电流互感器断线检测方法、装置及断路器与流程

1.本发明涉及一种电流互感器断线检测方法。


背景技术：

2.断路器是低压配电系统中的重要元件，承担着配电网络和电气设备免受过载、短路和漏电等故障危害的重要任务。电流互感器是断路器中普遍使用的部件，其将断路器主回路的一次电流转换为智能控制器所需的二次信号，长期以来在电流测量和继电保护中具有不可替代的地位。现有智能断路器中的电流互感器通常包括用于对主回路的负载电流进行测量的测量互感器，以及用于从主回路提取电能的能量互感器。智能断路器中的电流互感器运行时间较长、环境较复杂，必须具有较好的可靠性，保证断路器正常工作。一旦电流互感器出现断线，根据断线位置的不同将产生两种严重后果：测量互感器断线将导致断路器电力参数的测量、控制失效，使后级设备失去保护；能量互感器断线会感应出高电压，造成放电打火击穿，严重时会引发火灾等安全事故。因此，保证断路器电流测量准确性及监测电流互感器的工作状态，成为提高智能断路器工作性能及可靠性的重要措施。在现有技术中，大多数智能断路器均不具有对电流互感器断线的检测功能，而少数带有电流互感器断线检测功能的断路器，均只进行了测量互感器断线检测。如中国发明专利cn201210461813，通过数字-模拟转换器(dac)产生一个持续的直流电压，再叠加到电流信号调理电路中，微处理器通过检测电流信号调理电路的输出电压来判别电流互感器是否断线。再如中国发明专利cn201110059748，在电流互感器与电流信号采集电路之间加入个接地电阻，微处理器通过检测电流信号调理电路的输出电压来判别电流互感器是否断线。然而，上述技术方案均未能实现能量互感器的断线检测。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种可对能量互感器的断线故障进行准确检测的电流互感器断线检测方法。
4.本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
5.一种电流互感器断线检测方法，所述电流互感器包括用于对主回路的负载电流进行测量的测量互感器，以及用于从主回路提取电能的能量互感器；对测量互感器和能量互感器的温度进行实时监测，并将两者间的实测温度差与当前负载电流所对应的标准温度差范围进行比较：如实测温度差在标准温度差范围内，判定测量互感器和能量互感器正常；如实测温度差高出标准温度差范围，判定测量互感器断线；如实测温度差低出标准温度差范围，判定能量互感器断线。
6.优选地，所述当前负载电流所对应的标准温度差范围预先通过以下方法确定：在所述电流互感器的测量互感器和能量互感器均正常的情况下，在多个不同的负载电流下采集测量互感器与能量互感器间的温度差数据；然后对这些温度差数据进行拟合，得到该电流互感器的标准温度差与负载电流间的关系曲线；在所述关系曲线基础上叠加测量误差，
即得所述标准温度差范围。
7.基于同一发明构思还可以得到以下技术方案：
8.一种电流互感器断线检测装置，所述电流互感器包括用于对主回路的负载电流进行测量的测量互感器，以及用于从主回路提取电能的能量互感器；所述电流互感器断线检测装置包括：
9.温度监测单元，用于对测量互感器和能量互感器的温度进行实时监测；
10.判断单元，用于将测量互感器和能量互感器间的实测温度差与当前负载电流所对应的标准温度差范围进行比较：如实测温度差在标准温度差范围内，判定测量互感器和能量互感器正常；如实测温度差高出标准温度差范围，判定测量互感器断线；如实测温度差低出标准温度差范围，判定能量互感器断线。
11.优选地，所述当前负载电流所对应的标准温度差范围预先通过以下方法确定：在所述电流互感器的测量互感器和能量互感器均正常的情况下，在多个不同的负载电流下采集测量互感器与能量互感器间的温度差数据；然后对这些温度差数据进行拟合，得到该电流互感器的标准温度差与负载电流间的关系曲线；在所述关系曲线基础上叠加测量误差，即得所述标准温度差范围。
12.一种断路器，包括电流互感器，所述电流互感器包括用于对主回路的负载电流进行测量的测量互感器，以及用于从主回路提取电能的能量互感器；该断路器还包括如上任一技术方案所述电流互感器断线检测装置。
13.相比现有技术，本发明技术方案具有以下有益效果：
14.本发明利用测量互感器与能量互感器在工况下温升差异较大且与负载电流直接相关的特点，通过对两者间温度差的监测来实现断线故障的检测，首次实现了对能量互感器断线故障的准确检测，同时还可对测量互感器断线故障进行检测；本发明检测方法实现成本低廉，操作简单，并可进一步通过与现有其它断线检测方法相结合，通过信息融合的方式获得更准确的检测结果。
附图说明
15.图1为本发明断路器一个具体实施例的电路结构框图；
16.图2为拟合出的测量互感器和能量互感器间温度差与负载电流的关系曲线；
17.图3为具体实施例中电流互感器的结构爆炸图；其中，1为前盖，2为测量互感器，3为能量互感器，4为转接板，5为后盖，6为硅钢片，7为能量线圈，8为热敏电阻，9为热敏电阻。
具体实施方式
18.针对现有技术不足，本发明的解决思路是利用测量互感器与能量互感器在工况下温升差异较大且与负载电流直接相关的特点，通过对两者间温度差的监测来实现断线故障的检测。
19.本发明所提出技术方案具体如下：
20.一种电流互感器断线检测方法，所述电流互感器包括用于对主回路的负载电流进行测量的测量互感器，以及用于从主回路提取电能的能量互感器；对测量互感器和能量互感器的温度进行实时监测，并将两者间的实测温度差与当前负载电流所对应的标准温度差
范围进行比较：如实测温度差在标准温度差范围内，判定测量互感器和能量互感器正常；如实测温度差高出标准温度差范围，判定测量互感器断线；如实测温度差低出标准温度差范围，判定能量互感器断线。
21.一种电流互感器断线检测装置，所述电流互感器包括用于对主回路的负载电流进行测量的测量互感器，以及用于从主回路提取电能的能量互感器；所述电流互感器断线检测装置包括：
22.温度监测单元，用于对测量互感器和能量互感器的温度进行实时监测；
23.判断单元，用于将测量互感器和能量互感器间的实测温度差与当前负载电流所对应的标准温度差范围进行比较：如实测温度差在标准温度差范围内，判定测量互感器和能量互感器正常；如实测温度差高出标准温度差范围，判定测量互感器断线；如实测温度差低出标准温度差范围，判定能量互感器断线。
24.优选地，所述当前负载电流所对应的标准温度差范围预先通过以下方法确定：在所述电流互感器的测量互感器和能量互感器均正常的情况下，在多个不同的负载电流下采集测量互感器与能量互感器间的温度差数据；然后对这些温度差数据进行拟合，得到该电流互感器的标准温度差与负载电流间的关系曲线；在所述关系曲线基础上叠加测量误差，即得所述标准温度差范围。
25.为了便于公众理解，下面通过本发明断路器的一个具体实施例并结合附图来对本发明的技术方案进行详细说明：
26.本实施例断路器的结构如图1所示，其包括电流互感器和智能控制器；如图1所示，该电流互感器包括测量互感器和能量互感器，测量互感器将一次电流转换成二次电压信号，并送入智能控制器进行处理；能量互感器将一次电流转换成二次电流信号，为智能控制器供电，在能量互感器和测量互感器上分别设置有热敏电阻1和热敏电阻2，分别用于测量互感器能量线圈温度及测量线圈温度；智能控制器包括信号调理电路、微处理器电路、整流电路、电源转换电路；信号调理电路负责将测量互感器的二次电压信号进行积分还原及放大处理，并将处理后的信号送入微处理器电路；整流电路负责将能量互感器的二次电流信号进行整流滤波，并经电源转换电路后产生系统电压，为信号调理电路、微处理器电路供电；微处理器电路对接收到得热敏电阻及信号调理电路的输出信号进行处理，算出互感器能量线圈温度t1和测量线圈温度t2之间的温度差
△
t，并根据预设的判据来判断为测量互感器、能量互感器是否断线。
27.当断路器通以额定电流，电流互感器正常工作时，能量互感器和测量互感器均会产生温升，并且由于两者结构的不同，其温升幅度也是大不相同的，能量互感器的温升会远高于测量互感器的温升，并且二者的温差与负载电流相关。如果能量互感器发生断线故障而测量互感器正常，则能量互感器的温升会急剧降低，而能量互感器和测量互感器之间的温差也会降低至低于正常水平；反之，如果能量互感器正常而测量互感器发生断线故障，断路器测得的工作电流急剧下降，近乎为0，能量互感器的温升会保持正常水平，而测量互感器的温升变化微小，则能量互感器和测量互感器之间的温差会高于断路器工作电流接近0时的温差；本发明即据此原理实现断线检测。
28.给图1所示断路器通以工作电流i，工作电流i在1.2倍额定电流范围内，电流互感器正常工作时，测量多个电流点的能量互感器温度和测量互感器温度，算出两者间的温度
差
△
t0，所得数据如表1所示；
29.表1不同工作电流下测得的温度差
30.工作电流i温度差
△
t00.01in30.1in100.2in180.5in250.7in311in351.1in381.2in40
31.然后通过多项式拟合法对表1数据进行数据拟合，即可获得如图2所示的拟合曲线以及能量互感器与测量互感器间温度差
△
t0与负载电流i的关系式，即温度差
△
t0＝f(i)的公式：
32.△
t0＝0.0208i
4-0.4205i3+2.3428i2+2.7127i-1.6786
33.在断路器实际工作中，根据实际测得的能量互感器温度t1和测量互感器温度t2，算出能量互感器和测量互感器之间在实际工作中的温度差
△
t＝t1-t2；根据
△
t0＝f(i)，得到能量互感器和测量互感器线圈正常时在当前负载电流下的标准温度差
△
t0；将
△
t与
△
t0进行比较，如果两者的差距在合理的测量误差范围内，则说明当前能量互感器和测量互感器均正常，未发生断线故障；否则，则说明出现断线故障，如
△
t比
△
t0高出合理的测量误差范围，则可判定测量互感器出现断线故障；如
△
t比
△
t0低出合理的测量误差范围，则可判定能量互感器出现断线故障。智能控制器根据上述检测结果，在出现断线故障时进行报警。
34.为了使得检测结果准确，应尽可能获得更准确的能量互感器温度t1和测量互感器温度t2。图3显示了电流互感器的一种具体结构，如图3所示，该电流互感器包括前盖1、测量互感器2、能量互感器3、转接板4、后盖5，测量互感器2与能量互感器3平行安装于前盖1与后盖5组合所形成的空间中；能量互感器3由硅钢片6和能量线圈7组成，热敏电阻8安装于能量线圈7表面，热敏电阻9安装于测量互感器2表面；测量互感器2、能量互感器3、热敏电阻8、热敏电阻9的信号输出端引线焊接在转接板4上，通过转接板4与智能控制器连接。
35.综上可知，本发明通过对能量互感器和测量互感器之间温度差的监测来实现断线故障的检测，首次实现了对能量互感器断线故障的准确检测，同时还可对测量互感器断线故障进行检测；本发明检测方法实现成本低廉，操作简单，并可进一步通过与现有其它断线检测方法相结合，通过信息融合的方式获得更准确的检测结果。