负荷自适应电流测量和保护装置及其控制方法与流程

本发明涉及电流互感器领域，特别是涉及一种负荷自适应电流互感器。

背景技术：

电流互感器广泛用于配电网线路中实现对三相电流及零序电流的采集，与配电开关设备例如柱上开关成套设备、环网柜成套设备及故障指示器等配合使用，实现对配电线路的实时在线监测。

电流互感器应用于配电线路采集主要有测量用电流互感器和保护用电流互感器。测量用电流互感器采集精度高，但易饱和，采集电流范围小。保护用电流互感器采集误差大，不易饱和，采集范围为额定电流的10～20倍都能保持良好的线性范围。通常，这两种电流互感器独立安装使用，也可以是同一电流互感器多触头双绕组出线，同时具有测量及保护功能，并具备不同的输出变比。

目前电流互感器都是出厂前设定好某一变比，使用时根据不同的负荷情况再手动调整其二次出线触头，改变其输出变比。这种依靠人工手动调整其输出变比的方式工作量大，效率低，还易出错。如果不随负荷波动及时调整其输出变比又会导致如下情况，以一种常见的变比为200-400-600/5的多触头双绕组电流互感器为例，其保护精度为5P10，测量精度为0.5级，安装时根据配电线路当前负荷情况(<200A，200A～400A，400A～600A)，将电流互感器的变比设定为200/5或400/5或600/5，保护电流互感器能在10倍额定电流(<2000A，2000A～4000A，4000A～6000A)情况下能保持线性(精度为5％)，测量电流互感器能在5％～120％(10A～240A,20A～480A，30A～720A)范围内电流采集精度达到0.5％。

情况1、当电流互感器输出变比设定在200/5这一档位，负荷电流在某一时段达到240A以上时，如果不调整电流互感器的输出变比，配电线路发生短路故障情况下(2000A～6000A)，保护电流互感器会因饱和达不到采集效果，同时，测量电流互感器也会随着负荷电流的增大其采集误差越来越大，测量精度也达不到测量要求，甚至饱和，这时保护电流互感器和测量电流互感器会同时失去作用，相应的配电开关设备失去监测及保护功能。

情况2、当电流互感器输出变比设定在400/5或600/5这一档位时，保护电流互感器在4A或6A以下的负荷电流因其采集精度问题而采集不到负荷电流，当配电线路在此条件下发生接地故障时，保护电流互感器因采集不到配电线路负荷电流，从而导致相应的配电开关设备失去接地保护的作用，当负荷电流在10A～20A或10A到30A时，测量电流互感器随着负荷电流的变小采集误差也越来越大，测量电流互感器也会失去其作用。

诸如以上情况都是因电流互感器的输出变比不能随负荷波动而做出自动调整从而导致配电开关设备失去保护及测量作用，甚至导致配电线路发生安全事故，影响供电的可靠性。在当前，随着用电负荷情况的日趋复杂和多变，如果电流互感器不能随负荷的波动自动调整其变比输出，将会有很大的安全隐患，相应的产品也会逐渐失去其使用价值。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种负荷自适应电流测量和保护装置；本发明的另一目的是提供一种负荷自适应电流测量和保护装置的控制方法。

一种负荷自适应电流测量和保护装置，包括三触头双绕组电流互感器，用于采集电力线缆上的负荷电流；大功率继电器，用于与三触头双绕组电流互感器触头相接，控制三个继电器KM1、KM2、KM3的带电状态，从而切换电流互感器的输出变比；保护采集模块，用于接收并采集电流互感器所采集的电力线路的电流信号，保护配电线路；测量采集模块，用于接收并采集电流互感器所采集的电力线路的电流信号，测量配电线路的电流；CPU模块，用于控制三个继电器的通断状态，从而改变电流互感器的输出变比，并可根据三个继电器KM1、KM2、KM3的有电、无电状态判断电流互感器工作时的输出变比；三触头双绕组电流互感器的二次出线触头与负荷自适应电流测量及保护装置的面板左下角的航空插头通过电缆航插线相连。

本发明所述的负荷自适应电流测量和保护装置，其中，所述三触头双绕组电流互感器中三触头分别引出三个变比端子：600/5、400/5、200/5；每一个变比端子再引出两个绕组，其中一个绕组作为保护采集用，精度为5P10；另一个绕组作为测量采集用，精度为0.5级；所述三触头双绕组电流互感器为穿芯式，直接穿过电力电缆线。

本发明所述的负荷自适应电流测量和保护装置，其中，所述大功率继电器为24V、额定电流为60A的继电器；其中继电器KM1、KM2、KM3均包括左右两个开关；KM1的常开触点与200/5变比端子引出的两个绕组相连，KM1的常闭触点与400/5变比端子引出的两个绕组相连；KM2的常开触点与400/5变比端子引出的两个绕组相连，KM2的常闭触点与600/5变比端子引出的两个绕组相连；KM3的常开触点与200/5变比端子引出的两个绕组相连，KM3的常闭触点与600/5变比端子引出的两个绕组相连；

当KM1带电时，KM1的常开触点接通，KM1的常闭触点断开；当KM1失电时，KM1的常开触点断开，KM1的常闭触点接通；

当KM2带电时，KM2的常开触点接通，KM2的常闭触点断开；当KM2失电时，KM2的常开触点断开，KM2的常闭触点接通；

当KM3带电时，KM3的常开触点接通，KM3的常闭触点断开；当KM3失电时，KM3的常开触点断开，KM2的常闭触点接通

本发明所述的负荷自适应电流测量和保护装置，其中，所述200/5变比端子引出的用于保护采集的绕组依次与继电器KM1的常开触点、继电器KM3的常开触点和保护采集模块相连接；

所述200/5变比端子引出的用于测量采集的绕组依次与继电器KM1的常开触点、继电器KM3的常开触点和测量采集模块相连接；

所述400/5变比端子引出的用于保护采集的绕组依次与继电器KM1的常闭触点、继电器KM2的常开触点和保护采集模块相连接；

所述400/5变比端子引出的用于测量采集的绕组依次与继电器KM1的常闭触点、继电器KM2的常开触点和测量采集模块相连接；

所述600/5变比端子引出的用于保护采集的绕组依次与继电器KM2的常闭触点、继电器KM3的常闭触点和保护采集模块相连接；

所述600/5变比端子引出的用于测量采集的绕组依次与继电器KM2的常闭触点、继电器KM3的常闭触点和测量采集模块相连接。本发明所述的负荷自适应电流测量和保护装置，其中，所述继电器KM1、KM2、KM3的线圈各连接一个光耦隔离；所述光耦隔离各连接于CPU模块的一个I/O口。

本发明所述的负荷自适应电流测量和保护装置，其中，装置的主电路接地。

本发明所述的负荷自适应电流测量和保护装置，其中，三个继电器KM1、KM2、KM3的线圈均接地。

本发明所述的负荷自适应电流测量和保护装置的控制方法为，当电流互感器检测到的负荷电流在200A以下时，若KM1带电或KM3带电，配电终端延时5秒，控制输出使得KM1失电、KM3失电，此时电流互感器的输出变比调整为200/5。

当电流互感器检测到的负荷电流在200A～400A时，若KM1失电或KM2带电，配电终端延时5秒，控制输出使得KM1带电、KM2失电，此时电流互感器的输出变比调整为400/5。

当电流互感器检测到的负荷电流在400A以上时，若KM2失电或KM3失电，配电终端延时5秒，控制输出使得KM2带电、KM3带电，此时电流互感器的输出变比调整为600/5。

本发明的负荷自适应电流测量和保护装置及其控制方法与现有技术相比，其突出效果在于：

(1)本发明针对目前配电开关成套设备广泛使用的电流互感器在保护及测量方面存在的问题，从影响配电开关成套设备实际测量及保护的根本原因出发，将传统多触头双绕组电流互感器输出变比触头的状态信息接入配电终端中，根据配电线路负荷变化情况实时控制电流互感器的输出变比触头，从而实现了配电开关成套设备负荷自适应电流采集及保护。

(2)提高了配电开关成套设备的采集精度和保护可靠性，增加了电流互感器的使用寿命，减少了配电线路安全隐患，保证了配电开关成套设备的产品性能及安全稳定运行。

下面结合附图说明和具体实施例对本发明的负荷自适应电流测量和保护装置及其控制方法作进一步说明。

附图说明

图1为本发明负荷自适应电流测量及保护装置的结构示意图。

图2为本发明负荷自适应电流测量和保护装置的原理示意图。

图3为本发明负荷自适应电流测量和保护装置的算法示意图。

图4为本发明负荷自适应电流测量和保护装置的流程图。

具体实施方式

结合图1和图2所示，负荷自适应电流测量和保护装置包括：

三触头双绕组电流互感器1：三触头分别引出不同的变比端子：600/5、400/5、200/5，每一个变比端子再引出两个绕组2，一个作为保护采集用，精度为5P10。另一个作为测量采集用，精度为0.5级，此种电流互感器为穿芯式，直接穿过电力电缆线，采集电力线缆上的负荷电流。

24V额定电流为60A的大功率继电器：与三触头双绕组电流互感器触头相接，控制三个继电器的带电状态，从而切换电流互感器的输出变比，当KM1、KM3全为0(失电为0，带电为1)，KM2为任意状态时(0或1)，即配电开关成套设备的默认状态下，电流互感器的输出变比为200/5。当KM1＝1、KM2＝0时，KM3为任意状态时(0或1)，电流互感器的输出变比为400/5。当KM2＝1、KM3＝1时，KM1为任意状态时(0或1)，电流互感器的输出变比为600/5。

保护采集模块3：作为配电终端一部分，主要接收并采集电流互感器所采集的电力线路的电流信号(保护用)。

测量采集模块4：作为配电终端一部分，主要接收并采集电流互感器所采集的电力线路的电流信号(测量用)。

CPU模块：作为配电终端一部分，CPU的三个I/O口分别与三个继电器的线圈相接，中间加装光耦隔离，控制三个继电器的通断状态，从而改变电流互感器的输出变比；同时，可根据三个继电器的有电无电状态判断电流互感器工作时的输出变比。

三触头双绕组电流互感器1的二次出线触头与负荷自适应电流测量及保护装置的面板左下角的航空插头通过电缆航插线6相连。

其中继电器KM1、KM2、KM3均包括左右两个开关；KM1的常开触点与200/5变比端子引出的两个绕组2相连，KM1的常闭触点与400/5变比端子引出的两个绕组2相连；KM2的常开触点与400/5变比端子引出的两个绕组2相连，KM2的常闭触点与600/5变比端子引出的两个绕组2相连；KM3的常开触点与200/5变比端子引出的两个绕组2相连，KM3的常闭触点与600/5变比端子引出的两个绕组2相连；

当KM1带电时，KM1的常开触点接通，KM1的常闭触点断开；当KM1失电时，KM1的常开触点断开，KM1的常闭触点接通；

当KM2带电时，KM2的常开触点接通，KM2的常闭触点断开；当KM2失电时，KM2的常开触点断开，KM2的常闭触点接通；

当KM3带电时，KM3的常开触点接通，KM3的常闭触点断开；当KM3失电时，KM3的常开触点断开，KM2的常闭触点接通。

200/5变比端子引出的用于保护采集的绕组依次与继电器KM1的常开触点、继电器KM3的常开触点和保护采集模块3相连接；

200/5变比端子引出的用于测量采集的绕组依次与继电器KM1的常开触点、继电器KM3的常开触点和测量采集模块4相连接；

400/5变比端子引出的用于保护采集的绕组依次与继电器KM1的常闭触点、继电器KM2的常开触点和保护采集模块3相连接；

400/5变比端子引出的用于测量采集的绕组依次与继电器KM1的常闭触点、继电器KM2的常开触点和测量采集模块4相连接；

600/5变比端子引出的用于保护采集的绕组依次与继电器KM2的常闭触点、继电器KM3的常闭触点和保护采集模块3相连接；

600/5变比端子引出的用于测量采集的绕组依次与继电器KM2的常闭触点、继电器KM3的常闭触点和测量采集模块4相连接。

负荷自适应电流测量和保护装置的主电路接地；三个继电器KM1、KM2、KM3的线圈均接地。

其中，三个继电器KM1、KM2、KM3分散布置，一方面可以避免相互之间的电磁信号干扰；另一方面，电流互感器的输出变比调整均需经过两个继电器的开关进行控制，可以有效的防止误跳，从而避免了误跳造成对CPU等部件的电冲击。

采用本发明的装置，创造性的在测量装置和互感器之间引入了继电器，并使得每个待测信号线路中具有同时可控制的继电器，使得在任何一个继电器误操作闭合时，另一个继电器仍然处于打开状态，从而在最简单的构造下，防止对后端昂贵的测量装置和设备造成损毁性电冲击。

结合图3和图4所示，负荷自适应电流测量和保护装置的控制方法为：

(1)当电流互感器检测到的负荷电流在200A以下时，KM1带电或KM3带电，配电终端延时5秒，控制输出使得KM1失电，KM3失电。此时电流互感器的输出变比调整为200/5。

(2)当电流互感器检测到的负荷电流在200A～400A时，KM1失电或KM2带电，配电终端延时5秒，控制输出使得KM1带电，KM2失电。此时电流互感器的输出变比调整为400/5。

(2)当电流互感器检测到的负荷电流在400A以上时，KM2失电或KM3失电，配电终端延时5秒，控制输出使得KM2带电，KM3带电。此时电流互感器的输出变比调整为600/5。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。