一种快速电弧光保护方法技术

一种快速电弧光保护方法，它由单片机、弧光传感器、电流互感器和出口继电器组成保护系统，弧光传感器采集的开关柜弧光信号经光电转换和放大后送入单片机，电流互感器采集的开关柜电流信号经转换和放大后也送入单片机；工作时单片机以设定的采样频率对输入的光信号和电流信号进行采样，且在每次采样后计算光的相对突变值、光当前值，并根据电流增量估算出下一采样时刻的电流有效值，然后将它们与各自的设定值相比较，若三者均大于设定值，则输出保护信号，通过出口继电器切断开关柜电源。本方法可以排除当前环境的干扰，即使在非常明亮的情况下也不会误动，而且可以对即将发生的弧光故障做出预判，提高了弧光故障的响应速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种中低压开关柜电弧光故障监测与保护方法，属保护

技术介绍
随着工业的发展，各用户用电量不断增加，中低压供配电系统的容量也越来越大， 弧光保护装置作为中低压母线的快速保护装置，其应用领域和市场也不断扩大。弧光保护装置工作时，从检测到弧光故障信号到出口继电器动作的时间，直接关 系到用户损失大小。作为保护装置，除应具有快速的响应速度外，稳定可靠的判据选择也非 常重要，合理选择判据是准确判断弧光故障的前提。而对于现有的弧光保护装置来说，这二 者未能兼得，一般都是只注重响应速度，而忽略了判据选择的合理性。产生电弧光故障的因素主要是过电流，因而过电流是弧光保护的重要辅助判据， 现有的弧光保护装置是根据电弧光和辅助电流信号的有效值来判断弧光故障的，而没有考 虑到电弧光信号的相对突变和电流的变化率。这种保护装置的缺点是在明亮的环境中容易 发生误动，而当电流接近设定值且急剧增大时，对即将发生的弧光故障不能及时做出预判， 保护动作比较滞后，因而不能获得理想的保护效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足、提供一种判据选择合理、故障响应速度 快的电弧光故障保护方法。本专利技术所述问题是以下述技术方案实现的—种快速电弧光保护方法，它利用单片机、弧光传感器、光电转换与放大电路、电 流互感器、电流转换与放大电路和出口继电器组成保护系统，弧光传感器实时采集开关柜 电弧光信号、经光电转换和放大后转变成单片机可用的电弧光电压信号U1送入单片机；电 流互感器实时采集开关柜三相电流信号、经转换和放大后转变成单片机可用的电流互感器 电压信号U2送入单片机；运行时单片机以设定的采样频率对输入的电弧光电压信号U1和电 流互感器电压信号U2进行采样，得到电弧光电压信号U1的当前采样值Ulk(下标k为当前 采样点号)和电流互感器电压信号U2的当前采样值U2k (下标k为当前采样点号)，计算光 突变量、光当前值和电流增量，并且每次采样完成后都计算一次；光突变量利用光当前采样值Ulk、当前采样值Ulk前一个周波相同相位的采样值 ulk_N和采样值ulk_N前一个周波相同相位的采样值Ulk_2N三个采样值，利用下述公式计算出光 的突变值，计算公式如下弧光突变计算Il Ulk-Ulk-N H Ulk_N-Ulk_2N Il > AUlk其中k为当前采样点号；N为一个周波采样数；Δ Ulk为光突变量；3Ulk为当前光采样值；Ulk_N为当前光采样值Ulk前一个周波相同相位的采样值；Ulk_2N为光采样值Ulk_N前一个周波相同相位的采样值；电流增量计算利用电流当前采样值U2k、当前采样值U2k前一个采样时刻采样值 U21ri、采样值U21ri前一个采样时刻采样值队“三个连续电流采样值，利用基于电流增量估算 下一采样时刻电流有效值的公式，计算出电流估算有效值，计算公式如下估算电流有效值4 X U2k.i2 X (U2k-J2-U2kXU2k-I)Im=-4 X U2k-I2- (U2k+U2k-2) 2其中k为当前采样点号；Im为估算的下一个采样时刻电流有效值；U2k是当前电流采样值；U2H是当前采样值U2k的前一个采样时刻采样值；U2k_2是采样值U2H的前一个采样时刻采样值；然后将它们与各自的设定值相比较，若三者均大于设定值，则输出保护信号，通过 出口继电器切断开关柜电源。上述快速电弧光保护方法，所述保护系统中还设置弧光报警灯和过电流报警灯， 当估算出的电流有效值小于其设定值，但光当前值超过其设定值时，由单片机驱动弧光报 警灯发出弧光报警信号；当光当前值小于其设定值，而估算出的电流有效值超过其设定值 时，由单片机驱动过流报警灯发出过流报警信号。本专利技术采用光的相对突变值、光当前值和估算出的下一采样时刻的电流有效值三 者共同作为弧光保护启动判据，该判据不仅考虑到弧光和电流信号的当前值，而且也考虑 到二者的变化趋势，因而本方法可以排除当前环境的干扰，即使在非常明亮的情况下也不 会误动，而且可以对即将发生的弧光故障做出预判，提高了弧光故障的响应速度。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步说明。图1是本专利技术所用保护系统的电原理框图；图2是电原理图； 图3是保护系统的流程图。图中各标号为IC1、单片机；IC2、光电转换器；IC3、光电隔离器；Li、L2、L3、弧光 传感器；H-I H-3、光电转换与放大电路；CTA、A相电流互感器；CTB、B相电流互感器；CTC、 C相电流互感器；I-A、I-B、I-C、电流转换与放大电路丨1、？233、运算放大器；J、出口继电 器；D、续流二极管;R1、R2、R3、％S ；C、电容。具体实施例方式参看图1、图2，本专利技术所用保护系统包括单片机IC1、三个弧光传感器L1、L2、L3、 三个光电转换与放大电路H-I H-3、A相电流互感器CTA、B相电流互感器CTB、C相电流互感器CTC、三个电流转换与放大电路I-A、I-B、I-C、出口继电器J。其中，三个光电转换与放 大电路H-I H-3结构相同，均由光电转换器IC2和两个运算放大器Fl、F2构成。弧光传 感器安装于开关柜内，其输出的光信号由光电转换器IC2转换成电信号，该信号经过由运 算放大器Fl和电阻R3构成的信号放大器放大后，再经由运算放大器F2构成的电压跟随器 送入单片机ICl的输入端口。三个电流转换与放大电路I-A、I-B、I-C的结构也是相同的， 均由电阻Rl、运算放大器F3和电容C构成，电阻Rl将电流互感器的输出电流信号转换成电 压信号，经由运算放大器F3构成的电压跟随器送入单片机ICl的输入端口，C是滤波电容。跳间、报警输出采用相同结构的电路，均由光电隔离器IC3和出口继电器J组成， R2是限流电阻，D是续流二极管，多个出口继电器J的常开触点分别控制开关柜的电源接触 器和各报警灯。参看图3，本装置的工作流程如下(1)上电后，对通用寄存器和专用寄存器进行初始化，特别是定时器和A/D转换的 寄存器初始化，设置采样频率和采样窗口周期，采样频率远大于电流频率，初始化完成后转 第⑵步。(2)根据采样频率对光和电流信号进行采集，每次采集完成后，计算光的相对突变 值、光当前值和由电流增量值估算出的下一采样时刻的有效值，如果光增量值超过定值，且 光当前值和估算的电流有效值值大于设定值，转第(5)步。光当前值或估算的电流有效值 小于动作阀值时，转第(3)步。(3)将光当前值与光设定值进行比较，如果当前光值大于设定光值，发出弧光报 警，如果当前光值小于光值设定值，清除弧光报警，转第(4)步。(4)将估算的电流有效值与电流设定值进行比较，若估算的电流有效值大于过流 设定值，发出过流报警，若估算电流值小于过流设定值，清除过流报警，转第(2)步。(5)启动快速出口继电器。本专利技术中所用芯片或器件的型号为IC1(单片机)LPC2366FBD100 ;IC2(光电 转换器)Sra350V ;F1-F3(运算放大器):LMV934 ;IC3 (光电隔离器)=TLP 127 ；CTA-CTC TR2137-2B(5A/2. 5mA)。权利要求，其特征是，它利用单片机(IC1)、弧光传感器、光电转换与放大电路、电流互感器、电流转换与放大电路和出口继电器(J本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速电弧光保护方法，其特征是，它利用单片机（ＩＣ１）、弧光传感器、光电转换与放大电路、电流互感器、电流转换与放大电路和出口继电器（Ｊ）组成保护系统，弧光传感器实时采集开关柜电弧光信号、经光电转换和放大后转变成单片机可用的电弧光电压信号Ｕ↓［１］送入单片机；电流互感器实时采集开关柜三相电流信号、经转换和放大后转变成单片机可用的电流互感器电压信号Ｕ↓［２］送入单片机；运行时单片机以设定的采样频率对输入的电弧光电压信号Ｕ↓［１］和电流互感器电压信号Ｕ↓［２］进行采样，得到电弧光电压信号Ｕ↓［１］的当前采样值Ｕ１ｋ和电流互感器电压信号Ｕ↓［２］的当前采样值Ｕ２ｋ，式中，下标ｋ为当前采样点号；计算光突变量、光当前值和电流增量，并且每次采样完成后都计算一次；光突变量利用光当前采样值Ｕ↓［１ｋ］、当前采样值Ｕ↓［１ｋ］前一个周波相同相位的采样值Ｕ↓［１ｋ－Ｎ］和采样值Ｕ↓［１ｋ－Ｎ］前一个周波相同相位的采样值Ｕ↓［１ｋ－２Ｎ］三个采样值，利用下述公式计算出光的突变值，计算公式如下：弧光突变计算：‖Ｕ↓［１ｋ］－Ｕ↓［１ｋ－Ｎ］｜－｜Ｕ↓［１ｋ－Ｎ］－Ｕ↓［１ｋ－２Ｎ］‖＞ΔＵ↓［１ｋ］其中：ｋ为当前采样点号；Ｎ为一个周波采样数；ΔＵ↓［１ｋ］为光突变量；Ｕ↓［１ｋ］为当前光采样值；Ｕ↓［１ｋ－Ｎ］为当前光采样值Ｕ↓［１ｋ］前一个周波相同相位的采样值；Ｕ↓［１ｋ－２Ｎ］为光采样值Ｕ↓［１ｋ－Ｎ］前一个周波相同相位的采样值；电流增量计算利用电流当前采样值Ｕ↓［２ｋ］、当前采样值Ｕ↓［２ｋ］前一个采样时刻采样值Ｕ↓［２ｋ－１］、采样值Ｕ↓［２ｋ－１］前一个采样时刻采样值Ｕ↓［２ｋ－２］三个连续电流采样值，利用基于电流增量估算下一采样时刻电流有效值的公式，计算出电流估算有效值，计算公式如下：估算电流有效值：Ｉｍ＝４×Ｕ↓［２ｋ－１］↑［２］×（Ｕ↓［２ｋ－１］↑［２］－Ｕ↓［２ｋ］×Ｕ↓［２ｋ－１］）／４×Ｕ↓［２ｋ－１］↑［２］－（Ｕ↓［２ｋ］＋Ｕ↓［２ｋ－２］）↑［２］其中：ｋ为当前采样点号；Ｉｍ为估算的下一个采样时刻电流有效值；Ｕ↓［２ｋ］是当前电流采样值；Ｕ↓［２ｋ－１］是当前采样值Ｕ↓［２ｋ］的前一个采样时刻采样值；Ｕ↓［２ｋ－２］是采样值Ｕ↓［２ｋ－１］的前一个采样时刻采样值；然后将它们与各自的设定值相比较，若三者均大于设定值，则输出保护信号，通过出口继电器切断开关柜电源。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓松，陈占群，刘海，
申请(专利权)人：保定市尤耐特电气有限公司，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]