应用于灵活接地方式中的小电阻智能保护系统的制作方法

本实用新型涉及的是一种电力输送领域的技术，具体是一种应用于灵活接地方式中的小电阻智能保护系统。

背景技术：

现代城市电网，大多都是由电缆线路构成，而且随着现在城市规模的不断扩大，电缆线路的规模也在不断增大，城市电力系统的电容电流随之也在不断增加，仅仅依靠消弧线圈来维持系统稳定，已经难以满足要求。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术未有对灵活接地电阻的具体运行做智能保护等缺陷，提出一种应用于灵活接地方式中的小电阻智能保护系统，既能保证配合继电保护装置切除系统故障，又能保证配合具有重合闸功能的继电保护装置动作，并且保证在灵活接地电阻的耐受范围内保护接地电阻不被损坏。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型包括：接地补偿线圈、阻尼电阻、灵活接地电阻和灵活接地控制器，其中：接地补偿线圈与阻尼电阻串联，灵活接地电阻两端分别与接地补偿线圈的输入端和阻尼电阻的输出端相连，温度传感器设置于灵活接地电阻内并与灵活接地控制器相连以输出灵活接地电阻的温度信息，接地补偿线圈的输入端设有与灵活接地控制器相连的电压互感器，阻尼电阻的输出端设有与灵活接地控制器相连的电流互感器。

所述的灵活接地控制器包括：控制电路、监测电路、断路器驱动(DU)模块、UPS电源控制电路、二进制输入(BI)模块、二进制输出(BO)模块和中央控制器，其中：控制电路与中央控制器相连以传输控制信号，监测电路与中央控制器相连以传输温度信息、电流信息和电压信息，DU模块与中央控制器相连以传输驱动指令，UPS电源控制电路与中央控制器相连以传输UPS电源的通断信号，BI模块与中央控制器相连以传输开入状态信号，BO模块与中央控制器相连以输出跳闸信号。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为灵活接地控制器结构示意图；

图3为光串口收发功能单元结构示意图；

图4为BI模块的示意图；

图5为BO模块的示意图；

图6为灵活接地电阻投入时间与电流关系图；

图中：1变压器、2真空接触器、3灵活接地电阻、4隔离开关、5电压互感器、6接地补偿线圈、7阻尼电阻、8电流互感器、9灵活接地控制器、10有载开关、11温度传感器、12保护单元。

具体实施方式

如图1所示，本实施例包括：接地补偿线圈6、阻尼电阻7、灵活接地电阻3和灵活接地控制器9，其中：接地补偿线圈6与阻尼电阻7串联，灵活接地电阻3两端分别与接地补偿线圈6的输入端和阻尼电阻7的输出端相连，温度传感器11设置于灵活接地电阻3旁并将灵活接地电阻3的温度信息传送到灵活接地控制器9，接地补偿线圈6的输入端设有与灵活接地控制器9相连的电压互感器5，阻尼电阻7的输出端设有与灵活接地控制器9相连的电流互感器8。

所述的灵活接地控制器9通过电压传感器5和电流传感器8获得电网线路中的电压信息和电流信息。

所述的灵活接地电阻3的输入端设有与灵活接地控制器9相连且用于短路保护的真空接触器2。

所述的接地补偿线圈6通过隔离开关4与电网中的变压器1相连。

如图2所示，所述的灵活接地控制器9包括：控制电路、监测电路、DU模块、UPS电源控制电路、BI模块、BO模块和中央控制器，其中：控制电路与中央控制器相连以传输控制信号，监测电路与中央控制器相连以传输来自温度传感器11的温度信息，以及来自电压互感器5和电流互感器8的电流信息和电压信息，DU模块与中央控制器相连以传输驱动指令，UPS电源控制电路与中央控制器相连以传输UPS电源的通断信号，BI模块与中央控制器相连以传输开入状态信号，BO模块与中央控制器相连以接收跳闸信号。

如图3所示，所述的控制电路、检测电路、DU模块和UPS电源控制电路中均设有光串口收发功能单元，该光串口收发功能单元包括：接收单元、发送单元、运算放大单元、光强监测单元、电平转换单元和驱动单元和数据接口；所述的控制电路、检测电路、DU模块、UPS电源控制电路均通过光串口进行信息的传输，当上述模块通过接收模块收到光串口传输的数据，收到的模拟数据通过运放和光强度检测模块还原，收到的0或1电平信号则通过电平转换芯片转换成差分信号，经转换后的信号通过差分数据线送至中央控制器，而中央控制器下发的信息则通过发送模块将其转换为光信号，通过光串口输出。

如图4所示，所述的BI模块采集开入状态信号，并通过I/O向中央控制器输出开入状态信号；该BI模块包括：TLP627光耦合隔离单元、对外接口以及数据接口，其中：TLP627光耦合隔离单元通过对外接口接收到数据信息后进行光耦隔离，隔离后的二进制数据通过IO数据线经由数据接口输出至中央控制器。

如图5所示，所述的BO模块与功率继电器相连，并通过I/O接收来自中央控制器的跳闸信号；该BO模块包括：TLP627光耦合隔离单元、对外接口、数据接口以及继电器，其中：中央控制器通过IO数据线向BO模块的数据接口发出指令，该指令通过TLP627光耦合隔离单元进行光耦隔离并输出驱动指令至继电器进行动作，TLP627光耦合隔离单元的输入端另外与继电器相连并读取继电器的状态信息后通过数据接口输出二进制数据至中央控制器。

所述的中央控制器中优选设有显示模块，以显示系统运行信息。

所述的中央控制器采用MPC8309微处理芯片作为核心处理器，采用LOCAL BUS和FPGA进行相应的数据交换。

所述的控制电路、监测电路、DU模块和UPS电源控制电路的输出均通过差分处理转换为差分信号后再与中央控制器进行数据交换。

所述的控制电路设有串行光口，中央控制器与控制电路相连接，通过控制电路以发送的断路器分、合闸控制信号。

所述的灵活接地控制器9优选设有用于对接地补偿线圈6进行挡位调节的有载开关10。

所述的灵活接地控制器9优选设有与阻尼电阻7并联的保护单元12，该保护单元12为可控硅保护装置，可通过短路来保护阻尼电阻7。

所述的灵活接地控制器9根据电压信号、电流信号和实时温度信息，保护灵活接地电阻3。灵活接地电阻3的温升公式为其中：Jo＝I/(w×h)，τ₁为常数。

通过温升公式可以看出，在灵活接地电阻3截面积一定的情况下，电流越大，电流密度Jo就越大，灵活接地电阻3的温升与电流密度Jo和时间t呈现正比的关系，电流密度越大，时间越长，温升越高。

灵活接地控制器9的中央控制器内置智能保护算法，依据灵活接地电阻3的温度T，电流密度Jo和投入时间t对灵活接地电阻3的运行情况进行分析，智能切除灵活接地电阻3，保证灵活接地电阻3在运行中不被损坏。

所述的智能保护算法具体为：

①当正常投入灵活接地电阻3后，中性点故障电压加在灵活接地电阻3上，灵活接地电阻3可以提供一个较大的有功电流，该有功电流与电容电流进行矢量叠加后，故障相的故障电流超过继电保护装置的保护定值，此时无重合闸功能的继电保护装置在1s-3s的时间内快速切除故障。永久性接地故障消失后，灵活接地控制器9的中央控制器通过BO模块下达命令，断开真空接触器2，此时灵活接地电阻3被快速切除；

②当正常投入灵活接地电阻3后，中性点故障电压加在灵活接地电阻3上，灵活接地电阻3可以提供一个较大的有功电流，该有功电流与电容电流进行矢量叠加后，故障相的故障电流超过继电保护装置的保护定值，此时由于继电保护装置有重合闸功能，会多次重合闸，每次灵活接地电阻3投入的时间都在1s-3s时间内，灵活接地控制器9的中央控制器会记录每次灵活接地电阻3投入时间，保证灵活接地电阻3的总投入运行的时间不超过10s；并在反复多次进行重合闸的过程中，灵活接地控制器9的中央控制器通过红外测温仪重点监测灵活接地电阻3的温升T；在反复多次重合闸的过程中，灵活接地电阻3相邻两次投入运行的间隔时间较短，在散热不及时的情况下，累积计算灵活接地电阻3产生热量的情况，当温度超过灵活接地电阻3的耐受温度之前，灵活接地控制器9快速切除灵活接地电阻3，以避免灵活接地电阻3设备损坏，此时不管灵活接地电阻3投入时间还在安全裕度内。

如图6所示，流过灵活接地电阻3的电流越大，灵活接地电阻3能投入的时间就越短。

与现有技术相比，本实用新型中灵活接地控制器随当前的系统所处的状态对接地电阻的投入时间进行灵活配置，在与继电保护装置配合时，既能满足提供足够大的电流使继电保护装置在1s-3s内快速切除故障，而后切除灵活接地电阻装置，保护灵活接地电阻不损坏；能与具有重合闸功能的继电保护装置配合使用，且能够在仅投入一次灵活接地电阻的情况下，多次进行重合闸，通过灵活接地电阻投入时间和灵活接地电阻温升情况，及时切除灵活接地电阻，保护电阻不被损坏，灵活接地电阻的损坏率减少了80％，灵活接地电阻寿命延长了1.7倍。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本实用新型原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本实用新型的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本实用新型之约束。