一种故障电流切断方法、装置以及真空负荷开关柜与流程

本发明涉及环网柜技术领域，尤其涉及一种故障电流切断方法、装置以及真空负荷开关柜。

背景技术：

环网柜(Ring Main Unit)是一组输配电气设备(高压开关设备)装在金属或非金属绝缘柜体内或做成拼装间隔式环网供电单元的电气设备，其核心部分采用负荷开关和熔断器，具有结构简单、体积小、价格低、可提高供电参数和性能以及供电安全等优点。它被广泛使用于城市住宅小区、高层建筑、大型公共建筑、工厂企业等负荷中心的配电站以及箱式变电站中。

但是因为现有的传统是负荷开关不用来切断故障电流，所以就没有必要和保护装置及自动装置连接，因而大多数负荷开关是手动操作，不能电动操作。比较常见的故障电流产生方式一种是由于单相接地导致的，另外一种是由于相间端口导致的，由于现有的大多数负荷开关不具备切断故障电流的功能，所以一般情况下需要和高压熔断器配合使用来达到保护的目的，这样就会不可避免的增加设备成本，同时使得原有的设备更加复杂，加大了维护难度且不能对于发生故障的线路进行定位。

因此，如何提供一种具有自动切断故障电流并且可以对发生故障的线路进行定位的真空负荷开关柜，来实现定位故障线路、自动切除单项接地故障以及相间短路产生的故障电流，达到保护设备及环网电路的目的，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

本申请实施例提供了一种真空负荷开关柜以及一种故障电流切断方法，以实现对于发生故障时故障线路的准确定位，及时切断故障电流，从而达到保护环网柜以及配套设备的效果。

为了达到以上目的，本申请提供了一种真空负荷开关柜，应用于12kV配电网系统中，所述系统还包括主站，所述真空负荷开关柜包括控制器、通信管理机、真空负荷开关、电磁操动机构、电子PT室以及电缆室，其中：

所述电缆室设置在所述真空负荷开关的进线侧，所述电子PT室设置在所述真空负荷开关的出线侧，分别用于获取所述负荷开关两侧的电压检测信号，并将所述检测信号上传至所述控制器；

所述控制器用于判断所述电压检测信号中是否存在故障电压信号，并将判断结果通过所述通信管理机上传至所述主站以使所述主站根据所述判断结果下发相应的控制指令；

所述控制器根据所述控制指令生成相应的控制信号并将所述控制信号发送至所述电磁操动机构，以使所述电磁操动机构根据所述控制信号控制所述真空负荷开关的动作；

其中，所述真空负荷开关的进线侧指本回路侧，出线侧指母线侧。

优选的，

所述真空负荷开关柜还包括PT室，所述PT室中设置有电压互感器，所述电压互感器的输出线与所述控制器相连接并为其提供电源；

所述电缆室和所述电子PT室中均安装有电子式电压互感器，电子PT室中的电子式电压互感器与所述真空负荷开关母线侧相连接，电缆室中的电子式电压互感器与所述真空负荷开关本回路侧相连接。

优选的，

所述真空负荷开关柜还包括接地刀闸，所述接地刀闸操作孔前设置有可旋转的接地挂锁锁片和可伸缩的电磁锁片，所述真空负荷开关操作孔前设置有可旋转的开关挂锁锁片。

优选的，

当所述接地刀闸处于分位且所述真空负荷开关处于分位时，此时所述真空负荷开关对应的回路正常，所述电磁锁片遮挡住所述接地刀闸操作孔，可通过手动或者所述电磁操动机构控制所述真空负荷开关的分合闸操作，不能进行所述接地刀闸的分合闸操作；

当所述接地刀闸处于分位且所述真空负荷开关处于合位时，此时所述真空负荷开关对应的回路正常，所述接地挂锁锁片遮挡住所述接地刀闸操作孔，同时所述电磁锁片遮挡住所述接地刀闸操作孔，即使所述真空负荷开关切换至分位，依然不能进行所述接地刀闸的分合闸操作；

当所述接地刀闸处于合位且所述真空负荷开关处于分位时，此时所述真空负荷开关对应的回路故障，所述开关挂锁锁片遮挡住所述真空负荷开关操作孔，只可进行所述接地刀闸的分合闸操作，不能通过手动或者所述电磁操动机构控制所述真空负荷开关的分合闸操作。

基于上述内容，本申请还提出了一种故障电流切断方法，该方法应用于前述的真空负荷开关柜中，该方法包括：

获取所述真空负荷开关进线侧以及出线侧的电压检测信号，判断所述电压检测信号中是否存在故障电压信号；

将判断结果通过所述通信管理机上传至所述主站，触发所述主站生成并下发相应的控制指令到所述控制器；

通过所述控制器生成对应于所述控制指令的控制信号，并将所述控制信号发送至所述电磁操动机构控制所述真空负荷开关的动作；

其中，所述真空负荷开关的进线侧指本回路侧，出线侧指母线侧。

优选的，将判断结果上传至所述主站，触发所述主站生成并下发控制指令，具体为：

若所述电压检测信号中不存在故障电压信号，所述主站下发控制指令以使所述控制器下发控制信号指示所述电磁操动机构控制所述真空负荷开关进行动作；

若所述电压检测信号中存在故障电压信号，所述主站下发控制指令以使所述控制器下发控制信号切断所述电磁操动机构的电源，所述电磁操动机构无法控制所述真空负荷开关进行动作。

相应的，本申请还提出了一种故障电流切断装置，所述装置应用于前述的真空负荷开关柜中，该装置包括：

判断模块：获取所述真空负荷开关进线侧以及出线侧的电压检测信号，判断所述电压检测信号中是否存在故障电压信号；

触发模块：将判断结果通过所述通信管理机上传至所述主站，触发所述主站生成并下发相应的控制指令到所述控制器；

生成模块：通过所述控制器生成对应于所述控制指令的控制信号，并将所述控制信号发送至所述电磁操动机构控制所述真空负荷开关的动作；

其中，所述真空负荷开关的进线侧指本回路侧，出线侧指母线侧。

优选的，所述触发模块具体用于：

若所述电压检测信号中不存在故障电压信号，所述主站下发控制指令以使所述控制器下发控制信号指示所述电磁操动机构控制所述真空负荷开关进行动作；

若所述电压检测信号中存在故障电压信号，所述主站下发控制指令以使所述控制器下发控制信号切断所述电磁操动机构的电源，所述电磁操动机构无法控制所述真空负荷开关进行动作。

与现有技术相比，本申请实施例所提出的技术方案的有益技术效果包括：

本申请实施例提出了一种真空负荷开关柜，包括控制器、通信管理机、真空负荷开关、电磁操动机构、电子PT室以及电缆室，通过设置在负荷开关两侧的电子PT获取负荷开关两侧的电压检测信号上传至控制器；控制器根据检测信号判断是否存在故障，并将判断结果通过所述通信管理机上传至主站以使主站根据判断结果下发控制指令，进一步生成控制负荷开关机构的控制信号。通过应用本方案，可以电压-时间控制逻辑实现真空负荷开关的动作控制和线路故障的定位，并且在发生故障时可以自动切断故障电流，从而达到保护环网柜以及配套设备的效果。

附图说明

图1为本申请实施例中提出的一种真空负荷开关柜的结构示意图；

图2为本申请实施例中提出的一种故障电流切断方法流程示意图；

图3为具体的应用场景中提出的一种12kv真空负荷开关柜的结构示意图；

图4为具体的应用场景中K开关的结构示意图；

图5为具体的应用场景中C开关的结构示意图；

图6为具体的应用场景中负荷开关柜机构室的结构示意图；

图7为本申请优选实施例中提出的一种故障电流切断装置的结构示意图；

图例说明：3.1气箱、3.2机构室、3.3电缆室、3.4PT室、3.5电子PT室、3.6电控箱、3.7通信管理机、3.8控制器；

3.2.1密封机构罩、3.2.2接地联锁片、3.2.3接地联锁凸轮、3.2.4主轴联锁片、3.2.5拉紧弹簧、3.2.6主轴联锁凸轮、3.2.7带电及接地短路故障综合指示器、3.2.8电磁锁、3.2.9电磁锁片、3.2.10门联锁件、3.2.11K面板。

具体实施方式

如背景技术所述，传统的环网柜中的负荷开关不用来切断故障电流，因此多数负荷开关都采用手动操作的方式而不使用电动操作的方式，在一般情况下负荷开关需要和高压熔断器配合使用来达到保护的目的，这样就会不可避免的增加设备成本，同时使得原有的设备更加复杂，加大了维护难度且不能对于发生故障的线路进行准确的定位。

为了解决以上技术问题，本发明提出了一种真空负荷开关柜，通过在负荷开关的本回路侧以及母线侧分别设置电压互感器来获取负荷开关两侧的二次电压信号，进而通过判断二次电压信号中是否存在零序电压来确定是否存在故障电流，并相应的生成调整负荷开关柜中负荷开关的工作状态的控制信号，来实现对于故障线路的定位以及自动切断故障电流的效果。

基于以上内容，本申请实施例提供了一种真空负荷开关柜，其结构示意图如图1所示，该负荷开关柜主要包括控制器、通信管理机、真空负荷开关、电磁操动机构、电子PT室以及电缆室，各个重要特征部件的介绍如下：

(1)、电缆室设置在真空负荷开关的进线侧，电子PT室设置在真空负荷开关的出线侧，分别用于获取负荷开关两侧的电压检测信号，并将检测信号上传至控制器。

在本申请优选实施例中，真空负荷开关的进线侧指的是本回路侧，出线侧指的是母线侧，真空负荷开关柜还包括PT室，PT室中设置有电压互感器，且电压互感器的输出线与控制器相连接并为控制器提供电源；

电缆室和电子PT室中均安装有电子式电压互感器，电子PT室中的电子式电压互感器与真空负荷开关母线侧相连接，电缆室中的电子式电压互感器与真空负荷开关本回路侧相连接。

其中，电子式电压互感器用于获取真空负荷开关两侧的二次电压检测信号，并将获取到的二次电压检测信号上传至控制器。

(2)、控制器用于判断电压检测信号中是否存在故障电压信号，并将判断结果通过通信管理机上传至主站以使主站根据判断结果下发相应的控制指令。

在具体的应用场景中，控制器在接收到电子式电压互感器上传的电压检测信号之后，会对接收到的检测信号进行判断，判断当前真空负荷开关对应的回路中是否存在故障，并将不同的判断结果通过通信管理机上传至主站，触发主站生成与判断结果相对应的控制指令。

其中，通信管理机用于将控制器的判断结果以报文的形式发送给主站，在主站根据判断结果生成相应的控制指令之后将控制指令下发至控制器。

(3)、控制器根据所述控制指令生成相应的控制信号并将所述控制信号发送至所述电磁操动机构，以使所述电磁操动机构根据所述控制信号控制所述真空负荷开关的动作。

在具体的应用场景中，在接收到主站下发的控制指令后，控制器对接收到的控制指令进行解析，根据控制指令生成对应于电磁操动机构的控制信号，通过电磁操动机构进一步来控制负荷开关的工作状态。

在具体的应用场景中，真空负荷开关柜还包括接地刀闸，接地刀闸操作孔前设置有可旋转的接地挂锁锁片和可伸缩的电磁锁片，真空负荷开关操作孔前设置有可旋转的开关挂锁锁片，通过电磁操动机构和真空开关操作孔可以分别实现对真空负荷开关的自动控制和手动控制，通过接地刀闸来操作孔来控制接地刀闸的开合，可以更好的保证在操作过程中的安全性。

在本申请优选实施例中，不同的负荷开关及接地刀闸的状态对应不同的回路状态，具体有以下几种状态：

1)、当接地刀闸处于分位且真空负荷开关处于分位时，此时真空负荷开关对应的回路正常，电磁锁片遮挡住所述接地刀闸操作孔，可通过手动或者电磁操动机构控制真空负荷开关的分合闸操作，不能进行接地刀闸的分合闸操作；

2)、当接地刀闸处于分位且真空负荷开关处于合位时，此时真空负荷开关对应的回路正常，接地挂锁锁片遮挡住所述接地刀闸操作孔，同时电磁锁片遮挡住接地刀闸操作孔，即使真空负荷开关切换至分位，依然不能进行所述接地刀闸的分合闸操作；

3)、当接地刀闸处于合位且真空负荷开关处于分位时，此时真空负荷开关对应的回路故障，开关挂锁锁片遮挡住真空负荷开关操作孔，只可进行接地刀闸的分合闸操作，不能通过手动或者电磁操动机构控制真空负荷开关的分合闸操作。

需要说明的是，不存在接地刀闸处于合位且真空负荷开关处于合位的情况，这样的话会造成真空负荷开关的短路，并且在对线路进行故障检修时会存在安全隐患。

与现有技术相比，本申请实施例提出的技术方案的有益效果至少包括：

本申请实施例提出了一种真空负荷开关柜，包括控制器、通信管理机、真空负荷开关、电磁操动机构、电子PT室以及电缆室，通过设置在负荷开关两侧的电子式电压互感器获取真空负荷开关两侧的电压检测信号上传至控制器；控制器根据检测信号判断是否存在故障，并将判断结果通过所述通信管理机上传至主站以使主站根据判断结果下发控制指令，进一步生成控制负荷开关机构的控制信号。通过应用本方案，可以通过电压—时间控制逻辑实现真空负荷开关的动作控制和线路故障的定位，并且在发生故障时可以自动切断故障电流，从而达到保护环网柜以及配套设备的效果。

基于以上实施例提出的真空负荷开关柜，本申请还提出了一种故障电流切断方法，在发生故障时可以对故障点进行准确定位，并自动切断故障电流，从而达到了保护真空负荷开关柜以及配套设备的目的。如图2所示，为本申请实施例提出的一种故障电流切断方法的流程示意图，该方法包括以下步骤：

步骤201：获取所述真空负荷开关进线侧以及出线侧的电压检测信号，判断所述电压检测信号中是否存在故障电压信号。

由于现有技术方案中，在真空负荷开关对应的线路发生故障时无法对故障点进行准确的定位，所以需要在真空负荷开关两侧设置信号检测设备，来获取与真空负荷开关相连各处的实时工作情况，并对各处的检测结果进行判定，如果存在异常的检测信号则证明该处线路已经出现故障，从而来对发生故障的线路进行准确的定位。

步骤202：将判断结果通过所述通信管理机上传至所述主站，触发所述主站生成并下发相应的控制指令到所述控制器。

在确定了与真空负荷开关相连的各处的检测信号对应的判断结果之后，将判断结果通过通信管理机以报文的形式上传至主站，主站在接收到报文之后，会根据不同的判断结果生成相应的控制指令，具体的可以通过以下步骤来实现：

1)、若所述电压检测信号中不存在故障电压信号，所述主站下发控制指令以使所述控制器下发控制信号指示所述电磁操动机构控制所述真空负荷开关进行动作；

2)、若所述电压检测信号中存在故障电压信号，所述主站下发控制指令以使所述控制器下发控制信号切断所述电磁操动机构的电源，所述电磁操动机构无法控制所述真空负荷开关进行动作。

步骤203：通过所述控制器生成对应于所述控制指令的控制信号，并将所述控制信号发送至所述电磁操动机构控制所述真空负荷开关的动作。

主站根据判断结果生成相应的控制指令之后，控制器会根据不同的控制指令生成对应于电磁操动机构的控制信号，例如：当前检测信号中不存在故障信号，则控制器根据正常状态的控制指令生成相应的控制信号；如果当前检测信号中存在故障信号，则控制器根据异常状态的控制指令生成相应的控制信号。

由此可见，通过应用本申请实施例所提出的方案，在真空负荷开关两侧分别设置电子式电压互感器，通过获取真空负荷开关两侧实时的电压检测信号，来确定是否存在发生故障的线路，在发生故障时对故障线路进行定位，并通过主站生成相应的控制信号，调整真空负荷开关的工作状态，从而切断故障电流，达到保护真空负荷开关柜以及配套设备的效果。

基于上述实施例中提到的真空负荷开关柜，本申请优选实施例中还提出了一种在具体的应用场景下该真空负荷开关柜的结构示意图。

如图3所示，为本申请优选实施例提出的一种12kv真空负荷开关柜的结构示意图，该真空负荷开关柜主要由气箱3.1，机构室3.2，电缆室3.3，PT室3.4，电子PT室3.5，电控箱3.6以及各隔室外的钣金壳体组成，各个隔室之间均有隔板进行分隔。其中，电控箱3.6包含一个通信管理机3.7和4个控制器3.8；气箱3.1内部包含4个真空负荷开关单元(K单元)以及一个三工位负荷开关单元(C单元)。K单元与C单元的整体结构分别见附图4和附图5；机构室3.2内部包含VSP5电磁弹簧操动机构和盘簧操作机构以及与机构配合动作的联锁件，其具体结构见附图6。

如图6所示，为负荷开关柜机构室3.2的具体结构示意图，其中，3.2.1为密封机构罩，3.2.2为接地联锁片，3.2.3为接地联锁凸轮，3.2.4为主轴联锁片，3.2.5为拉紧弹簧，3.2.6为主轴联锁凸轮，3.2.7为带电及接地短路故障综合指示器，3.2.8为电磁锁，3.2.9为电磁锁片，3.2.10为门联锁件，3.2.11为K面板。

VSP5电磁弹簧操动机构被密封在机构罩3.2.1内，可以很好地防止VSP5电磁弹簧操动机构沾染设备环境中的水分和尘土，从而很好的保证机构的正常运行；机构室3.2内配备的带电及接地短路故障综合指示器合3.2.7可以很好地指示开关柜当前回路的带电情况，防止带电误操作真空负荷开关，从而保证操作安全。同时与联锁结构相配合可以实现电力设备标准规定的环网柜五防联锁功能。

同时，12kV真空负荷开关柜具有强合功能，因为VSP5电磁弹簧操动机构同时具备电动分合闸与手动分合闸的功能。从结构上剖析，此机构分为电磁部分和弹簧操动部分，通过电动合闸后不影响弹簧操动部分的合闸。强合功能的具体操作顺序如下：

1.控制器电源接通后，通过操作控制器3.8实现真空负荷开关的自动合闸。

2.将操作手柄插入K面板3.2.11的“隔离—负荷开关”操作孔中，顺时针旋转，手动强行合闸。

3.断开控制器3.8的电源，对控制器及其二次回路进行检修。此过程中真空负荷开关保持合闸。

4.控制器及其二次回路部分检修完毕后，给控制器上电(闭合本间隔侧空开)，将操作手柄插入“隔离—负荷开关”操作孔中，逆时针旋转，使弹簧操动部分分闸。此时，真空负荷开关依靠VSP5的电磁部分仍然保持合闸状态，从而实现在二次控制部分的检修过程中始终不停止对用户的供电。

此外，为了提高真空负荷开关柜在操作时的安全性能，针对开关的不同状态，本申请优选实施例中所提出的真空负荷开关柜对应会有不同的安全策略，如图6所示，具体有如下三种情况：

1)、开关状态1为K开关和接地刀闸均处于分位，电磁锁片锁住接地操作孔。此时可以操作开关的分合闸，但是在电磁锁3.2.8解锁之前无法操作接地刀闸。此外，当接地刀闸处于分位时，门联锁件3.2.10的联锁杆插入到电缆室门的锁门孔中，为保证操作安全，此时电缆室门被锁住而无法取下。

2)、开关状态2为K开关合位，接地刀闸处于分位。当K开关合闸时，接地联锁凸轮3.2.3推动接地联锁片3.2.2转动一定角度后，遮挡接地操作孔。当该回路作为进线回路时，开关合闸后不允许操作接地刀闸。此时，按下电磁锁3.2.8的闭锁按钮，电磁锁导杆推动电磁锁片3.2.9右移从而遮挡住接地操作孔。这样以来，即使当主开关分闸后，依然无法操作进线回路的接地刀闸，从而保证进线回路开关的操作安全。

3)、开关状态3为K开关处于分位，接地刀闸处于合位。当接地刀闸合闸时，接地操作轴上的主轴联锁凸轮3.2.6推动主轴联锁片3.2.4转动一定角度后，遮挡K开关分合闸操作孔。从而保证接地刀闸合闸后不能操作主开关分合闸。同时门联锁件3.2.10在弹簧的作用下上移，联锁杆脱离电缆仓门的锁门孔。此时电缆室门便可以打开，从而可以对电缆室3.3内部进行检修。

并且，在K面板3.2.11上标示有操作指示文字和符号，在操作K开关以及接地刀闸的过程中，操作人员可以清楚地根据面板上的操作指示文字和符号对负荷开关柜进行操作。

进一步的，为了能够在负荷开关柜发生故障时对发生故障的线路进行准确的定位，在具体的应用场景中，在电缆室3.3中除含有各种电缆配件之外，还设置有本回路侧的电子PT(即电子式电压互感器)，同时电子PT室3.5中设置有母线侧的电子PT，电子PT的二次电压输出线均连接到电控箱3.6中，将采集到的K开关本回路侧以及母线侧的二次电压信号上传至控制器3.8，以使控制器3.8在将接收到的K开关本回路侧以及母线侧的二次电压信号进行合成，并判断开关两侧是否产生零序电压。控制器3.8将判断结果上传至通信管理机3.7，通信管理机3.7将四回路的控制器3.8的各种反馈信号以报文的形式上送到主站，从而实现主站对真空负荷开关柜的智能化监视，在发生故障时，可以准确的对故障线路进行跟踪和定位。同时，主站通过控制器3.8中的调试软件可以实现对真空负荷开关柜各回路K开关的遥信、遥控和遥调。

基于与上述方法同样的发明构思，本申请实施例还提出了一种故障电流切断装置，其结构示意图如图7所示，该装置包括：

判断模块710：获取所述真空负荷开关进线侧以及出线侧的电压检测信号，判断所述电压检测信号中是否存在故障电压信号；

触发模块720：将判断结果通过所述通信管理机上传至所述主站，触发所述主站生成并下发相应的控制指令到所述控制器；

生成模块730：通过所述控制器生成对应于所述控制指令的控制信号，并将所述控制信号发送至所述电磁操动机构控制所述真空负荷开关的动作；

其中，所述真空负荷开关的进线侧指本回路侧，出线侧指母线侧。

在具体的应用场景中，所述触发模块720具体用于：

若所述电压检测信号中不存在故障电压信号，所述主站下发控制指令以使所述控制器下发控制信号指示所述电磁操动机构控制所述真空负荷开关进行动作；

若所述电压检测信号中存在故障电压信号，所述主站下发控制指令以使所述控制器下发控制信号切断所述电磁操动机构的电源，所述电磁操动机构无法控制所述真空负荷开关进行动作。

由此可见，通过应用本申请实施例所提出的方案，在真空负荷开关进线侧和出线侧分别设置电子式电压互感器，通过获取真空负荷开关两侧实时的电压检测信号，来确定是否存在发生故障的线路，在发生故障时对故障点进行定位，并通过主站生成相应的控制信号，调整负荷开关机构的工作状态，从而切断故障电流，达到保护真空负荷开关柜以及配套设备的效果。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施场景所述的方法。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。