CN103219716B - 变电站电源系统馈线短路和过载的保护方法及其保护装置 - Google Patents

Abstract

一种变电站电源系统馈线短路和过载的保护装置包括设置于支路馈线上的电流检测装置（10）、并联于负载FR的控制电路（20）、控制器CPU以及辅助电源PS，所述电流检测装置（10）及控制电路（20）分别连接于所述控制器CPU，所述辅助电源PS分别连接控制器CPU及支路馈线。检测电源系统中通讯系统各支路馈线上的电流值；当被检测支路馈线上的电流值超过设定值时，将该支路馈线短路，当该支路馈线上的总电流超过保护系统中空气开关设定的脱扣值时，空气开关脱扣。本发明的技术方案比较经济、有效和可靠，提高了功率开关管工作的可靠性，开关管的使用不需较大的降额，也无需较大的散热器给其散热，降低了装置的体积和成本。

Description

变电站电源系统馈线短路和过载的保护方法及其保护装置

技术领域

本发明涉及变电站电源技术，特别涉及变电站一体化电源系统中支路馈线短路和过载的保护方案。

背景技术

交直流一体化电源系统广泛地应用于电力行业，尤其是在变电站，一体化电源系统中的通信电源解决方案采用的是DC/DC变换的方式，使用DC/DC装置将一体化电源中的电力操作电源的输出母线电压（220V/110V)变换成48V电压，再集中送到通信电源的母线，再经各馈线单元给交换机等通信负载供电。通信行业中，通信电源系统承担着向电力系统交换机、光端设备、PCM设备、微波设备等通信设备供电的任务，是所有通信设备的“心脏”一旦发生供电中断，通信系统、超高压输电线路高频保护及电网安全稳定装置通道、调度自动化远动信息通道将无法运行，将极大地威胁电力系统的安全稳定运行。与传统的通信电源系统相比，一体化电源中的通信母线无蓄电池组，这种方案存在一个严重的技术缺陷，当某条馈线支路上的通信负载发生过载或短路故障，尤其是过载故障，由于DC/DC装置输出电流能力是有限的，不像蓄电池那样可以通过高倍率放电提供大电流，空气开关只能处于两段式保护中的延时脱扣阶段，不能瞬时分断过载的支路，而DC/DC装置会在空气开关脱扣之前进入限流状态，致使通信母线的电压跌落，而这种情况比较严重时，有可能使母线电压跌落至低于通信设备所能接受的最低工作电压（标准中是36V）造成所有通信设备因输入欠压关机，通信设备因掉电关机或重新启动这在电力行业是不允许的。

发明内容

本发明提供一种短路和过载保护技术，采用自动控制短路的方式，促使空气开关及时关断，解决现有技术中空气开关不能及时分断过载支路的技术问题。

本发明为解决上述技术问题而提供的这种保护装置包括设置于支路馈线上的电流检测装置、并联于负载FR的控制电路、控制器CPU以及辅助电源PS，所述电流检测装置及控制电路分别连接于所述控制器CPU，所述辅助电源PS分别连接控制器CPU及支路馈线，所述电流检测装置为闭环行霍尔电流传感器HALL，该闭环行霍尔电流传感器HALL与支路馈线上空气开关K串联，所述控制电路包括与负载FR并联的功率开关管S及其驱动电路，该驱动电路连接所述控制器CPU，所述控制电路还包括与所述功率开关管S串联的自恢复过流保护器RT。

上述保护装置的保护方法则包括以下步骤： A.检测电源系统中通讯系统各支路馈线上的电流值，检测电流值是采用霍尔电流传感器检测。 B.当被检测支路馈线上的电流值超过设定值时，将该支路馈线短路，使该支路馈线上的总电流激增；本步骤具体包括以下分步骤： B1.将步骤A中检测到的电流值转换为电压信号，并将该信号传送到控制器中； B2.控制器将该信号与设定值进行比较，当超过该设定值时，驱动控制电路对该支路馈线进行短路处理，所述的控制电路包括与负载并联的功率开关管，控制器通过控制该功率开关管的导通来实现对支路馈线的短路，所述的控制电路通过在功率开关管上串联自恢复过流保护器来保护功率开关管的安全，所述的设定值是以保护系统中空气开关额定电流的2～3倍为基准，换算成相应的电压值，与步骤A中检测并转换的电压信号进行比较。 C.当该支路馈线上的总电流超过保护系统中空气开关设定的脱扣值时，空气开关脱扣。

本发明的技术方案比较经济、有效和可靠，大大提高了功率开关管工作的可靠性，且开关管的使用不需较大的降额，也无需较大的散热器给其散热，降低了装置的体积和成本；另外本发明接线简单，可以很容易的用于改造现有的一体化电源系统，为系统增加这个功能。

附图说明

图1是本发明短路和过载保护装置的接线示意图。

具体实施方式

结合附图1说明本发明的具体实施例。

由图1中可知，本发明变电站电源系统馈线短路和过载的保护装置包括设置于支路馈线上的电流检测装置10、并联于负载FR的控制电路20、控制器CPU以及辅助电源PS，所述电流检测装置10及控制电路20分别连接于所述控制器CPU，所述辅助电源PS分别连接控制器CPU及支路馈线，所述电流检测装置10为闭环行霍尔电流传感器HALL，该闭环行霍尔电流传感器HALL与支路馈线上空气开关K串联，所述控制电路20包括与负载FR并联的功率开关管S及其驱动电路21，该驱动电路21连接所述控制器CPU，还包括与该功率开关管S串联的自恢复过流保护器RT，本发明的系统中与正负母线M+,M-可以并联有多个支路101、102…10n等等，所以，负载可能是多个负载，在附图中分别用FR1、FR1…FRn表示，空气开关同样也用K1、K1…Kn表示。

当支路发生过载故障时，我们人为地将该支路馈线进行短路，使该支路进入短路状态使空气开关脱扣。主要原理是通过一单片机系统，以及在馈线上用霍尔电流传感器检测馈线上的电流，转换为电压信号并作作延时、滤波等处理送入单片机A/D转换器，当单片机检测到馈线上的电流达到空气开关额定电流的2-3倍时，单片机输出I/O信号再经驱动电路驱动功率开关管，此开关管并联在负载两端，开关管的开通将该支路馈线短路，当馈线总电流达到10倍左右的空开额定电流时，该支路馈线上的空气开关在10ms内可靠地脱扣。为了保护开关管，在开关管的回路上串入一个合适的自恢复过流保护器，用来限制开关管回路上的最大电流，保证开关管安全可靠地工作。

目前相对可行的另外一种方案是采用电子开关代替空气开关，其内部通过电流检测控制功率开关管的通断来保护电源，当馈线负载正常时功率开关一直处于开通状态，开关管发热严重，需要较大的散热器给其散热，降低了开关管的工作可靠性，也增加了装置的体积和成本，另外为了避开大功率通信设备上电设备内部电源输入端的滤波电容充电产生的浪涌冲击电流，电子开关检测到过流信号时需要延时一段时间才能关断保护，这个延时时间设置不当在出现短路时很容易把电子开关冲坏，可靠性较差；本发明方案中当馈线负载正常时，功率开关管一直处于截止状态，也不影响主回路的正常工作，只有当馈线过载时功率开关管瞬时导通，空气开关脱扣后又工作在截止状态。因此，大大提高了功率开关管工作的可靠性，且开关管的使用不需较大的降额，也无需较大的散热器给其散热，降低了装置的体积和成本。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种变电站电源系统馈线短路和过载的保护方法，其特征在于：该方法包括以下步骤： A.检测电源系统中通讯系统各支路馈线上的电流值； B.当被检测支路馈线上的电流值超过设定值时，将该支路馈线短路，使该支路馈线上的总电流激增； C.当该支路馈线上的总电流超过保护系统中空气开关设定的脱扣值时，空气开关脱扣。

2.根据权利要求1所述的保护方法，其特征在于：步骤A中检测电流值是采用霍尔电流传感器检测。

3.根据权利要求1或2所述的保护方法，其特征在于：步骤B中包括以下分步骤： B1.将步骤A中检测到的电流值转换为电压信号，并将该信号传送到控制器中； B2.控制器将该信号与设定值进行比较，当超过该设定值时，驱动驱动电路对该支路馈线进行短路处理。

4.根据权利要求3所述的保护方法，其特征在于：步骤B2中所述的驱动电路包括与负载并联的功率开关管，控制器通过控制该功率开关管的导通来实现对支路馈线的短路。

5.根据权利要求4所述的保护方法，其特征在于：步骤B2中所述的驱动电路通过在功率开关管上串联自恢复过流保护器来保护功率开关管的安全。

6.根据权利要求3所述的保护方法，其特征在于：步骤B2中所述的设定值是以保护系统中空气开关额定电流的2～3倍为基准，换算成相应的电压值，与步骤A中检测并转换的电压信号进行比较。

7.一种用于实现权利要求1至6中任一项所述保护方法的保护装置，其特征在于：该保护装置包括设置于支路馈线上的电流检测装置（10）、并联于负载FR的控制电路（20）、控制器CPU以及辅助电源PS，所述电流检测装置（10）及控制电路（20）分别连接于所述控制器CPU，所述辅助电源PS分别连接控制器CPU及支路馈线。

8.根据权利要求7所述的保护装置，其特征在于：所述电流检测装置（10）为闭环行霍尔电流传感器HALL，该闭环行霍尔电流传感器HALL与支路馈线上空气开关K串联。

9.根据权利要求7或8所述的保护装置，其特征在于：所述控制电路（20）包括与负载FR并联的功率开关管S及其驱动电路（21），该驱动电路（21）连接所述控制器CPU。

10.根据权利要求9所述的保护装置，其特征在于：所述控制电路（20）还包括与所述功率开关管S串联的自恢复过流保护器RT。