本實(shí)用新型涉及安全防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地涉及一種弧光保護(hù)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

成套開關(guān)柜大量應(yīng)用在中低壓系統(tǒng)開關(guān)柜中，由于設(shè)備自身原因、運(yùn)行環(huán)境等各種因素影響，弧光短路故障頻發(fā)。中低壓母線發(fā)生的弧光故障具有發(fā)展迅速、破壞力大等特點(diǎn)，其壓力波可造成柜體變形、破碎或爆炸等嚴(yán)重后果，甚至火燒連營，殃及變壓器，最后發(fā)展成大配電網(wǎng)事故，造成重大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。因此，必須提出一種專門的中低壓母線保護(hù)系統(tǒng)，用于快速切除中低壓母線故障。

弧光保護(hù)裝置通過檢測開關(guān)柜內(nèi)部發(fā)生故障時產(chǎn)生弧光這一特點(diǎn)，可以在現(xiàn)有開關(guān)柜的電弧耐受時間標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)切除弧光短路故障，從而最大限度地保護(hù)附近工作人員，使開關(guān)裝置等配電設(shè)備免受損壞。考慮到外界的光干擾會引起系統(tǒng)的誤跳閘，為了提高系統(tǒng)的可靠性，增加了過流信號的檢測。其動作邏輯為當(dāng)同時檢測到弧光和任意一相電流增長時發(fā)出跳閘命令，如圖1所示。

造成開關(guān)柜電弧故障的原因主要有以下3個方面：

絕緣方面：絕緣材料的爬距不足；絕緣材料材質(zhì)缺陷或老化；絕緣材料受外力影響磨損；由于電纜接頭截面積不夠、接頭接觸不良、螺栓松動等原因造成絕緣材料過熱、損壞，引發(fā)接地故障或相間短路。

外來物進(jìn)入方面：小動物進(jìn)入開關(guān)柜也會引發(fā)故障；檢修人員工具遺落在開關(guān)柜等人為因素。

系統(tǒng)和自然災(zāi)害方面：由于雷電入侵、接地方式改變等原因引起的過電壓。

據(jù)統(tǒng)計，大多數(shù)的開關(guān)柜弧光故障都是從絕緣故障發(fā)展到單相對地間歇性拉弧再到兩相或三相相間短路的。在弧光故障發(fā)生之前，當(dāng)母線或者其他元器件表面的溫度升高達(dá)到一定的值時，也從側(cè)面反應(yīng)了母線或其他元器件的工作情況。特別是電氣連接點(diǎn)的發(fā)熱可能造成母線的老化，絕緣材料性質(zhì)的降低或損壞，導(dǎo)致接地或短路，從而造成母線故障。同時絕緣材料溫度升高時，會散發(fā)有毒氣體，因此在弧光保護(hù)系統(tǒng)中，對開關(guān)柜內(nèi)部溫度和有害氣體的監(jiān)測也是非常重要的。

目前國內(nèi)已有的弧光保護(hù)系統(tǒng)只能是在弧光發(fā)生時對斷路器跳閘，不能在故障的前兆階段(絕緣材料過熱、局部放電和閃絡(luò)階段)發(fā)出報警信號，提醒運(yùn)行維護(hù)人員前來排除故障，并且沒有將溫度和有害氣體的監(jiān)測納入到弧光保護(hù)的功能之中。

目前市售弧光保護(hù)系統(tǒng)的弧光傳感器普遍采用自然光傳感器，弧光判據(jù)是根據(jù)傳感器檢測到的光強(qiáng)度大小來判斷。一般情況下，廠家對弧光保護(hù)的光靈敏度設(shè)置很高，用手電筒照射的光就能使其滿足動作條件。因此，在其他非母線故障情況下，太陽光或閃電等強(qiáng)光就容易使其滿足弧光動作條件而引發(fā)誤動作，使母線失電。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實(shí)用新型的目的在于提出一種新型弧光保護(hù)系統(tǒng)，作為本系統(tǒng)的一個優(yōu)選實(shí)施例，可以使用集雙弧光傳感器、溫度傳感器和有害氣體傳感器為一體的智能型傳感器，既增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性，又增加了事故預(yù)警功能，有效降低了弧光故障的發(fā)生及其造成的危害。

為了達(dá)成上述目的，本實(shí)用新型提供了一種弧光保護(hù)系統(tǒng)，包括：

智能型傳感器，所述智能型傳感器包括弧光傳感器、溫度傳感器和有害氣體傳感器，分別用于檢測監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的光照強(qiáng)度、溫度和有毒氣體含量；

控制單元，用于實(shí)時接收所述智能型傳感器的檢測信號，并當(dāng)所述弧光傳感器、溫度傳感器和有害氣體傳感器中的任意一種傳感器檢測信號的實(shí)際值和/或變化幅度超過閾值時，發(fā)出報警信號。

其中，所述弧光傳感器包括可見光強(qiáng)度傳感器和/或紫外光強(qiáng)度傳感器。

作為優(yōu)選，所述弧光傳感器包括可見光強(qiáng)度傳感器和紫外光強(qiáng)度傳感器，所述的弧光保護(hù)系統(tǒng)在配置保護(hù)邏輯時，用戶能夠選擇所述可見光強(qiáng)度傳感器或紫外光強(qiáng)度傳感器單獨(dú)工作，或者同時工作。

作為優(yōu)選，所述紫外光強(qiáng)度傳感器為紫外光敏管。

其中，所述有害氣體傳感器為電化學(xué)co-af傳感器。

其中，所述智能型傳感器與所述控制單元之間通過光纖連接。

其中，所述弧光保護(hù)系統(tǒng)還包括電流互感器，用于對監(jiān)測區(qū)域的三相電流信號進(jìn)行采樣；

當(dāng)所述弧光傳感器和任意一相電流互感器的檢測值均超過閾值時，所述控制單元向斷路器發(fā)出跳閘信號。

作為優(yōu)選，所述電流互感器通過信號調(diào)理電路與所述控制單元連接；所述信號調(diào)理電路用于對所述電流互感器的輸出信號進(jìn)行濾波和放大處理。

其中，所述弧光保護(hù)系統(tǒng)還包括人機(jī)模塊，用于光強(qiáng)、溫度和/或有害氣體含量的顯示、參數(shù)和定值設(shè)置，保護(hù)邏輯的配置，以及自檢功能中至少一種功能的實(shí)現(xiàn)；

作為優(yōu)選，所述人機(jī)模塊包括一輸入設(shè)備和/或一顯示設(shè)備，優(yōu)選為一觸摸屏，進(jìn)一步優(yōu)選為一電容觸摸屏；

作為優(yōu)選，所述人機(jī)模塊通過485總線與所述弧光保護(hù)系統(tǒng)的控制單元通訊；

作為優(yōu)選，所述人機(jī)模塊采用組態(tài)軟件模式，操作人員能夠方便地對保護(hù)邏輯進(jìn)行配置。

其中，所述弧光保護(hù)系統(tǒng)還包括開關(guān)量輸出模塊，用于輸出保護(hù)跳閘信號和報警信號；

作為優(yōu)選，所述開關(guān)量輸出模塊包括繼電器出口和MOSFET出口，每種接口方式配置有5個接口。

作為優(yōu)選，所述開關(guān)量輸出模塊的每個接口的邏輯均能夠獨(dú)立配置，用于跳閘出口、失靈保護(hù)或報警。

作為優(yōu)選，當(dāng)所述開關(guān)量輸出模塊采用普通繼電器出口時，弧光保護(hù)動作時間優(yōu)于7ms。

作為優(yōu)選，當(dāng)所述開關(guān)量輸出模塊采用MOSFET出口時，弧光保護(hù)動作時間優(yōu)于1ms。

基于上述技術(shù)方案可知，本實(shí)用新型的弧光保護(hù)系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

(1)采用了可見光和紫外光雙弧光傳感器模式，減少了誤動作的機(jī)率，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性；

(2)集成了溫度傳感器和有害氣體傳感器，增加了弧光保護(hù)系統(tǒng)監(jiān)測的維度，且通過對實(shí)時數(shù)值的邏輯判斷和趨勢分析，對開關(guān)柜內(nèi)的絕緣故障發(fā)出報警信號，有效降低了弧光故障的發(fā)生及其造成的危害；

(3)傳感器內(nèi)集成了信號調(diào)理電路和CPU，四個傳感器的信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換、計算和打包后，通過光纖一并送給主控板，省去了復(fù)雜的電纜連接；

(4)智能型傳感器與保護(hù)主機(jī)的連接采用光纖連接方式，智能型傳感器的供電由光纖供能，絕緣易于實(shí)現(xiàn)，抗干擾能力強(qiáng)，易于安裝；

(5)采用可配置的快速接口和繼電器接口，每個跳閘節(jié)點(diǎn)可以單獨(dú)配置邏輯，用于跳閘出口、失靈保護(hù)或者報警；

(6)保護(hù)邏輯采用組態(tài)配置方式，方便易用；保護(hù)邏輯的結(jié)構(gòu)和延時方式均可以自行設(shè)置，配置方式有PC配置方式和觸摸屏配置方式；

(7)采用整合型的傳感器，體積小，安裝方便。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)的弧光保護(hù)原理圖；

圖2為本實(shí)用新型的弧光保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本實(shí)用新型的弧光保護(hù)系統(tǒng)的邏輯圖；

圖4為本實(shí)用新型的智能型傳感器的結(jié)構(gòu)框圖；

圖5為本實(shí)用新型的主控板的原理框圖；

圖6為本實(shí)用新型的人機(jī)模塊的框圖。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

本實(shí)用新型公開了一種新型弧光保護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過使用集雙弧光傳感器、溫度傳感器和有害氣體傳感器為一體的智能型傳感器，既增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性，又增加了事故預(yù)警功能，有效降低了弧光故障的發(fā)生及其造成的危害。更具體地，作為本實(shí)用新型的一個優(yōu)選實(shí)施例，本實(shí)用新型的弧光保護(hù)系統(tǒng)包括智能型傳感器、電流互感器、信號調(diào)理電路、開關(guān)量輸出模塊、主控板、人機(jī)模塊、通訊模塊和電源電路等部分，其中智能傳感器和弧光保護(hù)系統(tǒng)之間采用多模光纖連接，省去了復(fù)雜的電氣連接，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

整個系統(tǒng)的工作過程如下：主控板實(shí)時接收各個傳感器的數(shù)值，當(dāng)任意一種傳感器的數(shù)值有較大增長趨勢或超過閾值時，系統(tǒng)發(fā)出報警信號。當(dāng)自然光傳感器、紫外光傳感器和電流互感器的值均超過閾值時，向斷路器發(fā)出跳閘信號，切除故障。上述邏輯的邏輯圖如圖3所示。

智能型傳感器的功能是將可檢測弧光的光強(qiáng)、溫度值和有害氣體的濃度，經(jīng)過一系列轉(zhuǎn)換后，傳送給弧光保護(hù)裝置的本體。智能型傳感器的結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示，該部分由可見光傳感器、紫外線傳感器、溫度傳感器、有毒氣體傳感器、信號調(diào)理電路、CPU、接口電路和光纖供能電路組成。其中紫外光探頭采用日本濱松生產(chǎn)的R2868紫外光敏管作為光敏元件，有害氣體傳感器采用英國電化學(xué)co-af傳感器；信號調(diào)理電路負(fù)責(zé)完成信號的濾波、放大等功能；光纖供能電路通過光纖取能電路為智能傳感器的各個部分提供電能。

整個傳感器的工作過程如下：

4個傳感器分別將可見光強(qiáng)度、紫外光強(qiáng)度、溫度和有毒氣體含量轉(zhuǎn)換為微弱的電信號，

微弱的電信號經(jīng)過信號調(diào)理電路濾波、放大后，轉(zhuǎn)換為0～5V的電壓信號，

電壓信號送入CPU的模擬量輸入通道，經(jīng)過模數(shù)變換和修正后，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的編碼，模擬量的采樣頻率為4000次/秒。

二進(jìn)制編碼經(jīng)過打包后通過光纖發(fā)送到弧光保護(hù)系統(tǒng)的本體。

為了增強(qiáng)弧光檢測的可靠性，本實(shí)用新型采用了包括自然光和紫外光的雙弧光傳感器檢測方式。在配置保護(hù)邏輯時，用戶可以對其工作模式進(jìn)行配置，既可以選擇單弧光模式，也可以選擇雙弧光模式。

主控板是整個系統(tǒng)的核心，其原理框圖如圖5所示。主控板的功能包括：各種信號的計算、分析和記錄，跳閘邏輯的實(shí)現(xiàn)、報警邏輯的實(shí)現(xiàn)、與人機(jī)模塊的通訊、與監(jiān)控系統(tǒng)的通訊等等。主控板接收來自智能型傳感器的二進(jìn)制信號，將其解碼、計算、記錄，同時對三相電流信號進(jìn)行采樣、計算，然后根據(jù)設(shè)定的邏輯和定值進(jìn)行邏輯判斷和趨勢分析。當(dāng)檢測到弧光故障時，向斷路器發(fā)出跳閘信號，人機(jī)模塊顯示動作的傳感器編號及電流值。當(dāng)檢測到電流值、溫度和有害氣體含量達(dá)到閾值或者增加值過高時，啟動報警繼電器，人機(jī)模塊顯示報警信息。

人機(jī)模塊的功能包括光強(qiáng)、溫度和有害氣體含量的顯示、參數(shù)和定值設(shè)置、保護(hù)邏輯的配置、自檢功能等等。人機(jī)模塊采用7英寸電容觸摸屏，內(nèi)置CPU，采用Linux操作系統(tǒng)，通過485總線與弧光保護(hù)系統(tǒng)的本體通訊。人機(jī)模塊采用組態(tài)軟件模式，操作人員能夠非常方便地對保護(hù)邏輯進(jìn)行配置，其結(jié)構(gòu)框圖如圖6所示。

開關(guān)量輸出模塊提供兩種出口方式：繼電器出口和MOSFET出口，每種接口方式配置有5個接口。每個出口節(jié)點(diǎn)的邏輯均可以獨(dú)立配置，可以用于跳閘出口、失靈保護(hù)或者報警。采用普通繼電器出口，弧光保護(hù)動作時間優(yōu)于7ms。采用MOSFET出口的弧光保護(hù)動作時間優(yōu)于1ms。

電源電路為整個裝置的所有模塊提供電源，共有互相隔離的3組電源輸出，分別是+5V、+24V和±12V，其中+5V供給主控板的數(shù)字部分，+24V供給開光量輸入電路，±12V供給信號調(diào)理電路。

以上所述的具體實(shí)施例，對本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。