一种零序电流测量装置及其接线方法与流程

本发明涉及电力系统保护领域，具体涉及一种零序电流测量装置及其接线方法。

背景技术：

配电网发生单相接地时，规程规定可以带接地故障运行2小时；这是基于配电网接地电流较小时，大多数瞬时性接地电弧可以自行熄灭,但是如果接地电流较大，单相接地电弧持续燃烧，就会发生弧光接地过电压，或者由于电弧的热电离和光电离，会破环周围空气的绝缘，发展为相间短路事故，甚至发展成“火烧连营”事故；所以，当配电网接地故障发生时，在一定时间内要把发生接地的线路检查出来，并在一定的时间内予以切除；然后查出故障点，并进行处理。

在配电网中，零序电流是反映接地故障的重要手段；在线路中，三相电流的相量和等于零，即Ia+Ib+Ic=0；如果在线路中接入一个电流互感器，这时感应电流为零；当电路中发生触电或漏电故障时，回路中有漏电电流流过，这时穿过互感器的三相电流相量和不等零，其相量和为：Ia+Ib+Ic=I(漏电电流，即零序电流）；这样互感器二次线圈中就有一个感应电流，此电流施加于检测部分的电子放大电路，与保护区装置预定动作电流值相比较，若大于动作电流，则使灵敏继电器动作，作用于执行元件跳闸；这里所接的互感器称为零序电流互感器，三相电流的相量和不等于零，所产生的电流即为零序电流。

现有测量零序电流的方式有若干种，但是每种方式都只能匹配一个装置，无法灵活适应现场需求；而且采用的互感器参数不同，其对用二次装置内所用电流互感器的参数也不尽相同；其测量零序电流和相电流电路也不尽相同;若想更改接入方法，需更改装置内部电流互感器及对应电路参数，非常繁琐；如果需要保护装置则必须在订货前，需要事先知道使用方零序电流的产生方法；然后根据零序电流的产生方法，生产其对应的装置供用户使用；发货到现场后，若需更改零序电流产生方法；相应的保护装置将不能使用，必须重新订购。

技术实现要素：

本发明的目的是为了提供一种能全面兼容独立零序和合成零序，灵活的适应现场需求，方便的在现场调整零序接线方法的零序电流测量装置及其接线方法。

本发明通过以下技术方案实现：一种零序电流测量装置，包括装置本体，与装置本体连接的中线端子、A相电流接线端子、B相电流接线端子、C相电流接线端子和零序电流接线端子；所述装置本体内设置有自适用线路与五个接线端子连接，所述自适用线路包括第一电流互感器、第二电流互感器、第三电流互感器、零序电流互感器、第一运放、第二运放、第三运放、第四运放、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻；所述第一电流互感器的第一引脚连接至A相电流接线端子，所述第二电流互感器的第一引脚连接至B相电流接线端子，所述第三电流互感器的第一引脚连接至C相电流接线端子，所述零序电流互感器的第二引脚连接至零序电流接线端子；所述第一电流互感器、第二电流互感器和第三电流互感器的第二引脚与零序电流互感器的第一引脚都连接至中线端子；所述第一电流互感器的第三引脚和第四引脚并联有第五电阻，所述第二电流互感器的第三引脚和第四引脚并联有第六电阻，所述第三电流互感器的第三引脚和第四引脚并联有第七电阻，所述零序电流互感器的第三引脚和第四引脚并联有第八电阻；所述第一电流互感器的第三引脚连接至第一运放的负向输入端，所述第一电流互感器的第四引脚连接至第一运放的正向输入端并且接地；所述第二电流互感器的第三引脚连接至第二运放的负向输入端，所述第二电流互感器的第四引脚连接至第二运放的正向输入端并且接地；所述第三电流互感器的第三引脚连接至第三运放的负向输入端，所述第三电流互感器的第四引脚连接至第三运放的正向输入端并且接地；所述零序电流互感器的第三引脚连接至第四运放的负向输入端，所述零序电流互感器的第四引脚连接至第四运放的正向输入端并且接地；所述第一运放的负向输入端和输出端之间还并联有第一电阻和第一电容，所述第二运放的负向输入端和输出端之间还并联有第二电阻和第二电容，所述第三运放的负向输入端和输出端之间还并联有第三电阻和第三电容，所述第四运放的负向输入端和输出端之间还并联有第四电阻和第四电容；所述第一运放、第二运放、第三运放和第四运放的输出端都连接至采样模块；所述第一运放、第二运放、第三运放和第四运放的型号为LM324；所述第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻用于将电流取样，将电流信号转换为电压信号。

一种零序电流测量装置接线方法，装置本体内的自适用线路连接有中线端子、A相电流接线端子、B相电流接线端子、C相电流接线端子和零序电流接线端子；

当使用合成零序保护时：

步骤a：将三相电流A、B、C分别接入A相电流接线端子、B相电流接线端子、C相电流接线端子，并使中线端子悬空；

步骤b：三相电流A、B、C通过A相电流接线端子、B相电流接线端子、C相电流接线端子分别进入第一电流互感器、第二电流互感器、第三电流互感器，然后接入自适用线路内的内部电流公共端；

步骤c：自适用线路内的内部电流公共端穿过零序电流互感器接入零序电流接线端子形成电流回路，即可通过零序电流互感器检测三相电流A、B、C的电流矢量和；

步骤d：三相电流A、B、C经过第一电流互感器、第二电流互感器、第三电流互感器变换后再通过电流取样，将电流信号转换为电压信号，然后通过运放进行信号放大滤波后送至采样模块，计算得到的电流为A、B、C的三相电流；而通过零序电流互感器变换后再通过电流取样，将电流信号转换为电压信号，然后通过运放进行信号放大滤波后送至采样模块，此时采样模块采样得到的电流为合成零序电流；

当使用独立零序保护时：

步骤a：将外部零序电流接入零序电流接线端子，将三相电流中的A、C两相电流分别接入A相电流接线端子和C相电流接线端子。所述B相电流接线端子悬空；

步骤b：三相电流中的A、C两相电流分别经过第一电流互感器和第三电流互感器接到与中线端子连接的中线上，即外部电流公共端，外部零序电流通过零序电流互感器后也接到与中线端子连接的中线上；

步骤c：三相电流中的A、C两相电流经过第一电流互感器和第三电流互感器变换后再通过电流取样，将电流信号转换为电压信号，然后通过运放进行信号放大滤波后送至采样模块，计算得到的电流为三相电流中的A、C两相电流；而外部零序电流通过零序电流互感器变换后再通过电流取样，将电流信号转换为电压信号，然后通过运放进行信号放大滤波后送至采样模块，此时采样模块采样得到的电流为独立零序电流。

作为优选，使用独立零序保护和使用合成零序保护时共用同一个零序互感器。

本发明通过在装置本体外连接5个接线端子用于灵活应用接线，可以兼容独立零序电流接法和合成零序电流接法，且独立零序电流测量和合成零序电流测量巧妙结合共用一个零序互感器，在不改变装置内部线路的情况下，完全适应外部不同的零序电流接入方法，具有强大的灵活性和适应性。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：1）在不改变装置内部线路的情况下，完全适应外部不同的零序电流接入方法，具有强大的灵活性和适应性；2）装置内部独立零序保护和合成零序保护兼容的处理方法；3）实用性强，维护方便；4）成本低，具有较强的市场竞争力。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明使用合成零序保护的示意图。

图3为本发明使用独立零序保护的示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式，对本发明作进一步描述。

见图1至图3，一种零序电流测量装置，包括装置本体，与装置本体连接的中线端子IN、A相电流接线端子IA、B相电流接线端子IB、C相电流接线端子IC和零序电流接线端子I0；所述装置本体内设置有自适用线路与五个接线端子连接，所述自适用线路包括第一电流互感器、第二电流互感器、第三电流互感器、零序电流互感器、第一运放L1、第二运放L2、第三运放L3、第四运放L4、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8；所述第一电流互感器的第一引脚连接至A相电流接线端子IA，所述第二电流互感器的第一引脚连接至B相电流接线端子IB，所述第三电流互感器的第一引脚连接至C相电流接线端子IC，所述零序电流互感器的第二引脚连接至零序电流接线端子I0；所述第一电流互感器、第二电流互感器和第三电流互感器的第二引脚与零序电流互感器的第一引脚都连接至中线端子IN；所述第一电流互感器的第三引脚和第四引脚并联有第五电阻R5，所述第二电流互感器的第三引脚和第四引脚并联有第六电阻R6，所述第三电流互感器的第三引脚和第四引脚并联有第七电阻R7，所述零序电流互感器的第三引脚和第四引脚并联有第八电阻R8；所述第一电流互感器的第三引脚连接至第一运放L1的负向输入端，所述第一电流互感器的第四引脚连接至第一运放L1的正向输入端并且接地；所述第二电流互感器的第三引脚连接至第二运放L2的负向输入端，所述第二电流互感器的第四引脚连接至第二运放L2的正向输入端并且接地；所述第三电流互感器的第三引脚连接至第三运放L3的负向输入端，所述第三电流互感器的第四引脚连接至第三运放L3的正向输入端并且接地；所述零序电流互感器的第三引脚连接至第四运放L4的负向输入端，所述零序电流互感器的第四引脚连接至第四运放L4的正向输入端并且接地；所述第一运放L1的负向输入端和输出端之间还并联有第一电阻R1和第一电容C1，所述第二运放L2的负向输入端和输出端之间还并联有第二电阻R2和第二电容C2，所述第三运放L3的负向输入端和输出端之间还并联有第三电阻R3和第三电容C3，所述第四运放L4的负向输入端和输出端之间还并联有第四电阻R4和第四电容C4；所述第一运放L1、第二运放L2、第三运放L3和第四运放L4的输出端都连接至采样模块；所述第一运放L1、第二运放L2、第三运放L3和第四运放L4的型号为LM324；所述第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8用于将电流取样，将电流信号转换为电压信号。

本实施方式中，装置本体内的自适用线路连接有中线端子IN、A相电流接线端子IA、B相电流接线端子IB、C相电流接线端子IC和零序电流接线端子I0。

本实施方式中，当使用合成零序保护时，步骤a：将三相电流A、B、C分别接入A相电流接线端子IA、B相电流接线端子IB、C相电流接线端子IC，并使得中线端子IN悬空；

步骤b：三相电流A、B、C通过A相电流接线端子、B相电流接线端子、C相电流接线端子分别进入第一电流互感器、第二电流互感器、第三电流互感器，然后接入自适用线路内的内部电流公共端；

步骤c：自适用线路内的内部电流公共端穿过零序电流互感器接入零序电流接线端子形成电流回路，即可通过零序电流互感器检测三相电流A、B、C的电流矢量和；

步骤d：三相电流A、B、C经过第一电流互感器、第二电流互感器、第三电流互感器变换后再通过电流取样，将电流信号转换为电压信号，然后通过运放进行信号放大滤波后送至采样模块，计算得到的电流为A、B、C的三相电流；而通过零序电流互感器变换后再通过电流取样，将电流信号转换为电压信号，然后通过运放进行信号放大滤波后送至采样模块，此时采样模块采样得到的电流为合成零序电流。

本实施方式中，当使用独立零序保护时：步骤a：将外部零序电流接入零序电流接线端子I0，将三相电流中的A、C两相电流分别接入A相电流接线端子IA和C相电流接线端子IC，将中线接入中线端子IN，所述B相电流接线端子IB悬空；

步骤b：三相电流中的A、C两相电流分别经过第一电流互感器和第三电流互感器接到与中线端子IN连接的中线上，即外部电流公共端，外部零序电流通过零序电流互感器后也接到与中线端子IN连接的中线上；

步骤c：三相电流中的A、C两相电流经过第一电流互感器和第三电流互感器变换后再通过电流取样，将电流信号转换为电压信号，然后通过运放进行信号放大滤波后送至采样模块，计算得到的电流为三相电流中的A、C两相电流；而外部零序电流通过零序电流互感器变换后再通过电流取样，将电流信号转换为电压信号，然后通过运放进行信号放大滤波后送至采样模块，此时采样模块采样得到的电流为独立零序电流。

本实施方式中，使用独立零序保护和使用合成零序保护时共用同一个零序互感器；即当使用合成零序保护时合成零序电流是由自适用线路内的内部电流公共端上的零序电流互感器得到的，它和当使用独立零序保护时内部变换处理共用一个互感器。

本实施方式中，独立零序电流是指直接测量零序电流，其是由外部线路中接入一个零序电流互感器测得；正常情况下，三相电流的相量和等于零，即Ia+Ib+Ic=0，这时感应电流为零；当电路中发生触电或漏电故障时，回路中有漏电电流流过，这时穿过互感器的三相电流相量和不等零，其相量和为：Ia+Ib+Ic=I漏电电流三相电流的相量和不等于零，所产生的电流即为独立零序电流。这种零序亦称“独成零序”。

本实施方式中，合成零序是通过测量ABC三相电流计算出零序电流；其不需要在外部线路中接入零序电流互感器；它由在装置内部通过计算将外部接入的三相电流向量叠加而成；通过这种方法获取的电流称之为合成零序电流，这种零序亦称“合成零序” 。

本实施方式中，外部A、B、C三相电流互感器量程一般为600/5，400/5,200/5；而零序电流互感器的量程一般为20/1； 两者互感器参数不同，不能相互通用；同理，其对用二次装置内所用电流互感器的参数也不尽相同；其测量零序电流和相电流电路也不尽相同。

本实施方式中，使用独立零序保护时，使用4个端子其分别为：A相电流接线端子IA、C相电流接线端子IC、中线端子IN和零序电流接线端子I0；其中，A相电流接线端子IA和C相电流接线端子IC分别接入A、C两相电流，零序电流接线端子I0接入外部零序电流，中线端子IN接入外部电流公共端，即为中线；：A相电流和C相电流经过第一电流互感器和第三电流互感器后，接到中线端子IN的外部电流公共端上；零序电流接线端子I0则接入外部零序电流，外部零序电流就会经过零序电流互感器后也被接到中线端子IN的外部电流公共端上；A相电流和C相电流经过第一电流互感器和第三电流互感器的变换后经过主要由运放组成的逻辑电路处理送至A/D采用模块采样，计算得到的电流为A相电流和C相电流；而外部零序电流则经过零序电流互感器变换后再经过主要由第四运放L4组成的逻辑电路处理送至A/D采用模块采用得到的电流成为独立零序电流。

本实施方式中，使用合成零序保护时，A相电流、B相电流和C相电流分别接入A相电流接线端子IA、B相电流接线端子IB和C相电流接线端子IC，零序电流接线端子I0则接入外部电流公共端，即为中线；A相电流、B相电流和C相电流通过第一电流互感器、第二电流互感器和第三电流互感器后就接入了自适应线路的内部电流公共端，然后在内部电流公共端上设有一个零序电流互感器，利用零序电流互感器来检测，A相电流、B相电流和C相电流的电流矢量和，即为零序电流；而内部电流公共端经过零序电流互感器后再接入零序电流接线端子I0，且其连接的是外部电流公共端，就形成了一个电流回路；A相电流、B相电流和C相电流经过第一电流互感器、第二电流互感器和第三电流互感器后经过主要有运放组成的逻辑电路处理后送至A/D采用模块采用，计算得到的电流即为A相电流、B相电流和C相电流；而此时经过零序电流互感器变换后再经过主要有第四运放L4组成的逻辑电路处理后送至A/D采用模块采用得到的电流为合成零序电流。

本实施方式中，合成零序电流不再是由原来的三相电流经电流互感器变换经逻辑电路处理后送A/D采样通过软件矢量合成计算得到；而是由三相电流经内部相电流互感器后接入电流公共端，在电流公共端上接入零序电流互感器，然后经逻辑电路处理后送A/D采样得到；也就是说合成零序电流和三相相电流都是通过电路互感器变换后送A/D采样得到；就能灵活的适应现场需求，很方便的在现场调整零序接线方法。

本发明的保护范围包括但不限于以上实施方式，本发明的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的保护范围。