[发明专利]中低压开关柜及其弧光保护方法、装置及应用方法和传感器

说明书

本发明公开了一种中低压开关柜及其弧光保护方法、装置及应用方法和传感器，双通道多频谱弧光传感器包括带有可见光输出光纤和紫外光输出光纤的球面感光体，紫外光输出光纤的断面处带有紫外光滤片；弧光保护方法为在采集得到的可见光信号和紫外光信号的强度超过预设门槛值同时成立时判定发生弧光故障并输出跳闸保护信号；弧光保护装置包括前述双通道多频谱弧光传感器；前述弧光保护装置的应用方法为前述弧光保护方法；中低压开关柜包括中低压开关柜本体和前述弧光保护装置。本发明在传感器光纤断裂或光纤接头掉落或人工拆除时不会引起弧光保护误动，具有抗干扰性强、可靠性高的优点。

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护领域，具体涉及一种中低压开关柜及其弧光保护方法、装置及应用方法和传感器。

背景技术

弧光保护具有动作速度快、可靠性高、不需要与其他保护配合等优点，目前弧光保护作为母线保护已经广泛应用于电力、石化、冶金等领域。弧光保护的基本原理是基于弧光和电流双判据判断母线弧光短路故障使断路器跳闸以保护母线。其中弧光为主判据，电流为辅助判据。弧光传感器是检测弧光的主要部件，其性能决定了弧光保护的灵敏度和可靠性。

弧光传感器分为两种，一种是紫外光型，只接收紫外光。另外一种是可见光型，只接收可见光。弧光传感器一般由球面感光外壳、光纤、光敏元件、信号放大电路等四部分组成。其中球面感光外壳一般由塑料材料按一定曲面成型，其曲面具有聚光作用，能将球面感应的光聚焦到光纤断面，再由光纤传输到另外一端。如果光纤断面或感光外壳经特殊涂料构成的滤片滤除可见光，只有紫外光通过，就可以构成紫外光型传感器。如果不做任何处理，就构成可见光型传感器。

目前传感器存在以下一些问题：

1、传感器光纤断裂或ST接头掉落或人工拆除时容易引起弧光保护误动。

弧光传感器光电转换功能由光敏元件完成，光敏元件将光强大小转换成电阻大小，进而转换成电流大小进行放大处理，放大后的信号送入AD转换，最后形成弧光强度信号。弧光传感器球面感光外壳和光纤只起到光的传输作用。或者说，球面感光外壳和光纤将光从开关柜内“搬运”到保护装置内部再进行光电转换。弧光信号在“搬运”过程中，强度大大衰减。造成送入光敏元件的光强度大大减小。根据我们现场实测，以6米光纤为例，光从球面感光外壳传输到光敏元件表面，其强度衰减到不到原来强度的1/1000。光敏元件感受的光非常微弱，转换成的电流信号也非常微弱。为了弥补光强的衰减，信号放大电路必须大幅提高放大倍数，以便能将微弱的电流信号放大后送入AD转换器。因此，光电转换后的信号处理电路放大倍数非常高，输入电路变得非常灵敏。如果在运行过程中，光纤ST接头脱落，环境光没有经过球面感光外壳和光纤的衰减直接照射到光敏元件，再经过高放大倍数的信号处理电路放大，将有可能造成弧光保护误动。目前，各个厂家为了防止误动事件发生，将未连接光纤的传感器输入ST插头用黑色塑料帽盖住，遮挡环境光直接照射到光敏元件。但已经投运的传感器通道若出现光纤断裂或ST接头因振动脱落甚至检修人员误拆除ST接头，导致环境光直接照射到光敏元件，将很可能引起弧光保护误动。目前各厂家尚没有有效手段解决该问题。

2、传感器可靠性不够。

目前的传感器都采用单通道采集弧光信号的方式判断某处是否发生故障。一旦传感器任意一个环节出现错误，将有可能导致保护误动或者拒动。对于弧光保护来说，如果保护拒动，变压器后备过流保护会动作切除故障。但如果保护误动，将直接造成整条母线停电。因此，弧光保护误动造成的损失相对于拒动可能更严重。为了防止检修时的手电筒照射或其他环境光造成的弧光保护误动，紫外光型传感器只接收紫外光，可以有效防止干扰光造成的误动。但当光纤靠近光敏部分ST接头脱落或光纤断裂时，因为紫外光型传感器紫外光滤片是安装在靠近球面感光外壳一端，环境光仍可以造成紫外光型传感器误动。可见光型传感器灵敏度相对于紫外光型更高，但也更容易受到干扰光的影响，很容易误动。目前所有厂家都采用单一光谱和单一通道来采集弧光，其可靠性普遍不够高。

发明内容