CN103412231A - 配电短路自检装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种配电短路自检装置，包括检测电压源模块、切换开关模块、母线连接及参数测量模块、检测电压源模块。本发明还提供相应的配电短路自检方法。在本发明中，先将检测电压加载在负载上，根据经设定的判据判断负载是否发生短路；如果没有负载发生短路，则将负载与母线相连以将母线电压加载到负载上；如果有负载发生短路，则使母线连接及参数测量模块上不加载母线电压和检测电压。这样就避免了在负载短路时直接将负载连接到母线的情况下，给负载加上母线电压时会给回路中的用电设备以及母线上的其他用电设备造成的不利影响，防止其它用电设备受到强电流的冲击，因此本发明能够广泛应用于电力电气等诸多领域。

Description

配电短路自检装置及方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及配电短路保护装置，尤其是一种配电短路自检装置及方法。

背景技术

随着国民经济的快速发展，社会对电力的需求不断增加，带动了电力系统的不断发展，电力系统之间的互联规模越来越大，短路故障对电力系统能够及其相连的电气设备的破坏性也越来越大。

配电器是供电的载体，其稳定性和安全性直接关系到用电设备的供电安全，具有重要的经济和社会意义。目前，通常采用断路器对短路电流全额开断，其不足之处是，在负载短路的情况下，从配电器给负载加额定电压到过流保护断开负载电压的过程中，会形成很强的电流冲击，对回路中的用电设备以及母线上的其他用电设备造成不利影响。

经检索发现，申请号为201120262359.8的中国实用新型提供了一种输配电线路短路接地故障检测设备，该检测设备包括：线路电流跟踪及转化电路，将线路电流信号转化成直流电压信号；线路电流检测电路，对直流电压信号进行突变状态的判断以及对线路电流突变前后的线路电流值进行采样；微处理器电路，配置用于：当出现突变状态时，计算突变前后的电流值，并在If/I0＞Ri的情况下依据该突变的变比率判断短路故障，其中If、I0分别是突变后和突变前的线路电流，Ri是变比率常数。

但是该实用新型的主要特征在于在线跟踪电网上的电流变化配电线路短路接地故障检测设备率，以此来判断电网上是否发生短路故障。该专利无法解决某些技术问题，尤其是本专利将要解决的问题。但是不能避免负载短路时直接将负载连接到母线的情况下，负载加上母线电压时给回路中的用电设备以及母线上的其他用电设备造成的不利影响。

发明内容

针对现有技术的不足之处，本发明提供一种配电短路自检装置，解决了在负载短路的情况下，避免从配电器给负载加额定电压到过流保护断开负载电压的过程中所形成的强电流冲击，从而不会对回路中的用电设备以及母线上的其他用电设备造成不利影响。

根据本发明的一个方面，提供一种配电短路自检装置，包括如下装置：

检测电压源模块，用于产生一个经设定电压值的检测电压，并将该检测电压加载到切换开关模块，作为整个配电器系统的检测电压源；

切换开关模块，用于根据控制模块的控制，对负载通过母线连接及参数测量模块与母线之间、以及与检测电压源之间的连接进行通断切换；

母线连接及参数测量模块，与切换开关模块相连，用于负责测量负载上的参数，并将测得的测量参数传递给控制模块；

控制模块根据测量参数和上位机指令，按照经设定的判据控制切换开关模块对负载通过母线连接及参数测量模块与母线之间、以及与检测电压源之间的连接进行通断切换。

优选地，切换开关模块包括MOSFET及驱动模块A、以及MOSFET及驱动模块B，其中，MOSFET及驱动模块A根据控制模块的控制命令，切换母线电压与母线连接及参数测量模块之间的通断；MOSFET及驱动模块B根据控制模块的控制命令，切换检测电压与母线连接及参数测量模块之间的通断。

优选地，母线连接及参数测量模块包括母线连接及电流取样电路、以及模数转换器件，其中，母线连接及电流取样电路用于负责连接母线、以及将母线和/或负载上的电参数转换成模拟电信号并将模拟电信号传送给模数转换器件，模数转换器件用于将接收自母线连接及电流取样电路的模拟电信号转换成数字电信号传送给控制模块，负载通过母线连接及电流取样电路与切换开关模块连接。

优选地，负载通过母线连接及电流取样电路分别与MOSFET及驱动模块A、以及MOSFET及驱动模块B连接。

优选地，检测电压源模块包括开关电源，控制模块包括CPU。

优选地，控制模块在控制切换开关模块将负载与母线相连、将额定电压加载到负载上之前，会控制切换开关模块将负载与检测电压源模块相连，将检测电压加载在负载上，然后读取来自母线连接及参数测量模块的测量参数，根据经设定的判据判断负载是否发生短路；

如果没有发生负载短路，则控制模块控制切换开关先将负载与检测电压源模块断路，然后将负载与母线相连以将母线电压加载到负载上；如果发生负载短路，则控制模块控制切换开关模块，使母线连接及参数测量模块断开与母线电压和检测电压的连通。

根据本发明的另一个方面，还提供一种配电短路自检方法，包括如下步骤：

步骤1：将负载与母线断开，将负载连接检测电压源以使检测电压加载在负载上，然后测量负载上的参数，得到测量参数；

步骤2：根据测量参数，按照经设定的判据控制负载与母线之间、以及与检测电压源之间的连接进行通断切换。

优选地，所述步骤1包括如下步骤：

步骤1.1：接收来自上位机的给负载加额定电压的上位机指令；

步骤1.2：根据上位机指令，将母线电压与负载的母线连接及电流取样电路断开；

步骤1.3：将检测电压通过母线连接及电流取样电路加载到负载上；

步骤1.4：在预设定时间后通过模数转换器件从母线连接及电流取样电路处读取电流值。

优选地，所述步骤2包括如下步骤：

步骤2.1：根据经设定的判据判断负载是否发生短路；如果发生负载短路，则进入步骤2.2A继续执行；如果没有发生负载短路，则进入步骤2.2B继续执行；

步骤2.2A：当发生负载短路时，则切断负载与检测电压源之间的连接；

步骤2.2B：当没有发生负载短路时，则先断开负载与检测电源源模块的连接，然后将负载连接母线，使得母线电压加载到负载上。

优选地，所述步骤2.1包括如下步骤：

步骤2.1.1：判断通过步骤1.4读取的所述电流值是否大于设定阈值；若所述电流值大于设定阈值，则判断为发生负载短路；若所述电流值小于或等于设定阈值，则判断为没有发生负载短路。

与现有技术相比，本发明通过控制模块在控制切换开关将负载与母线相连以将额定电压加载到负载上之前，会通过切换开关先令负载与检测电压源模块相连，将检测电压加载在负载上，然后读取来自母线连接及参数测量模块电参数，根据经设定的判据判断负载是否发生短路。如果没有负载发生短路，控制模块会控制切换开关将负载与母线相连以将母线电压加载到负载上。如果有负载发生短路，则控制模块会控制切换开关模块，使母线连接及参数测量模块上不加载母线电压和检测电压。这样就避免了在负载短路时直接将负载连接到母线的情况下，给负载加上母线电压时会给回路中的用电设备以及母线上的其他用电设备造成的不利影响，防止其它用电设备受到强电流的冲击。因此本发明能够广泛应用于电力电气等诸多领域。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1、图2为本发明提供的配电短路自检装置的结构示意图；

图3为本发明提供的配电短路自检方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明提供的所述配电短路自检装置主要包括四个模块：控制模块、切换开关模块、母线连接及参数测量模块、检测电压源模块，具体地：

所述检测电压源模块，用于产生一个经设定电压值的检测电压，并将该检测电压加载到切换开关模块，作为整个配电器系统的检测电压源；

所述切换开关模块，用于在控制模块的控制下，切换母线连接及参数测量模块与母线之间的通断，以及切换母线连接及参数测量模块与检测电压源模块之间的通断；

所述母线连接及参数测量模块，用于与切换开关模块相连，并负责测量负载上的参数以得到测量参数，并将测量参数传递给控制模块；优选地，所述测量参数为负载回路中的电流值；

所述控制模块根据接收自母线连接及参数测量模块发送的测量参数、以及上位机发送的上位机指令，根据经设定的判据，控制切换开关模块，通过切换开关模块控制具体是母线与母线连接及参数测量模块相连，还是检测电压源模块与母线连接及参数测量模块相连，或者母线连接及参数测量模块与母线、检测电压源模块都不相连。

更为具体地，如图2所示，本领域技术人员可以将图2所示的实施例视为图1所示实施例的一个优选例。在图2所示的实施例中，控制模块主要由CPU实现，切换开关模块包括MOSFET及驱动模块A、以及MOSFET及驱动模块B，其中，MOSFET及驱动模块A根据控制模块的控制命令，切换母线电压与母线连接及参数测量模块之间的通断；MOSFET及驱动模块B根据控制模块的控制命令，切换检测电压与母线连接及参数测量模块之间的通断，负载通过母线连接及电流取样电路分别与MOSFET及驱动模块A、以及MOSFET及驱动模块B连接。。母线连接及参数测量模块包括母线连接及电流取样电路、以及模数转换器件，其中，母线连接及电流取样电路用于负责连接母线、以及将母线上的电参数转换成模拟电信号并将模拟电信号传送给模数转换器件，模数转换器件用于将接收自母线连接及电流取样电路的模拟电信号转换成数字电信号传送给控制模块，负载通过母线连接及电流取样电路与切换开关模块连接。

进一步地，CPU接收上位机指令和模数转换器件的数字电信号根据设定的判据，分别控制两个MOSFET及驱动模块A、B。检测电压源主要由开关电源实现。MOSFET及驱动模块A接收CPU的控制命令，控制母线电压与母线连接及电流取样电路的通断；MOSFET及驱动模块B接收CPU的控制命令控制检测电压与母线连接及电流取样电路的通断。母线连接及电流取样电路负责连接母线，并负责将母线上的电参数转换成模拟电信号并将模拟电信号传送给模数转换器件上，模数转换器件将接收来此母线连接及电流取样电路的模拟电信号转换成数字电信号传送给CPU，其中，母线连接及参数测量模块优选地选用霍尔元件或取样电阻等元器件实现。

在一个优选的具体实施方式中，通过控制模块在控制切换开关将负载与母线相连以将额定电压加载到负载上之前，会通过切换开关先令负载与检测电压源模块相连，将检测电压加载在负载上，然后读取来自母线连接及参数测量模块电参数，根据经设定的判据判断负载是否发生短路。优选地，当检测电压加载到负载上后，母线连接及参数测量模块测量负载上的电流值，并将该电流值传送给控制模块，控制模块判断该电流值是否超过设定阈值，若超过，则通过切换开关模块将检测电压源模块与负载断路，若没有超过，则将断开检测电压源模块与负载，将母线通过母线连接及参数测量模块连接至负载，以使得母线电压能够加载到负载上。

与上述检测电压源模块与负载相应地，本发明还提供了一种配电短路自检方法。具体地，所述配电短路自检方法包括如下步骤：

步骤1：将负载与母线断开，将负载连接检测电压源以使检测电压加载在负载上，然后测量负载上的参数，得到测量参数；

其中，所述步骤1包括如下步骤：

步骤1.1：接收来自上位机的给负载加额定电压的上位机指令；

步骤1.2：根据上位机指令，将母线电压与负载的母线连接及电流取样电路断开；

步骤1.3：将检测电压通过母线连接及电流取样电路加载到负载上；

步骤1.4：在预设定时间后通过模数转换器件从母线连接及电流取样电路处读取电流值。

步骤2：根据测量参数，按照经设定的判据控制负载与母线之间、以及与检测电压源之间的连接进行通断切换；

其中，所述步骤2包括如下步骤：

步骤2.1：根据经设定的判据判断负载是否发生短路；如果发生负载短路，则进入步骤2.2A继续执行；如果没有发生负载短路，则进入步骤2.2B继续执行；优选地，所述步骤2.1包括步骤2.1.1：判断通过步骤1.4读取的所述电流值是否大于设定阈值；若所述电流值大于设定阈值，则判断为发生负载短路；若所述电流值小于或等于设定阈值，则判断为没有发生负载短路；

步骤2.2A：当发生负载短路时，则切断负载与检测电压源之间的连接；

步骤2.2B：当没有发生负载短路时，则先断开负载与检测电源源模块的连接，然后将负载连接母线，使得母线电压加载到负载上。

在一个优选例中，如图2所示，所述配电短路自检方法包括如下步骤：

步骤一：CPU接收到上位机给负载加额定电压的上位机指令；

步骤二：CPU控制MOSFET及驱动模块A将母线电压与母线连接及电流取样电路断开；CPU控制MOSFET及驱动模块B将检测电压送至母线连接及电流取样电路上；

步骤三：CPU在设定时间后从模数转换器件读取负载上的电流值

步骤四：检查该电流值是否符合要求。如果符合设定要求，转步骤五；如果不符合设定要求转步骤六；优选地，当该电流值未超过设定阈值则判断为符合设定要求，否则，则判断不符合设定要求；

步骤五：CPU控制MOSFET及驱动模块A将母线电压送至母线连接及电流取样电路上；CPU控制MOSFET及驱动模块B将检测电压与母线连接及电流取样电路断开；

步骤六：CPU控制MOSFET及驱动模块A将母线电压与母线连接及电流取样电路断开；CPU控制MOSFET及驱动模块B将检测电压与母线连接及电流取样电路断开。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种配电短路自检装置，其特征在于，包括如下装置：

检测电压源模块，用于产生一个经设定电压值的检测电压，并将该检测电压加载到切换开关模块，作为整个配电器系统的检测电压源；

切换开关模块，用于根据控制模块的控制，对负载通过母线连接及参数测量模块与母线之间、以及与检测电压源之间的连接进行通断切换；

母线连接及参数测量模块，与切换开关模块相连，用于负责测量负载上的参数，并将测得的测量参数传递给控制模块；

控制模块根据测量参数和上位机指令，按照经设定的判据控制切换开关模块对负载通过母线连接及参数测量模块与母线之间、以及与检测电压源之间的连接进行通断切换。

2.根据权利要求1所述的配电短路自检装置，其特征在于，切换开关模块包括MOSFET及驱动模块A、以及MOSFET及驱动模块B，其中，MOSFET及驱动模块A根据控制模块的控制命令，切换母线电压与母线连接及参数测量模块之间的通断；MOSFET及驱动模块B根据控制模块的控制命令，切换检测电压与母线连接及参数测量模块之间的通断。

3.根据权利要求1或2所述的配电短路自检装置，其特征在于，母线连接及参数测量模块包括母线连接及电流取样电路、以及模数转换器件，其中，母线连接及电流取样电路用于负责连接母线、以及将母线和/或负载上的电参数转换成模拟电信号并将模拟电信号传送给模数转换器件，模数转换器件用于将接收自母线连接及电流取样电路的模拟电信号转换成数字电信号传送给控制模块，负载通过母线连接及电流取样电路与切换开关模块连接。

4.根据权利要求3所述的配电短路自检装置，其特征在于，负载通过母线连接及电流取样电路分别与MOSFET及驱动模块A、以及MOSFET及驱动模块B连接。

5.根据权利要求1所述的配电短路自检装置，其特征在于，检测电压源模块包括开关电源，控制模块包括CPU。

6.根据权利要求1所述的配电短路自检装置，其特征在于，控制模块在控制切换开关模块将负载与母线相连、将额定电压加载到负载上之前，会控制切换开关模块将负载与检测电压源模块相连，将检测电压加载在负载上，然后读取来自母线连接及参数测量模块的测量参数，根据经设定的判据判断负载是否发生短路；

如果没有发生负载短路，则控制模块控制切换开关先将负载与检测电压源模块断路，然后将负载与母线相连以将母线电压加载到负载上；如果发生负载短路，则控制模块控制切换开关模块，使母线连接及参数测量模块断开与母线电压和检测电压的连通。

7.一种配电短路自检方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将负载与母线断开，将负载连接检测电压源模块以使检测电压加载在负载上，然后测量负载上的参数，得到测量参数；

步骤2：根据测量参数，按照经设定的判据控制负载与母线之间、以及与检测电压源之间的连接进行通断切换。

8.根据权利要求7所述的配电短路自检方法，其特征在于，所述步骤1包括如下步骤：

步骤1.1：接收来自上位机的给负载加额定电压的上位机指令；

步骤1.2：根据上位机指令，将母线电压与负载的母线连接及电流取样电路断开；

步骤1.3：将检测电压通过母线连接及电流取样电路加载到负载上；

步骤1.4：在预设定时间后通过模数转换器件从母线连接及电流取样电路处读取电流值。

9.根据权利要求7或8所述的配电短路自检方法，其特征在于，所述步骤2包括如下步骤：

步骤2.1：根据经设定的判据判断负载是否发生短路；如果发生负载短路，则进入步骤2.2A继续执行；如果没有发生负载短路，则进入步骤2.2B继续执行；

步骤2.2A：当发生负载短路时，则切断负载与检测电压源之间的连接；

步骤2.2B：当没有发生负载短路时，则先断开负载与检测电源源模块的连接，然后将负载连接母线，使得母线电压加载到负载上。

10.根据权利要求9所述的配电短路自检方法，其特征在于，所述步骤2.1包括如下步骤：

步骤2.1.1：判断通过步骤1.4读取的所述电流值是否大于设定阈值；若所述电流值大于设定阈值，则判断为发生负载短路；若所述电流值小于或等于设定阈值，则判断为没有发生负载短路。

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