專利名稱：中性線故障及缺相智能保護裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種中性線故障及缺相智能保護裝置，本裝置能自動檢測出中 性線是否發(fā)生故障并針對不同的故障情形進行處理，屬于供電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在我國城鄉(xiāng)和廠礦企業(yè)的低壓網(wǎng)，都采用380/220V三相四線制混用的低壓供電 系統(tǒng)，如圖1所示。這種混合式的三相四線制低壓供電系統(tǒng)中會產(chǎn)生單相負荷分配及分 配不平衡問題，就會出現(xiàn)相間電壓的不平衡。而在公用配電房中，配電變壓器的大部分 負載為單相負荷，甚至達80%以上，這必然產(chǎn)生相間負荷分配不平衡問題。負荷的不平衡將帶來三相電壓的不平衡，由于中性線(PEN)的均壓作用，在 三相負載功率小于30KW以下，且中性線的電阻較小(ROdQ)時，即使三相負載不平 衡，其各項電壓仍然對稱，分別等于電源相電壓。當中性線發(fā)生斷線/破損/缺相等故障，均會引起線路后段電壓及中性點發(fā)生偏 移，從而危及線路后端用電設備安全和用電人員的人身安全。由于三相負載功率的不平 衡度不同，所引起中性點偏移電壓也不相等。當不平衡度達到一定值時，其中性點偏移 電壓在50V以上，與之對應的三相負載相電壓有的大于270V，有的小于170V:即各相 負載電壓升、降達額定值的20%以上。為了保證用電設備安全和人身安全，提高用電的安全可靠性，國際電工委員會 IEC/TC64《建筑物電氣裝置》標準規(guī)定第一區(qū)段的安全電壓和JGJ/T16-2008《民用建 筑電氣設計規(guī)范》規(guī)定了中性線故障后的保護及動作時間要求(1)相線對地標稱電壓 為220V的TN系統(tǒng)配電線路的接地故障保護，其切斷故障回路的時間應符合下列規(guī)定 A.配電線路或僅供給固定式電氣設備用電的末端線路，不宜大于5s; B.供電給手握式電 氣設備和移動式電氣設備末端線路或插座回路，不應大于0.4s。 (2)手握式電氣設備的 接地故障保護，當發(fā)生單相接地時，自動斷開電源的時間不應超過0.4s或接觸電壓不應 超過50V。 (3)適用于防電擊保護分類為I類的電氣設備，設備所在的環(huán)境為正常環(huán)境 時，人身電擊安全電壓限值(UL)為50V。目前，國內(nèi)外在中性線故障技術(shù)方面作了大量研究。對于TN-C-S系統(tǒng)，其基 本方法主要是利用PEN線斷線后，其負荷中性點偏移電壓是通過PEN與PE線的分支連接 處引入PE線，因而造成對人體的接觸電壓。為了消除和降低PE線上的對地偏移電壓， 對PEN與PE分支連接點進行接地，即等電位連接處理，這樣可以避免用電器外殼產(chǎn)生偏 移電位對人體的接觸電壓的危害。由于這種方法只解決了電壓的偏移問題，但沒有從根 本上解決故障線路還處于帶電工作狀態(tài)的問題，故存在很大的安全隱患，有可能導致其 它事故的發(fā)生。也有人選用三個等容量的電容器接成Y形，形成一個人為中點N，代替“電壓 型保護器”的工作接地，然后進行判斷是否發(fā)生中性線故障，然而因受各種因素的影 響，此法仍不盡如人意。[0008]根據(jù)現(xiàn)有國內(nèi)、國際標準規(guī)定，中斷保護器取樣電路的工作接地必須做獨立的接地裝置，同PEN線的重復接地嚴格分開，以使其工作接地為零電位，且不受其它接地 電位的影響。這就要求工作接地與重復接地和建筑物的基礎(chǔ)鋼筋、埋地金屬管道等自然 接地體保持約20米的距離。這對于高樓林立、地下管道密布的居民區(qū)來說，要求設置不 受其它接地影響的單獨接地極，確實難以實現(xiàn)。所以國外實際上已停止使用這種電壓型 保護器，國內(nèi)也由于中斷保護器工作接地的零電位很難不受其它接地的影響，而難以正 常推廣使用.基于以上問題，這就需要解決中性線故障而引起的事故，以保護設備和人身安 全，使供電系統(tǒng)安全運行。雖然目前有不少技術(shù)是利用網(wǎng)絡進行實時監(jiān)控的，但對于0.4kv配網(wǎng)終端來說， 實施起來很困難，供電線路復雜、分散、線路分支多、數(shù)量大、距離比較遠，造成組 網(wǎng)、通訊困難，對于一個城市的配網(wǎng)供電線路系統(tǒng)來說，要將監(jiān)視網(wǎng)絡布到每個線路終 端是一項非常巨大的工程。

實用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本實用新型的目的是提供一種易于實施、方便 管理的中性線故障及缺相智能保護裝置。本實用新型的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的中性線故障及缺相智能保護裝置，它主 要由電流互感器、電壓互感器、量程轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、CPU邏輯控制器、驅(qū)動 電路和參數(shù)設置模塊組成；電流互感器用于感應供電回路電流信號，電流互感器輸出接 量程轉(zhuǎn)換模塊輸入；電壓互感器用于感應供電回路電壓信號，電壓互感器輸出接量程轉(zhuǎn) 換模塊輸入；量程轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、CPU邏輯控制器和驅(qū)動電路依次順序連 接，驅(qū)動電路一路輸出開關(guān)跳閘信號接帶分閘線圈的開關(guān)，另一路輸出報警信號接后臺 管理中心，參數(shù)設置模塊的輸出接CPU邏輯控制器的輸入。本裝置還包括顯示器，所述顯示器的輸入接CPU邏輯控制器的輸出。本實用新型能直接對數(shù)據(jù)進行采集、分析、計算并判斷出中性線是否發(fā)生故 障，并在故障發(fā)生后發(fā)出保護控制信號，使開關(guān)跳閘，切斷故障后端電源線路，停止供 電，使供電系統(tǒng)安全運行，從而達到保護設備和人身安全的目的。同時發(fā)出報警信號
(無源信號)，傳送到后臺管理機進行相應的處理，實現(xiàn)報警上傳功能，故障信息能對 停電事故快速作出處理意見，減少停電時間。本裝置直接裝于線路末端或配電房出線端，可與開關(guān)配合使用(開關(guān)需帶分閘 線圈)，安裝靈活、使用方便，可根據(jù)情況現(xiàn)場設置參數(shù)，工程量不大，對新建配網(wǎng)和 老網(wǎng)改造都很適用。

圖1-現(xiàn)有的三相四線制混用的低壓供電系統(tǒng)示意圖。圖2-本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。圖3-本實用新型工作流程圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明?；诂F(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型設計了一種中性線故障及缺相智能保護裝 置，裝置通過檢測線路三相電壓和三相電流，并進行計算，如能判斷出中性線發(fā)生故 障，則發(fā)出相應的動作信號，實現(xiàn)對故障線路斷電操作，保護設備及人身安全。其具體實現(xiàn)方案參見圖2，從圖上可以看出，本實用新型中性線故障及缺相智能 保護裝置，它主要由電流互感器、電壓互感器、量程轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、CPU邏 輯控制器、驅(qū)動電路、顯示器、參數(shù)設置模塊和電源模塊組成。電流互感器和電壓互感 器的輸出接量程轉(zhuǎn)換模塊輸入，量程轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、CPU邏輯控制器和驅(qū)動 電路依次順序連接，驅(qū)動電路一路輸出開關(guān)跳閘信號接帶分閘線圈的開關(guān)，另一路輸出 報警信號接后臺管理中心。參數(shù)設置模塊的輸出同時接CPU邏輯控制器的輸入。顯示 器的輸入接CPU邏輯控制器的輸出。各主要部件的功能介紹如下電流互感器感應供電回路主回路一次電流或二次電流信號并輸送到量程轉(zhuǎn)換 模塊。電壓互感器感應供電回路主回路一次電壓或二次電壓信號并輸送到量程轉(zhuǎn)換 模塊。量程轉(zhuǎn)換模塊對電流互感器和電壓互感器送過來的信息轉(zhuǎn)換成裝置能識別的 范圍。數(shù)據(jù)處理模塊通過對采樣的電流信號進行計算得到三相線電流和相電流、對 采樣的電壓信號進行計算得到三相線電壓和相電壓及中性點電壓的偏移量、有功功率、 無功功率、視在功率、功率因數(shù)等所有電力參數(shù)，并將計算結(jié)果發(fā)送到CPU邏輯控制
OCPU邏輯控制器通過輸入的計算結(jié)果，CPU按編寫的邏輯控制程序進行運 算、比較、判斷，然后計算是否發(fā)生中性線故障，如是，則發(fā)出控制指令給開關(guān)，同時 輸出報警信號。顯示器與CPU邏輯控制器配合使用，測量、狀態(tài)顯示、參數(shù)設置。驅(qū)動電路擴大控制接點的容量，CPU邏輯控制器的輸出接點容量比較小，信 號經(jīng)繼電器的線圈由繼電器的接點直接去控制開關(guān)動作和輸出報警信號。參數(shù)設置模塊(即鍵盤)用于設置參數(shù)及顯示界面調(diào)整。電源模塊用于給各模塊供電，使裝置正常工作。開關(guān)(帶分閘線圈)本裝置的被控對象，接收到跳閘指令后執(zhí)行動作，切斷 后端電路。本實用新型動作流程介紹(見圖3)1.上電開機；2.根據(jù)要求是否需要設備參數(shù)，如需要設置參數(shù)，則設置參數(shù)，如電流互感器 變比、電壓互感器變比、過壓動作值、欠壓動作值、延時時間、信號類型、系統(tǒng)時間 等；3.若不需要設備參數(shù)則進入模擬采集過程，將采集得到的數(shù)據(jù)送入內(nèi)存單元，以備后用；4.調(diào)節(jié)量程范圍，把采集得到的模擬量信號轉(zhuǎn)換為相應的量程；5.計算線電壓、相電壓、線電流、相電流等；6.智能計算并判斷；7.若計算出發(fā)生故障并根據(jù)發(fā)生故障的類型，發(fā)出跳閘信號和報警信號，轉(zhuǎn)到(8)；若沒有發(fā)生故障則返回(3)，重復以上過程；8.停機。本實用新型還具有其它功能1.能實現(xiàn)32條SOE事件記錄詳細，有動作日期和時間；2.可實現(xiàn)欠壓延時動作保護、欠壓瞬時動作保護、過壓延時動作保護、過壓瞬 時動作保護；3.權(quán)限管理，設置不同密碼得到不同權(quán)限，保證設備安全運行；4.確認操作，所有操作均設置確認，防止誤操作。5.參數(shù)設置后，全自動智能計算故障情況，無需人工干預。6.本裝置與開關(guān)的輔助觸頭與報警信號配合，根據(jù)不同的組合，可以判斷是開 關(guān)故障、開關(guān)本身保持性動作及中性線故障智能保護動作及正常工作。7.多級選擇性保護功能實現(xiàn)總路和支路，支路和用戶等多級分別判斷中性線 斷線保護的配合功能，支路應優(yōu)先動作，防止斷電范圍擴大。8.報警回傳功能當本裝置判斷出中性線斷線后，根據(jù)類型發(fā)送相應的信號驅(qū)動 開關(guān)跳閘(無源信號)，同時送出一報警信號(無源信號)，用于傳送到后臺管理中心 進行相應的處理，達到報警上傳的功能，故障信息能對停電事故快速作出處理意見，減 少停電時間。9.可通過通信接口與后臺管理中心連接，實現(xiàn)裝置的在線監(jiān)視功能及遠控功 能。本中性線故障及缺相智能保護裝置安裝在線路末端或配電房出線端，裝置實時 采集線路的三相電流和三相電壓，實時進行運算，通過采樣值計算出的中性線的電位偏 移與設定的保護動作值作比較，同時通過實測相電壓的變化進行判斷中性線是否發(fā)生斷 線/破損等故障，發(fā)出相應的信號，驅(qū)動保護裝置動作，保護線路后端設備及人身的安 全。當設備發(fā)出保護控制信號的同時，也提供一個報警信號，用于后臺對本回路的報警 信息進行管理。
權(quán)利要求1.中性線故障及缺相智能保護裝置，其特征在于它主要由電流互感器、電壓互感 器、量程轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、CPU邏輯控制器、驅(qū)動電路和參數(shù)設置模塊組成； 電流互感器用于感應供電回路電流信號，電流互感器輸出接量程轉(zhuǎn)換模塊輸入；電壓互 感器用于感應供電回路電壓信號，電壓互感器輸出接量程轉(zhuǎn)換模塊輸入；量程轉(zhuǎn)換模 塊、數(shù)據(jù)處理模塊、CPU邏輯控制器和驅(qū)動電路依次順序連接，驅(qū)動電路一路輸出開關(guān) 跳閘信號接帶分閘線圈的開關(guān)，另一路輸出報警信號接后臺管理中心，參數(shù)設置模塊的 輸出接CPU邏輯控制器的輸入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中性線故障及缺相智能保護裝置，其特征在于本裝置還 包括顯示器，所述顯示器的輸入接CPU邏輯控制器的輸出。
專利摘要本實用新型公開了一種中性線故障及缺相智能保護裝置，電流互感器和電壓互感器輸出接量程轉(zhuǎn)換模塊輸入；量程轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、CPU邏輯控制器和驅(qū)動電路依次順序連接，驅(qū)動電路一路輸出開關(guān)跳閘信號接帶分閘線圈的開關(guān)，另一路輸出報警信號接后臺管理中心，參數(shù)設置模塊的輸出接CPU邏輯控制器的輸入。本實用新型能直接判斷中性線是否發(fā)生故障，并在故障發(fā)生后發(fā)出保護控制信號，使開關(guān)跳閘，切斷故障后端電源線路，從而達到保護設備和人身安全的目的。同時發(fā)出報警信號，傳送到后臺管理機進行相應的處理，實現(xiàn)報警上傳功能，故障信息能對停電事故快速作出處理意見，減少停電時間。
文檔編號H02J13/00GK201797374SQ201020511458
公開日2011年4月13日 申請日期2010年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
發(fā)明者劉志宏, 周道娟, 張發(fā)斌, 張曉勇, 李志勇, 肖朝勛 申請人:重慶市電力公司, 重慶櫻花電氣開關(guān)有限公司