一种单相绝缘式电气火灾在线防控装置及方法与流程

本发明属于电气火灾防控领域，涉及一种单相绝缘式电气火灾在线防控装置及方法。

背景技术

在有效接地的单相交流配电系统中，供电回路中的线缆及负载绝缘层绝缘性能降低、对地绝缘电阻幅值下降会导致接地短路故障甚至引发电气火灾危险，威胁着人民的生命和财产安全。

目前公知的单相绝缘式电气火灾防控方法有回路剩余电流法和兆欧表法。回路剩余电流法是通过在线监测单相交流回路集总剩余电流有效值iz的大小来评判当前回路绝缘性能好坏，但集总剩余电流有效值iz既包含由当前回路对地绝缘电阻形成的阻性剩余电流分量有效值ir，又包含由当前回路对地电容形成的容性剩余电流分量有效值ic，其中只有阻性剩余电流分量有效值ir表征着当前回路的接地绝缘性能，该方法因无法分离提取单相回路集总剩余电流有效值iz中的阻性剩余电流分量有效值ir而不能对当前回路的绝缘电阻阻值r1进行准确测量，存在着对接地短路故障和潜在电气火灾危险的误报漏报缺陷。兆欧表法是利用兆欧表仪器，在对被测单相回路断电后进行绝缘电阻离线式测量，当测得当前回路的绝缘电阻阻值r1小于绝缘电阻下限报警阈值r0(按施工现场实际情况或相关国家标准进行设定)时，则认为存在接地短路故障和潜在的电气火灾危险，此种方法存在无法在线监测当前回路绝缘性能及其引发的潜在电气火灾危险缺点。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种单相绝缘式电气火灾在线防控装置及方法，该装置及方法能够在线监测单相交流回路的绝缘性能，在线辨识潜在的电气火灾危险，有效预防接地短路故障和电气火灾事故的发生。

为达到上述目的，本发明所述的单相绝缘式电气火灾在线防控装置包括控制输出单元、单片机模块、dsp单元、用于实时检测并调理被保护单相交流回路中的集总剩余电流信号的剩余电流信号检测与调理单元以及用于实时检测并调理被保护单相交流回路中的相电压信号的电压信号检测与调理单元，其中，剩余电流信号检测与调理单元的输出端及电压信号检测与调理单元的输出端均与dsp单元的输入端相连接，dsp单元的输出端与单片机模块的输入端相连接，单片机模块的输出端与控制输出单元相连接。

所述剩余电流信号检测与调理单元包括用于实时检测被保护单相交流回路中集总剩余电流信号的剩余电流信号检测模块以及用于对被保护单相交流回路中集总剩余电流信号进行调理的剩余电流信号调理电路模块。

所述剩余电流信号检测模块为剩余电流互感器，所述剩余电流信号调理电路模块由依次相连接的i/v转换、rc滤波电路、放大电路及限幅电路组成。

电压信号检测与调理单元包括用于实时检测被保护单相交流回路中的相电压信号的电压信号检测模块以及用于对被保护单相交流回路中的相电压信号进行调理的电压信号调理电路模块。

所述电压信号检测模块为电压互感器，所述电压信号调理电路模块由依次相连接的i/v转换、rc滤波电路、放大电路及限幅电路组成。

还包括与单片机模块相连接的以太网通信单元、复位电路模块及报警单元，单片机模块通过以太网通信单元与上位机相连接。

单片机模块通过光电耦合器模块与报警单元及控制输出单元相连接。

本发明所述的单相绝缘式电气火灾在线防控方法包括以下步骤：

1)剩余电流信号检测与调理单元实时检测及调理被保护单相交流回路中的集总剩余电流信号；电压信号检测与调理单元实时检测并调理被保护单相交流回路中的相电压信号；dsp单元计算被保护单相交流回路中集总剩余电流信号的有效值iz及被保护单相交流回路中相电压信号的有效值u，再计算两者之间的相角差

2)单片机模块根据被保护单相交流回路中集总剩余电流信号的有效值iz、被保护单相交流回路中相电压信号的有效值u以及两者之间的相角差在线分离提取被保护单相交流回路中集总剩余电流信号的有效值iz内的阻性剩余电流分量有效值ir，再计算被保护单相交流回路的绝缘电阻阻值r1，当被保护单相交流回路的绝缘电阻阻值r1小于预设报警阈值r0时，则延迟t时间后输出报警指令给报警单元，同时输出控制指令给控制输出单元，报警单元根据所述报警指令发出声光报警指示，控制输出单元根据所述控制指令生成分断被保护单相交流回路的控制信号，并根据分断被保护单相交流回路的控制信号使被保护单相交流回路分断。

被保护单相交流回路的绝缘电阻阻值r1为：

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的单相绝缘式电气火灾在线防控装置及方法在具体操作时，通过实时检测被保护单相交流回路中的集总剩余电流信号及相电压信号，并分离提取出被保护单相交流回路中集总剩余电流信号的有效值iz内的阻性剩余电流分量有效值ir，以精确计算被保护单相交流回路的绝缘电阻阻值r1，避免对单相交流回路由绝缘性能破坏引发的接地短路故障及潜在电气火灾危险的漏报和误报，当被保护单相交流回路的绝缘电阻阻值r1小于预设报警阈值r0时，则延迟t时间后发出控制指令给控制输出单元，控制输出单元再根据控制指令生成分断被保护单相交流回路的控制信号，从而有效预防接地短路故障及电气火灾事故的发生。另外，需要说明的是，本发明在操作过程中，无需断电即可保证用电系统的安全，节省人力及物力。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中，1为剩余电流信号检测模块、2为剩余电流信号调理电路模块、3为电压信号检测模块、4为电压信号调理电路模块、5为复位电路模块、6为单片机模块、7为光电耦合器模块、8为dsp单元、9为以太网通信单元、10为报警单元、11为控制输出单元。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1所示，本发明所述的单相绝缘式电气火灾在线防控装置包括控制输出单元11、单片机模块6、dsp单元8、用于实时检测并调理被保护单相交流回路中的集总剩余电流信号的剩余电流信号检测与调理单元以及用于实时检测并调理被保护单相交流回路中的相电压信号的电压信号检测与调理单元，其中，剩余电流信号检测与调理单元的输出端及电压信号检测与调理单元的输出端均与dsp单元8的输入端相连接，dsp单元8的输出端与单片机模块6的输入端相连接，单片机模块6的输出端与控制输出单元11相连接。

所述剩余电流信号检测与调理单元包括用于实时检测被保护单相交流回路中集总剩余电流信号的剩余电流信号检测模块1以及用于对被保护单相交流回路中集总剩余电流信号进行调理的剩余电流信号调理电路模块2，其中，所述剩余电流信号检测模块1为剩余电流互感器，所述剩余电流信号调理电路模块2由依次相连接的i/v转换、rc滤波电路、放大电路及限幅电路组成。

电压信号检测与调理单元包括用于实时检测被保护单相交流回路中的相电压信号的电压信号检测模块3以及用于对被保护单相交流回路中的相电压信号进行调理的电压信号调理电路模块4，其中，所述电压信号检测模块3为电压互感器，所述电压信号调理电路模块4由依次相连接的i/v转换、rc滤波电路、放大电路及限幅电路组成。

本发明还包括与单片机模块6相连接的以太网通信单元9、复位电路模块5及报警单元10，单片机模块6通过以太网通信单元9与上位机相连接，其中，单片机模块6通过光电耦合器模块7与报警单元10及控制输出单元11相连接。

单片机模块6通过以太网通信单元9将被保护单相交流回路的实时绝缘电阻值及故障信息上传给上位机；报警单元10采用蜂鸣器或指示灯。

本发明所述的单相绝缘式电气火灾在线防控方法包括以下步骤：

1)剩余电流信号检测与调理单元实时检测及调理被保护单相交流回路中的集总剩余电流信号；电压信号检测与调理单元实时检测并调理被保护单相交流回路中的相电压信号；dsp单元8计算被保护单相交流回路中集总剩余电流信号的有效值iz及被保护单相交流回路中相电压信号的有效值u，再计算两者之间的相角差

2)单片机模块6根据被保护单相交流回路中集总剩余电流信号的有效值iz、被保护单相交流回路中相电压信号的有效值u以及两者之间的相角差在线分离提取被保护单相交流回路中集总剩余电流信号的有效值iz内的阻性剩余电流分量有效值ir，再计算被保护单相交流回路的绝缘电阻阻值r1，当被保护单相交流回路的绝缘电阻阻值r1小于预设报警阈值r0时，则延迟t时间后输出报警指令给报警单元10，同时输出控制指令给控制输出单元11，其中，延迟时间t为0～30s；报警单元10根据所述报警指令发出声光报警指示，控制输出单元11根据所述控制指令生成分断被保护单相交流回路的控制信号，并根据分断被保护单相交流回路的控制信号使被保护单相交流回路分断。

其中，被保护单相交流回路的绝缘电阻阻值r1为：

其中，当r1≥r0时，认定被保护单相交流回路的绝缘性能良好，当r1<r0时，则认定被保护单相交流回路的绝缘性能被破坏，被保护单相交流回路存在接地短路故障及潜在电气火灾危险；

步骤2)中在线分离提取被保护单相交流回路中集总剩余电流信号的有效值iz内的阻性剩余电流分量有效值ir的具体操作为：集总剩余电流中阻性剩余电流分量的相位与回路相电压相位是一致的，阻性剩余电流分量有效值ir的大小等于集总剩余电流在相电压方向上的分量，阻性剩余电流分量有效值ir的大小为iz*cos

另外，当接地短路故障及潜在电气火灾危险被排除后，则通过复位电路模块5控制单片机模块6进行复位。

通过以上说明和实施例描述了本发明的基本原理、主要特征和优点，特别是显示了本发明的精髓所在——通过实时采集、处理、计算出相电压有效值u、集总剩余电流有效值iz及相电压信号和集总剩余电流信号之间的相角差分离提取阻性剩余电流分量有效值ir,计算出被保护单相交流回路绝缘电阻阻值r1，并与设定的预设报警阈值r0进行比较,当r1<r0时，则认定被保护单相交流回路绝缘性能破坏，存在接地短路故障和潜在电气火灾危险，从而实现对单相交流回路因线路和负载绝缘性能破坏引起接地短路故障和电气火灾事故的有效、精准在线防控。

本发明的实际应用方式并不受上述实施例的限制，在不脱离本发明主旨范围的前提下，本发明还会有各种相应变化和改进(例如扩展至三相交流回路中)，这些变化和改进都应落入本发明要求保护的范围内，而保护范围可由本发明申请文本所附的权利要求书及其等效物界定。