一种开关柜故障检测装置的制作方法

本实用新型涉及一种开关柜故障检测装置，属于电力系统电气设备领域。

背景技术：

在电力系统众多的电气设备中，开关柜是应用最多的，同时也是事故频发的设备。开关柜内部的故障是配电系统中危害非常严重的故障，通常由于没有及时发现和清除短路故障，从而造成极其严重的危害。燃弧带来的危害有：1、光能量巨大，破坏力惊人，造成一次设备损坏。2、“火烧连营”造成整个变电站的损坏。3、事故后恢复供电时间长。4、事故影响电力系统稳定运行。5、事故造成人员伤亡，造成重大经济损失。

然而短路故障持续时间长短与电气设备遭受破坏程度有关，故障时间越短造成的破坏就越短。因而需要保证电力系统运行安全性，这就需要对开关柜故障及时检测并处理。弧光保护的意义有：1、在燃弧初期快速断开故障点；2、使得快速恢复供电成为可能；3、延长一次设备的使用寿命；4、可以实现中低压母线保护功能；5、可以避免人员伤亡。

目前开关柜故障检测装置研究一般采用过流检测方法，当出现过流情况时电气设备已经开始被损坏，导致检测效果不佳。尽管目前有些检测装置采用弧光检测与过流检测相结合，但是未能检测出开关柜故障类型以及实现故障定位，不能及时进行故障处理。

技术实现要素：

本实用新型针对目前开关柜故障检测装置存在的不足，提供了一种开关柜故障检测装置。由于发生故障，产生弧光强度主要集中在近紫外和可见光区，不同故障类型产生弧光成分近似相同，但相同波长处弧光相对强度不同，分析相同波长处的弧光强弱可以确定故障类型。同时利用工控机分析多个弧光传感器输出的脉冲强弱，进行故障定位。该检测装置具有灵敏、准确、快速、选择性好等优点。

本实用新型采取的技术方案为：

一种开关柜故障检测装置，包括弧光传感器、信号处理单元、工控机，弧光传感器连接信号处理单元，信号处理单元连接工控机，信号处理单元连接开关柜的断路器。弧光传感器的输出脉冲电流信号传送给信号处理单元，信号处理单元用于控制开关柜的断路器动作。工控机用于分析相同波长处的弧光强弱，确定开关柜故障类型。工控机用于分析不同 弧光传感器输出脉冲信号强弱，进行故障定位。所述弧光传感器为多个，多个弧光传感器装设在开关柜内壁。

所述弧光传感器为ArcSensor03型弧光传感器。

所述信号处理单元安装在选定的开关柜内，选择的原则是保证信号处理单元相关光纤用量尽量少。

所述信号处理单元包含信号放大器、信号处理器，信号放大器采用OPA2251运算放大器，信号处理器采用FPGA作为核心处理器；

OPA2251运算放大器构成电平转换电路，对弧光传感器的输出脉冲电平进行转换，转换成适合FPGA的I/O端口接收的电平值。

所述信号处理单元为一个PCI接口的板卡，可直接插入工控机的PCI插槽。

本实用新型一种开关柜故障检测装置，技术效果如下：

(1)本实用新型一种开关柜故障检测装置，分析相同波长处的弧光强弱确定开关柜故障，具有灵敏、准确、快速、选择性好等优点。

(2)本实用新型一种开关柜故障检测装置，在电力系统保护中采用紫外光作为电弧光检测的依据，不仅可以避免其他光源干扰，排除主观感受，还可以增加系统检测的可靠性。

(3)本实用新型一种开关柜故障检测装置，故障发生的瞬间能在7～10ms内检测出来并及时发送“跳闸反馈”到断路器，具有快速、弧光整定误差小、可靠性高的特点。

(4)本实用新型一种开关柜故障检测装置，故障发生的瞬间，弧光强度主要集中在近紫外和可见光区。不同故障类型产生弧光成分近似，相同波长处弧光相对强度不同，可以检测出故障类型。

(5)本实用新型一种开关柜故障检测装置，开关柜内壁装设多个弧光传感器，工控机分析不同弧光传感输出的脉冲强弱，进行故障定位。

附图说明

图1为本实用新型一种开关柜故障检测装置原理框图。

图2为本实用新型一种开关柜故障检测装置流程图。

图3为本实用新型中信号处理电路原理图。

具体实施方式

一种开关柜故障检测装置，包括弧光传感器、信号处理单元、工控机。弧光传感器连接信号处理单元，信号处理单元连接工控机，信号处理单元连接开关柜的断路器；

弧光传感器的输出脉冲电流信号传送给信号处理单元，信号处理单元用于控制开关柜 的断路器动作。

弧光传感器用于获取弧光信号，其信号来源于开关柜发生短路故障的瞬间。弧光传感器的输出传送给信号处理单元。信号处理单元发送“跳闸反馈”到断路器，断路器动作。在220V/200A条件下，对于金属导体短路而言，大约有60％～70％的电弧光强度处于250～380nm的可见光和紫外光双波段；而20KV的高电压下，由于空气激发而产生的电弧光中有90％的强度来自300～380nm的紫外光。故障发生的瞬间，弧光强度主要集中在近紫外和可见光区。不同故障类型产生弧光成分近似相同，但相同波长处弧光相对强度不同，工控机进行数据分析可以检测出故障类型。

开关柜内壁装有多个弧光传感器，工控机分析不同弧光传感器输出脉冲信号强弱，进行故障定位。

所述弧光传感器为ArcSensor03型弧光传感器。ArcSensor03是一款对微弱光源极其敏感的电流型弧光传感器，可以探测到小于10nW/cm²的光强；所述弧光传感器内能够检测紫外光波段，将接收到光强转换成脉冲电流；ArcSensor03弧光传感器检测紫外光有效防止了因其他光源干扰而装置误动的情况。该传感器便于安装，适用于高压开关柜的工作环境。

所述信号处理单元与工控机配合使用，是开关柜故障检测装置的重要组成部分。所述信号处理单元通常安装在选定的开关柜内，选择的原则是保证该单元相关光纤用量尽量少。

所述信号处理单元包含信号放大器、信号处理器。所述信号处理器采用FPGA作为核心处理器，所选FPGA型号为EP2C5Q208C8N。利用OPA2251运算放大器构成电平转换电路，对输出脉冲电平进行转换，转换成适合FPGA的I/O端口接收的电平值。信号处理单元实现脉冲电流信号转换、放大、过门限检测，对各通道检测结果进行综合判断，同时将处理后的信号传递给工控机。

所述的信号处理单元接收到脉冲电流，通过电阻转换成电压，送至下一级电路进行运算放大处理，经过运算放大处理的信号通过单门限电压比较器，当输入电压大于门限电压v_REF，输出为高电平。所述功率放大模块置于单门限电压比较器后，作用是信号功率放大，便于断路器跳闸。所述单门限电压比较器CA3160E、运算放大器OPA2251采用双端供电，供电电压大小均为5V。所述运算放大电路通过OPA2251及外围电路实现，输出电压和输入电压的计算公式：

V_out＝V_in.R₂/R₁

R₂为100k的滑动变阻器，R₁为1k固定电阻，通过调节R₂来改变运算放大器的放大倍数，最大放大倍数为100倍。

所述信号处理单元显示检测到开关柜故障，此时控制器发送“跳闸反馈”到断路器，断路器动作。信号处理电路输出低电平，表明没有弧光输入。所述检测装置对周围环境的光感进行判断，其动作时间为1ms，加上判据及输出接点动作时间约为7～10ms，较传统的保护动作速度快。

所述信号处理单元与工控机之间采用PCI接口实现通讯和供电。信号处理单元为一个PCI接口的板卡，可直接插入工控机的PCI插槽。

所述的工控机进行数据比较分析，确定开关柜故障类型。发生故障，弧光强度主要集中在近紫外和可见光区。不同故障类型产生弧光成分不同，相同波长处弧光相对强度不同，可以检测出故障类型。同时工控机分析多个弧光传感器输出的脉冲强弱，进行故障定位。采用紫外光作为电弧光检测的依据，不仅可以避免其他光源干扰，排除主观感受，还能增加系统检测的可靠性。

本实用新型针对目前开关柜故障检测装置存在的不足，提供了一种开关柜故障检测装置，用于检测不同类型的开关柜故障，同时利用工控机分析多个弧光传感器输出的脉冲强弱，进行故障定位。

本实用新型对比分析相同波长处的弧光强弱检测开关柜故障，在故障发生7～10ms内及时检测并发送“跳闸反馈”到断路器，具有快速、弧光整定误差小、可靠性高的特点。分析相同波长处的弧光强弱是一种最基本应用最广泛的分析技术，具有灵敏、准确、快速、选择性好等优点。在电力系统保护中采用紫外光作为电弧光检测的依据，不仅可以避免其他光源干扰，排除主观感受，还可以增加系统检测的可靠性。