本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種中低壓系統(tǒng)開(kāi)關(guān)柜引發(fā)弧光故障時(shí)的電弧光保護(hù)技術(shù)。

背景技術(shù)：

隨著國(guó)內(nèi)電力工業(yè)的高速發(fā)展，6～35kV中低壓開(kāi)關(guān)柜的數(shù)量越來(lái)越多。由于其出線多、設(shè)備絕緣老化和機(jī)械磨損、人為操作錯(cuò)誤等原因，短路事故幾率較高。傳統(tǒng)的中低壓母線保護(hù)大多靠較大延時(shí)的后備保護(hù)來(lái)切除母線上的故障，考慮整定配合，切除故障時(shí)間一般在1s以上，切除故障時(shí)間長(zhǎng)，故障電弧引發(fā)的強(qiáng)光、強(qiáng)熱及爆炸對(duì)設(shè)備及人身安全造成嚴(yán)重危害，恢復(fù)供電時(shí)間較長(zhǎng)。采用饋線過(guò)流元件反向閉鎖進(jìn)線過(guò)流保護(hù)整定時(shí)間在200ms以上，而且接線復(fù)雜，增加二次電纜投資?；」獗Ｗo(hù)以發(fā)生故障時(shí)的弧光檢測(cè)為主要依據(jù)，同時(shí)結(jié)合故障電流判據(jù)，在母線發(fā)生故障時(shí)，能快速切除故障。由于其具有快速性，不需級(jí)差配合等優(yōu)點(diǎn)，在中低壓母線保護(hù)中，弧光保護(hù)也越來(lái)越多地被使用。

現(xiàn)有弧光保護(hù)裝置對(duì)弧光信號(hào)進(jìn)行采集，只參與弧光保護(hù)的邏輯運(yùn)算。而發(fā)生弧光故障時(shí)，為了便于事故分析，更需要有一個(gè)完整的、全局的事件記錄系統(tǒng)?，F(xiàn)有的弧光保護(hù)裝置在發(fā)生故障時(shí)只記錄電氣模擬量和開(kāi)入信號(hào)，而不記錄弧光光強(qiáng)模擬量信號(hào)。為了還原弧光演變過(guò)程，迫切需要記錄保護(hù)動(dòng)作前后弧光傳感器采集到的光強(qiáng)信號(hào)，才能對(duì)故障時(shí)的暫態(tài)過(guò)程、事件發(fā)生的時(shí)序關(guān)系進(jìn)行分析，進(jìn)而得到發(fā)生故障的前因后果。

中低壓系統(tǒng)出線較多，主接線和系統(tǒng)運(yùn)行方式靈活多變，現(xiàn)場(chǎng)安裝的弧光傳感器多達(dá)幾十只，甚至上百只。在發(fā)生弧光故障時(shí)，弧光保護(hù)系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)主接線和運(yùn)行方式，可以對(duì)所有弧光傳感器的光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行錄波，也可以只對(duì)發(fā)生故障和有可能造成弧光故障的弧光傳感器光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行錄波，從而大大減小無(wú)效數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，避免了裝置存儲(chǔ)資源的浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的，在于提供一種具有光強(qiáng)信號(hào)錄波功能的電弧光保護(hù)裝置及保護(hù)方法，其在發(fā)生弧光故障時(shí)，不僅可以記錄保護(hù)動(dòng)作前后的電氣模擬量，而且可以記錄光強(qiáng)模擬信號(hào)，從而可以對(duì)發(fā)生故障的暫態(tài)過(guò)程進(jìn)行有效分析，進(jìn)而還原整個(gè)故障演變過(guò)程。

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是：

一種具有光強(qiáng)信號(hào)錄波功能的電弧光保護(hù)裝置，包括弧光主機(jī)單元、弧光采集單元、弧光傳感器、弧光傳輸光纖和數(shù)據(jù)傳輸光纖，其中，弧光傳感器安裝在中低壓開(kāi)關(guān)柜的母線室和開(kāi)關(guān)室，弧光傳感器采集的光強(qiáng)信號(hào)通過(guò)弧光傳輸光纖傳送給弧光采集單元，弧光采集單元對(duì)光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換及AD采樣，采樣結(jié)果通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸光纖傳送給弧光主機(jī)單元；弧光主機(jī)單元接收到弧光模擬信號(hào)后，結(jié)合電氣量信號(hào)進(jìn)行弧光保護(hù)邏輯判別。

上述弧光主機(jī)單元包括CPU模塊、弧光信號(hào)接收模塊、交流采樣模塊、開(kāi)入采集模塊、開(kāi)出控制模塊和第一電源模塊，所有模塊通過(guò)背板總線進(jìn)行連接；第一電源模塊用于為整個(gè)弧光主機(jī)單元供電；CPU模塊用于接收弧光信號(hào)接收模塊的光強(qiáng)模擬信號(hào)，接收交流采樣模塊的電氣量信號(hào)，接收開(kāi)入采集模塊的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，并控制開(kāi)出控制模塊的輸出；所述弧光信號(hào)接收模塊用于接收弧光采集單元發(fā)送的光強(qiáng)模擬信號(hào)，并將光強(qiáng)模擬信號(hào)傳送給CPU模塊。

上述弧光主機(jī)單元配置一個(gè)或多個(gè)弧光信號(hào)接收模塊，每個(gè)弧光信號(hào)接收模塊包括多個(gè)光強(qiáng)數(shù)據(jù)接收模塊，每個(gè)光強(qiáng)數(shù)據(jù)接收模塊通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸光纖接收來(lái)自弧光采集單元的光強(qiáng)模擬信號(hào)。

上述弧光采集單元包括光電轉(zhuǎn)換模塊、弧光信號(hào)采樣模塊、光強(qiáng)數(shù)據(jù)發(fā)送模塊和第二電源模塊，其中，弧光光強(qiáng)模擬量經(jīng)光電轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后，隨后經(jīng)弧光采樣模塊進(jìn)行AD采樣，采樣數(shù)據(jù)通過(guò)光強(qiáng)數(shù)據(jù)發(fā)送模塊發(fā)送給弧光主機(jī)單元；所述第二電源模塊為弧光采集單元正常運(yùn)行提供電源。

一種基于如前所述具有光強(qiáng)信號(hào)錄波功能的電弧光保護(hù)裝置的保護(hù)方法，包括如下步驟：

(1)所述弧光主機(jī)單元將實(shí)時(shí)接收到的弧光模擬信號(hào)結(jié)合電氣量信號(hào)進(jìn)行弧光保護(hù)邏輯判別；

(2)發(fā)生弧光故障時(shí)，弧光傳感器采集到的光強(qiáng)信號(hào)較正常情況有較大的光增量，當(dāng)光增量達(dá)到預(yù)設(shè)的門(mén)檻值時(shí)，光信號(hào)判據(jù)滿(mǎn)足；弧光主機(jī)單元同時(shí)結(jié)合開(kāi)關(guān)位置信號(hào)、故障電流信號(hào)判據(jù)進(jìn)行弧光保護(hù)邏輯判別，當(dāng)弧光保護(hù)動(dòng)作邏輯滿(mǎn)足時(shí)，整組啟動(dòng)，同時(shí)啟動(dòng)故障錄波；

(3)弧光保護(hù)動(dòng)作時(shí)，弧光保護(hù)裝置對(duì)發(fā)生故障的弧光傳感器快速定位，并確定發(fā)生故障的弧光傳感器所在的組；故障錄波時(shí)，保護(hù)裝置對(duì)動(dòng)作時(shí)刻前后所有電氣量進(jìn)行錄波，對(duì)發(fā)生故障的弧光傳感器所在組內(nèi)或所有弧光傳感器光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行錄波；

(4)弧光保護(hù)動(dòng)作返回時(shí)，故障錄波結(jié)束。

上述步驟(2)中，弧光主機(jī)單元采集兩條進(jìn)線的進(jìn)線電流參與弧光保護(hù)的邏輯運(yùn)算，當(dāng)采集的電流幅值或者突變量超過(guò)預(yù)設(shè)的門(mén)檻值時(shí)，電流信號(hào)判據(jù)滿(mǎn)足。

上述步驟(2)中，當(dāng)兩段母線的開(kāi)關(guān)位置至少有一個(gè)在合位時(shí)，整組起動(dòng)，同時(shí)啟動(dòng)故障錄波。

上述步驟(3)中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)主接線和系統(tǒng)運(yùn)行方式對(duì)弧光主機(jī)單元接收到的多路弧光傳感器進(jìn)行分組，將發(fā)生故障時(shí)隔離范圍不同的弧光傳感器劃分為若干不同的組。

采用上述方案后，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)弧光保護(hù)裝置的光強(qiáng)信號(hào)錄波功能，發(fā)生故障時(shí)，不僅可以記錄電氣模擬量信號(hào)，還可以記錄發(fā)生故障時(shí)的弧光光強(qiáng)信號(hào)，有效地對(duì)故障暫態(tài)過(guò)程、事件發(fā)生的時(shí)序關(guān)系進(jìn)行分析，還原弧光演變過(guò)程，使故障事件記錄更完善，更有利于事故的分析。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的整體架構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明的應(yīng)用接線示意圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種具有光強(qiáng)信號(hào)錄波功能的電弧光保護(hù)裝置，包括弧光主機(jī)單元10、弧光采集單元20、弧光傳感器、弧光傳輸光纖和數(shù)據(jù)傳輸光纖，下面分別介紹。

所述弧光主機(jī)單元10用于實(shí)現(xiàn)對(duì)所有弧光傳感器30光模擬量的錄波，所述弧光主機(jī)單元10包括CPU模塊101、弧光信號(hào)接收模塊102、交流采樣模塊103、開(kāi)入采集模塊104、開(kāi)出控制模塊105和電源模塊106，所有模塊通過(guò)背板總線107進(jìn)行連接，電源模塊106用于為整個(gè)弧光主機(jī)單元10供電；其中，CPU模塊101用于接收弧光信號(hào)接收模塊102的光強(qiáng)模擬信號(hào)，接收交流采樣模塊103的電氣量信號(hào)，接收開(kāi)入采集模塊104的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，并控制開(kāi)出控制模塊105的輸出；所述弧光信號(hào)接收模塊102用于接收弧光采集單元20發(fā)送的光強(qiáng)模擬信號(hào)，并將光強(qiáng)模擬信號(hào)傳送給CPU模塊101。

每個(gè)弧光主機(jī)單元可配置一個(gè)或多個(gè)弧光信號(hào)接收模塊，每個(gè)弧光信號(hào)接收模塊102可包括多個(gè)光強(qiáng)數(shù)據(jù)接收模塊1021，每個(gè)光強(qiáng)數(shù)據(jù)接收模塊可通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸光纖50接收來(lái)自弧光采集單元20中的光強(qiáng)數(shù)據(jù)發(fā)送模塊203發(fā)出的光強(qiáng)模擬信號(hào)。在本實(shí)施例中，弧光信號(hào)接收模塊102包括6個(gè)光強(qiáng)數(shù)據(jù)接收模塊1021。所述光強(qiáng)數(shù)據(jù)接收模塊1021通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸光纖50與弧光采集單元20的光強(qiáng)數(shù)據(jù)發(fā)送模塊203相連。其余各個(gè)光強(qiáng)數(shù)據(jù)接收模塊可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要連接其他弧光采集單元，也可以空置。所述光強(qiáng)數(shù)據(jù)接收模塊1021將接收到的光模擬量信號(hào)通過(guò)背板總線107傳送給CPU模塊101。

所述交流采樣模塊103可以采集4組獨(dú)立的A,B,C三相電流作為電流判據(jù)參與弧光保護(hù)邏輯運(yùn)算，采集的三相電流可以是母線的進(jìn)線電流，母線之間的母聯(lián)電流。

所述開(kāi)入采集模塊104可以采集開(kāi)關(guān)的位置信號(hào)來(lái)參與弧光保護(hù)邏輯運(yùn)算，采集的開(kāi)關(guān)位置可以是進(jìn)線開(kāi)關(guān)的位置信號(hào)，也可以是母聯(lián)開(kāi)關(guān)的位置信號(hào)，所述開(kāi)入采集模塊104還可以采集外部開(kāi)入信號(hào)來(lái)起動(dòng)裝置的故障錄波。

所述開(kāi)出控制模塊105可以提供多路的保護(hù)出口控制節(jié)點(diǎn)。在本實(shí)施例中，開(kāi)出控制模塊105提供11路出口節(jié)點(diǎn)，且每個(gè)出口節(jié)點(diǎn)均可以獨(dú)立整定。

所述電源模塊106為弧光主機(jī)單元10的正常運(yùn)行提供電源，電源輸入電壓為AC/DC 220/110V。

所述弧光采集單元20可以連接多路弧光傳感器30，所述弧光傳感器30將采集到的弧光信號(hào)通過(guò)弧光傳輸光纖40傳送至弧光采集單元20，所述弧光采集單元20包括光電轉(zhuǎn)換模塊201、弧光信號(hào)采樣模塊202、光強(qiáng)數(shù)據(jù)發(fā)送模塊203和電源模塊204，其中，弧光信號(hào)采樣模塊202可將光強(qiáng)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；光強(qiáng)模擬信號(hào)通過(guò)所述弧光信號(hào)采樣模塊202采樣后，采樣結(jié)果通過(guò)光強(qiáng)數(shù)據(jù)發(fā)送模塊203發(fā)送至弧光主機(jī)單元10；所述電源模塊204為弧光采集單元20正常運(yùn)行提供合適電源，電源輸入電壓可以是AC/DC 220/110V。

在本實(shí)施例中，弧光采集單元20包括8個(gè)光電轉(zhuǎn)換模塊201，連接8路弧光傳感器，可以將8路弧光光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)?；」夤鈴?qiáng)模擬量經(jīng)光電轉(zhuǎn)換模塊201轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后，隨后經(jīng)弧光信號(hào)采樣模塊202進(jìn)行AD采樣，采樣數(shù)據(jù)通過(guò)光強(qiáng)數(shù)據(jù)發(fā)送模塊203發(fā)送給弧光主機(jī)單元10。

配合圖2所示，本發(fā)明還提供一種具有光強(qiáng)信號(hào)錄波功能的電弧光保護(hù)方法，基于以上保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)，將弧光傳感器安裝在中低壓開(kāi)關(guān)柜的母線室和開(kāi)關(guān)室，弧光傳感器通過(guò)弧光傳輸光纖與弧光采集單元的光電轉(zhuǎn)換模塊相連?；」鈧鞲衅鞑杉墓鈴?qiáng)信號(hào)耦合至弧光傳輸光纖中，并通過(guò)弧光傳輸光纖將光強(qiáng)信號(hào)傳送給弧光采集單元。光電轉(zhuǎn)換模塊對(duì)光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后經(jīng)AD采樣，采樣結(jié)果通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸光纖傳送給弧光主機(jī)單元?；」庵鳈C(jī)單元的弧光信號(hào)接收模塊接收到弧光模擬信號(hào)后通過(guò)背板總線將光強(qiáng)模擬量傳送給CPU模塊。CPU模塊將實(shí)時(shí)接收到的多路弧光模擬信號(hào)結(jié)合電氣量信號(hào)進(jìn)行弧光保護(hù)邏輯判別。

發(fā)生弧光故障時(shí)，某一路或者多路弧光傳感器采集到的光強(qiáng)信號(hào)較正常情況有較大的光增量，當(dāng)光增量達(dá)到預(yù)設(shè)的門(mén)檻值時(shí)，光信號(hào)判據(jù)滿(mǎn)足；弧光主機(jī)單元的交流信號(hào)采樣板采集兩條進(jìn)線的進(jìn)線電流參與弧光保護(hù)的邏輯運(yùn)算。當(dāng)采集的電流幅值或者突變量超過(guò)預(yù)設(shè)的門(mén)檻值時(shí)，電流信號(hào)判據(jù)滿(mǎn)足；弧光主機(jī)單元的開(kāi)入采集板采集兩段母線的進(jìn)線開(kāi)關(guān)位置和兩段母線的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)位置來(lái)確定系統(tǒng)的運(yùn)行方式，同時(shí)參與弧光保護(hù)的邏輯運(yùn)算；當(dāng)弧光保護(hù)裝置光信號(hào)和電流信號(hào)判據(jù)都滿(mǎn)足，同時(shí)保護(hù)裝置采集到兩段母線的開(kāi)關(guān)位置，至少有一個(gè)在合位時(shí)，整組起動(dòng)，并起動(dòng)故障錄波。保護(hù)裝置結(jié)合兩段母線各自的進(jìn)線開(kāi)關(guān)以及聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，判斷是跳開(kāi)進(jìn)線開(kāi)關(guān)還是分段開(kāi)關(guān)。

錄波啟動(dòng)條件包括：(1)弧光保護(hù)動(dòng)作；(2)開(kāi)關(guān)量開(kāi)入觸發(fā)錄波；(3)就地或遠(yuǎn)方觸發(fā)錄波。

弧光保護(hù)動(dòng)作時(shí)，弧光保護(hù)裝置對(duì)發(fā)生故障的弧光傳感器快速定位，并確定發(fā)生故障的弧光傳感器所在的組；故障錄波時(shí)，保護(hù)裝置對(duì)動(dòng)作時(shí)刻前后所有電氣量進(jìn)行錄波，對(duì)發(fā)生故障的弧光傳感器所在組內(nèi)或所有弧光傳感器光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行錄波；

弧光保護(hù)動(dòng)作返回時(shí)，故障錄波結(jié)束。

本發(fā)明提供定值矩陣整定功能，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)主接線和系統(tǒng)運(yùn)行方式對(duì)弧光主機(jī)單元接收到的多路弧光傳感器進(jìn)行分組，將發(fā)生故障時(shí)隔離范圍不同的弧光傳感器劃分為若干不同的組。發(fā)生弧光故障時(shí)，電弧光保護(hù)裝置可以只對(duì)發(fā)生故障的弧光傳感器所在組內(nèi)的所有傳感器的光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行錄波，也可以選擇對(duì)所有弧光傳感器的光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行錄波。

根據(jù)中低壓母線的進(jìn)線開(kāi)關(guān)位置和兩段母線的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)位置可以確定幾種常見(jiàn)的弧光保護(hù)動(dòng)作邏輯：

(1)CB1、CB3合位，CB2分位。進(jìn)線Ⅰ給Ⅰ母供電，并通過(guò)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)給Ⅱ母供電。當(dāng)Ⅰ母的任何一只弧光傳感器檢測(cè)到弧光故障時(shí)，進(jìn)線Ⅰ的進(jìn)線電流判據(jù)滿(mǎn)足，弧光保護(hù)邏輯滿(mǎn)足，經(jīng)過(guò)整定延時(shí)跳開(kāi)CB1、CB3；當(dāng)Ⅱ母的任何一只弧光傳感器檢測(cè)到弧光故障時(shí)，進(jìn)線Ⅰ的進(jìn)線電流判據(jù)滿(mǎn)足，弧光保護(hù)邏輯滿(mǎn)足，經(jīng)過(guò)整定延時(shí)跳開(kāi)CB3。

(2)CB2、CB3合位，CB1分位。進(jìn)線Ⅱ給Ⅱ母供電，并通過(guò)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)給Ⅰ母供電。當(dāng)Ⅱ母的任何一只弧光傳感器檢測(cè)到弧光故障時(shí)，進(jìn)線Ⅱ的進(jìn)線電流判據(jù)滿(mǎn)足，弧光保護(hù)邏輯滿(mǎn)足，經(jīng)過(guò)整定延時(shí)跳開(kāi)CB2、CB3；當(dāng)Ⅰ母的任何一只弧光傳感器檢測(cè)到弧光故障時(shí)，進(jìn)線Ⅱ的進(jìn)線電流判據(jù)滿(mǎn)足，弧光保護(hù)邏輯滿(mǎn)足，經(jīng)過(guò)整定延時(shí)跳開(kāi)CB3。

(3)CB1、CB2合位，CB3分位。兩段母線分列運(yùn)行，并通過(guò)各自進(jìn)線供電。當(dāng)兩段母線上任何一只弧光傳感器檢測(cè)到弧光故障時(shí)，判斷各自母線段的進(jìn)線電流判據(jù)是否滿(mǎn)足，當(dāng)電流判據(jù)滿(mǎn)足。經(jīng)過(guò)延時(shí)整定，跳開(kāi)各自進(jìn)線開(kāi)關(guān)即可。

據(jù)上所述，由于Ⅰ母和Ⅱ母的弧光傳感器發(fā)生弧光故障時(shí)，故障隔離范圍不同，因此可以將Ⅰ母所有的弧光傳感器劃分為一個(gè)組(組1)。將Ⅱ母所有的弧光傳感器劃分為一個(gè)組(組2)。當(dāng)Ⅰ母任何一個(gè)或多個(gè)弧光傳感器發(fā)生弧光故障時(shí)，可以只對(duì)Ⅰ母所有的弧光傳感器(組1)的光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行錄波，而不對(duì)Ⅱ母的弧光傳感器(組2)光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行錄波。同理，當(dāng)Ⅱ母任何一個(gè)或多個(gè)弧光傳感器發(fā)生弧光故障時(shí)，可以只對(duì)Ⅱ母所有的弧光傳感器(組2)的光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行錄波，而不對(duì)Ⅰ母的弧光傳感器(組1)光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行錄波。通過(guò)對(duì)不同分組的弧光傳感器光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行錄波?？梢詼p小無(wú)效數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，避免裝置存儲(chǔ)資源的浪費(fèi)。

在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，所述弧光主機(jī)單元可以通過(guò)光纖連接多個(gè)弧光采集單元，進(jìn)行分布式構(gòu)建，也可以將弧光信號(hào)采集功能集成在弧光主機(jī)單元中，進(jìn)行集中式構(gòu)建；所述弧光主機(jī)單元的弧光信號(hào)接收模塊可以用弧光信號(hào)采集模塊代替，實(shí)現(xiàn)光信號(hào)光電轉(zhuǎn)換、AD采樣等功能，并將采樣結(jié)果通過(guò)背板總線實(shí)時(shí)發(fā)送給CPU模塊。

以上實(shí)施例僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。