基于快速真空断路器的小电流接地系统电容电流测量装置的制作方法

本实用新型涉及电力安全技术领域，尤其涉及一种基于快速真空断路器的小电流接地系统电容电流测量装置。

背景技术：

10kV, 35kV 配电网中一般都采用中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式。当配电网发生单相接地故障时,线电压仍然保持对称,对用户继续工作影响不大,并且电容电流比较小或者经消弧线圈补偿后电容电流较小,一些瞬时性接地故障能够自行消失,这对提高供电可靠性,减少停电事故是非常有效的。由于该运行方式简单、投资少,所以在我国电网初期阶段一直采用这种运行方式,并起到了很好的作用,积累了一些成功运行经验。随着电力系统的发展及“城乡电网改造”，我国的配电网络迅速扩大和发展，一方面城市配电网采用环网供电、多电源供电方式，另一方面由于城市电网规模不断地扩建和延伸，受城区规划、环保和场地等条件制约，城市配电网逐渐采用以电缆线为主、架空线为辅的电网结构模式，这样一来，配电网单相对地电容电流就大幅度地增加了。不接地系统或经消弧线圈接地系统在发生单相接地时，故障相的接地电流是非故障相对地电容电流之和。当电流超过10A，此时接地电弧不能可靠熄灭，将严重威胁电网设备的绝缘，危及电网的安全运行。根据现行电网运行资料统计，配电网的事故约占电网事故的 90%，其中相当一部分又是单相接地短路故障。发生单相接地短路故障后，会造成三相系统不平衡，非故障相电压升高，电网电容电流发生变化，短路点可能出现较大的短路电流。

目前测量小电流接地系统电容电流主要采用外置电压互感器二次信号注入法，此方法的原理为利用外置电压互感器想接地变压器中性点注入两个异频的恒流信号，通过相应的计算得到线路的对地电容量和电容电流，但此种方法的测量精度极易受到三相不平衡电压和外置电压互感器的励磁电流以及线路对地电容量大小的影响，导致其测量误差很大，到目前为止，没有很好的解决方法。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于快速真空断路器的小电流接地系统电容电流测量装置，本测量装置控制回路简单、保护电路安全可靠，能对小电流接地系统电容电流进行准确测量。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种基于快速真空断路器的小电流接地系统电容电流测量装置，包括快速真空断路器、与快速真空断路器的过流保护装置和与过流保护装置连接的断路器控制器，所述快速真空断路器连接Zigbee无线控制器，所述快速真空断路器连接接地线，所述接地线上设有高精度电流互感器，所述高精度电流互感器连接高频暂态波形记录仪，三相线路对地电容、电感器、电阻组成闭合回路。

所述电阻、电感器分别为线路等效电感电阻。

所述高频暂态波形记录仪包括高数模数转换芯片、微处理器、高速存储芯片SRAM。

所述快速真空断路器连接光电信号转换器。

所述过流保护装置连接模数转换芯片。

所述快速真空断路器采用永磁式快速真空断路器。

所述过流保护装置设置峰值过流检测装置。

所述高精度电流互感器外设有电磁屏蔽机构，所述电磁屏蔽机构包括上壳体和下壳体，所述上壳体与下壳体铰接，所述上壳体与下壳体的两侧均设有弧形开口，所述上壳体与下壳体闭合后形成的通孔供导线穿过。

所述上壳体的周侧设有具有锌颗粒的橡胶层。

C相发生单相金属性接地短路，中性点产生一个偏移电压Uo，其大小与Uc相等，方向相反。其等效回路如图2所示，其中电阻、电感器分别为线路等效电感电阻，电容为三相线路对地电容，此时通过回路中的高精度电流互感器，触发暂态参数记录仪对电容电流的波形进行实时采集。

当快速真空断路器合闸，C相发生单相金属性接地，C相对地电压降低，A、B两相的相电压升高，但线电压却依然对称，因非故障的两相对地电压升高倍，可能引起绝缘的薄弱环节被击穿，发展成为相间短路，故本测量装置的硬件过流保护装置和快速真空断路器会发生相间短路后的瞬间，在线路跳闸之前及时分断回路，从而保证配电网的用电安全。配电网发生单相金属性接地后，流过接地点的电流由暂态电容电流和稳态电容电流组成，其中由于暂态电容电流的幅值和频率数倍于稳态电容电流，并且整个暂态过程可能会持续上百毫秒，故其危害性非常大，本测量装置能够将暂态电容电流的振荡和衰减的全过程显示出来，从而为间歇性电弧接地过电压研究提供参考依据。

由于发生单相金属性接地后，流过接地点电流包括高频的暂态过程和工频的稳态过程，暂态幅值最大可到7~8倍的稳态幅值且持续时间非常短暂，若想完整的采集，则必须选用高精度的保护性电流互感器，从而保证对暂态过程的精确采集，同时由于暂态过程频率最高可达3kHz，暂态记录仪必须保证较高的采样速率和足够的存储容量已达到录波的要求。

测量系统控制快速真空断路器合闸形成单相金属性接地，同时通过暂态参数记录仪读取高精度电流互感器的电流值，完成对电容电流暂态过程和稳态过程的波形采集。测量过程中，由于故障相电压降为零，非故障相电压升高，可能会发生相间短路，故本测量装置加入了过流保护装置，实时判断是否发生相间短路，当发生相间短路时，快速真空断路器分闸很短，从而能在线路跳闸之前分断回路，从而保证配电网安全。基于快速真空断路器的小电流接地系统电容电流测量装置主要优点在于，采用的单相直接接地测量法的精度大大提升，不受配电网三相不平衡电压等因素的影响，并且本测量系统不仅可以采集电容电流的稳态波形还可采集暂态波形，为间歇性电弧接地过电压研究提供参考依据。本装置测量更加准确，并且由于快速真空断路器在本测量装置中的应用，保证了测量过程中配电网的用电安全。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图；

图2为本实用新型的等效回路图；

图3为本实用新型的电磁屏蔽机构结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。

实施例一：如图1、2所示，一种基于快速真空断路器的小电流接地系统电容电流测量装置，包括快速真空断路器、与快速真空断路器的过流保护装置和与过流保护装置连接的断路器控制器，所述快速真空断路器连接Zigbee无线控制器，所述快速真空断路器连接接地线，所述接地线上设有高精度电流互感器，所述高精度电流互感器连接高频暂态波形记录仪，高频暂态波形记录仪为多通道暂态记录仪，三相线路对地电容、电感器、电阻组成闭合回路。

实施例二：如图1、2、3所示，一种基于快速真空断路器的小电流接地系统电容电流测量装置，包括快速真空断路器、与快速真空断路器的过流保护装置3和与过流保护装置连接的断路器控制器4，所述快速真空断路器连接Zigbee无线控制器7，所述快速真空断路器连接接地线，所述接地线上设有高精度电流互感器，所述高精度电流互感器2连接高频暂态波形记录仪5，三相线路对地电容6、电感器、电阻组成闭合回路。

所述电阻、电感器分别为线路等效电感电阻。

所述高频暂态波形记录仪包括高数模数转换芯片、微处理器、高速存储芯片SRAM。

所述快速真空断路器1连接光电信号转换器。

所述过流保护装置连接模数转换芯片。

所述快速真空断路器采用永磁式快速真空断路器。

所述过流保护装置设置峰值过流检测装置。过流保护装置采用安徽凯利科技有限公司的过流保护装置CM-810。

所述高精度电流互感器外设有电磁屏蔽机构，所述电磁屏蔽机构包括上壳体10和下壳体9，所述上壳体与下壳体铰接，所述上壳体与下壳体的两侧均设有弧形开口11，所述上壳体与下壳体闭合后形成的通孔供导线穿过。

所述上壳体的周侧设有具有锌颗粒的橡胶层，橡胶层内设有若干个锌颗粒，一方面使两个壳体密封效果好，另一方面锌颗粒纵横交叉在一起形成良好额屏蔽层，防止外界电磁干扰，从而影响电流互感器测流的准确性。

配电网单相接地瞬间，接地点电容电流包含着高频暂态分量，高频暂态电流幅值可达到电容电流的8倍，频率最高可达3kHz，持续时间可达100ms，为保证信号采集的准确性和持续性，高频暂态波形记录仪采用高数模数转换芯片+微处理器+高速存储芯片SRAM来保证采集数据和录波功能的可靠性。

配电网单相接地瞬间，由于高频暂态分量的产生，对快速真空断路器控制信号产生和过流保护装置信号的传输造成干扰，对高精度电流互感器的测量精度产生影响，基于上述考虑，本装置采用光电转换模块，在快速真空断路器本体进行光电转换，避免高频暂态分量对装置的测量以及控制系统的产生影响。

配电网单相接地瞬间，高频暂态分量幅值较大且持续时间最长可达100ms，过流保护装置可能会误认为发生配电网相间短路，造成快速真空断路器误分闸，基于上述考虑，过流保护装置采用辨别暂态电流模块和短路电流模块，微处理器通过对模数转换芯片实时采集到的数据进行分析、处理，辨别高频暂态电流和相间短路电流，从而提高整个测量装置的可靠性，保证配电网运行安全。

配电网单相接地后线电压不变，因而不影响对用户的连续供电，配电网可继续运行1～2h，但是非故障相相电压会异常升高，从而可能导致配电网线路绝缘击穿，造成相间短路等恶劣事故，引起线路跳闸，基于上述考虑，本装置采用永磁式快速真空断路器和峰值电流检测装置，永磁式真空断路器分闸时间为2ms，且偏差不超过60us，峰值电流检测装置由于采用硬件比较器速度快，整个过流保护过程动作迅速，能在线路跳闸之前，快速真空断路器完成分闸，从而保证配电网的运行正常。

配电网单相接地电容电流测量往往是在线路上进行，试验现场很难找到220V电源，基于上述原因，测量装置电源系统采用DC12V车载电源供电方案，从而满足现场需要。由于车载电源容量有限，在试验过程中，若发生DC12V车载电源丢失情况，则整个测量装置断电，快速真空断路器无法分闸，若发生相间短路，会造成恶劣事故，所以电源系统增加储能电容和蓄电池部分，从而保证在外部电源丢失的情况下，断路器及时分闸。

测量时，断路器控制器4发出合闸指令，快速真空断路器1合闸从而形成单相接地，高频暂态波形记录仪5对高精度电流互感器2电流进行录波，同时过流保护装置实时读取高精度电流互感器2的电流值，若配电网发生相间短路，在线路过流保护装置发出信号之前，断路器控制器4发出分闸指令，快速真空断路器1分闸，从而保证配电网的正常运行不受影响。本装置还可通过Zigbee无线控制器7控制断路器的分合闸，保证现场现场操作安全可靠。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。