一种电流互感器二次回路开路保护装置及方法

技术领域

本发明涉及电气设备保护领域，具体涉及一种电流互感器二次回路开路保护装置及方法。

背景技术

电流互感器是将电力系统大电流变换成小电流的一种设备，其二次侧电流用于保护、测量和计量等功能。电流互感器正常运行时，其二次侧负载阻抗负载小，近似于短路状态，二次电压较低；当二次回路开路时，电流互感器极易进入电磁饱和状态，二次侧将感应出高电压(可达万伏)，可烧毁邻近二次设备，同时可导致一次设备发热烧毁甚至爆炸。据电力行业事故通报，电流互感器发生二次回路开路事故屡见不鲜，常导致惨重损失，严重威胁人身、电网和设备安全。

目前，现有的电流互感器保护装置直接串联连接在二次回路上，虽然在电流互感器二次回路发生开路故障时能够起到电路保护的作用，但在二次回路正常工作时带来一定的损失功耗，并且增加了额外的开路风险。

发明内容

为解决本发明提供了一种电流互感器二次回路开路保护装置及方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种电流互感器二次回路开路保护装置，包括外壳、监测模块、继电器和电压传感器，监测模块、继电器和电压传感器封装在外壳中，继电器的触点和电压传感器均并联在二次回路上，监测模块的信号输入端连接电压传感器的信号线，监测模块的高电平输出端连接继电器的线圈；

外壳表面设置有两组接线端口，其中，

端口A1、端口B1、端口C1、端口N1和端口D1设置于外壳顶部，并在外壳正面对应各端口设置有紧固螺钉，端口A1、端口B1、端口C1和端口N1是用于将电流互感器二次回路三相线接入外壳的端口；

端口A2、端口B2、端口C2、端口N2和端口D2设置于外壳底部，并在外壳正面对应各端口设置有紧固螺钉，端口A2、端口B2、端口C2和端口N2是用于将负载通过外壳接入二次回路的端口；

端口D1和端口D2为用于连接监测模块与外部设备的端口；

所述二次回路包括端口A1至端口A2的内部导线、端口B1至端口B2的内部导线、端口C1至端口C2的内部导线、端口N1至端口N2的内部导线。

所述端口A1、端口B1、端口C1和端口N1上设置有霍尔电流传感器，霍尔电流传感器与监测模块的第二信号输入端连接，霍尔电流传感器用于监测二次回路电流，监测模块用于监测二次回路电压并接收霍尔电流传感器的电流信号，用于判断开路状态。

在上述方案的基础上，进一步的有。所述监测模块包括：

接收单元：用于接收电压传感器输入的电压采样值和霍尔电流传感器输入的电流采样值；

分析单元：用于对电压传感器输入的电压采样值和霍尔电流传感器输入的电流采样值进行分析判定；

存储单元：用于对分析单元判定得到的异常数据进行存储；

发送单元：用于输出分析单元发送的控制信号。

继电器的触点为常开状态，当监测模块监测到二次回路开路时，控制继电器的线圈引发触点闭合。

所述外壳表面上下排紧固螺钉之间设置有告警指示灯，所述告警指示灯与监测模块的报警信号输出端连接，监测模块的报警信号输出端还通过端口D1和端口D2连接至无线信号发送器，将告警信号发送到调控中心。

在上述方案的基础上，进一步的有：所述外壳表面上下排端子之间还设置有手动启动按钮和手动复位按钮，所述手动启动按钮和手动复位按钮均与继电器触点直接连接，当报警指示灯亮，现场运维人员可以手动控制继电器的开闭，尽快检修二次回路的运行状态。

所述外壳背部设置有卡槽，可通过卡槽将外壳安装在场地端子箱上的端子排上。

一种电流互感器二次回路开路保护方法，其特征在于，应用于上述电流互感器二次回路开路保护装置，包括如下步骤：

S1：电压传感器对二次回路进行电压监测，霍尔电流传感器对二次回路进行电流监测；

S2：监测模块接收单元接收电压传感器和霍尔电流传感器的采样数据；

S3：监测模块分析单元对电压传感器输入的电压采样值和霍尔电流传感器输入的电流采样值分别进行阈值判定，当有任意一项采样值大于阈值时判定为异常数据，执行S3，否则继续对下一组数据进行处理；

S4：监测模块发送单元输出报警信号，并将数据存储到存储单元；

S5：报警信号传输至告警指示灯，告警指示灯亮；

S6：监测模块分析单元对阈值判定后得到的电压采样值和电流采样值状态进行“与”逻辑判断，当两项采样值均为异常数据时执行S7，否则继续对下一组数据进行处理；

S7：监测模块判定二次回路为开路状态，发送单元输出一个高电平信号；

S8：高电平信号传输至继电器线圈，引发继电器触点闭合，将二次回路短接。

在步骤S5之后，进一步的有：可人为通过手动复位按钮闭合继电器触点，将二次回路短接；检查结束后，可通过手动启动按钮打开继电器触点，恢复二次回路的工作状态。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1.本发明通过将监测模块、继电器等元件封装于一外壳内，在内部将电压传感器、继电器等并联在二次回路上，不影响二次回路上的电气关系，装置接入后不需保护、测控等装置修改定值配合。一旦监测模块发现二次回路开路，就引发继电器触点闭合，得到一个类似于空气开关的保护器件；本装置与空气开关原理相反，空气开关在回路短路时断开，本装置在二次回路断开时短接。

2.本发明通过对电压和电流参数异常情况进行综合分析，对单数据异常和双数据异常做出不同的响应策略，降低开路保护的误判概率。

3.本发明将霍尔电流传感器巧妙设置于外壳上的电路主线通道上，通过高精度霍尔电流传感器实现非接触式的数据采样，不增加电流传输环节，不增加额外的开路风险。

4.本发明将异常状态同时进行现场报警和远传报警，及时提醒运维人员对回路进行检查。

附图说明

结合附图，可以得到对本发明实施例的进一步理解，从本发明的权利要求和优选实施例的以下描述可以获得本发明的其它特征和优点。在不超出本发明的范围的情况下，在这种情况下可以按任何期望的方式将图中所示的不同实施例的单独特征加以组合。在附图中：

图1为本发明的正视图；

图2为本发明的俯视图；

图3为本发明的左视图；

图4为本发明的封装结构原理图；

图5为本发明的安装图。

附图标记说明：1-手动启动按钮，2-手动复位按钮，3-告警指示灯，4-霍尔电流传感器，5-卡槽，6-外壳，7-场地端子箱，8-第一端子排，9-第二端子排，10-继电器，11-电流互感器，12-负载，13-电压传感器，14-监测模块。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图4所示，在本方案中，一种电流互感器11二次回路开路保护装置，包括外壳6、监测模块14、继电器10和电压传感器13，监测模块14、继电器10和电压传感器13封装在外壳6中，继电器10的触点和电压传感器13均并联在二次回路上，监测模块14的信号输入端连接电压传感器13的信号线，监测模块14的高电平输出端连接继电器10的线圈；

外壳6表面设置有两组接线端口，其中，

如图1、图2及图3所示，端口A1、端口B1、端口C1、端口N1和端口D1设置于外壳6顶部，并在外壳6正面对应各端口设置有紧固螺钉，端口A1、端口B1、端口C1和端口N1是用于将电流互感器11二次回路三相线接入外壳6的端口；

端口A2、端口B2、端口C2、端口N2和端口D2设置于外壳6底部，并在外壳6正面对应各端口设置有紧固螺钉，端口A2、端口B2、端口C2和端口N2是用于将负载12通过外壳6接入二次回路的端口；

端口D1和端口D2为用于连接监测模块14与外部设备的端口；

所述二次回路包括端口A1至端口A2的内部导线、端口B1至端口B2的内部导线、端口C1至端口C2的内部导线、端口N1至端口N2的内部导线。

所述端口A1、端口B1、端口C1和端口N1上设置有霍尔电流传感器4，霍尔电流传感器4与监测模块14的第二信号输入端连接，霍尔电流传感器4用于监测二次回路电流，监测模块14用于监测二次回路电压并接收霍尔电流传感器4的电流信号，用于判断开路状态。

优选的，所述监测模块14包括：

接收单元：用于接收电压传感器13输入的电压采样值和霍尔电流传感器4输入的电流采样值；

分析单元：用于对电压传感器13输入的电压采样值和霍尔电流传感器4输入的电流采样值进行分析判定；

存储单元：用于对分析单元判定得到的异常数据进行存储；

发送单元：用于输出分析单元发送的控制信号。

继电器10的触点为常开状态，当监测模块14监测到二次回路开路时，控制继电器10的线圈引发触点闭合。

所述外壳6表面上下排紧固螺钉之间设置有告警指示灯3，所述告警指示灯3与监测模块14的报警信号输出端连接，监测模块14的报警信号输出端还通过端口D1和端口D2连接至无线信号发送器，将告警信号发送到调控中心。

在上述方案的基础上，进一步的有：所述外壳6表面上下排端子之间还设置有手动启动按钮1和手动复位按钮2，所述手动启动按钮1和手动复位按钮2均与继电器10触点直接连接，当报警指示灯亮，现场运维人员可以手动控制继电器10的开闭，尽快检修二次回路的运行状态。

所述外壳6背部设置有卡槽5，可通过卡槽5将外壳6安装在场地端子箱7上的端子排上。

为了进一步实现本发明的目的，本发明还提出了第二个实施例。

实施例2：

如图5所示，将电流互感器二次回路开路保护装置通过外壳6背部的卡槽5安装在场地端子箱7的第二端子排9上，电流互感器11二次回路通过第一端子排8接入场地端子箱7，再通过外壳6顶部的端口A1、端口B1、端口C1和端口N1接入外壳6中，由外壳6底部的端口A2、端口B2、端口C2和端口N2引出到负载12端，霍尔电流传感器4设置于外壳6上的电路主线通道上，监测模块14、电压传感器13和继电器10封装在外壳6中，继电器10的触点和电压传感器13均并联在二次回路上，监测模块14的信号输入端连接电压传感器13的信号线，霍尔电流传感器4与监测模块14的第二信号输入端连接，监测模块14的高电平输出端连接继电器10的线圈；当监测模块14发现二次回路开路，就引发继电器10触点闭合，将二次回路短接。

为了进一步实现本发明的目的，本发明还提出了第三个实施例。

实施例3：

基于实施例1和实施例2，本实施例提出一种电流互感器二次回路开路保护方法，应用于上述电流互感器二次回路开路保护装置，包括如下步骤：

S1：电压传感器13对二次回路进行电压监测，霍尔电流传感器4对二次回路进行电流监测；

S2：监测模块14接收单元接收电压传感器13和霍尔电流传感器4的采样数据；

S3：监测模块14分析单元对电压传感器13输入的电压采样值和霍尔电流传感器4输入的电流采样值分别进行阈值判定，当有任意一项采样值大于阈值时判定为异常数据，执行S3，否则继续对下一组数据进行处理；

S4：监测模块14发送单元输出报警信号，并将数据存储到存储单元；

S5：报警信号传输至告警指示灯3，告警指示灯3亮；

S6：监测模块14分析单元对阈值判定后得到的电压采样值和电流采样值状态进行“与”逻辑判断，当两项采样值均为异常数据时执行S7，否则继续对下一组数据进行处理；

S7：监测模块14判定二次回路为开路状态，发送单元输出一个高电平信号；

S8：高电平信号传输至继电器10线圈，引发继电器10触点闭合，将二次回路短接。

在步骤S5之后，可人为通过手动复位按钮2闭合继电器10触点，将二次回路短接；检查结束后，可通过手动启动按钮1打开继电器10触点，恢复二次回路的工作状态。

结合上述实施例，可以看出，本发明通过将监测模块14、继电器10等元件封装于一外壳6内，在内部将电压传感器13、继电器10等并联在二次回路上，不影响二次回路上的电气关系，装置接入后不需保护、测控等装置修改定值配合。一旦监测模块14发现二次回路开路，就引发继电器10触点闭合，得到一个类似于空气开关的保护器件；本装置与空气开关原理相反，空气开关在回路短路时断开，本装置在二次回路断开时短接。本发明将霍尔电流传感器4巧妙设置于外壳6上的电路主线通道上，通过高精度霍尔电流传感器4实现非接触式的数据采样，不增加电流传输环节，不增加额外的开路风险。本发明成本低廉，结构简单，易于实现，对电气设备保护领域具有重要价值。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。