本實(shí)用新型涉及電力安全技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于快速真空斷路器的小電流接地系統(tǒng)電容電流測(cè)量裝置。

背景技術(shù)：

10kV, 35kV 配電網(wǎng)中一般都采用中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式。當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí),線電壓仍然保持對(duì)稱,對(duì)用戶繼續(xù)工作影響不大,并且電容電流比較小或者經(jīng)消弧線圈補(bǔ)償后電容電流較小,一些瞬時(shí)性接地故障能夠自行消失,這對(duì)提高供電可靠性,減少停電事故是非常有效的。由于該運(yùn)行方式簡(jiǎn)單、投資少,所以在我國(guó)電網(wǎng)初期階段一直采用這種運(yùn)行方式,并起到了很好的作用,積累了一些成功運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展及“城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造”，我國(guó)的配電網(wǎng)絡(luò)迅速擴(kuò)大和發(fā)展，一方面城市配電網(wǎng)采用環(huán)網(wǎng)供電、多電源供電方式，另一方面由于城市電網(wǎng)規(guī)模不斷地?cái)U(kuò)建和延伸，受城區(qū)規(guī)劃、環(huán)保和場(chǎng)地等條件制約，城市配電網(wǎng)逐漸采用以電纜線為主、架空線為輔的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)模式，這樣一來(lái)，配電網(wǎng)單相對(duì)地電容電流就大幅度地增加了。不接地系統(tǒng)或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地時(shí)，故障相的接地電流是非故障相對(duì)地電容電流之和。當(dāng)電流超過(guò)10A，此時(shí)接地電弧不能可靠熄滅，將嚴(yán)重威脅電網(wǎng)設(shè)備的絕緣，危及電網(wǎng)的安全運(yùn)行。根據(jù)現(xiàn)行電網(wǎng)運(yùn)行資料統(tǒng)計(jì)，配電網(wǎng)的事故約占電網(wǎng)事故的 90%，其中相當(dāng)一部分又是單相接地短路故障。發(fā)生單相接地短路故障后，會(huì)造成三相系統(tǒng)不平衡，非故障相電壓升高，電網(wǎng)電容電流發(fā)生變化，短路點(diǎn)可能出現(xiàn)較大的短路電流。

目前測(cè)量小電流接地系統(tǒng)電容電流主要采用外置電壓互感器二次信號(hào)注入法，此方法的原理為利用外置電壓互感器想接地變壓器中性點(diǎn)注入兩個(gè)異頻的恒流信號(hào)，通過(guò)相應(yīng)的計(jì)算得到線路的對(duì)地電容量和電容電流，但此種方法的測(cè)量精度極易受到三相不平衡電壓和外置電壓互感器的勵(lì)磁電流以及線路對(duì)地電容量大小的影響，導(dǎo)致其測(cè)量誤差很大，到目前為止，沒(méi)有很好的解決方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于快速真空斷路器的小電流接地系統(tǒng)電容電流測(cè)量裝置，本測(cè)量裝置控制回路簡(jiǎn)單、保護(hù)電路安全可靠，能對(duì)小電流接地系統(tǒng)電容電流進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案：一種基于快速真空斷路器的小電流接地系統(tǒng)電容電流測(cè)量裝置，包括快速真空斷路器、與快速真空斷路器的過(guò)流保護(hù)裝置和與過(guò)流保護(hù)裝置連接的斷路器控制器，所述快速真空斷路器連接Zigbee無(wú)線控制器，所述快速真空斷路器連接接地線，所述接地線上設(shè)有高精度電流互感器，所述高精度電流互感器連接高頻暫態(tài)波形記錄儀，三相線路對(duì)地電容、電感器、電阻組成閉合回路。

所述電阻、電感器分別為線路等效電感電阻。

所述高頻暫態(tài)波形記錄儀包括高數(shù)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、微處理器、高速存儲(chǔ)芯片SRAM。

所述快速真空斷路器連接光電信號(hào)轉(zhuǎn)換器。

所述過(guò)流保護(hù)裝置連接模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。

所述快速真空斷路器采用永磁式快速真空斷路器。

所述過(guò)流保護(hù)裝置設(shè)置峰值過(guò)流檢測(cè)裝置。

所述高精度電流互感器外設(shè)有電磁屏蔽機(jī)構(gòu)，所述電磁屏蔽機(jī)構(gòu)包括上殼體和下殼體，所述上殼體與下殼體鉸接，所述上殼體與下殼體的兩側(cè)均設(shè)有弧形開(kāi)口，所述上殼體與下殼體閉合后形成的通孔供導(dǎo)線穿過(guò)。

所述上殼體的周側(cè)設(shè)有具有鋅顆粒的橡膠層。

C相發(fā)生單相金屬性接地短路，中性點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)偏移電壓Uo，其大小與Uc相等，方向相反。其等效回路如圖2所示，其中電阻、電感器分別為線路等效電感電阻，電容為三相線路對(duì)地電容，此時(shí)通過(guò)回路中的高精度電流互感器，觸發(fā)暫態(tài)參數(shù)記錄儀對(duì)電容電流的波形進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。

當(dāng)快速真空斷路器合閘，C相發(fā)生單相金屬性接地，C相對(duì)地電壓降低，A、B兩相的相電壓升高，但線電壓卻依然對(duì)稱，因非故障的兩相對(duì)地電壓升高倍，可能引起絕緣的薄弱環(huán)節(jié)被擊穿，發(fā)展成為相間短路，故本測(cè)量裝置的硬件過(guò)流保護(hù)裝置和快速真空斷路器會(huì)發(fā)生相間短路后的瞬間，在線路跳閘之前及時(shí)分?jǐn)嗷芈?，從而保證配電網(wǎng)的用電安全。配電網(wǎng)發(fā)生單相金屬性接地后，流過(guò)接地點(diǎn)的電流由暫態(tài)電容電流和穩(wěn)態(tài)電容電流組成，其中由于暫態(tài)電容電流的幅值和頻率數(shù)倍于穩(wěn)態(tài)電容電流，并且整個(gè)暫態(tài)過(guò)程可能會(huì)持續(xù)上百毫秒，故其危害性非常大，本測(cè)量裝置能夠?qū)簯B(tài)電容電流的振蕩和衰減的全過(guò)程顯示出來(lái)，從而為間歇性電弧接地過(guò)電壓研究提供參考依據(jù)。

由于發(fā)生單相金屬性接地后，流過(guò)接地點(diǎn)電流包括高頻的暫態(tài)過(guò)程和工頻的穩(wěn)態(tài)過(guò)程，暫態(tài)幅值最大可到7~8倍的穩(wěn)態(tài)幅值且持續(xù)時(shí)間非常短暫，若想完整的采集，則必須選用高精度的保護(hù)性電流互感器，從而保證對(duì)暫態(tài)過(guò)程的精確采集，同時(shí)由于暫態(tài)過(guò)程頻率最高可達(dá)3kHz，暫態(tài)記錄儀必須保證較高的采樣速率和足夠的存儲(chǔ)容量已達(dá)到錄波的要求。

測(cè)量系統(tǒng)控制快速真空斷路器合閘形成單相金屬性接地，同時(shí)通過(guò)暫態(tài)參數(shù)記錄儀讀取高精度電流互感器的電流值，完成對(duì)電容電流暫態(tài)過(guò)程和穩(wěn)態(tài)過(guò)程的波形采集。測(cè)量過(guò)程中，由于故障相電壓降為零，非故障相電壓升高，可能會(huì)發(fā)生相間短路，故本測(cè)量裝置加入了過(guò)流保護(hù)裝置，實(shí)時(shí)判斷是否發(fā)生相間短路，當(dāng)發(fā)生相間短路時(shí)，快速真空斷路器分閘很短，從而能在線路跳閘之前分?jǐn)嗷芈罚瑥亩ＷC配電網(wǎng)安全?；诳焖僬婵諗嗦菲鞯男‰娏鹘拥叵到y(tǒng)電容電流測(cè)量裝置主要優(yōu)點(diǎn)在于，采用的單相直接接地測(cè)量法的精度大大提升，不受配電網(wǎng)三相不平衡電壓等因素的影響，并且本測(cè)量系統(tǒng)不僅可以采集電容電流的穩(wěn)態(tài)波形還可采集暫態(tài)波形，為間歇性電弧接地過(guò)電壓研究提供參考依據(jù)。本裝置測(cè)量更加準(zhǔn)確，并且由于快速真空斷路器在本測(cè)量裝置中的應(yīng)用，保證了測(cè)量過(guò)程中配電網(wǎng)的用電安全。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的原理框圖；

圖2為本實(shí)用新型的等效回路圖；

圖3為本實(shí)用新型的電磁屏蔽機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。

實(shí)施例一：如圖1、2所示，一種基于快速真空斷路器的小電流接地系統(tǒng)電容電流測(cè)量裝置，包括快速真空斷路器、與快速真空斷路器的過(guò)流保護(hù)裝置和與過(guò)流保護(hù)裝置連接的斷路器控制器，所述快速真空斷路器連接Zigbee無(wú)線控制器，所述快速真空斷路器連接接地線，所述接地線上設(shè)有高精度電流互感器，所述高精度電流互感器連接高頻暫態(tài)波形記錄儀，高頻暫態(tài)波形記錄儀為多通道暫態(tài)記錄儀，三相線路對(duì)地電容、電感器、電阻組成閉合回路。

實(shí)施例二：如圖1、2、3所示，一種基于快速真空斷路器的小電流接地系統(tǒng)電容電流測(cè)量裝置，包括快速真空斷路器、與快速真空斷路器的過(guò)流保護(hù)裝置3和與過(guò)流保護(hù)裝置連接的斷路器控制器4，所述快速真空斷路器連接Zigbee無(wú)線控制器7，所述快速真空斷路器連接接地線，所述接地線上設(shè)有高精度電流互感器，所述高精度電流互感器2連接高頻暫態(tài)波形記錄儀5，三相線路對(duì)地電容6、電感器、電阻組成閉合回路。

所述電阻、電感器分別為線路等效電感電阻。

所述高頻暫態(tài)波形記錄儀包括高數(shù)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、微處理器、高速存儲(chǔ)芯片SRAM。

所述快速真空斷路器1連接光電信號(hào)轉(zhuǎn)換器。

所述過(guò)流保護(hù)裝置連接模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。

所述快速真空斷路器采用永磁式快速真空斷路器。

所述過(guò)流保護(hù)裝置設(shè)置峰值過(guò)流檢測(cè)裝置。過(guò)流保護(hù)裝置采用安徽凱利科技有限公司的過(guò)流保護(hù)裝置CM-810。

所述高精度電流互感器外設(shè)有電磁屏蔽機(jī)構(gòu)，所述電磁屏蔽機(jī)構(gòu)包括上殼體10和下殼體9，所述上殼體與下殼體鉸接，所述上殼體與下殼體的兩側(cè)均設(shè)有弧形開(kāi)口11，所述上殼體與下殼體閉合后形成的通孔供導(dǎo)線穿過(guò)。

所述上殼體的周側(cè)設(shè)有具有鋅顆粒的橡膠層，橡膠層內(nèi)設(shè)有若干個(gè)鋅顆粒，一方面使兩個(gè)殼體密封效果好，另一方面鋅顆?？v橫交叉在一起形成良好額屏蔽層，防止外界電磁干擾，從而影響電流互感器測(cè)流的準(zhǔn)確性。

配電網(wǎng)單相接地瞬間，接地點(diǎn)電容電流包含著高頻暫態(tài)分量，高頻暫態(tài)電流幅值可達(dá)到電容電流的8倍，頻率最高可達(dá)3kHz，持續(xù)時(shí)間可達(dá)100ms，為保證信號(hào)采集的準(zhǔn)確性和持續(xù)性，高頻暫態(tài)波形記錄儀采用高數(shù)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片+微處理器+高速存儲(chǔ)芯片SRAM來(lái)保證采集數(shù)據(jù)和錄波功能的可靠性。

配電網(wǎng)單相接地瞬間，由于高頻暫態(tài)分量的產(chǎn)生，對(duì)快速真空斷路器控制信號(hào)產(chǎn)生和過(guò)流保護(hù)裝置信號(hào)的傳輸造成干擾，對(duì)高精度電流互感器的測(cè)量精度產(chǎn)生影響，基于上述考慮，本裝置采用光電轉(zhuǎn)換模塊，在快速真空斷路器本體進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，避免高頻暫態(tài)分量對(duì)裝置的測(cè)量以及控制系統(tǒng)的產(chǎn)生影響。

配電網(wǎng)單相接地瞬間，高頻暫態(tài)分量幅值較大且持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)可達(dá)100ms，過(guò)流保護(hù)裝置可能會(huì)誤認(rèn)為發(fā)生配電網(wǎng)相間短路，造成快速真空斷路器誤分閘，基于上述考慮，過(guò)流保護(hù)裝置采用辨別暫態(tài)電流模塊和短路電流模塊，微處理器通過(guò)對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片實(shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，辨別高頻暫態(tài)電流和相間短路電流，從而提高整個(gè)測(cè)量裝置的可靠性，保證配電網(wǎng)運(yùn)行安全。

配電網(wǎng)單相接地后線電壓不變，因而不影響對(duì)用戶的連續(xù)供電，配電網(wǎng)可繼續(xù)運(yùn)行1～2h，但是非故障相相電壓會(huì)異常升高，從而可能導(dǎo)致配電網(wǎng)線路絕緣擊穿，造成相間短路等惡劣事故，引起線路跳閘，基于上述考慮，本裝置采用永磁式快速真空斷路器和峰值電流檢測(cè)裝置，永磁式真空斷路器分閘時(shí)間為2ms，且偏差不超過(guò)60us，峰值電流檢測(cè)裝置由于采用硬件比較器速度快，整個(gè)過(guò)流保護(hù)過(guò)程動(dòng)作迅速，能在線路跳閘之前，快速真空斷路器完成分閘，從而保證配電網(wǎng)的運(yùn)行正常。

配電網(wǎng)單相接地電容電流測(cè)量往往是在線路上進(jìn)行，試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)很難找到220V電源，基于上述原因，測(cè)量裝置電源系統(tǒng)采用DC12V車載電源供電方案，從而滿足現(xiàn)場(chǎng)需要。由于車載電源容量有限，在試驗(yàn)過(guò)程中，若發(fā)生DC12V車載電源丟失情況，則整個(gè)測(cè)量裝置斷電，快速真空斷路器無(wú)法分閘，若發(fā)生相間短路，會(huì)造成惡劣事故，所以電源系統(tǒng)增加儲(chǔ)能電容和蓄電池部分，從而保證在外部電源丟失的情況下，斷路器及時(shí)分閘。

測(cè)量時(shí)，斷路器控制器4發(fā)出合閘指令，快速真空斷路器1合閘從而形成單相接地，高頻暫態(tài)波形記錄儀5對(duì)高精度電流互感器2電流進(jìn)行錄波，同時(shí)過(guò)流保護(hù)裝置實(shí)時(shí)讀取高精度電流互感器2的電流值，若配電網(wǎng)發(fā)生相間短路，在線路過(guò)流保護(hù)裝置發(fā)出信號(hào)之前，斷路器控制器4發(fā)出分閘指令，快速真空斷路器1分閘，從而保證配電網(wǎng)的正常運(yùn)行不受影響。本裝置還可通過(guò)Zigbee無(wú)線控制器7控制斷路器的分合閘，保證現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)操作安全可靠。

最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。