一种风电弧光检测继电器工作原理分析与研究

摘要：电力系统中，一旦发生短路就会产生巨大的电弧光，产生很大的危害，电弧光的危害程度取决于电弧光的持续时间，所以只要能够快速的限制或者切断系统电源就可以有效地降低电弧光造成的损害。文章介绍了某款在风电机组中使用的进口电弧检测继电器，详细分析了该电弧检测继电器的电路工作原理及其工作状态，并对工作状态进行试验验证。关键词：电弧光；危害；电弧检测继电器；原理分析0

引言电力系统中一旦发生短路故障，就会产生巨大的电弧光，电弧光发生时产生很大的光能量辐射和很高的温度辐射，这些辐射对电力系统有着很大的破坏作用，有时还会造成操作人员的伤亡事故。电弧光的危害程度取决于电弧光的持续时间，所以只要能够快速的限制或者切断系统电源就可以有效地降低电弧光造成的损害。电弧光传感器检测电弧光的强度，将弧光信号传输给电弧光保护装置，进而根据电弧光的强度判断是否切断系统电源，有效保护电路安全。1

电弧检测继电器介绍1.1外观介绍图1电弧检测继电器601D0925S是一款产地为丹麦的电弧检测继电器（英文：ARCDETECTINGRELAY），在vestas风电机组V80上有应用，对弧光起保护作用。面板有2个按钮，1个电源指示灯。输入信号端子1、2、3外接电弧检测传感器，电源端子5、6接220-240V的交流电源，输出信号端子7外接继电器线圈，控制F60跳闸，端子6、8外接230VAC电源地。电弧保护原理是：电弧检测传感器检测到电弧光后，将光信号转化为电信号传给电弧检测继电器，电弧检测继电器经过判断信号强弱控制外部继电器D177是否动作，促使开关柜F60跳闸，机组断电，起到对电弧光保护功能。1.2风电机组中接线图在风电机组中的接线图如图2所示。图2电弧检测继电器接线图图3

D117外部继电器接线图图4高压测量表及F60高压开关柜接线图2电路原理分析2.1电路原理图图5电弧检测继电器电路原理图由电弧检测继电器的电路分析可知，该继电器电路主要由电源电路、电压比较电路、光耦电路、可控硅控制电路及外部开关按钮电路等组成。其中比较器芯片LM311、光耦TLP641、单向可控硅BT152在电路中是核心的元器件，对电路正常功能的实现起到决定性的作用。LM311各引脚功能：引脚1：GROUND/GND接地引脚2：INPUT+

正向输入端引脚3：INPUT-

反向输入端

引脚4：V-

电源负引脚5：BALANCE

平衡引脚6：BALANCE/STROBE平衡/选通引脚7：OUTPUT

输出端引脚8：V+

电源正2.2电路工作分析电路原理：由电弧检测传感器输出的电信号经输入端子1、2进入LM311构成的电压比较电路。在无电弧光或电弧光强度较弱时，芯片LM311的输入脚2、3为截止正电压。如以0V信号电源线为参考点，2脚电压V2约为9.5V左右，3脚电压V3约为8.9V，此时芯片V2>V3，1脚输出电压为0V，后续光耦电路及可控硅电路不动作。电弧光信号足够强时，电压比较电路工作，此时芯片LM311的2脚电压V2小于3脚电压V3，1脚输出15V电压。该电压经R4、C2引入到光耦芯片TLP641的阳极，使TLP641阳极得到足够电压触发发光二极管，驱动光控晶闸管进入导通状态，此时晶闸管阳极与阴极之间就相当于一个电阻。电压U1经R8、D4、晶闸管、R5进入单向可控硅门极，使可控硅BT152导通。U1经BT152降压后为外部继电器D177线圈供电，使D177线圈吸合，控制F60跳闸，对电弧光其保护作用。图6

D177继电器实物面板供电电源为220-240VAC，该机组中电源为230V。该电路中一共有2路电源。由原理图5知，一路电源经压敏保护电阻R11接降压变压器T1，进入整流电路D6，经电解电容C10滤波稳压得到稳定的24V电源，为比较器芯片LM311及其附属电路供电。另一路电源经整流二极管D5、滤波电容C9，电阻R9、R10分压、电解电容C7与C8滤波稳压后得到稳定的300V直流电压，经单向可控硅BT152（导通）输出电压，为外部继电器D177线圈供电。该电弧检测继电器面板中包含2个开关电路，分别为TEST开关电路和TRIP开关电路。TEST开关电路控制光耦电路是否动作；TRIP开关电路控制端子9、10的导通。3试验在电弧检测继电器601D0925S电路中，比较器芯片LM311、光耦TLP641以及可控硅BT152是比较重要的芯片，在电路正常工作过程中起着至关重要的作用。因此试验过程中，主要监测电路中比较重要点的波形，比较器LM311Pin1脚输出电压波形，光耦TLP641Pin1和Pin2之间电压波形及可控硅BT152门极触发电压波形。3.1负载端接电阻试验试验时，将端子7，8之间接大功率电阻。试验波形如下图所示。图7外接信号比较器输出及可控硅门极波形3.2负载端接继电器线圈试验试验时，将端子7，8之间接继电器。试验过程中，有外部触发信号时，继电器吸合。试验波形如下图所示。图8外接信号比较器输出及可控硅门极波形图9光耦输入端及可控硅电压波形4结束语通过对电弧检测继电器601D0925S的电路原理进行分析及电路板上电试验发现：可控硅触发后不可关断，只有断电重启后方可使可控硅关断。发生电弧光时，电弧检测传感器发生变化，电路板中比较器LM311引