专利名称：高压柜电弧检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力监测领域，特别涉及一种用于高压柜内电弧检测的检测装置。
背景技术：
开关柜内部故障电弧是一种频发性、灾难性的严重故障。故障电弧一旦发生，便 会辐射出巨大的声、光、电、热等能量，导致电力系统与用电设备毁坏及人身伤亡。电弧故 障的危害程度取决于电弧电流及切除时间，只有总切除时间小于85ms，才能使设备不遭受损害。目前对电弧的检测方法很多。例如在开关柜不同单元内放置压力传感器系统，由 压力波触发，使给故障回路供电的断路器跳间；有的检测保护装置通过检测绝缘失效的早 期信号；此外，还有一些通过检测声、光、压力、电流的组合信号的方法[3-11]。上述检测方 法，大多比较复杂，实现起来难度较大，成本也较高，这就导致上述方法没有能够大规模推 广应用到工程实践中去。近年来，国外开发出了弧光检测与保护系统，如德国Moeller公 司用于低压开关柜的故障电弧保护系统ARCON、ABB的ARC Guard System故障电弧保护系 统、芬兰Vaasa公司的VAMP系统等。这些系统是基于检测电弧故障时发出的弧光以及过流 双判据，以提供快速而安全的母线保护，这为限制电弧故障损坏提供了一种有效的解决方 案。自上世纪90年代以来，国外越来越多的电力和工业用户认识到电弧故障的危害，在开 关柜中采用了这些保护方案。但是这些系统复杂、价格高而影响了其推广使用。由于高压开关的老化等因素，引起高压开关的误动作会给电力系统的安全稳定运 行带来影响，而传统的对电力设备的预防维护又有人力花费较多且要安排停电作业等缺 点。因此，对高压开关柜绝缘状态的在线监测系统提出一种可行的方案势在必行。发明内容有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种抗干扰能力强、灵敏度高、制造成本低的 高压柜电弧检测装置。本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。本实用新型的高压柜电弧检测装置包括检测传感器单元、跨阻放大器单元、滤波 放大单元、数据处理单元，所述检测传感器单元用于检测发生电弧时产生的紫外光信号，并 将采集到的信号经放大模块和滤波模块处理后送入数据处理单元。进一步，所述装置还包括接口电路单元，所述接口电路单元与数据处理单元的信 号输出端相联接；进一步，所述检测传感器单元包括日盲区紫外光敏二极管；进一步，所述跨阻放大器单元包括电压反馈放大器、反馈电阻、反馈电容、光敏管 电容和输入电容，所述光敏管电容和输入电容并联后，一端与电压反馈放大器的反相输入 端相联接，另一端接地；所述反馈电阻串联在电压反馈放大器的输出端与反相输入端之间，所述反馈电容与反馈电阻相并联；所述日盲区紫外光敏二极管的正极接地，负极与电压反 馈放大器的反相输入端相联接；进一步，所述滤波装置包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一滤波电容、第 二滤波电容、第一运放电阻、第二运放电阻、第一接地电阻、第二接地电阻和隔离电阻，所述 第一滤波电容的一端作为滤波输入端，另一端与第二滤波电容串联后接入第一运算放大器 的反相输入端，所述第一滤波电容和第二滤波电容的公共接点与第一运放电阻串联后接入 第一运算放大器的输出端，所述第一接地电阻的一端与第一运算放大器的反相输入端相联 接，另一端接地，所述第一运算放大器的同相输入端与其输出端相联接；所述第二运算放大器的反相输入端通过隔离电阻与第一运算放大器的输出端相 联接，所述第二运放电阻串联在第二运算放大器的反相输入端与输出端之间，所述第二运 算放大器的同相输入端通过第二接地电阻接地；所述第二运算放大器的输出端与数据处理 单元的输入端相联接；进一步，所述数据处理单元为单片机；进一步，所述装置还包括报警电路单元，所述报警电路单元与数据处理单元相联 接。电弧实质是气体放电的最终形式，气体放电过程中伴随有光效应，会辐射出紫外 线。由电晕放电的光谱分析可知，其波长大部分在^0-400nm的范围。一般在电力系统中， 外加电压都比较高，因此在电晕放电的光谱中，紫外区的辐射强度总是较高，因此，可以通 过检测“日盲”区紫外光来检测电弧放电。本发明就是根据该原理，检测电弧辐射的紫外线 功率，将其与设定功率阈值进行比较判定，从而实现对电弧放电的检测。本实用新型的有益效果是1.本实用新型通过检测紫外光来探测电弧，对太阳光不敏感，因此具有较强的抗 干扰能力，同时，由于采用光信号检测方式，信号检测速度很快，将反应时间提高，大约在 3mS之内，从而进一步提高了开关柜的安全保护能力；2.本发明装置工作稳定，装置体积小，便于接口和安装，可以做成便携式装置，整 定简单，能准确判断故障发生地点。成本低，工作寿命长。本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐 述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或 者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说 明书和权利要求书来实现和获得。
为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用 新型作进一步的详细描述，其中图1为本实用新型的各单元连接示意图；图2为传感器光谱响应曲线图；图3为跨阻放大单元的电路连接图；图4为滤波放大单元的电路连接图；图5为本装置的实施流程示意图。
具体实施方式
以下将参照附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实 施例仅为了说明本实用新型，而不是为了限制本实用新型的保护范围。如图1所示，本实用新型的高压柜电弧检测装置包括检测传感器单元1、跨阻放大 器单元2、滤波放大单元3和数据处理单元4，检测传感器单元用于检测发生电弧时产生的 紫外光信号，并将采集到的信号经放大模块和滤波模块处理后送入数据处理单元4。本实施 例中，数据处理单元4采用单片机。本实施例中，检测传感器单元1是由日盲区紫外光敏二极管D构成，其型号为 uvl0t2el01，检测紫外线波段范围为210 380nm，对可见光不敏感，其灵敏度为4 V/nff,能 够响应极其微弱的紫外光信号，从而保证了电弧检测的准确性。其光谱响应曲线如图2所示。如图3所示，本实施例中的跨阻放大器单元包括电压反馈放大器F、反馈电阻&、 反馈电容Cf、光敏管电容Cpd和输入电容Cin，光敏管电容Cpd和输入电容Cin并联后，一端与 电压反馈放大器F的反相输入端相联接，另一端接地；反馈电阻&串联在电压反馈放大器F 的输出端与反相输入端之间，反馈电容Cf与反馈电阻&相并联；日盲区紫外光敏二极管D 的正极接地，负极与电压反馈放大器F的反相输入端相联接。电压反馈放大器F使用了一 个轨到轨输出的电压反馈放大器，型号为由美国国家半导体公司生产的LMH6611，增益频带 宽为；345 MHz。如图4所示，本实施例中的滤波放大单元包括第一运算放大器U1、第二运算放大 器U2、第一滤波电容Cl、第二滤波电容C2、第一运放电阻R1、第二运放电阻R2、第一接地电 阻R3、第二接地电阻R4和隔离电阻&，第一滤波电容Cl的一端作为滤波输入端，另一端与 第二滤波电容C2串联后接入第一运算放大器Ul的反相输入端，第一滤波电容Cl和第二滤 波电容C2的公共接点与第一运放电阻Rl串联后接入第一运算放大器Ul的输出端，第一接 地电阻R3的一端与第一运算放大器Ul的反相输入端相联接，另一端接地，第一运算放大器 Ul的同相输入端与其输出端相联接；第二运算放大器U2的反相输入端通过隔离电阻&与第一运算放大器Ul的输出 端相联接，第二运放电阻R2串联在第二运算放大器U2的反相输入端与输出端之间，第二运 算放大器U2的同相输入端通过第二接地电阻R4接地；第二运算放大器U2的输出端与数据 处理单元4的输入端相联接。本实施例中的滤波放大单元用于对前一级放大信号进行滤波处理，采用的是二阶 巴特沃思高通滤波器，主要滤除低频干扰，截止频率ΙΚΗζ。然后是正向放大电路，对整个 信号波形进行调整放大，使其满足单片机内部AD采样电路的输入要求，最后输出的信号在 0-2. 5V 之间。处理输出最后由单片机完成，通过检波电路后的信号，紫外辐射平均功率与距离 相关，仪器检测到平均紫外辐射功率后，根据该平均放电功率的大小和光源和检测装置的 距离通过试验来规定一个功率阈值，用来作为开关柜的开关有没有电弧产生的判定条件。 同时，电弧脉冲不能太敏感，也不能太迟钝，脉冲高度和脉宽判断，也是电弧判断重要依据。 本实施例中，单片机为高速处理器类型，其时钟100MHz，指令周期为10ns，按照紫外检测试验和电弧产生电弧最低要求，通过理论计算得知，本装置处理一个电弧从出现到处理需要 花费时间，为280指令周期，小于3ms。本装置还包括接口电路单元5，具体而言，主要包括了硬件接口电路和总线接口电 路，其中硬件接口电路用于与继保装置相联接，实现传递信号、电压耦合等功能，可以方便 地与fesy系列小型可编程控制器以及PA100等系列继电保护装置连接。总线接口电路用 于实现多个检测器之间的网络传输，例如通过采用RS485总线接口，多个检测器可组成星 型网络传输给主控室工控机。本装置还包括报警电路单元6，通过蜂鸣器和高亮度发光二极管可以实现声光报Sfc目。本装置的实施软件流程如图5所示，首先进行系统时钟、端口以及定时器等初始 化，设置积分常数和噪声抑制阈值，进行紫外信号测量，设定数字积分阈值(具体可根据环 境噪声调整)；然后对检测到的紫外光信号在一定的时间常数下进行数字积分；最后求积分 均值，并可以根据紫外辐射公式推导得出实际数值；得出放电功率值后，就可由预设阈值进 行比较，判断有无电弧发生；最后将检测结果以光、声、485总线以及继保装置接口等形式 输出。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，尽管参 照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本 实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应 涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.高压柜电弧检测装置，其特征在于所述装置包括检测传感器单元(1)、跨阻放大 器单元(2)、滤波放大单元(3)和数据处理单元(4)，所述检测传感器单元用于检测发生电 弧时产生的紫外光信号，并将采集到的信号经放大模块和滤波模块处理后送入数据处理单兀。
2.根据权利要求1所述的高压柜电弧检测装置，其特征在于所述装置还包括接口电 路单元(5 )，所述接口电路单元(5 )与数据处理单元的信号输出端相联接。
3.根据权利要求1或2所述的高压柜电弧检测装置，其特征在于所述检测传感器单 元(1)包括日盲区紫外光敏二极管(D)。
4.根据权利要求3所述的高压柜电弧检测装置，其特征在于所述跨阻放大器单元包 括电压反馈放大器(F)、反馈电阻(RF)、反馈电容(CF)、光敏管电容(Cpd)和输入电容(CIN)， 所述光敏管电容(Cpd)和输入电容(Cin)并联后，一端与电压反馈放大器(F)的反相输入端 相联接，另一端接地；所述反馈电阻( )串联在电压反馈放大器(F)的输出端与反相输入端 之间，所述反馈电容(Cf)与反馈电阻( )相并联；所述日盲区紫外光敏二极管(D)的正极 接地，负极与电压反馈放大器(F)的反相输入端相联接。
5.根据权利要求4所述的高压柜电弧检测装置，其特征在于所述滤波装置包括第一 运算放大器(U1)、第二运算放大器(U2)、第一滤波电容(Cl)、第二滤波电容(C2)、第一运放 电阻(R1)、第二运放电阻(R2)、第一接地电阻(R3)、第二接地电阻(R4)和隔离电阻(&)， 所述第一滤波电容(Cl)的一端作为滤波输入端，另一端与第二滤波电容(C2)串联后接入 第一运算放大器(Ul)的反相输入端，所述第一滤波电容(Cl)和第二滤波电容(C2)的公共 接点与第一运放电阻(Rl)串联后接入第一运算放大器(Ul)的输出端，所述第一接地电阻 (R3)的一端与第一运算放大器(Ul)的反相输入端相联接，另一端接地，所述第一运算放大 器(Ul)的同相输入端与其输出端相联接；所述第二运算放大器(U2)的反相输入端通过隔离电阻( )与第一运算放大器(Ul)的 输出端相联接，所述第二运放电阻(R2)串联在第二运算放大器(U2)的反相输入端与输出 端之间，所述第二运算放大器(U2)的同相输入端通过第二接地电阻(R4)接地；所述第二运 算放大器(U2)的输出端与数据处理单元(4)的输入端相联接。
6.根据权利要求1所述的高压柜电弧检测装置，其特征在于所述数据处理单元(4)为 单片机。
7.根据权利要求1或2所述的高压柜电弧检测装置，其特征在于所述装置还包括报 警电路单元(6 )，所述报警电路单元(6 )与数据处理单元(4 )相联接。
专利摘要本实用新型公开了一种高压柜电弧检测装置，包括检测传感器单元、跨阻放大器单元、滤波放大单元、数据处理单元，检测传感器单元用于检测发生电弧时产生的紫外光信号，并将采集到的信号经放大模块和滤波模块处理后送入数据处理单元，进一步，所述装置还包括接口电路单元，所述接口电路单元与数据处理单元的信号输出端相联接，本实用新型通过检测紫外光来探测电弧，对太阳光不敏感，因此具有较强的抗干扰能力，同时，由于采用光信号检测方式，信号检测速度很快，将反应时间提高，大约在3ms之内，从而进一步提高了开关柜的安全保护能力。
文档编号G01R31/14GK201828634SQ20102050358
公开日2011年5月11日 申请日期2010年8月25日 优先权日2010年8月25日
发明者何为, 汪金刚 申请人:重庆大学