专利名称：高灵敏度ct开路保护装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电力线路设备保护装置，特别是涉及一种高灵敏度CT开路保护装置。
二.
背景技术：
电力线路的安全运行，关系到国计民生，关系到国民经济建设和人员的安全。电流互感器是为检测仪表及控制设施，提拱能够反映系统相应电流参数的一种设施，电力系统的安全运行十分重要，运行规呈规定......运行中，电流互感器CT二次侧回路不能开路，一旦开路会产生几千甚至几万伏的高电压，危及工作人员及仪器、仪表安全，使控制系统混乱，造成大面积停电，使国民经济和人民生活受到严重影响，给工农业生产带来严重的经济损失和安全隐患，甚至造成重大事故。资料表明开路屡有发生，导致了不必要的设备损坏和人身伤亡。
2004年4月 实验实测CT开路电压高得惊人。
实验电路参见图8，采用变压器为50/5，在CT原边输入2A，副边接近开路情况下测试点参见图8。
测出的波形参见附图9所示，测得峰值电压达到μ＝200mv/div×3div×10×40×106/(10×103)＝24000V上述测量结果表明当输入电路的电流为2A时，CT开路电压高达2.4万伏，若输入电流提高几倍，则CT开路电压可高达几万伏，甚至几十万伏。这是多么惊人的数据啊！说明CT开路可造成的危害有多么严重，其破坏性是多么的惊人。
由于电流互感器副边开路时，U＝RSN2√I0N1，可以看出，励磁电流越大，峰值电压就越高。
在现实生活中，CT开路，给局部地方和单位，造成严重损失和人身事故，请看表一表一CT二次侧开路在某些地方造成重大损失部分统计资料
针对这些问题，几十年来，许多工程技术人员做了许多有益的工作，例如实用新型类申请号89216913.3，公告号CN 2074493U，实用新型名称电流互感器开路保护装置；申请号99212181.7 CN2397583Y，实用新型名称电流互感器开路保护器；申请号00229882.1 CN2602531Y实用新型名称电流互感器二次侧开路保护器；申请号89214912.4 CN2058539U，实用新型名称电力电流变换器可控硅开路保护器等，虽然目前一些保护装置投入使用后产生一定效果，为国民经济建设做出了贡献，但目前CT开路保护装置还存在问题(1)保护动作反应缓慢。目前有的保护器信号测量部分采用整流滤波电路，其信号电压的建立依靠时间积累来实现，势必延长启动保护.时间，不能及时实施保护。
(2)当正常运行时，对二次测量仪表及保护装置有影响，CT二次侧电压高低与副边阻抗、CT的变比及负荷大小有关，而目前有的保护电路输入端有较大的分流作用，投入使用后二次电压降低，使仪表测量不准，继电保护灵敏度下降，造成需要实施保护时保护设备不动作。
调查资料表二某市供电公司变电站CT端口电压测量值(电流为有效值)110KV
10KV
从表中可以看出，在一定负荷下，同一线路上，不同副边电压的有效值离散性较大，电压的大小随负荷波动。
(3)工频电压阀值不高，抗干扰能力差，正常工作时减少计量，一次系统短路时相当于人为闭锁继电保护，有些保护电路的阀值是靠与光隔输入端串联的线性电阻来实现的，线性电阻选取不合适，会降低灵敏度、阀值低。一次系统短路是很严重的故障，如不马上排除后果不堪设想，一次系统短路电流经CT变换为二次系统很大电流，以至产生很大的电压量。
某设计院配电系统短路电流计算表表三1、常见电压等级电流互感器的基本参数(电流量为有效值)
2、电流互感器二次线圈的阻抗1).0.38kV电流互感器二次线圈的阻抗(仅为典型数据)LM-0.5型0.8欧姆(功率因数为0.8，准确等级为1～3级)；LQG-0.5型5～800A0.4欧姆(准确等级为0.5级)；0.6欧姆(准确等级为1级)。
2).10kV电流互感器二次线圈的阻抗(仅为LA-10型典型数据)
3).35kV电流互感器二次线圈的阻抗(仅为LCZ-35型典型数据)
4).110kV电流互感器额定输出(仅为LR(B)1-110型典型数据)
从以上资料可以看出，即使在CT副边正常时，电力系统一次线路短路时，CT副边也将产生高于正常几十倍以上的电压，由于现有的CT开路保护装置阀值低，使CT开路保护装置动作，人为闭锁继电保护装置，产生的严重后果不堪设想。另外，目前二次侧开路保护器还存在灵敏度不高，技术性能离散性大，不可靠；有的CT开路保护器，器件要求苛刻，不现实；CT工作状态无法显示，操作不方便；无通讯功能，不能与变、配电综合自动控制系统连接；功耗高，浪费电能等问题。
三.
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的互感器二次侧开路保护装置存在的问题，提高保护装置灵敏度和可靠性，设计出高灵敏度CT开路保护装置。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是一种高灵敏度CT二次侧开路保护装置，含有信号采样输入放大电路，逻辑电路，执行保护电路，电压输入经采样压敏电阻，与信号输入放大电路输入端、执行保护电路的输出端和CT二次侧绕组输出端并联，信号输入放大电路输出端连接逻辑电路输入端，逻辑电路的输出端接执行电路的输入端。
逻辑电路中与非门电路1的输出端连接显示电路，在逻辑电路的另一输入端与地之间，连接复位电路。
逻辑电路中与非门电路4的输出端连接输入端并接的与非门电路5的输入端，与非门电路5的输出端接综合自动化控制电路。
信号采样输入放大电路包括采样、整流、光电隔离、信号放大，信号输入经压敏电阻X101、整流桥BZ01输出接光电隔离器U101，U101集电极接+5V直流电源，并经电阻R102接放大三极管T101集电极，U101的发射极经限流电阻R101接放大三极管T101基极，T101发射极接地。本保护装置电路设计中将压敏电阻X101放在了信号输入电路的前端，对消除过电压、减少分流起可靠作用。
逻辑电路包括由与非门电路1和2交叉耦合构成的RS触发器，和由与非门电路3和4各自的输入端短接后，分别同与非门电路1和2的输出端连接，构成的驱动电路，与非门电路采用74LS00或CC4011。
执行电路包括复合三极管、电磁继电器，复合三极管T102其基极连接与非门电路4的输出端，发射极通过电阻R103与三极管T103基极连接，集电极与+5V直流和继电器线圈连接，T103集电极与继电器线圈另一端连接，发射极与地连接，继电器线圈与一个二极管并联，二极管正极与T103集电极连接，二极管负极与+5V直流连接，继电器常开触点与CT二次侧输出的端并联。复位电路包括触摸按钮AN、电容C1、电阻R1、断路器的附助常闭触点DK并联后一端接地，另一端接与非门电路2的另一输入端和R2的一端，R2的另一端接+5V直流。显示电路包括输入端并接后，同与非门电路1的输出端连接的与非门电路3，其输出端经电阻R104与发光二极管D103负极连接，D103正极接+5直流电源。
执行电路还有以下方案采用两个反向并联的可控硅，且与CT二次侧输出端并联，2个单向可控硅栅极，分别经二极管，经电阻同与非门电路4的输出端连接。
执行电路还有另一方案采用固态继电器，固态继电器受控端经一电阻同与非门电路4的输出端连接，输出执行端并联于CT二次侧绕组输出端。
本发明的积极有益效果1.本发明的电路中把采样压敏电阻X101设置在输入电路前端，当CT二次侧开路时，能快速消除CT二次侧产生的过电压，在正常运行时，减少CT二次侧分流，消除了正常情况下保护装置对CT二次回路仪表及继电保护的影响。
2.本发明的保护装置灵敏度高。从本装置整机实验三，二次电流测定结果，可以得出这样的结论电流互感器的变比越大，动作越灵敏，而电力系统、配电系统中的电流互感器的变比一般都在200/5及以上，因此可以保证本发明在实际应用中的高灵敏度。
3.抗干扰能力强。从本装置整机实验四动作电压测定实验，实验六电流冲击实验、耐压冲击实验，可以看出CT正常运行中，本保护装置在受到倒闸、短路电流在CT副边产生的干扰等不良因素时，仍可正常运行。本装置整体设计采用闭环形式，每一路间分离，采用金属外壳，具有抗干扰能力和屏蔽外界电磁场能力。
4.本发明具有通讯功能，加装了信号传输接口，可与变配电综合自动控制电路连接，实现与综合自动控制系统联网，使自动化程度大大提高。
5.本发明CT开路保护装置对于在多回路保护中适应能力强，可随CT二次绕组数量的多少任意扩展，十分灵活。
6.本装置全部采用电子元件，电路设计合理，功耗低，经久耐用，含有故障状态指示，操作使用更为直观，方便。
下面通过对本保护装置的整机实验来进一步证实本发明装置的安全可靠性实验二直流电阻的测量(输入阻抗的测量)1.测量目的间接估计CT开路保护装置对测量仪表、计量装置、继电保护装置的分流作用。
2.测量步骤用数字万用表(电阻档最大量程20MΩ，表内电池9V)测量输入电阻。互换两表棒，观察其数据有无差别，记下每一次测量结果。
3.测量结果
(3)测量结果
通过测量可以看出，本装置输入端直流电阻为20M欧，已达到测试万用表电阻档最大量程，近似开路。可以保证实际运行中对二次回路不会有影响，基本不会产生分流。
实验三动作二次电流的测定1.实验目的测量CT开路保护装置灵敏度。
2.实验电路参见图103.实验步骤(1)选定CT的变比，按实验电路图接好线。
(2)通电前，先将调压器置零位置，倒闸K处于断开位置。
(3)接通220V电源，CT开路保护装置的电源指示灯发绿光，“显示CT工作状态灯”处于熄灭状态。
(4)旋动调压器调压手柄，缓慢增加电压，观察CT开路保护装置的工作状态。
(5)逐步增加调压器输出电压，当被测的一路“显示CT工作状态灯”发红光时，说明CT开路保护装置被测的一路已工作，将CT副边绕组短路，记下此时CT二次电流。
(6)换几种变比，重复以上步骤，记录测量结果。
4.实验结果(4).试验结果
续表(4)
5.实验结果分析从实验结果来看，电流互感器的变比越大，二次动作电流越小，这与电流互感器的结构所决定的因素是分不开的。从中可以得出这样的结论电流互感器的变比越大，动作越灵敏，而电力系统、配电系统中的电流互感器的变比一般取200/5以上，可以保证在实际应用中的高灵敏度。
实验四动作电压的测定(实验电路参见图11)1.实验目的测量CT开路保护装置的抗干扰能力。
2.实验步骤(1)选定CT的变比，按实验电路图接好线。
(2)通电前，先将调压器置零位置，倒闸K处于断开位置。
(3)接通220V电源，CT开路保护装置的电源指示灯发绿光，“显示CT工作状态灯”处于熄灭状态。
(4)旋动调压器调压手柄，缓慢增加电压，用示波器观察CT副边波形。
(5)逐步增加调压器输出电压，当被测的一路“显示CT工作状态灯”发红光的临界状态时，记录此时CT副边电压波形，换算成电压值。
(6)换几种变比，重复以上步骤，记录测量结果。
3.实验结果
从实验来看，本装置动作电压均在350V左右，阀值稳定，对比表三，完全可以躲过一次短路对二次回路的影响，本装置抗干扰能力很强。
实验五复位功能测定上电自动复位电路测量实验步骤将CT开路保护装置通电，观察四路“显示CT工作状态灯”的发光情况，若不发光，说明上电自动复位电路工作正常，否则，说明不具备上电自动复位功能，然后切断电源。间隔30秒，进行下一次测量，重复十次，记录其实验结果如下
从测试来看，本装置上电自动复位电路工作正常。
实验六倒闸操作对保护装置的影响(一)电流电击的实验1.实验目的模拟输电带负荷合闸，检验CT开路保护装置的抗干扰能力。如果在此过程中CT开路保护装置动作，则属于在正常工作条件下人为因素短接CT副边绕组，将造成人为少计量电。
2.实验电路图见图12。
3.实验步骤(1)选用5/5变比的电流互感器，按图11接好线，K1断开，K2闭合。
(2)K1闭合接通电源，旋动调压器调压手柄，缓慢增加电压，使CT副边输出5A电流。
(3)断开K1，观察CT开路保护装置是否动作。
(4)闭合K1，观察CT开路保护装置是否动作。
(5)重复(3)、(4)步骤，记下实验结果。
4.实验结果
从实验来看，进行上述步骤操作后，本CT开路保护装置均无动作，说明运行中本装置可以抵抗倒闸操作的影响。
(二)耐压冲击实验1.实验目的模拟输电线路短路故障合闸、分闸，检验CT开路保护装置的抗击短路电流在CT副边产生电压干扰能力。如果在此过程中CT开路保护装置动作，则属于在正常工作条件下人为因素短接CT副边绕组，将造成人为闭锁继电保护装置。
2.实验电路图见图133.实验步骤
(1)选用一定变比的电流互感器，按图12接好线。
(2)K2断开，K1闭合接通电源，旋动调压器调压手柄，缓慢增加电压，使调压器输出电压有效值为230V。
(3)闭合K2，观察CT开路保护装置是否动作。
(4)断开K2，观察CT开路保护装置是否动作。
(5)重复(3)、(4)步骤，实验几次记下实验结果。
4.实验结果
从实验来看，进行上述步骤操作后，本装置均无动作，说明本装置能够躲过一次短路电流对二次回路的影响。抗干扰能力强，运行安全。
以上实验所用设备(1)示波器TEKRONIX TDS 460A FOURCHANNEL DIGITIZINGOSCILOSCOPE 400NHZ 100MS/S(2)T调压器型号TDSGA 220V/0～250V(3)CT联通精密电流互感器，标准代号ZBP097-82，型号HL62-1(4)滑线电阻7A，10Ω；1.7A，85Ω(5)电流表T51-A2.5/5，0.5级(6)数字万用表DIGITAL MULTIMETER DY2101(7)按钮开关LA4-2HAC 500V 5A(即实验中的K1)(8)被测设备高精度CT开路保护装置通过上述一系列实验证明本发明输入阻抗大，运行中对二次回路无影响，不会产生分流，灵敏度高，能够抵抗一次系统短路、倒闸对二次系统的影响，抗各种干扰能力强，能够在CT二次回路中安全、可靠运行。可作为CT二次侧开路保护较理想的设备。
四.
图1高灵敏度CT开路保护装置基本电路原理2高灵敏度CT开路保护装置电路示意图之一图3高灵敏度CT开路保护装置电路示意图之二图4高灵敏度CT开路保护装置电路示意图之三图5高灵敏度CT开路保护装置电路示意图之四图6高灵敏度CT开路保护装置电路示意图之五图7高灵敏度CT开路保护装置电路示意图之六图8本发明CT开路电压波形测量电路图9本发明CT开路电压实测波形10本发明整机二次动作电流测量电路图11本发明整机二次动作电压测量电路图12本发明整机电流冲击实验电路图13本发明整机耐压冲击实验电路五.
具体实施例方式实施例一参见图1，CT正常工作时，副边绕组输入电压较低，压敏电阻X101处于断开状态，整流桥BZ101无输出，光电隔离器U01输入端二极管无电流，输出端无输出，T101截止，T101集电极呈高电位，与非门1输出端处于低电位，与非门2输出端呈高电位，送给两个输入端并联的驱动电路与非门4，与非门4输出为低电位，T102、T103截止，与CT副边绕组并联的JD101常开触点仍然断开。当CT副边开路时，CT副边输出电压瞬时很高，压敏电阻X101处于瞬间导通状态，整流桥BZ101有输出，光电隔离器U01输入端有电流，U01有输出，T101处于导通状态，T101集电极处于低电位，与非门1输出高电平，与非门2输出低电平，与非门电路4输出高电平，送T102，使其发射极有信号输出送T103，T103导通，继电器JD101线圈有电流，常开触点吸合，将CT副边短路，实施保护，消除高电压。同时由于RS触发器本身的自保功能，使CT副边一直处于短路状态，直到开路故障排除。
在本实施例中，由于将压敏电阻X101放在了输入电路之前，根据其特性，输入电压未达到其导通电压之前呈开路状态，阻抗趋于无穷大，所以当CT正常工作时本保护器端口基本呈开路状态，对CT二次回路基本不产生分流，不影响CT二次回路的正常运行，可以躲过一次系统开、合闸，甚至短路对CT二次回路的影响。
在本实施例中，由于设置了R-S触发电路，采用了数字集成电路，大大提高了动作灵敏度和工作稳定性。
实施例二参见图2，本实施例在实施例一的基础上进行了改进，本实施例中编号与实施例一相同的，代表元器件相同，其工作原理、状态、功能、相同，不再重述，其不同的是与非门1的输出端同与非门3的输入端连接，与非门3的两个输入端并接，与非门3的输出端经电阻R104与发光二极管D103负极连接，D103正极接+5V直流，组成显示电路。当CT开路时，与非门1输出高电位，与非门3输出低电位，D103有电流显示开路CT的组别及绕组编号。按钮AN两端断路器常闭触点DK、电容C1、电阻R1并联，R1、R2、C1组成上电复位电路，DK、R2组成断路器断开自动复位电路，复位按钮AN、R2组成手动复位电路，复位电路的功能是将R-S触发器自动清零。按钮AN可以检测CT开路故障是否排除。
实施例三参见图3，本实施例是在实施例一、二的基础上进行了改进，图中编号与实施例一、二相同的，代表元器件相同，其工作原理、状态、功能相同，不再重述，其不同的是在与非门电路4的输出端同输入端并接后的与非门电路5的输入端连接，与非门电路5的输出端连接综合自动控制系统，提高了本发明的自动化程度。
实施例四参见图4，本实施例是在实施例一、二的基础上进行了改进，图中编号与实施例一、二相同的，代表元器件相同，其工作原理、状态、功能、相同，不再重述，其不同的是将原执行电路中主要元器件做了等同替换，用两个反向并联的单向可控硅T104、T105与CT二次侧输出端并联，T104、T105的栅极分别经二极管、电阻同与非门电路4的输出端连接。
实施例五参见图5，本实施例是在实施例四的基础上进行了改进，图中编号与实施例四相同的，代表元器件相同，其工作原理、状态、功能、相同，不再重述，其不同的是在与非门电路4的输出端同输入端并接后的与非门电路5的输入端连接，与非门电路5的输出端连接综合自动控制系统，提高了本发明的自动化程度。
实施例六参见图6，本实施例是在实施例一、二的基础上，将原执行电路主要元器件做了等同替换，本实施例中，编号和实施例一、二相同的，代表元气件，其工作原理、状态、功能相同，不再重述，其不同的是采用故态继电器，固态继电器受控端经一电阻同非门电路4的输出端连接，输出执行端并联于CT二次侧绕组输出端。
实施例七参见图7，本实施例是在实施例六的基础上进行了改进，图中编号与实施例六相同的，代表元器件相同，其工作原理、状态、功能相同，不再重述，其不同的是在与非门电路4的输出端同输入端并接后的与非门电路5的输入端连接，与非门电路5的输出端连接综合自动控制系统，提高了本发明的自动化程度。
权利要求
1.一种高灵敏度CT开路保护装置，含有信号输入采样放大电路、逻辑电路、执行保护电路，其特征是电压输入端经采样压敏电阻，与信号输入放大电路输入端、执行保护电路的输出端与CT二次侧绕组输出端并联，信号输入放大电路输出端连接逻辑电路的输入端，逻辑电路的输出端接入执行保护电路的输入端。
2.根据权利要求1所述的保护装置，其特征是还含有在逻辑电路中与非门电路1的输出端连接显示电路，在逻辑电路的另一输入端与地之间，连接复位电路。
3.根椐权利要求1或2所述CT开路保护装置，其特征是信号输入采样放大电路包括采样、整流、光电隔离、信号放大，信号输入经压敏电阻X101，整流桥堆BZ101输出接光电隔离器U101，U101的集电极接+5V直流电源，并经电阻R102接放大三极管T101集电极，U101的发射极经限流电阻R101接放大三极管T101基极，T101发射极接地，逻辑电路包括由与非门电路1和2各自的输出端和一个输入端，双方反接构成的RS触发器，和由与非门电路3和4各自的输入端短接后，分别同与非门电路1和2的输出端连接，构成的驱动电路，与非门集成电路采用74LS系列或者CC40系列如，74LS00，或74LS20，或CC4011，或CC4082，执行电路包括复合三极管、电磁继电器，复合三极管T102其基极连接与非门电路4的输出端，发射极通过电阻R103与三极管T103基极连接，集电极与+5V直流和继电器线圈连接，T103集电极与继电器线圈另一端连接、发射极与地连接，继电器线圈与一个二极管并联，二级管正极与T103集电极连接，二极管负极与+5V直流连接，继电器常开触点与CT二次侧输出端并联，复位电路包括触摸按钮AN、电容C1、电阻R1、断路器的附助常闭触点DK并联后一端接地，另一端接与非门电路2的另一输入端和R2的一端，R2的另一端接+5V直流，显示电路包括输入端并接后，同与非门电路1的输出端连接的与非门电路3，其输出端经电阻R104与发光二极管D103负极连接，D103正极接+5V直流电源。
4.根据权利要求1或2所述的开路保护装置，其特征是与非门电路4的输出端接输入端并接的与非门电路5的输入端，与非门电路5的输出端接综合自动化控制电路输入端，与非门电路可采用74LS00，或CC4082集成电路，或分立元件。
5.根据权利要求1或2所述的开路保护装置，其特征是执行保护电路包括2个反向并联的单向可控硅，且与CT二次侧输出端并联，2个单向可控硅栅极，分别经二极管，经电阻同与非门电路4的输出端连接。
6.根据权利要求5所述的保护装置，其特征是与非门电路4输出端同时接输入端并接的与非门电路5的输入端，与非门电路5的输出端，接综合自动化控制电路输入端，与非门电路可采用74LS00，或CC4011集成电路，或分立元件。
7.根据权利要求1或2所述的开路保护装置，其特征是执行保护电路包括固态继电器，固态继电器受控端经一电阻同与非门电路4的输出端连接，输出执行端并联于CT二次侧绕组输出端。
8.根据权利要求7所述的保护装置，其特征是与非门电路4的输出端同时接输入端并接的与非门电路5的输入端，与非门电路5的输出端接综合自动化控制电路输入端，与非门电路可采用74LS00，或CC4011集成电路，或分立元件。
全文摘要
本发明涉及一种电力线路设备保护装置，特别是涉及一种高灵敏度CT开路保护装置，本保护装置含有信号输入采样放大电路、逻辑电路、执行保护电路。电压输入端经采样压敏电阻，与信号输入放大电路输入端、执行保护电路的输出端与CT二次侧绕组输出端并联，信号输入放大电路输出端连接逻辑电路输入端，逻辑电路的输出端接入执行保护电路的输入端。本装置还设有CT开路故障组别显示，及同变、配电综合自动化控制电路连接的端口，还可根据需要进行多路扩容。当CT开路时，本装置能瞬时将CT二次绕组端口短路，避免产生高压对仪器、仪表、继电保护设施的破坏及操作人员的伤亡。该装置电路布局合理，设计参数选择合适，灵敏度高，安全可靠，是CT二次侧开路的理想保护装置，具有显著经济社会效益。
文档编号H02H7/00GK1585223SQ20041001029
公开日2005年2月23日 申请日期2004年5月24日 优先权日2004年5月24日
发明者靳建峰 申请人:靳建峰