N的输入端Vy以及R6的非串联端相连，U2的输出端与电压瞬变量启动电路N的输出端Yout相连，U2由电源供给电路S提供的直流电源Vcc(+5V)供电。

图4为电压传感器V，由取样电容C_s与金属壳体串联而成，C_s另一端与架空导线L相连接，金属壳体对地分布电容为C₀，串联点S接本指示器的装置参考点，V_OUT为电压传感器的输出端。

图5为电流传感器C，其为CT型结构的传感器，导磁材料制成的环路R包围架空导线L，R上有绕组N，N两输出端与电阻R₀两端分别相连。一个接装置参考点，另一个接点则为电流传感器的输出端。

所述的故障指示电路为一种指示灯。

所述的电流信号变换器与电压信号变换器为一种交流信号变换为直流信号的变换电路，其为以AD736芯片为核心构成的交直流信号变换线路。

从图1可知，单片机控制系统M被中断触发唤醒后，将电流信号变换器X、电压信号变换器Y分别输出的电流、电压信号输出至单片机控制系统M的A/D通道1、A/D通道2，获得架空导线电流及其对地电压值的数字值，供单片机控制系统M进行故障模式的算法判别。与已公开的技术相比，本设计提出直接测量架空线路对地电压的方法，使线路接地故障的判别更为直接可靠。

从图2可知，代表架空导线电流大小的Vx为输入信号，若取R1＝R2，则线路运行正常时V1>V2，输出Xout为高电平。设短路导致Vx突升至kVx(k>1)，同一时刻V2＝0.5kVx，由于电容两端电压不发生突变，因此，V1的上升要滞后于V2，根据一阶电路全响应理论，V1的响应可以用下式表示：

$V_1=V_x{e}^{-\frac{t}{\mathrm{\τ}}}+{\mathrm{kV}}_x(1-e^{-\frac{t}{\mathrm{\τ}}})---\left(1\right)$

式(1)中τ＝R₃C₁为比较器同向输入端RC电路的时间常数。当V2>V1时，U1输出Xout变为低电平，直到V1>V2，U1输出Xout又恢复高电平，一次瞬变量启动过程完成。由图2不难推出导致U1翻转的Vx至少要陡升1倍以上。

从图3可知，在正常工作状态下，比较器U2的输出Yout为高电平。若电压信号Vy突然跌落，U2的反相输入端由于电容C2的存在，电压V3不突变，而同向输入端电压随Vy跌落导致V3>Vy，使得U2输出变为低电平，直到Vy>V3，U2输出Yout又恢复高电平，完成一次电压跌落瞬变量启动过程。即，当U2输出由高电平突变为低电平时，意味着电压信号发生跌落。若取R6＝R7，则Vy跌落至小于原先1/2时，U2输出一个下降沿。

本实用新型安装在10kV配网线路，由于采用了上述技术方案，对10kV配电网线路的短路和接地故障能够正确指示，将缩短故障设备巡线查找时间，提高运行效率与供电可靠性。

以上所述，仅是本实用新型的具体实施例，并非对本实用新型做出限制。凡依据本实用新型的技术实质对以上实施例进行的任何简单修改、变更或等效变换，仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1、一种配电网线路短路与接地故障指示装置，其特征在于：包括电流传感器、电压传感器、电流信号变换器、电压信号变换器、电流瞬变量启动电路、电压瞬变量启动电路，单片机控制系统，故障指示电路以及电源供给电路，电流传感器、电流信号变换器、电流瞬变量启动电路、单片机控制系统依次连接，电压传感器、电压信号变换器、电压瞬变量启动电路，单片机控制系统依次连接，电流传感觉器、电压传感器的另一输出端与单片机控制系统相连接，故障指示电路与单片控制系统相连接。

2、根据权利要求1所述的配电网线路短路与接地故障指示装置，其特征在于：所述的电流瞬变量启动电路主要由电压比较器、电阻、电容相电连接构成组成。

3、根据权利要求1或2所述的配电网线路短路与接地故障指示装置，其特征在于：所述的电压瞬变量启动电路主要由电压比较器、电阻、电容相电连接构成。

4、根据权利要求3所述的配电网线路短路与接地故障指示装置，其特征在于：所述的配电网线路短路与接地故障指示装置，还包括一种金属外壳，所述的电压传感器由取样电容与金属外壳串联，电容的另一端与架空导线相连，金属外壳与电容的串接点接装置参考点，电容与架空线连接点之间的设置电压传感器输出端。

5、根据权利要求4所述的配电网线路短路与接地故障指示装置，其特征在于：所述的电流传感器为CT型结构传感器。

6、根据权利要求5所述的配电网线路短路与接地故障指示装置，其特征在于：所述的CT型结构传感器为由导磁材料制成，所述的导磁材料形成的环路R环绕架空导线L，在R上有绕组，绕组的两输出端与电阻两端分别相连，连接后的一端接装置参考点，另一端则为电流流传感器的输出端。

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