一种具有光强信号录波功能的电弧光保护装置及保护方法与流程

本发明属于电力系统保护技术领域，特别涉及一种中低压系统开关柜引发弧光故障时的电弧光保护技术。

背景技术：

随着国内电力工业的高速发展，6～35kV中低压开关柜的数量越来越多。由于其出线多、设备绝缘老化和机械磨损、人为操作错误等原因，短路事故几率较高。传统的中低压母线保护大多靠较大延时的后备保护来切除母线上的故障，考虑整定配合，切除故障时间一般在1s以上，切除故障时间长，故障电弧引发的强光、强热及爆炸对设备及人身安全造成严重危害，恢复供电时间较长。采用馈线过流元件反向闭锁进线过流保护整定时间在200ms以上，而且接线复杂，增加二次电缆投资。弧光保护以发生故障时的弧光检测为主要依据，同时结合故障电流判据，在母线发生故障时，能快速切除故障。由于其具有快速性，不需级差配合等优点，在中低压母线保护中，弧光保护也越来越多地被使用。

现有弧光保护装置对弧光信号进行采集，只参与弧光保护的逻辑运算。而发生弧光故障时，为了便于事故分析，更需要有一个完整的、全局的事件记录系统。现有的弧光保护装置在发生故障时只记录电气模拟量和开入信号，而不记录弧光光强模拟量信号。为了还原弧光演变过程，迫切需要记录保护动作前后弧光传感器采集到的光强信号，才能对故障时的暂态过程、事件发生的时序关系进行分析，进而得到发生故障的前因后果。

中低压系统出线较多，主接线和系统运行方式灵活多变，现场安装的弧光传感器多达几十只，甚至上百只。在发生弧光故障时，弧光保护系统根据系统主接线和运行方式，可以对所有弧光传感器的光强信号进行录波，也可以只对发生故障和有可能造成弧光故障的弧光传感器光强信号进行录波，从而大大减小无效数据的存储，避免了装置存储资源的浪费。

技术实现要素：

本发明的目的，在于提供一种具有光强信号录波功能的电弧光保护装置及保护方法，其在发生弧光故障时，不仅可以记录保护动作前后的电气模拟量，而且可以记录光强模拟信号，从而可以对发生故障的暂态过程进行有效分析，进而还原整个故障演变过程。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种具有光强信号录波功能的电弧光保护装置，包括弧光主机单元、弧光采集单元、弧光传感器、弧光传输光纤和数据传输光纤，其中，弧光传感器安装在中低压开关柜的母线室和开关室，弧光传感器采集的光强信号通过弧光传输光纤传送给弧光采集单元，弧光采集单元对光强信号进行光电转换及AD采样，采样结果通过数据传输光纤传送给弧光主机单元；弧光主机单元接收到弧光模拟信号后，结合电气量信号进行弧光保护逻辑判别。

上述弧光主机单元包括CPU模块、弧光信号接收模块、交流采样模块、开入采集模块、开出控制模块和第一电源模块，所有模块通过背板总线进行连接；第一电源模块用于为整个弧光主机单元供电；CPU模块用于接收弧光信号接收模块的光强模拟信号，接收交流采样模块的电气量信号，接收开入采集模块的开关量信号，并控制开出控制模块的输出；所述弧光信号接收模块用于接收弧光采集单元发送的光强模拟信号，并将光强模拟信号传送给CPU模块。

上述弧光主机单元配置一个或多个弧光信号接收模块，每个弧光信号接收模块包括多个光强数据接收模块，每个光强数据接收模块通过数据传输光纤接收来自弧光采集单元的光强模拟信号。

上述弧光采集单元包括光电转换模块、弧光信号采样模块、光强数据发送模块和第二电源模块，其中，弧光光强模拟量经光电转换模块转换为电信号后，随后经弧光采样模块进行AD采样，采样数据通过光强数据发送模块发送给弧光主机单元；所述第二电源模块为弧光采集单元正常运行提供电源。

一种基于如前所述具有光强信号录波功能的电弧光保护装置的保护方法，包括如下步骤：

(1)所述弧光主机单元将实时接收到的弧光模拟信号结合电气量信号进行弧光保护逻辑判别；

(2)发生弧光故障时，弧光传感器采集到的光强信号较正常情况有较大的光增量，当光增量达到预设的门槛值时，光信号判据满足；弧光主机单元同时结合开关位置信号、故障电流信号判据进行弧光保护逻辑判别，当弧光保护动作逻辑满足时，整组启动，同时启动故障录波；

(3)弧光保护动作时，弧光保护装置对发生故障的弧光传感器快速定位，并确定发生故障的弧光传感器所在的组；故障录波时，保护装置对动作时刻前后所有电气量进行录波，对发生故障的弧光传感器所在组内或所有弧光传感器光强信号进行录波；

(4)弧光保护动作返回时，故障录波结束。

上述步骤(2)中，弧光主机单元采集两条进线的进线电流参与弧光保护的逻辑运算，当采集的电流幅值或者突变量超过预设的门槛值时，电流信号判据满足。

上述步骤(2)中，当两段母线的开关位置至少有一个在合位时，整组起动，同时启动故障录波。

上述步骤(3)中，根据现场主接线和系统运行方式对弧光主机单元接收到的多路弧光传感器进行分组，将发生故障时隔离范围不同的弧光传感器划分为若干不同的组。

采用上述方案后，本发明实现弧光保护装置的光强信号录波功能，发生故障时，不仅可以记录电气模拟量信号，还可以记录发生故障时的弧光光强信号，有效地对故障暂态过程、事件发生的时序关系进行分析，还原弧光演变过程，使故障事件记录更完善，更有利于事故的分析。

附图说明

图1是本发明的整体架构图；

图2是本发明的应用接线示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，本发明提供一种具有光强信号录波功能的电弧光保护装置，包括弧光主机单元10、弧光采集单元20、弧光传感器、弧光传输光纤和数据传输光纤，下面分别介绍。

所述弧光主机单元10用于实现对所有弧光传感器30光模拟量的录波，所述弧光主机单元10包括CPU模块101、弧光信号接收模块102、交流采样模块103、开入采集模块104、开出控制模块105和电源模块106，所有模块通过背板总线107进行连接，电源模块106用于为整个弧光主机单元10供电；其中，CPU模块101用于接收弧光信号接收模块102的光强模拟信号，接收交流采样模块103的电气量信号，接收开入采集模块104的开关量信号，并控制开出控制模块105的输出；所述弧光信号接收模块102用于接收弧光采集单元20发送的光强模拟信号，并将光强模拟信号传送给CPU模块101。

每个弧光主机单元可配置一个或多个弧光信号接收模块，每个弧光信号接收模块102可包括多个光强数据接收模块1021，每个光强数据接收模块可通过数据传输光纤50接收来自弧光采集单元20中的光强数据发送模块203发出的光强模拟信号。在本实施例中，弧光信号接收模块102包括6个光强数据接收模块1021。所述光强数据接收模块1021通过数据传输光纤50与弧光采集单元20的光强数据发送模块203相连。其余各个光强数据接收模块可以根据现场需要连接其他弧光采集单元，也可以空置。所述光强数据接收模块1021将接收到的光模拟量信号通过背板总线107传送给CPU模块101。

所述交流采样模块103可以采集4组独立的A,B,C三相电流作为电流判据参与弧光保护逻辑运算，采集的三相电流可以是母线的进线电流，母线之间的母联电流。

所述开入采集模块104可以采集开关的位置信号来参与弧光保护逻辑运算，采集的开关位置可以是进线开关的位置信号，也可以是母联开关的位置信号，所述开入采集模块104还可以采集外部开入信号来起动装置的故障录波。

所述开出控制模块105可以提供多路的保护出口控制节点。在本实施例中，开出控制模块105提供11路出口节点，且每个出口节点均可以独立整定。

所述电源模块106为弧光主机单元10的正常运行提供电源，电源输入电压为AC/DC 220/110V。

所述弧光采集单元20可以连接多路弧光传感器30，所述弧光传感器30将采集到的弧光信号通过弧光传输光纤40传送至弧光采集单元20，所述弧光采集单元20包括光电转换模块201、弧光信号采样模块202、光强数据发送模块203和电源模块204，其中，弧光信号采样模块202可将光强模拟信号转换为数字信号；光强模拟信号通过所述弧光信号采样模块202采样后，采样结果通过光强数据发送模块203发送至弧光主机单元10；所述电源模块204为弧光采集单元20正常运行提供合适电源，电源输入电压可以是AC/DC 220/110V。

在本实施例中，弧光采集单元20包括8个光电转换模块201，连接8路弧光传感器，可以将8路弧光光强信号转换为电信号。弧光光强模拟量经光电转换模块201转换为电信号后，随后经弧光信号采样模块202进行AD采样，采样数据通过光强数据发送模块203发送给弧光主机单元10。

配合图2所示，本发明还提供一种具有光强信号录波功能的电弧光保护方法，基于以上保护装置实现，将弧光传感器安装在中低压开关柜的母线室和开关室，弧光传感器通过弧光传输光纤与弧光采集单元的光电转换模块相连。弧光传感器采集的光强信号耦合至弧光传输光纤中，并通过弧光传输光纤将光强信号传送给弧光采集单元。光电转换模块对光强信号进行光电转换，转换成电信号后经AD采样，采样结果通过数据传输光纤传送给弧光主机单元。弧光主机单元的弧光信号接收模块接收到弧光模拟信号后通过背板总线将光强模拟量传送给CPU模块。CPU模块将实时接收到的多路弧光模拟信号结合电气量信号进行弧光保护逻辑判别。

发生弧光故障时，某一路或者多路弧光传感器采集到的光强信号较正常情况有较大的光增量，当光增量达到预设的门槛值时，光信号判据满足；弧光主机单元的交流信号采样板采集两条进线的进线电流参与弧光保护的逻辑运算。当采集的电流幅值或者突变量超过预设的门槛值时，电流信号判据满足；弧光主机单元的开入采集板采集两段母线的进线开关位置和两段母线的联络开关位置来确定系统的运行方式，同时参与弧光保护的逻辑运算；当弧光保护装置光信号和电流信号判据都满足，同时保护装置采集到两段母线的开关位置，至少有一个在合位时，整组起动，并起动故障录波。保护装置结合两段母线各自的进线开关以及联络开关，判断是跳开进线开关还是分段开关。

录波启动条件包括：(1)弧光保护动作；(2)开关量开入触发录波；(3)就地或远方触发录波。

弧光保护动作时，弧光保护装置对发生故障的弧光传感器快速定位，并确定发生故障的弧光传感器所在的组；故障录波时，保护装置对动作时刻前后所有电气量进行录波，对发生故障的弧光传感器所在组内或所有弧光传感器光强信号进行录波；

弧光保护动作返回时，故障录波结束。

本发明提供定值矩阵整定功能，可以根据现场主接线和系统运行方式对弧光主机单元接收到的多路弧光传感器进行分组，将发生故障时隔离范围不同的弧光传感器划分为若干不同的组。发生弧光故障时，电弧光保护装置可以只对发生故障的弧光传感器所在组内的所有传感器的光强信号进行录波，也可以选择对所有弧光传感器的光强信号进行录波。

根据中低压母线的进线开关位置和两段母线的联络开关位置可以确定几种常见的弧光保护动作逻辑：

(1)CB1、CB3合位，CB2分位。进线Ⅰ给Ⅰ母供电，并通过联络开关给Ⅱ母供电。当Ⅰ母的任何一只弧光传感器检测到弧光故障时，进线Ⅰ的进线电流判据满足，弧光保护逻辑满足，经过整定延时跳开CB1、CB3；当Ⅱ母的任何一只弧光传感器检测到弧光故障时，进线Ⅰ的进线电流判据满足，弧光保护逻辑满足，经过整定延时跳开CB3。

(2)CB2、CB3合位，CB1分位。进线Ⅱ给Ⅱ母供电，并通过联络开关给Ⅰ母供电。当Ⅱ母的任何一只弧光传感器检测到弧光故障时，进线Ⅱ的进线电流判据满足，弧光保护逻辑满足，经过整定延时跳开CB2、CB3；当Ⅰ母的任何一只弧光传感器检测到弧光故障时，进线Ⅱ的进线电流判据满足，弧光保护逻辑满足，经过整定延时跳开CB3。

(3)CB1、CB2合位，CB3分位。两段母线分列运行，并通过各自进线供电。当两段母线上任何一只弧光传感器检测到弧光故障时，判断各自母线段的进线电流判据是否满足，当电流判据满足。经过延时整定，跳开各自进线开关即可。

据上所述，由于Ⅰ母和Ⅱ母的弧光传感器发生弧光故障时，故障隔离范围不同，因此可以将Ⅰ母所有的弧光传感器划分为一个组(组1)。将Ⅱ母所有的弧光传感器划分为一个组(组2)。当Ⅰ母任何一个或多个弧光传感器发生弧光故障时，可以只对Ⅰ母所有的弧光传感器(组1)的光强信号进行录波，而不对Ⅱ母的弧光传感器(组2)光强信号进行录波。同理，当Ⅱ母任何一个或多个弧光传感器发生弧光故障时，可以只对Ⅱ母所有的弧光传感器(组2)的光强信号进行录波，而不对Ⅰ母的弧光传感器(组1)光强信号进行录波。通过对不同分组的弧光传感器光强信号进行录波。可以减小无效数据的存储，避免装置存储资源的浪费。

在具体实现时，所述弧光主机单元可以通过光纤连接多个弧光采集单元，进行分布式构建，也可以将弧光信号采集功能集成在弧光主机单元中，进行集中式构建；所述弧光主机单元的弧光信号接收模块可以用弧光信号采集模块代替，实现光信号光电转换、AD采样等功能，并将采样结果通过背板总线实时发送给CPU模块。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。