一种跌落式熔断器在线故障监测方法及装置与流程

本发明属于紧急保护装置领域，尤其涉及一种用于跌落式熔断器的在线故障监测方法及装置。

背景技术

跌落式熔断器(俗称跌落开关)是额定电压为35kv及以下的电力系统中最常用的一种短路保护开关，通常被安装在配电变压器高压侧或配电支干线路上。它可以与隔离开关配合使用，代替自动空气开关；还可以与负荷开关配合使用，代替价格高昂的断路器。同时还具有短路保护、过载及隔离电路。它具有经济、操作方便、适应户外环境性强等特点，被广泛应用于35kv及以下的电力系统和配电变压器一次侧作为保护和进行设备投、切操作之用。

因跌落式熔断器在使用时其有一个明显的断开点，具备了隔离开关的功能，给检修段的线路和设备创造了一个安全作业环境，增加了检修人员的安全感。

跌落式熔断器由绝缘支座、上/下静触头、熔丝管等几部分组成。上/下静触头分别安装在绝缘支座两端，熔丝管由内层的消弧管和外层的酚醛纸管或环氧玻璃纤维布管组成。

跌落式熔断器在正常工作时，带纽扣的熔丝装在熔丝管的上触头，被装有压片的释压帽压紧，熔丝尾线通过熔丝管拉出，将弹出板扭反压近喷头，与下触头连接，在弹出板扭力的作用下熔丝一直处于拉紧状态，并锁紧活动关节。

当电网系统发生故障时，故障电流将熔丝迅速熔断，在熔管内产生电弧，熔丝管在电弧的作用下产生大量的气体，当气体超过给定的压力值时，释压片即随钮扣头打开，减轻了熔丝管内的压力，在电流过零时产生强烈的去游离作用，使电弧熄灭。而当气体未超过给定的压力值时，释压片不动作，电流过零时产生的强烈去游离气体从下喷口喷出，弹出板迅速将熔丝尾线拉出，使电弧熄灭。熔丝熔断后，活动关节释放，熔丝管在上静触头下弹片的压力下，加上本身自重的作用，使缩紧机构释放熔丝管，熔丝管迅速跌落，将电路切断，形成明显的分断间隙。

本申请人此前申请的，授权公告日为2017年月12日，授权公告号为cn206096339u的中国实用新型专利中，公开了一种“跌落式熔断器在线故障监测传感器”，其包括水银开关、电源和无线通信模块，水银开关、电源与无线通信模块串联为一个回路，水银开关倒置设置在跌落式熔断器的熔管上。当熔断器的熔管发生跌落的情况时，水银开关中的水银翻转，水银开关将电源与无线通信模块形成的回路接通，由无线通信模块将熔断器的状态信息传送到台区监测终端上。在实际使用过程中发现，当熔断器已经发生熔断，但由于某些原因并未处于“跌落”状态时，该在线故障监测传感器的水银开关不会发出信号，使得整个在线故障监测传感器有“漏报”和“误报”的现象存在，对整个电网系统的正常运行和故障点的迅速判断带来一定的不利影响。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种跌落式熔断器在线故障监测方法及装置。其通过同时检测熔断器熔管的位置和熔丝管的熔丝中是否有电流流过，来作为跌落式熔断器是否发生“熔断”故障的逻辑判断依据，采用复合式的逻辑判断，从而能够更加真实、准确地反应跌落式熔断器的实际运行状态，杜绝熔断器熔断而未跌落故障的“漏报”，从根本上避免“漏报”和“误报”的可能性，对整个电网系统的正常运行和故障点的迅速判断提供更加可靠的帮助。

本发明的技术方案是：提供一种跌落式熔断器在线故障监测方法，其特征是：

在熔断器的熔管上，设置一个水银开关，用以监测熔管的位置状态是否发生改变；

在熔断器的熔管上，套装设置一个磁感应线圈，用以监测熔管上的熔丝是否有电流流过；

将水银开关的输出信号和磁感应线圈的输出信号进行逻辑比较；

假定跌落式熔断器在正常位置时水银开关为“通”信号，跌落式熔断器在跌落位置时水银开关为“断”信号，则：

若水银开关输出为“通”且磁感应线圈输出“有电”信号，则判断跌落式熔断器处于“正常”工作状态；

若水银开关输出为“断”且磁感应线圈输出“无电”信号，则判断跌落式熔断器处于“熔丝熔断跌落开关跌落”的故障状态，输出“跌落”故障信号；

若水银开关输出为“通”，且磁感应线圈输出“无电”信号，则判断跌落式熔断器处于“熔丝熔断但未跌落”的故障状态，输出“熔断”故障信号。

具体的，所述的逻辑比较包括逻辑“与”的比较；所述的逻辑比较通过至少一个“与门”电路来实现。

进一步的，当判断所述的跌落式熔断器处于“熔丝熔断”故障状态时，与跌落式熔断器在线故障监测装置相连的内置备用电源投入，以维持在线故障监测装置“故障”信号的无线发送。

进一步的，所述磁感应线圈的输出信号，经过整流稳压后，作为跌落式熔断器在线故障监测装置的自备常用电源。

更进一步的，在所述的跌落式熔断器熔管的接线端子处分别设置一个温度传感器，用于检测各相熔断器熔管接线端子处的温度，同时检测各相电流的大小。

若某一相熔丝的电流小于等于其他相的电流，而其接线端子处的温度却高于其他相接线端子处的温度时，则判断该相熔断器熔管的接线端子处发生“接触不良”故障。

本发明还提供了一种按照上述监测方法工作的跌落式熔断器在线故障监测装置，其特征是：

在熔断器的熔管上，设置一个水银开关，所述水银开关的触点开关构成水银开关的输出端；

在熔断器的熔管上，套装设置一个磁感应线圈，所述磁感应线圈的输出端构成磁感应线圈的输出端；

所述水银开关和磁感应线圈的输出端，分别与一个逻辑比较电路的两个输入端对应连接；

所述逻辑比较电路的输出端，与一个无线发射电路的控制端连接。

进一步的，所述的磁感应线圈的输出端经过一个整流稳压电路后，构成磁感应线圈的输出端。

进一步的，所述磁感应线圈的输出端同时还与逻辑比较电路和无线发射电路的电源端分别对应连接。

具体的，所述的逻辑比较电路为与门电路；所述的磁感应线圈为空心电流感应线圈。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1、同时采集水银开关和磁感应线圈的输出信号，进行逻辑“与”的判断，能够更加真实、准确地反应跌落式熔断器的实际运行状态，杜绝熔断器熔断而未跌落故障的“漏报”，从根本上避免“漏报”和“误报”的可能性；

2、采用“磁感应取电”模式，将磁感应线圈的输出信号作为整个在线故障监测装置的自带常用电源，与内置备用电源相配合，可圆满解决在线故障监测装置的日常监测用电和故障时发送无线信号的需要，解决了现场装置不便于定期更换电池的难题。

3、整个装置需要的元器件少，无需采用cpu芯片和进行编程，电路简洁，便于构成一个可固定在熔断器熔管上的在线故障监测装置；

4、通过在熔管的接线端子处设置温度传感器，将某一相熔管接线端子处的温度值及该相所流过的电流值，与其他相熔管接线端子处的温度值及其他相所流过的电流值进行比较，可方便地判断出各相熔管的接线端子处是否存在“接触不良”故障；

5、通过在多个或多路跌落式熔断器附近集中设置一个地面无线信号接收和转发装置，可方便地实现多个或多路跌落式熔断器在线故障监测信号的远传或集中管理，整个在线监测系统的可扩展性好，适用性强。

附图说明

图1是本发明的基本监控流程示意图；

图2是本发明监测方法对接线端子温度的监控流程示意图；

图3是本发明监测装置的工作原理示意图。

图中1为熔断器的熔管，2为水银开关，3为磁感应线圈，4为整流稳压电路，5为逻辑比较电路，6为无线发射电路，7为备用电源。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1中，本发明的技术方案提供了一种跌落式熔断器在线故障监测方法，其发明点在于：

在熔断器的熔管上，设置一个水银开关，用以监测熔管的位置状态是否发生改变；

在熔断器的熔管上，套装设置一个磁感应线圈，用以监测熔管上的熔丝是否有电流流过；

将水银开关的输出信号和磁感应线圈的输出信号进行逻辑比较；

假定跌落式熔断器在正常位置时水银开关为“通”信号，跌落式熔断器在跌落位置时水银开关为“断”信号，则：

若水银开关输出为“通”且磁感应线圈输出“有电”信号，则判断跌落式熔断器处于“正常”工作状态；

若水银开关输出为“断”且磁感应线圈输出“无电”信号，则判断跌落式熔断器处于“熔丝熔断跌落开关跌落”的故障状态，输出“跌落”故障信号；

若水银开关输出为“通”，且磁感应线圈输出“无电”信号，则判断跌落式熔断器处于“熔丝熔断但未跌落”的故障状态，输出“熔断”故障信号。

具体的，所述的逻辑比较包括逻辑“与”的比较；进一步的，所述的逻辑比较通过至少一个“与门”电路来实现。

进一步的，所述磁感应线圈的输出信号，经过整流稳压后，作为跌落式熔断器在线故障监测装置的自备常用电源。

当判断所述的跌落式熔断器处于“熔丝熔断”故障状态时，与跌落式熔断器在线故障监测装置相连的内置备用电源投入(或者，平时自备常用电源与内置备用电源处于并联状态)，以维持在线故障监测装置在跌落式熔断器处于“熔丝熔断但未跌落”故障状态下故障信号的对外无线发送。

由于整个监控装置运行工作电流很小(仅为毫安级)，且备用电源无需长期工作，故采用各种干电池或纽扣电池类的直流电源即可。

实际使用时，当跌落开关在不跌落的情况下，水银开关处原设置状态(断开或接通)；当跌落开关在跌落的情况下，水银开关翻转，与原设置状态相反(接通或断开)。

当熔断丝管在正常导通的情况下，磁感应线圈有感应电输出；当熔断丝管断开时，磁感应线圈则无感应电输出。

在本技术方案中，水银开关和磁感应线圈相配合，采用复合式的逻辑判断标准：

1)当水银开关处原设置状态(断开或接通)，且磁感应线圈有感应电输出时，则表明跌落开关处于导通的正常工作状态；

2)当水银开关翻转处于与原设置状态相反(接通或断开)，且磁感应线圈无感应电输出时，则判断为跌落开关的熔断丝管中的熔丝断开且熔断丝管处于跌落的故障状态；

3)当水银开关仍处原设置状态(断开或接通)，而磁感应线圈无感应电输出时，则判断为跌落开关的熔断丝管中的熔丝断开，但熔断丝管处于仍不跌落的“熔丝熔断但未跌落”故障状态。

图2中，进一步的，本发明的技术方案在跌落式熔断器熔管的各相接线端子处还可分别设置一个温度传感器，用于检测各相熔断器熔管接线端子处的温度，同时检测各相所流过的电流大小。

至于检测各相所流过的电流大小，可以借助现有开关箱或配电箱中的常规电流检测装置(例如ct或电能计量装置、电度表等)的检测结果，以降低整个监测装置的实施成本。

其逻辑判断条件是：若某一相流过的电流小于等于其他相的电流，而其接线端子处的温度却高于其他相接线端子处的温度时，则判断该相熔断器熔管的接线端子处发生“接触不良”故障。

本技术方案中将某一相熔管接线端子处的温度值及该相流过的电流值，与其他相熔管接线端子处的温度值及其他相所流过的电流值分别对应进行比较，可方便地判断出各相熔管的接线端子处是否存在“接触不良”故障。

图3中，本发明的技术方案还提供了一种按照上述监测方法工作的跌落式熔断器在线故障监测装置，其发明点在于：

在熔断器的熔管1上设置一个水银开关2，所述水银开关的触点开关构成水银开关的输出端；

在熔断器的熔管上，套装设置一个磁感应线圈3，所述磁感应线圈的输出端构成磁感应线圈的输出端；

所述水银开关和磁感应线圈的输出端，分别与一个逻辑比较电路5的两个输入端对应连接；

所述逻辑比较电路的输出端，与一个无线发射电路6的控制端连接。

进一步的，所述的磁感应线圈的输出端经过一个整流稳压电路4后，构成磁感应线圈的输出端。

进一步的，所述磁感应线圈的输出端同时还与逻辑比较电路和无线发射电路的电源端分别对应连接。

明显地，所述磁感应线圈的输出信号，经过整流稳压后，可以作为跌落式熔断器在线故障监测装置的自备常用电源。

所述的整流稳压功能采用常规的二极管整流稳压电路即可实现，具体线路结构在此不再详述。

更进一步的，所述的逻辑比较电路以及无线发射电路还与一个内置备用电源连接。

本技术方案中，当磁感应线圈的输出端有电时，逻辑比较电路和无线发射电路依靠磁感应线圈输出端的输出进行工作(即俗称的“磁感应取电”模式)，当磁感应线圈的输出端无电时，内置的备用电源为逻辑比较电路和无线发射电路提供电源，以确保整个在线故障监测装置的正常工作。

同样地，因为内置备用电源无需长期工作，故采用各种干电池或纽扣电池类的直流电源即可满足使用要求。

本技术方案中“与门”电路的输出信号，起到了无线发射电路电源开关的断开或接通功能：当“与门”电路的输出信号为“0”时，相当于无线发射电路的电源开关处断开状态，无线发射电路不对外发射无线信号；当“与门”电路的输出信号为“1”时，相当于无线发射电路的电源开关处接通状态，无线发射电路对外发射无线信号；此无线信号就可用作跌落式熔断器工作是否正常的在线故障监测信号。

具体的，所述的逻辑比较电路为与门电路。

具体的，所述的磁感应线圈为空心电流感应线圈。

基于制作工艺以及现场安装是否方便等方面的考虑，完全可以将整个跌落式熔断器在线故障监测装置集成设置在一个筒状、柱状或环状的壳体中，将该筒状、柱状或环状的壳体套装或固定在熔断器的熔管上，即可实现本技术方案的各种在线监控功能，且便于现场的安装、维护和更换。

明显地，由于上述逻辑判断过程，通过价格低廉常规的逻辑比较电路(例如由数个二极管和一个三极管构成的“与”门电路)即可实现，故本技术方案的实施，整个在线监控装置的电路简洁，便于构成一个可固定在熔断器熔管上的在线故障监测装置，也有助于整个在线故障监测装置低成本的长期、稳定运行。

采用本发明的技术方案，将跌落开关故障状态的检测，由传统的根据监测探头的物理特性来判断跌落开关故障状态的方法(不准确，易误判)，改为通过水银开关和磁感应线圈的“双重”逻辑关系来判断跌落开关的故障状态，其监测和判断结果就非常准确、可靠。

同时，采用磁感应取电的方式，同时将“磁感应取电”作为整个监测装置的供电电源，这样比单独采用电池作为监测装置的电源，整个监测装置的“在线”工作寿命大大提高。

此外，将磁感应线圈作为一监测探头来使用，提高了监测的可靠性，并可大大降低监测成本和日常维护工作量。

本发明可广泛用于各种跌落式熔断器的在线故障监测和运行管理领域。