本發(fā)明涉及電氣保護(hù)裝置，具體涉及一種恒功率過電壓智能短路保護(hù)器。

背景技術(shù)：

電力系統(tǒng)中的電流互感器主要用于獲取系統(tǒng)的電流值，供保護(hù)、測量等使用，正常運(yùn)行時接近短路狀態(tài)。當(dāng)電流互感器的二次側(cè)開路時，二次側(cè)電流為零，一次側(cè)的電流全部變成激勵電流，其產(chǎn)生的交變磁通將在二次繞組上產(chǎn)生尖峰電壓，會嚴(yán)重威脅設(shè)備的正常運(yùn)行和人身安全；在二次保護(hù)電路回路中繼電保護(hù)裝置會因無電流而拒動或誤動，無法準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)保護(hù)，降低供電的安全性和可靠性；在測量與計量回路中，由于沒有了電流，電流表盒電能表都會停止工作。

行業(yè)內(nèi)現(xiàn)有產(chǎn)品大都僅依靠硬件來解決二次側(cè)開路的問題，隨著時間的日益積累，產(chǎn)品的正常泄漏電流值會增大，導(dǎo)致產(chǎn)品可能出誤動和拒動情況。為解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，需要采用一定的檢測方法或檢測設(shè)備來檢測電流互感器二次側(cè)是否開路，一旦判定為開路，應(yīng)該立即將二次線圈短接，并盡快采取相應(yīng)措施消除故障，使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。

鑒于上述缺陷，本發(fā)明創(chuàng)作者經(jīng)過長時間的研究和實(shí)踐終于獲得了本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明采用的技術(shù)方案在于，提供一種恒功率過電壓智能短路保護(hù)器，其包括：

信號采集單元，用于采集電流互感器二次側(cè)電流和電壓數(shù)據(jù)；

控制單元，其通過編程對所述信號采集單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷所述電流互感器的工作狀態(tài)；

報警單元，用于當(dāng)檢測到所述電流互感器處于異常工作狀態(tài)時，保護(hù)電路并警示工作人員；

復(fù)位單元：當(dāng)故障解除后，用于恢復(fù)電路原始狀態(tài)；

所述控制單元分別與所述信號采集單元、所述報警單元、所述復(fù)位單元電連接。

較佳的，所述控制單元通過計算鐵芯磁通的方法檢測所述電流互感器的工作狀態(tài)，其計算方法如下：

其中，Φ₁為所述電流互感器鐵芯磁通，n₁，n₂分別為所述電流互感器一次側(cè)和二次側(cè)線圈的匝數(shù)，I₁,U₁分別為t₁時刻所述信號采集單元采集到的所述電流互感器的二次側(cè)電流和電壓值，I₂,U₂分別為t₂時刻所述信號采集單元采集到的所述電流互感器的二次側(cè)電流和電壓值，t₂大于t₁，U_n、I_n為所述電流互感器處于正常工作狀態(tài)下的電壓、電流值，R_C為所述電流互感器二次繞組直流電阻阻值，R_C＝U_n/I_n；

設(shè)定一個預(yù)設(shè)磁通Φ_T，將其與計算得到的Φ₁比較，若Φ₁＜Φ_T，所述電流互感器處于正常工作狀態(tài)；反之，若Φ₁＞Φ_T，所述電流互感器處于異常工作狀態(tài)。

較佳的，所述控制單元通過比較電壓的方法檢測所述電流互感器的工作狀態(tài)，當(dāng)所述電流互感器二次側(cè)電壓大于設(shè)定的導(dǎo)通電壓值時，所述電流互感器處于異常工作狀態(tài)，反之，處于正常工作狀態(tài)。

較佳的，所述報警單元包括一繼電器，當(dāng)所述電流互感器處于異常工作狀態(tài)時，所述控制單元驅(qū)動所述繼電器閉合以實(shí)施保護(hù)。

較佳的，所述控制單元為一單片機(jī)。

較佳的，所述報警單元包括至少一LED燈，當(dāng)所述電流互感器處于異常工作狀態(tài)時，所述LED燈點(diǎn)亮以警示工作人員。

較佳的，所述信號采集單元包括電流傳感器和電壓傳感器。

較佳的，所述復(fù)位單元包括手動復(fù)位裝置和自動復(fù)位裝置。

與現(xiàn)有技術(shù)比較本發(fā)明的有益效果在于：

1，本發(fā)明采用數(shù)字式信號設(shè)備監(jiān)測電流和電壓，單片機(jī)內(nèi)部的程序檢測電流互感器的工作狀態(tài)，可高速控制繼電器的閉合來完成保護(hù)功能，具有動作節(jié)點(diǎn)輸出，LED燈發(fā)光報警，自動閉鎖差動保護(hù)，動作后自動復(fù)位或手動復(fù)位的特點(diǎn)；2，輸入信號與輸出信號完全光電隔離，輸入阻抗無窮大，接入后不影響原電路的測量及保護(hù)性能；3，單片機(jī)內(nèi)部的導(dǎo)通電壓值和預(yù)設(shè)磁通可預(yù)定設(shè)置，以滿足不同場合的需求；4，本發(fā)明的復(fù)位單元復(fù)位之后可再次使用，使用壽命可達(dá)上萬次之多，運(yùn)行穩(wěn)定可靠；5，本發(fā)明采用導(dǎo)軌式安裝方式，具有體積小，安裝方便的特點(diǎn)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明各實(shí)施例中的技術(shù)方案,下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。

圖1是本發(fā)明的保護(hù)器框圖；

圖2是本發(fā)明的工作流程圖。

圖中數(shù)字表示：

1.信號采集單元 2.控制單元 3.報警單元 4.復(fù)位單元

11.電流傳感器 12.電壓傳感器

21.單片機(jī)

31.LED燈 32.繼電器

41.手動復(fù)位裝置 42.自動復(fù)位裝置

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明上述的和另外的技術(shù)特征和優(yōu)點(diǎn)作更詳細(xì)的說明。

實(shí)施例1

如圖1所示，其為本發(fā)明的保護(hù)器框圖，所述恒功率過電壓智能短路保護(hù)器包括：信號采集單元1，控制單元2，報警單元3和復(fù)位單元4。所述控制單元2分別與所述信號采集單元1、所述報警單元3、所述復(fù)位單元4電連接。所述恒功率過電壓智能短路保護(hù)器采用導(dǎo)軌式安裝方式，并聯(lián)于電流互感器的二次側(cè)，具有體積小，安裝方便的特點(diǎn)。

所述信號采集單元1包括：電流傳感器11和電壓傳感器12。所述電流傳感器11用于測取所述電流互感器的勵磁電流信號I，所述電壓傳感器12用于測取所述電流互感器的二次側(cè)端子的端電壓U。所述信號采集單元1取得的信號傳送給所述控制單元2。

所述控制單元2為高性能的單片機(jī)21，用于接收所述信號采集單元1采集的數(shù)據(jù)信號，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。所述單片機(jī)21通過其內(nèi)部的編程可具有計時，數(shù)據(jù)處理等功能，其輸出的信號可驅(qū)動相關(guān)單元采取動作。首先，所述單片機(jī)21根據(jù)所述信號采集單元1取得的信號，進(jìn)行分析處理，判斷所述電流互感器是否處于正常工作的狀態(tài)，本發(fā)明涉及兩種判斷方式：

方式一：

事先設(shè)定一個導(dǎo)通電壓值U_T，導(dǎo)通電壓值U_T可根據(jù)需要進(jìn)行重設(shè)，以滿足不同場合的需求。將所述導(dǎo)通電壓值U_T和來自所述信號采集單元的所述端電壓U進(jìn)行比較，當(dāng)U＜U_T時，所述電流互感器處于正常工作狀態(tài)；當(dāng)U＞U_T時，所述電流互感器處于異常工作狀態(tài)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是簡單便捷，只需要一個數(shù)據(jù)的采集。

所述恒功率過電壓智能短路保護(hù)器根據(jù)設(shè)定的導(dǎo)通電壓值U_T計算出恒定的功率W₁，當(dāng)所述恒功率過電壓智能短路保護(hù)器的功率值為恒定情況下，僅對比所述導(dǎo)通電壓值U_T和來自所述信號采集單元的所述端電壓U即可判斷所述電流互感器的工作狀態(tài)。

方式二：

若所述電流互感器二次側(cè)開路，二次電流的去磁作用消失，一次電流就會完全變?yōu)閯畲烹娏?，會引起鐵芯內(nèi)磁通劇增，鐵芯處于高度飽和的狀態(tài)。根據(jù)這一特性，發(fā)明人經(jīng)過長時間的和探索，根據(jù)不同時間采集到的二次側(cè)電流，電壓值，以及所述電流互感器兩側(cè)匝數(shù)參數(shù)，得到計算鐵芯磁通量的方法，其公式如下：

其中，Φ₁為所述電流互感器鐵芯磁通，n₁，n₂分別為所述電流互感器一次側(cè)和二次側(cè)線圈的匝數(shù)，I₁,U₁分別為t₁時刻所述信號采集單元采集到的二次側(cè)電流和電壓值，I₂,U₂分別為t₂時刻所述信號采集單元采集到的二次側(cè)電流和電壓值，t₂＞t₁，U_n、I_n為所述電流互感器處于正常狀態(tài)下的電壓、電流值，R_C為二次繞組直流電阻阻值，R_C＝U_n/I_n。

設(shè)定一個預(yù)設(shè)磁通Φ_T，預(yù)設(shè)磁通Φ_T可根據(jù)需要進(jìn)行重設(shè)，以滿足不同場合的需求，將其與計算得到的Φ₁比較，若Φ₁＜Φ_T，所述電流互感器處于正常工作狀態(tài)；反之，若Φ₁＞Φ_T，所述電流互感器處于異常工作狀態(tài)。

所述恒功率過電壓智能短路保護(hù)器根據(jù)設(shè)定的預(yù)設(shè)磁通Φ_T計算出恒定的功率W₂，當(dāng)所述恒功率過電壓智能短路保護(hù)器的功率值為恒定情況下，僅對比所述電流互感器鐵芯磁通Φ₁和預(yù)設(shè)磁通Φ_T即可判斷所述電流互感器的工作狀態(tài)。

鐵芯內(nèi)磁通劇增是二次側(cè)開路的重要標(biāo)志之一，上述公式覆蓋了影響鐵芯中磁通變化的所有因素，需通過所述信號采集單元1在幾個不同的時刻采集二次側(cè)的電流和電壓值，將這些數(shù)據(jù)信號輸入所述單片機(jī)21，所述單片機(jī)21根據(jù)編程好的程序，即可快速計算出相應(yīng)的磁通量，更加容易的判斷所述電流互感器的工作狀態(tài)。方式二相比方式一需要采集的數(shù)據(jù)更多，但是得到的結(jié)果也更加的準(zhǔn)確可靠。

至少采用以上兩種方式中的一種，當(dāng)檢測到所述電流互感器處于異常工作狀態(tài)時，所述單片機(jī)21會驅(qū)動所述報警單元3工作，最終達(dá)到保護(hù)整個電路的目的。

所述報警單元3包括繼電器32和至少一LED燈31，所述報警單元3受所述控制單元2的驅(qū)動。所述電流互感器處于正常工作狀態(tài)時，所述繼電器32打開，所述恒功率過電壓智能短路保護(hù)器兩端處于開路，所述LED燈31熄滅；所述電流互感器處于一場工作狀態(tài)時，所述單片機(jī)21引腳發(fā)出信號，驅(qū)動所述繼電器32閉合以實(shí)施保護(hù)，所述LED燈31點(diǎn)亮，以警示工作人員。

所述復(fù)位單元4，其包括手動復(fù)位裝置41和自動復(fù)位裝置42。當(dāng)故障排除后，可通過所述手動復(fù)位裝置41使電路恢復(fù)原狀態(tài)，或者，當(dāng)所述控制單元2對來自信號采集單元1取得的信號進(jìn)行分析后，判斷出所述電流互感器已處于可正常工作的狀態(tài)，30s后，所述恒功率過電壓智能短路保護(hù)器可通過所述自動復(fù)位裝置42使電路恢復(fù)原狀態(tài)，所述電流互感器可重新投入正常運(yùn)行。計時器的功能由所述控制單元2提供。

如圖2所示，其為本發(fā)明的工作流程，具體如下：

正常運(yùn)行時，所述恒功率過電壓智能短路保護(hù)器兩端的電壓低于20V，所述控制單元2接收小于設(shè)定的所述導(dǎo)通電壓值，或計算得到的磁通小于所述預(yù)設(shè)磁通時，所述單片機(jī)21輸出引腳沒有信號發(fā)出，所述恒功率過電壓智能短路保護(hù)器兩端處于開路狀態(tài)，泄漏電流值為零，所以對于該回路的動作值和表計的準(zhǔn)確度沒有任何影響。

當(dāng)所述電流互感器二次回路發(fā)生開路或一次繞組出現(xiàn)異常過電流時，在二次繞組中產(chǎn)生的電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正常的運(yùn)行電壓。此時所述控制單元2接收到信號，并與規(guī)定設(shè)置所述導(dǎo)通電壓值進(jìn)行比較，其值大于所述導(dǎo)通電壓值，或計算得到的磁通大于所述預(yù)設(shè)磁通時，所述單片機(jī)21引腳發(fā)出信號，使所述恒功率過電壓智能短路保護(hù)器瞬間動作，動作時間小于1ms，驅(qū)動所述報警單元3，此時，所述恒功率過電壓智能短路保護(hù)器發(fā)出報警信號，所述LED燈31點(diǎn)亮，并且閉鎖所述繼電器32實(shí)施保護(hù)。故障消除后，可使用所述手動復(fù)位裝置41或自動復(fù)位裝置42，復(fù)位后可再次使用，使用壽命可達(dá)上萬次，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，對本發(fā)明而言僅僅是說明性的，而非限制性的。本專業(yè)技術(shù)人員理解，在本發(fā)明權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)可對其進(jìn)行許多改變，修改，甚至等效，但都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。