CN105576616A - 一种用于高压电源系统的全隔离测量与保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于高压电源系统的全隔离测量与保护装置，包括有隔离供电单元、高压测控单元、光纤传输单元，隔离供电单元采用隔离变压器为高压测控单元供电，高压测控单元包括电压电流测控箱和A/D转换箱，电压电流测控箱具有三路模拟量电信号输入、两路模拟量电信号输出、六路数字量光输出，电压电流测控箱的控制电路将采集的电压信号、电流1信号和电流2信号与预设值分别进行比较，正常情况下当没有采样值超过预设值时，电光转换器发出光信号表示正常，当采样值超过预设值时，电光转换器撤除光信号表示故障，保护光信号通过光纤传输单元送至远程控制单元。本发明大大提高了系统工作的可靠性和安全性。
Description
技术领域
[0001]本发明主要涉及高压电源系统测控技术领域，尤其涉及一种用于高压电源系统的全隔离测量与保护装置。
背景技术
[0002]在高压电源系统中，输出电压和输出电流的测量一般具有以下两个作用，一是用于信号显示以及反馈控制，二是用于阈值保护。在控制系统中一般采用0-10VDC的电压信号，因此对于上万伏高压的电压信号以及数十至百安培的电流信号测量，一般通过高压分压器将高压电压变换为0-10VDC电压信号、通过电流传感器将输出电流变换为0-10VDC电压信号以后，再供给控制电路使用。
[0003]在测量系统的连接中，使用分压器连接的高压电压测量属于无隔离连接，使用电流传感器的电流测量有无隔离连接和隔离连接两种方式，使用分流器的电流测量属于无隔离连接，使用LEM器件的电流测量属于隔离连接，但是其隔离电压一般而言不超过5kVDC，完全取决于LEM器件自身的耐压等级，其几千伏的隔离电压相对于几十千伏的高压而言没有实际的工程意义。在高压电源系统工作的某些特殊情况下，如高压负载的短路、打火等，由于高压对地快速短路引起地线上的快速电压变化，其峰值可能达到上万伏，远远超过一般电气设备的耐压承受范围，从而导致测量设备的击穿损坏。
[0004]通常情况下，在没有对测量设备的安装结构进行充分设计与考虑的情况下，高压分压器、电流传感器以及测量控制箱等设备平面放置或者安装于控制柜中，在这种情况下，测量设备可以提供基本信号的测量、传输与显示等，但是当极限故障发生如负载打火时，地线上感应出近万伏的高压信号极易造成测量设备的击穿损坏，从而影响测量设备运行的可靠性和安全性。
[0005]因此，需要设计一种专门用于高压电源系统的电压电流信号测量与保护装置，保证其在各种正常工况以及故障工况下运行的可靠性和安全性，从而满足高压电源系统乃至上级监控系统的各种信号测量、快速联锁保护等要求。
发明内容
[0006]本发明旨在设计一种用于高压电源系统的全隔离测量与保护装置，实现高压输出电压信号、电流信号测量的同时参与系统阈值逻辑保护，保证测量设备在高压系统极限故障下能够承受高压的冲击，从而满足任意工况下保护负载以及高压自身的需求，提高系统工作的可靠性和安全性。
[0007]本发明采用的技术方案是:
一种用于高压电源系统的全隔离测量与保护装置，其特征在于:包括有隔离供电单元、高压测控单元、光纤传输单元，所述隔离供电单元采用隔离变压器为高压测控单元供电，所述高压测控单元包括电压电流测控箱和A/D转换箱，电压电流测控箱具有三路模拟量电信号输入，分别是一路电压信号和两路电流信号，两路电流信号输入实现电流测量与阈值保护的冗余控制，保证系统工作的可靠性和安全性；电压电流测控箱具有两路模拟量电信号输出，分别是一路电压信号和一路电流信号，电压电流测控箱中的控制电路将采集的电压信号和电流信号经过跟随电路后，送至A/D转换箱转换为光信号后通过光纤传输单元送至远程控制单元;电压电流测控箱具有六路数字量光输出，分别是两路过压保护信号、两路过流I保护信号和两路过流2保护信号，电压电流测控箱的控制电路将采集的电压信号、电流I信号和电流2信号与预设值分别进行比较，正常情况下当没有采样值超过预设值时，电光转换器发出光信号表示正常，当采样值超过预设值时，电光转换器撤除光信号表示故障，保护光信号通过光纤传输单元送至远程控制单元，从而实现系统的快速逻辑保护，每路保护采用双通道输出，同样是实现故障保护的冗余控制。
[0008]所述的用于高压电源系统的全隔离测量与保护装置，其特征在于:所述电压电流测控箱的电压信号输入端连接高压分压器，高压分压器设置在绝缘垫上。
[0009]所述的用于高压电源系统的全隔离测量与保护装置，其特征在于:所述电压电流测控箱的三路模拟量电信号输入，分别是一路来自高压分压器的电压信号和两路来自LEM器件的电流信号。
[0010]所述的用于高压电源系统的全隔离测量与保护装置，其特征在于:所述高压测控单元、LEM器件安装在控制柜中，隔离供电单元安装在绝缘支撑柜中，控制柜设置在绝缘支撑柜上。
[0011]本发明的原理是:
对于高压电源系统而言，当极限故障发生如负载打火时，地线上感应出近万伏的高压信号极易造成测量设备的击穿损坏，这一动态过程非常复杂，单纯的依靠电路设计无法根本性解决这一问题，经过长期的实践经验和理论分析，针对这一问题，本发明通过完善电路设计和改进外部的绝缘支撑安装结构两种方式结合来解决的，大大降低了故障时测量设备击穿损坏的概率，提高了测量设备运行的可靠性和安全性。
[0012]本发明的优点是:
本发明为EAST核聚变装置上140GHz电子回旋共振加热系统的稳定运行提供了可靠的技术保障，在这种结构下，可以有效的阻断电气设备被高压击穿的通路，当高压输出60kVDC对地短路时，测量设备可以承受高压的冲击无击穿损坏，实现了正常态和故障态下电压电流信号的采样、显示、反馈控制以及阈值保护，满足了回旋管对于电源保护的快速性、稳定性等要求，大大提高了系统工作的可靠性和安全性。
附图说明
[0013]图1为本发明的基本原理图。
[0014]图2为电压电流信号采样和比较原理示意图。
[0015]图3为本发明的外部绝缘支撑的安装效果图。
具体实施方式
[0016]如图1-3所示，一种用于高压电源系统的全隔离测量与保护装置，包括有隔离供电单元1、高压测控单元2、光纤传输单元3，隔离供电单元I采用隔离变压器4为高压测控单元2供电，高压测控单元2包括电压电流测控箱5和A/D转换箱6，电压电流测控箱5具有三路模拟量电信号输入，分别是一路电压信号和两路电流信号，两路电流信号输入实现电流测量与阈值保护的冗余控制，保证系统工作的可靠性和安全性;电压电流测控箱5具有两路模拟量电信号输出，分别是一路电压信号和一路电流信号，电压电流测控箱5中的控制电路将采集的电压信号和电流信号经过跟随电路后，送至A/D转换箱6转换为光信号后通过光纤传输单元3送至远程控制单元；电压电流测控箱5具有六路数字量光输出，分别是两路过压保护信号、两路过流I保护信号和两路过流2保护信号，电压电流测控箱的控制电路将采集的电压信号、电流I信号和电流2信号与预设值分别进行比较，正常情况下当没有采样值超过预设值时，电光转换器发出光信号表示正常，当采样值超过预设值时，电光转换器撤除光信号表示故障，保护光信号通过光纤传输单元3送至远程控制单元，从而实现系统的快速逻辑保护，每路保护采用双通道输出，同样是实现故障保护的冗余控制。
[0017]电压电流测控箱5的电压信号输入端连接高压分压器7，高压分压器7设置在绝缘垫8上。
[0018]电压电流测控箱5的三路模拟量电信号输入，分别是一路来自高压分压器7的电压信号和两路来自LEM器件的电流信号。
[0019]高压测控单元2、LEM器件安装在控制柜9中，隔离供电单元I安装在绝缘支撑柜10中，控制柜9设置在绝缘支撑柜10上。
Claims (4)
1.一种用于高压电源系统的全隔离测量与保护装置，其特征在于:包括有隔离供电单元、高压测控单元、光纤传输单元，所述隔离供电单元采用隔离变压器为高压测控单元供电，所述高压测控单元包括电压电流测控箱和A/D转换箱，电压电流测控箱具有三路模拟量电信号输入，分别是一路电压信号和两路电流信号；电压电流测控箱具有两路模拟量电信号输出，分别是一路电压信号和一路电流信号，电压电流测控箱中的控制电路将采集的电压信号和电流信号经过跟随电路后，送至A/D转换箱转换为光信号后通过光纤传输单元送至远程控制单元；电压电流测控箱具有六路数字量光输出，分别是两路过压保护信号、两路过流I保护信号和两路过流2保护信号，电压电流测控箱的控制电路将采集的电压信号、电流I信号和电流2信号与预设值分别进行比较，正常情况下当没有采样值超过预设值时，电光转换器发出光信号表示正常，当采样值超过预设值时，电光转换器撤除光信号表示故障，保护光信号通过光纤传输单元送至远程控制单元。
2.根据权利要求1所述的用于高压电源系统的全隔离测量与保护装置，其特征在于:所述电压电流测控箱的电压信号输入端连接高压分压器，高压分压器设置在绝缘垫上。
3.根据权利要求2所述的用于高压电源系统的全隔离测量与保护装置，其特征在于:所述电压电流测控箱的三路模拟量电信号输入，分别是一路来自高压分压器的电压信号和两路来自LEM器件的电流信号。
4.根据权利要求3所述的用于高压电源系统的全隔离测量与保护装置，其特征在于:所述高压测控单元、LEM器件安装在控制柜中，隔离供电单元安装在绝缘支撑柜中，控制柜设置在绝缘支撑柜上。
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