一种弧光保护装置的制作方法

本发明涉及电弧故障检测与防护技术，特别涉及一种弧光保护装置。

背景技术：

中低压母线在发生短路故障时所产生的电弧光将对设备及人员造成极大伤害，极有可能引发连锁事故。在我国现行的继电保护设计标准中，35kV及以下的电压等级的系统一般不配置专用的母线保护，而是依赖上一级元件的后备过流保护来切除母线短路故障。但是，由于变压器后备不会与馈线和母线分段开关的配合，因此保护跳闸时间一般整定值为1s，该动作速度不能满足母线故障要求，导致了故障切除时间延长，加大了设备的损伤程度。

另外，箱式变电站大多数都使用在户外环境，因此会有空气温湿度、异物进入等问题，影响安全性。例如，当中压开关柜发生内部电弧故障时，电弧将立即在小室内产生高压，并产生灼热气体，同时电弧的高温将使铜排、触头材料、绝缘材料等熔化、蒸发。当压力达到一定值时，灼热气体和一部分熔化、蒸发的材料将一起喷出。这种灼热的混合物会导致人员和设备的烧伤。箱式变电站的内部电弧故障虽然很少发生，但危害极大，因此必须采取有效措施，确保人员和环境的安全。

然而，目前的现有技术中尚无可以在箱式变电站中安装的电弧光保护设备，预防电弧故障的措施主要还是采用：在机构上设计的更加密闭，保证箱变内部的清洁度，保证不让蚊虫小动物进入；应用SF6开关柜来保证安全运行；采用加强的绝缘护套，来增强裸露部分的绝缘等级，来将故障率降到最低。

由此可知，目前现有技术中的电弧光保护产品成本高，在箱式变电站这样特殊的供电环境中受到过多的局限性，不能够在成本允许的范围内实现最完善的保护功能，传感器的种类单一，适应能力有限。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种弧光保护装置，从而可以实时监测高压侧和低压侧可能出现的电弧故障，解决箱式变电站的电弧光安全问题。

本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种弧光保护装置，该装置包括：至少一个电流传感器、至少一个光电传感器、至少一个光纤传感器和微处理器；

所述电流传感器、光电传感器和光纤传感器均与微处理器连接；

所述电流传感器，用于采集电流互感器输出的电流信号，并将采集到的电流信号发送给微处理器；

所述光电传感器，用于检测高压侧和变压器室中的光信号，并将检测到的光信号转换成电流信号后传输到所述微处理器；

所述光纤传感器，用于检测低压侧的光信号，并将检测到低压侧的光信号传输到所述微处理器；

所述微处理器，用于接收电流传感器、光电传感器传输的电流信号以及光纤传感器传输的光信号，并将所接收到的光信号滤除光信号杂波后转换成电流信号；根据得到的电流信号判断是否发生电弧故障。

较佳的，所述微处理器中还包括：多路模数转换器；

所述多路模数转换器与所述电流传感器连接；

所述多路模数转换器用于将所述电流传感器传输的模拟信号转化为数字信号。

较佳的，该装置还进一步包括：通讯模块、人机界面接口模块、数字量输入模块、数字量输出模块和内部存储器；

所述通讯模块、人机界面接口模块、数字量输入模块、数字量输出模块和内部存储器均与微处理器连接；

所述通讯模块，用于进行通讯；

所述人机界面接口模块，用于提供人机交互界面；

所述数字量输入模块，用于实现数字量干节点的采集功能；

所述数字量输出模块，用于实现数字量输出功能，输出干节点；

所述内部存储器，用于存储数据。

较佳的，所述光电传感器包括：光敏元器件、滤波器和功率放大器；

所述光敏元器件，用于采集光信号；

所述滤波器，用于对采集到的光信号进行滤波处理，滤除噪声和干扰，并将滤波后的光信号传输给所述功率放大器；

所述功率放大器，用于将滤波后的光信号进行放大。

如上可见，在本发明的弧光保护装置中，由于设置了电流传感器、光电传感器和光纤传感器，因此可以同时测量高压侧和低压侧的光信号，因此可以实时监测高压侧和低压侧可能出现的电弧故障；另外，由于使用了光纤传感器采集低压侧的光信号，从而可以解决低压侧线路复杂无法准确测量电弧故障的问题，解决箱式变电站的电弧光安全问题。此外，由于光电传感器和光纤传感器可以采集到电弧故障的光信号，电流传感器可以采集到电弧故障的电流信号；当发生电弧故障时，必然伴随着电流突变，因此通过光信号的弧光判据以及电流信号的电流判据，可以更准确地识别电弧故障，提高电弧故障判定的成功率，适用于高速铁路、客运专线和城际铁路箱式变电站的电弧故障检测与防护。

附图说明

图1为本发明实施例中的弧光保护装置的结构示意图。

图2为本发明实施例中的光电传感器的工作原理示意图。

图3为本发明实施例中的光纤传感器的工作原理示意图。

图4为本发明实施例中的弧光保护装置在实际使用时的安装位置示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

本实施例提供了一种弧光保护装置，从而可以实时监测高压侧和低压侧可能出现的电弧故障，解决箱式变电站的电弧光安全问题。

图1为本发明实施例中的弧光保护装置的结构示意图。如图1所示，本发明实施例中的弧光保护装置主要包括：至少一个电流传感器11、至少一个光电传感器12、至少一个光纤传感器13和微处理器14；

所述电流传感器11、光电传感器12和光纤传感器13均与微处理器14连接；

所述电流传感器11，用于采集电流互感器(CT)输出的电流信号，并将采集到的电流信号发送给微处理器；

所述光电传感器，用于检测高压侧和变压器室中的光信号，并将检测到的光信号转换成电流信号后传输到所述微处理器；

所述光纤传感器，用于检测低压侧的光信号，并将检测到低压侧的光信号传输到所述微处理器；

所述微处理器，用于接收电流传感器、光电传感器传输的电流信号以及光纤传感器传输的光信号，并将所接收到的光信号滤除光信号杂波后转换成电流信号；根据得到的电流信号判断是否发生电弧故障。

较佳的，在本发明的一个具体实施例中，可以使用离散傅里叶算法分析电流传感器输入的电流信号，将电流信号中每个周期的波形信号通过离散傅里叶算法进行分析，从而得出频域信号，将50HZ的信号提取出来，进而得到电流值。由于当发生电弧故障时，必然伴随电流的突变，因此该电流值可以作为电弧故障的辅助判据。

较佳的，在本发明的具体实施例中，所述微处理器可以使用递推均值滤波算法从所接收到的光信号中滤除光信号杂波，从而使得滤除杂波后的光信号变的更稳定，抗干扰性更强，提高电弧故障判定的成功率。

在本发明的弧光保护装置中，由于设置了电流传感器、光电传感器和光纤传感器，因此可以同时测量高压侧和低压侧的光信号，因此可以实时监测高压侧和低压侧可能出现的电弧故障；另外，由于使用了光纤传感器采集低压侧的光信号，从而可以解决低压侧线路复杂无法准确测量电弧故障的问题。此外，由于光电传感器和光纤传感器可以采集到电弧故障的光信号，电流传感器可以采集到电弧故障的电流信号；当发生电弧故障时，必然伴随着电流突变，因此通过光信号的弧光判据以及电流信号的电流判据，可以更准确地识别电弧故障，提高电弧故障判定的成功率。

另外，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述微处理器中还包括：多路模数(AD)转换器(图中未示出)；

所述多路模数转换器与所述电流传感器连接；

所述多路模数转换器用于将所述电流传感器传输的模拟信号转化为数字信号。

较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述弧光保护装置还可以进一步包括：通讯模块15、人机界面(HMI)接口模块16、数字量输出模块17、数字量输入模块18和内部存储器19；

所述通讯模块15、人机界面接口模块16、数字量输入模块17、数字量输出模块18和内部存储器19均与微处理器14连接；

所述通讯模块15，用于进行通讯；更具体一点，可以使用RS485通讯协议实现通讯功能；

所述人机界面接口模块16，用于提供人机交互界面，从而便于与用户实现人机交互通讯功能；

所述数字量输入模块18，用于实现数字量干节点的采集功能；

所述数字量输出模块17，用于实现数字量输出功能，输出干节点；

所述内部存储器19，用于存储数据。

另外，较佳的，图2为本发明实施例中的光电传感器的原理示意图。如图2所示，在本发明的一个具体实施例中，所述光电传感器12包括：光敏元器件121、滤波器122和功率放大器123；

所述光敏元器件121，用于采集光信号；

所述滤波器122，用于对采集到的光信号进行滤波处理，滤除噪声和干扰，并将滤波后的光信号传输给所述功率放大器123；

所述功率放大器123，用于将滤波后的光信号进行放大，以增加信号的传输能力，方便进行长距离传输，避免长距离传输过程中的衰减。

因此，当有电弧故障发生时(此时可将电弧故障点看做激励光源)，所述光电传感器可以采集光信号，并将光信号转化为电流信号后传输到微处理器。

另外，较佳的，图3为本发明实施例中的光纤传感器的工作原理示意图。如图3所示，在本发明的一个具体实施例中，当有电弧故障发生时(此时可将电弧故障点看做激励光源)，将产生强光信号，该强光信号透过光纤传感器的透明表皮，进入到光纤传感器内部，因此所述光纤传感器可以采集光信号，并将光信号传输到微处理器。

另外，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，本发明中的弧光保护装置可以采用DIN导轨式的安装方式。另外，本发明中的弧光保护装置可以采用金属外壳。

另外，较佳的，图4为本发明实施例中的弧光保护装置在实际使用时的安装位置示意图。如图4所示，在本发明的一个具体实施例中，可以在图4所示的箱式变电站中安装多个弧光保护装置(图4中所示的圆点处)。例如，可以在气体填充柜(GIS)中的10KV GIS柜、0.4KV柜、10KV高压出线柜、变压器室和低压拍电柜处安装弧光保护装置。

综上可知，在本发明的弧光保护装置中，由于设置了电流传感器、光电传感器和光纤传感器，因此可以同时测量高压侧和低压侧的光信号，因此可以实时监测高压侧和低压侧可能出现的电弧故障；另外，由于使用了光纤传感器采集低压侧的光信号，从而可以解决低压侧线路复杂无法准确测量电弧故障的问题，解决箱式变电站的电弧光安全问题。此外，由于光电传感器和光纤传感器可以采集到电弧故障的光信号，电流传感器可以采集到电弧故障的电流信号；当发生电弧故障时，必然伴随着电流突变，因此通过光信号的弧光判据以及电流信号的电流判据，可以更准确地识别电弧故障，提高电弧故障判定的成功率，适用于高速铁路、客运专线和城际铁路箱式变电站的电弧故障检测与防护。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。