专利名称：一种弧光短路保护装置及其控制方法
技术领域：
本发明属于电力系统继电保护领域，尤其涉及一种弧光短路保护装置及其控制方法。
背景技术：
电力线路弧光短路是电网中最严重的故障，尤其是发生在中低压开关柜母线部位的弧光短路故障，由于各种原因，往往不能快速排除，从而酿成灾难性的后果。目前，对中低压开关柜母线上的进线保护均采用电流型继电保护装置，为了在出现故障时有选择性地切除故障，进线保护必须和出线保护的电流动作值和动作的延时进行配合，为了保证选择性，进线保护一般都取消了电流速断保护而采用带延时的电流后备保护，这是因为采用电流速断保护，其动作电流整定值往往很大，由于弧光存在电阻的原因，其故障电流往往达不到整定值而使保护拒绝动作，采用电流后备保护后，其动作电流整定值比较小，母线发生故障时，虽然保护可以正确反映，但保护跳闸的延长时间一般为1 3秒，因此弧光不能快速切除。母线发生故障后，由于进线电源不能快速断开，弧光不能熄灭，很容易酿成发展性故障，造成开关柜严重烧毁甚至是"火烧连营"事故，其危害是非常严重的。而弧光对人体的危害也是非常大的，弧光的光强约9000LUX，而人眼感受到的最大光强约300LUX，这就很容易使人的眼睛剌伤，在开关柜附近工作的人员还容易受到弧光的烧伤，严重的会发生人员死亡事故。 在我国，尚无弧光短路保护装置生产厂家，主要依靠进口，价格昂贵。近年来，随着国内电力工业的高速发展，中低压开关柜的应用数量越来越多， 一方面由于开关柜弧光短路故障日益增多；另一方面用户对供电的可靠性要求也越来越高，因此对弧光短路保护装置的需求非常急迫。 目前国内使用的进口弧光短路保护装置，其工作原理是同时检测光的强度和进线电流的大小，当检测到光的强度和电流值均越过设定的门槛值时，执行保护动作。这些保护装置不仅价格昂贵，还存在如下问题 由于光的强度和电流值的门槛值都是凭经验设定，并不是通过科学计算得出，因此该保护装置很容易在强光照射的干扰下，错误地执行保护动作，比如，保护装置在闪电、探照灯、钨灯照射的干扰下，错误地认为母线部位发生弧光短路故障，而执行保护动作，切断电源。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种弧光短路保护方法，旨在解决现有的弧光短路保护装置在干扰光的作用下存在误动的问题。 本发明实施例是这样实现的，一种弧光短路保护装置，所述保护装置包括 弧光探头，用于利用光谱特性对光线进行检测，如果光线的光谱范围在检测光谱
范围内，则生成弧光信号；
弧光检测单元，用于将所述弧光信号转换成弧光脉冲信号； 控制器，用于控制所述弧光探头和弧光检测单元的工作，接收所述弧光检测单元发送的弧光脉冲信号，进行处理后，输出驱动信号；以及 保护出口电路，与开关柜母线的进线断路器连接，用于接收所述控制器发送的驱动信号，断开母线所有进线电源。 本发明实施例的另一 目的在于提供一种弧光短路保护装置的控制方法，所述方法包括如下步骤 控制弧光探头利用光谱特性对光线进行检测，如果光线的光谱范围在检测光谱范围内，则生成弧光信号； 控制弧光检测单元将所述弧光信号转换成弧光脉冲信号； 接收所述弧光检测单元发送的弧光脉冲信号，进行处理后，输出驱动信号给保护出口电路，断开母线所有进线电源。 本发明实施例弧光短路保护装置通过利用光谱特性对光线进行检测，具有在干扰光作用下保护不会误动的优点。
图1是本发明第一实施例提供的弧光短路保护装置的结构图； 图2是本发明第二实施例提供的弧光短路保护装置的结构图； 图3是本发明第一实施例提供的弧光短路保护装置的控制方法的流程图； 图4是本发明第二实施例提供的弧光短路保护装置的控制方法的流程图。
具体实施例方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 图1示出了本发明第一实施例提供的弧光短路保护装置的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。 本发明实施例提供的弧光短路保护装置包括弧光探头100，弧光探头100为紫外
线光敏管，其检测光谱范围为190-290nm，它利用光谱特性对光线进行检测，如果光线的光
谱范围在检测光谱范围内，说明光线为弧光，生成弧光信号；弧光短路保护装置还包括接收
弧光探头100发送的弧光信号，将其转换成弧光脉冲信号的弧光检测单元200 ; 弧光短路保护装置还包括控制器300，控制器300控制弧光探头100和弧光检测单
元200的工作，接收弧光检测单元200发送的弧光脉冲信号，进行处理后，输出驱动信号； 弧光短路保护装置还包括保护出口电路400，保护出口电路400与开关柜母线的
进线断路器连接，接收控制器300发送的驱动信号，断开母线所有进线电源。 弧光短路保护装置还包括接收控制器300发送的驱动信号，控制报警电路工作的
报警出口电路500，作为本发明一实施例，保护出口电路400和报警出口电路500均由继电
器构成。 本发明实施例提供的弧光短路保护装置的工作原理为弧光探头100为紫外线光
5敏管，其检测光谱范围为190-290nm，弧光探头100不会检测到光谱范围不在检测光谱范围内的可见光，如探照灯、钨灯等，因此保护装置不会在干扰光的作用下，错误地认为母线部位发生弧光短路故障，而执行保护动作，而一旦母线部位发生弧光短路故障，由于弧光的光谱范围在检测光谱范围内，弧光探头IOO可以检测到弧光的出现，生成弧光信号，弧光检测单元200将弧光信号转换成弧光脉冲信号，控制器300将弧光脉冲信号进行处理，输出驱动信号，保护出口电路400断开母线所有进线电源，消除弧光，报警出口电路500控制报警电路报警。 图2示出了本发明第二实施例提供的弧光短路保护装置的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。 在弧光短路保护装置的使用过程中，有可能会受到电焊作业的干扰，这样保护装置会在电焊光的作用下，错误地认为母线部位发生弧光短路故障，而执行保护动作。为了进一步提高弧光短路保护装置的抗干扰性，弧光短路保护装置除了包含第一实施例提供的结构外，还包括交流电转换单元600和模数采样单元700。 交流电转换单元600将母线上交流电转换成弱电信号，模数采样单元700将弱电信号转换为数字电流信号。 进一步地，控制器300控制弧光探头100、弧光检测单元200、交流电转换单元600和模数采样单元700的工作，并接收弧光检测单元200发送的弧光脉冲信号和模数采样单元700发送的数字电流信号，对数字电流信号和弧光脉冲信号同时进行处理，具体为控制器300对数字电流信号进行计算，得到电流采样值突变量或者电流有效值突变量，若弧光脉冲信号存在，以及突变量大于设定门槛值，输出驱动信号给保护出口电路400和报警出口电路500，保护出口电路400断开母线所有进线电源，消除弧光，报警出口电路500控制报警电路报警。 本发明实施例提供的弧光短路保护装置的工作原理为当弧光短路保护装置检测到弧光出现，同时，弧光短路保护装置也检测到母线上的交流电的任一相的电流突变量大于设定门槛值，控制器300输出驱动信号，保护出口电路400断开母线所有进线电源，消除弧光，报警出口电路500控制报警电路报警。这样，弧光短路保护装置不会在干扰光的作用下，如闪电、探照灯、钨灯等，以及受到电焊作业的干扰下，错误地认为母线部位发生弧光短路故障，而执行保护动作。 图3示出了本发明第一实施例提供的弧光短路保护装置的控制方法的实现流程，详述如下 在步骤S301中，控制弧光探头利用光谱特性对光线进行检测，如果光线的光谱范围在检测光谱范围内，则生成弧光信号； 在步骤S302中，控制弧光检测单元将弧光信号转换成弧光脉冲信号； 在步骤S303中，接收弧光检测单元发送的弧光脉冲信号，进行处理后，输出驱动
信号给保护出口电路，断开母线所有进线电源； 在步骤S304中，输出驱动信号给报警出口电路，控制报警电路工作。 图4示出了本发明第二实施例提供的弧光短路保护装置的控制方法的实现流程，
详述如下 在步骤S401中，控制弧光探头利用光谱特性对光线进行检测，如果光线的光谱范
6围在检测光谱范围内，则生成弧光信号； 在步骤S402中，控制弧光检测单元将弧光信号转换成弧光脉冲信号； 在步骤S403中，控制交流电转换单元将母线上交流电转换成弱电信号； 在步骤S404中，控制模数采样单元将弱电信号转换为数字电流信号； 在步骤S405中，接收弧光检测单元发送的弧光脉冲信号和模数采样单元发送的
数字电流信号，进行处理后，输出驱动信号给保护出口电路，断开母线所有进线电源； 该步骤具体为，对数字电流信号进行计算，得到电流采样值突变量或者电流有效
值突变量，采用公式具体如下 a)电流有效值突变量计算 AI= |lk_Ik—」，其中，AI为电流有效值增量，Ik为当前计算电流有效值，Ik—工为
前一次计算电流有效值； b)电流采样值突变量计算方法一 A i = I ik-ik—T| ，其中，A i为电流采样值增量，ik为当前电流采样瞬时值，ik—T为
一周波前同序号电流采样瞬时值； c)电流采样值突变量计算方法二 Ai = |ik-2ik—T_ik—tI，其中，Ai为电流采样值增量，ik为当前电流采样瞬时值，ik—T为一周波前同序号电流采样瞬时值； 若弧光脉冲信号存在，以及上述突变量大于设定门槛值，输出驱动信号给保护出口电路，断开母线所有进线电源，否则，不输出驱动信号。 在步骤S406中，输出驱动信号给报警出口电路，控制报警电路工作。 本发明实施例通过利用光谱特性对光线进行检测，解决了现有的弧光短路保护装
置在干扰光的作用下存在误动的问题，并且采用检测母线电流的突变量，进一步提高了弧
光短路保护装置的抗干扰性。 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以在存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如R0M/RAM、磁盘、光盘等。 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种弧光短路保护装置，其特征在于，所述保护装置包括弧光探头，用于利用光谱特性对光线进行检测，如果光线的光谱范围在检测光谱范围内，则生成弧光信号；弧光检测单元，用于将所述弧光信号转换成弧光脉冲信号；控制器，用于控制所述弧光探头和弧光检测单元的工作，接收所述弧光检测单元发送的弧光脉冲信号，进行处理后，输出驱动信号；以及保护出口电路，与开关柜母线的进线断路器连接，用于接收所述控制器发送的驱动信号，断开母线所有进线电源。
2. 如权利要求1所述的保护装置，其特征在于，所述保护装置还包括交流电转换单元，用于将母线上交流电转换成弱电信号；以及 模数采样单元，用于将所述弱电信号转换为数字电流信号。
3. 如权利要求1所述的保护装置，其特征在于，所述弧光探头为紫外线光敏管。
4. 如权利要求1所述的保护装置，其特征在于，所述保护装置还包括 报警出口电路，用于接收所述控制器发送的驱动信号，控制报警电路工作。
5. 如权利要求4所述的保护装置，其特征在于，所述保护出口电路和报警出口电路均 由继电器构成。
6. —种弧光短路保护装置的控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤 控制弧光探头利用光谱特性对光线进行检测，如果光线的光谱范围在检测光谱范围内，则生成弧光信号；控制弧光检测单元将所述弧光信号转换成弧光脉冲信号；接收所述弧光检测单元发送的弧光脉冲信号，进行处理后，输出驱动信号给保护出口 电路，断开母线所有进线电源。
7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤 控制交流电转换单元将母线上交流电转换成弱电信号； 控制模数采样单元将所述弱电信号转换为数字电流信号；所述接收弧光检测单元发送的弧光脉冲信号，进行处理后，输出驱动信号给保护出口 电路，断开母线所有进线电源的步骤具体为接收所述弧光检测单元发送的弧光脉冲信号和模数采样单元发送的数字电流信号，进 行处理后，输出驱动信号给保护出口电路，断开母线所有进线电源。
8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述接收弧光检测单元发送的弧光脉冲信 号和模数采样单元发送的数字电流信号，进行处理后，输出驱动信号给保护出口电路，断开 母线所有进线电源的步骤具体为对所述数字电流信号进行计算，得到电流采样值突变量或者电流有效值突变量； 若所述弧光脉冲信号存在，以及所述突变量大于设定门槛值，输出驱动信号给保护出 口电路，断开母线所有进线电源，否则，不输出驱动信号。
9. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述接收弧光检测单元发送的弧光脉冲信 号，进行处理后，输出驱动信号给保护出口电路，断开母线所有进线电源的步骤之后还包 括输出驱动信号给报警出口电路，控制报警电路工作。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述接收弧光检测单元发送的弧光脉冲信 号和模数采样单元发送的数字电流信号，进行处理后，输出驱动信号给保护出口电路，断开母线所有进线电源的步骤之后还包括输出驱动信号给报警出口电路，控制报警电路工作。
全文摘要
本发明适用于电力系统继电保护领域，提供了一种弧光短路保护装置及其控制方法，方法包括如下步骤控制弧光探头利用光谱特性对光线进行检测，如果光线的光谱范围在检测光谱范围内，则生成弧光信号；控制弧光检测单元将所述弧光信号转换成弧光脉冲信号；接收所述弧光检测单元发送的弧光脉冲信号，进行处理后，输出驱动信号给保护出口电路，断开母线所有进线电源。本发明实施例弧光短路保护装置通过利用光谱特性对光线进行检测，具有在干扰光作用下保护不会误动的优点。
文档编号H02H5/00GK101752846SQ200810218020
公开日2010年6月23日 申请日期2008年12月3日 优先权日2008年12月3日
发明者郭鸿 申请人:郭鸿