CN108258671B - 短路电流泄流装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种短路电流泄流装置及方法，涉及电力安全技术领域。所述装置包括：信号采集模块、信号隔离变送模块、控制模块及开关模块；所述信号采集模块用于采集电路中的电流信号；所述信号隔离变送模块连接在所述信号采集模块与所述控制模块之间，还连接于控制模块与开关模块之间，控制模块输出的控制信号经由信号隔离变送模块作用于开关模块，用于控制开关模块的通断状态；当开关模块闭合时构成接地的泄流支路。本发明实施例提供的短路电流泄流装置及方法通过控制模块在电路中电流过大时自动控制开关模块闭合，使电路中的电流经由开关模块流至大地进行泄流，从而降低电路中的短路电流，解决断路器因电路中电流过大无法断开的问题。

Description

短路电流泄流装置及方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，具体而言，涉及一种短路电流泄流装置及方法。

背景技术

电力网规模的逐渐扩大、互联程度的不断增加以及各种大型电站特别是风电站和光伏电站的接入使得当前电力网故障电流水平逼近甚至严重超过现有断路器容量的上限。目前，通常使用继电器保护装置来保护电力系统，继电器保护装置通过电压互感器和电流互感器采集的数据来判断电力系统是否发生故障，当检测到电力系统故障时，发出跳闸命令，使断路器断开。然而，当故障电流过大，超过断路器最大切断电流时，断路器则无法切断故障电流，可能引发严重的事故。

根据工作方式可将现有技术中的故障限流器分为两大类：

一是基于开关技术的故障限流器，包括固态故障限流器、谐振型故障限流器、串联补偿型故障限流器、基于TPSC技术的串联谐振型故障限流器等。此类故障限流器均利用串联谐振原理构成电流限制器，电感与电容串联谐振时呈现小电阻；当故障时，控制并联于电容两端的开关器件导通，电容器被故障失效，从而电感起限流作用。这类故障限流器主要以大功率电力电子开关作为主旁路技术，要制作高电压大容量故障限流器往往需要多个器件串联或并联，造价昂贵并且难以保障其可靠性。

二是基于元件突增特性的故障限流器，包括超导型故障限流器、正温度系数(Positive Temperature Coefficient，PTC)故障限流器等。其原理为：超导材料串联在电网中，在流过正常负荷电流时，呈现零电阻；当流过较大的故障电流时，超导材料呈现大电阻。这类基于新材料、新技术发展起来的故障限流器、高压限流熔断器，由于受材料物理特性的制约，允许的最大电流值非常有限，存在较长的恢复时间，远不能满足电力系统高电压大容量的需求，并且此类故障限流器受发热影响较大，无法实现多次使用。

发明内容

为了克服现有技术中的上述不足，本发明的目的在于提供一种短路电流泄流装置及方法，其中，所述装置通过控制模块在电路中电流过大时自动控制开关模块闭合，使电路中的电流经由所述开关模块流至大地进行泄流，从而降低电路中的短路电流，解决断路器因电路中电流过大无法断开的问题。

为了实现上述目的，本发明较佳实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供一种短路电流泄流装置，用于抑制电路中的短路电流，所述装置包括：信号采集模块、信号隔离变送模块、控制模块及开关模块；其中，

所述信号采集模块用于采集连接有该信号采集模块的电路的电流信号；

所述信号隔离变送模块连接在所述信号采集模块与所述控制模块之间，用于将所述信号采集模块采集的电流信号经过转换和过滤处理后传送至所述控制模块；

所述信号隔离变送模块还连接于所述控制模块与所述开关模块之间，所述控制模块根据信号采集模块采集的电流信号生成的控制信号经由所述信号隔离变送模块作用于所述开关模块，用于控制所述开关模块的通断状态；

所述开关模块的一端连接于所述电路中，所述开关模块的另一端接地，在所述开关模块处于闭合状态时，所述电路中的短路电流经由所述开关模块进行泄流。

可选地，所述开关模块包括输入端、输出端及控制端，所述开关模块的输入端与所述电路电性连接，所述开关模块的输出端接地，所述开关模块的控制端经由所述信号隔离变送模块与所述控制模块连接，所述开关模块的通断状态根据所述控制模块输出的控制信号进行调整。

可选地，所述开关模块包括多组串联有电阻的快速开关，所述多组串联有电阻的快速开关相互并联。

进一步地，所述信号隔离变送模块包括第一转换单元、第一过滤单元、第二转换单元及第二过滤单元；

所述信号采集模块经由所述第一转换单元和第一过滤单元与所述控制模块的输入端电性连接，其中，所述第一转换单元用于将所述信号采集模块采集的电流信号转换为电压信号，第一过滤单元用于过滤所述电压信号中的噪声信号；

所述开关模块经由所述第二转换单元和第二过滤单元与所述控制模块的输出端电性连接，其中，所述第二过滤单元用于过滤控制模块输出的控制信号中的噪声信号，第二转换单元用于将所述控制信号转换为控制所述开关模块动作的动作信号。

可选地，所述信号隔离变送模块包括隔离变送器。

可选地，所述装置还包括第一独立电源及第二独立电源；

其中，所述第一独立电源与所述信号隔离变送模块电性连接用于为所述信号隔离变送模块供电，所述第二独立电源与所述控制模块电性连接用于为所述控制模块供电。

可选地，所述信号采集模块连接于所述电路上，所述信号采集模块包括通过流经所述电路的电流获得所述电流信号的电流互感器。

可选地，所述控制模块包括单片机。

第二方面，本发明实施例还提供一种短路电流泄流方法，应用于上述的短路电流泄流装置，所述方法包括：

采集电路中的电流信号；

对所述电流信号进行转换，得到能够直接识别的电压信号并对所述电压信号进行过滤；

将过滤后的电压信号进行处理，得到电路中的电流值；

根据所述电流值的大小控制所述开关模块的通断状态，其中，在所述开关模块为导通状态时电路中的电流经由所述开关模块流至地。

进一步地，所述根据所述电流值的大小控制所述开关模块的通断状态包括：

若所述电流值大于或等于预设的第一阈值，则控制所述开关模块闭合；

若所述电流值小于预设的第二阈值，则控制所述开关模块断开；其中，所述第一阈值大于第二阈值。

相对于现有技术而言，本发明具有以下有益效果：

本发明实施例提供的短路电流泄流装置包括信号采集模块、信号隔离变送模块、控制模块及开关模块，通过将所述信号采集模块接入到电路中实时采集电路中的电流值大小，并将采集到的电流信号经信号隔离变送模块转换和过滤后传输至控制模块，控制模块根据信号采集模块采集的信号自动控制开关模块的通断状态；由于所述开关模块一端接入所述电路中，另一端接地，当所述开关模块闭合时，电路中的短路电流即可通过开关模块流入大地，使得电路中的短路电流减小，从而解决电路中的断路器因短路电流过大无法自动断开的问题，极大地提高了电力系统的安全性。同时，本发明实施例提供的短路电流泄流装置结构简单、适应性强、可靠性高并且生产成本低，可以很好地应用于各种强弱电电路。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的部分实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。

图1为本发明实施例提供的短路电流泄流装置应用原理示意图；

图2为本发明实施例提供的短路电流泄流装置中信号隔离变送模块的部分应用电路图；

图3为本发明实施例提供的短路电流泄流方法的步骤示意图；

图4为本发明实施例提供的短路电流泄流方法中控制模块的控制流程图。

图标：10-信号采集模块；20-信号隔离变送模块；30-控制模块；40-开关模块；401-快速开关；402-电阻。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等命名方式仅是为了区分不同特征，便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示其相对重要性，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

第一实施例

参阅图1，本实施例提供的短路电流泄流装置基本如图1所示，其包括：信号采集模块10、信号隔离变送模块20、控制模块30及开关模块40；其中，

所述信号采集模块10用于采集连接有该信号采集模块10的电路的电流信号；

所述信号隔离变送模块20连接在所述信号采集模块10与所述控制模块30之间，用于将所述信号采集模块10采集的电流信号经过转换和过滤处理后传送至所述控制模块30；

所述信号隔离变送模块20还连接于所述控制模块30与所述开关模块40之间，所述控制模块30根据信号采集模块10采集的电流信号生成的控制信号经由所述信号隔离变送模块20作用于所述开关模块40，用于控制所述开关模块40的通断状态；

所述开关模块40的一端连接于所述电路中，所述开关模块40的另一端接地，在所述开关模块40处于闭合状态时，所述电路中的短路电流经由所述开关模块40进行泄流。

所述短路电流泄流装置的工作原理为：电路中发生短路故障时，电路中的电流会迅速增大，当短路电流超出了断路器的最大容量时，断路器则无法自动切断电路。本发明实施例提供的短路电流泄流装置将信号采集模块10接入到电路中实时采集电路中的电流值大小，并将采集到的电流信号经信号隔离变送模块20转换和过滤后传输至控制模块30，控制模块30经过A/D转换和分析处理后根据信号采集模块10采集的信号生成相应的数字控制信号，然后控制信号经信号隔离变送模块20进行过滤和转换后作用于开关模块40，自动控制开关模块40的通断状态；由于所述开关模块40一端接入所述电路中，另一端接地，当所述开关模块40闭合时，电路中的电流即可通过开关模块40流入大地，使所述电路中的短路电流减小，从而解决了电路中的断路器因短路电流过大无法自动断开的问题，极大地提高了电力系统的安全性。

所述信号采集模块10可通过串联接入电路的方式采集电路中的电流信号，也可以是通过电磁感应的方式生成感应电流采集电路中的电流信号。在本发明的较佳实施例中，采用电流互感器对电路中的电流信号进行采集；采集时，将电流互感器的一次侧接入需要检测的电路中，电流互感器的二次侧即可根据一次侧电路中的电流产生相应的感应电流，从而根据所述感应电流采集到电路中的电流值。应当注意的是，所述信号采集模块10可以是但不限于电流互感器。

可选地，在本发明实施例中，所述开关模块40包括输入端、输出端及控制端，所述开关模块40的输入端与所述电路电性连接，所述开关模块40的输出端接地，所述开关模块40的控制端经由所述信号隔离变送模块20与所述控制模块30连接，所述开关模块40的通断状态根据所述控制模块30输出的控制信号进行调整。

继续参阅图1，可选地，为了降低泄流时的电力损耗，并且使分流大小可调节，在本发明的一种实施例中，所述开关模块40包括多组串联有电阻402的快速开关401，所述多组串联有电阻402的快速开关401相互并联；其中，相互串联的快速开关401和电阻402位置可以互换。当控制模块30控制开关模块40闭合时，可逐一地控制所述快速开关401闭合，使通过开关模块40流入大地的电流逐一增大，由基尔霍夫电流定律可得，短路电路中的电流逐一减小，直至短路电路中的断路器自动断开。

进一步地，在本发明实施例中，所述信号隔离变送模块20包括第一转换单元、第一过滤单元、第二转换单元及第二过滤单元；

所述信号采集模块10经由所述第一转换单元和第一过滤单元与所述控制模块30的输入端电性连接，其中，所述第一转换单元用于将所述信号采集模块10采集的电流信号转换为电压信号，第一过滤单元用于过滤所述电压信号中的噪声信号；

所述开关模块40经由所述第二转换单元和第二过滤单元与所述控制模块30的输出端电性连接，其中，所述第二过滤单元用于过滤控制模块30输出的控制信号中的噪声信号，第二转换单元用于将所述控制信号转换为控制所述开关模块40动作的动作信号。

参阅图2，为本发明实施例提供的信号隔离变送模块20的局部应用电路图；可选地，在本发明实施例中，所述信号隔离变送模块20包括隔离变送器ISO EM U-P-O，隔离变送器ISO EM U-P-O将所述第一转换单元和第一过滤单元集成一体，用于将信号采集模块10采集的电流信号转换为电压信号并对其转换得到的电压信号进行噪声信号过滤，确保输入控制模块30的信号的准确性。

再次参阅图1，可选地，为了进一步隔离干扰信号，在本发明实施例中，所述短路电流泄流装置配置有第一独立电源及第二独立电源，通过独立供电的方式将地线中传播的干扰信号进行隔离；

其中，所述第一独立电源与所述信号隔离变送模块20电性连接用于为所述信号隔离变送模块20供电，所述第二独立电源与所述控制模块30电性连接用于为所述控制模块30供电。

可选地，在本发明实施例中，所述控制模块30可以是但不限于单片机MCU，所述控制模块30也可以是可编程控制器PLC等其它控制器，应理解为，任意可根据信号采集模块10采集的信号生成控制信号控制开关模块40断开或闭合的控制器均可作为本发明的控制模块30。

第二实施例

参阅图3，本发明实施例还提供一种短路电流泄流方法，应用于第一实施例中所述的短路电流泄流装置，所述方法包括以下步骤：

步骤S01，采集电路中的电流信号，即通过所述信号采集装置获取电路中的电流信号；

步骤S02，对所述电流信号进行转换，得到控制模块30能够直接识别的电压信号并对所述电压信号进行过滤，去除其中的噪声信号；

步骤S03，将过滤后的电压信号进行处理，得到电路中的电流值；即将过滤后的电压信号输入控制模块30，控制模块30经过A/D转换和分析处理后得到电路中的电流值；

步骤S04，根据所述电流值的大小控制所述开关模块40的通断状态，其中，在所述开关模块40为导通状态时电路中的电流经由所述开关模块40流至地。

参阅图4，进一步地，在本发明实施例中，所述根据所述电流值的大小控制所述开关模块40的通断状态具体包括以下情况：

若所述电流值大于或等于预设的第一阈值，则控制所述开关模块40闭合；

若所述电流值小于预设的第二阈值，则控制所述开关模块40断开；其中，所述第一阈值大于第二阈值，并且所述第一阈值和第二阈值可根据电路中断路器的最大容量进行设定。当所述电流值介于所述第一阈值与第二阈值之间时，所述开关模块40可不动作。

综上所述，本发明实施例提供一种短路电流泄流装置及方法。其中，所述短路电流泄流装置包括信号采集模块、信号隔离变送模块、控制模块及开关模块；本发明实施例提供的短路电流泄流装置通过将信号采集模块接入到电路中实时采集电路中的电流值大小，并将采集到的电流信号经信号隔离变送模块转换和过滤后传输至控制模块，控制模块根据信号采集模块采集的信号自动控制开关模块的通断状态；当所述开关模块闭合时，构成泄流支路，电路中的短路电流通过开关模块流入大地，使得电路中的短路电流减小，从而解决电路中的断路器因短路电流过大无法自动断开的问题，极大地提高了电力系统的安全性，降低了电力系统中各设备因电流过大而损坏的风险。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种短路电流泄流装置，其特征在于，用于抑制电路中的短路电流，所述装置包括：信号采集模块、信号隔离变送模块、控制模块及开关模块；其中，

所述信号采集模块用于采集连接有该信号采集模块的电路的电流信号；

所述信号隔离变送模块连接在所述信号采集模块与所述控制模块之间，用于将所述信号采集模块采集的电流信号转换为电压信号，对转换得到的电压信号进行过滤处理，并将滤波后的电压信号传送至所述控制模块；

所述信号隔离变送模块还连接于所述控制模块与所述开关模块之间，所述控制模块根据信号采集模块采集的电流信号生成的控制信号经由所述信号隔离变送模块作用于所述开关模块，用于控制所述开关模块的通断状态；

所述电路中连接有一断路器，所述开关模块的一端连接于所述断路器的输入端，所述开关模块的另一端接地，在所述开关模块处于闭合状态时，所述电路中的短路电流经由所述开关模块进行泄流。

2.如权利要求1所述的短路电流泄流装置，其特征在于，所述开关模块包括输入端、输出端及控制端，所述开关模块的输入端与所述电路电性连接，所述开关模块的输出端接地，所述开关模块的控制端经由所述信号隔离变送模块与所述控制模块连接，所述开关模块的通断状态根据所述控制模块输出的控制信号进行调整。

3.如权利要求1或2所述的短路电流泄流装置，其特征在于，所述开关模块包括多组串联有电阻的快速开关，所述多组串联有电阻的快速开关相互并联。

4.如权利要求1所述的短路电流泄流装置，其特征在于，所述信号隔离变送模块包括第一转换单元、第一过滤单元、第二转换单元及第二过滤单元；

所述信号采集模块经由所述第一转换单元和第一过滤单元与所述控制模块的输入端电性连接，其中，所述第一转换单元用于将所述信号采集模块采集的电流信号转换为电压信号，第一过滤单元用于过滤所述电压信号中的噪声信号；

所述开关模块经由所述第二转换单元和第二过滤单元与所述控制模块的输出端电性连接，其中，所述第二过滤单元用于过滤控制模块输出的控制信号中的噪声信号，第二转换单元用于将所述控制信号转换为控制所述开关模块动作的动作信号。

5.如权利要求1所述的短路电流泄流装置，其特征在于，所述信号隔离变送模块包括隔离变送器。

6.如权利要求1所述的短路电流泄流装置，其特征在于，所述装置还包括第一独立电源及第二独立电源；

其中，所述第一独立电源与所述信号隔离变送模块电性连接用于为所述信号隔离变送模块供电，所述第二独立电源与所述控制模块电性连接用于为所述控制模块供电。

7.如权利要求1所述的短路电流泄流装置，其特征在于，所述信号采集模块连接于所述电路上，所述信号采集模块包括通过流经所述电路的电流获得所述电流信号的电流互感器。

8.如权利要求1所述的短路电流泄流装置，其特征在于，所述控制模块包括单片机。

9.一种短路电流泄流方法，其特征在于，应用于权利要求1-8中任一项所述的短路电流泄流装置，所述方法包括：

采集电路中的电流信号；

对所述电流信号进行转换，得到能够直接识别的电压信号并对所述电压信号进行过滤；

将过滤后的电压信号进行处理，得到电路中的电流值；

根据所述电流值的大小控制所述开关模块的通断状态，其中，在所述开关模块为导通状态时电路中的电流经由所述开关模块流至地。

10.如权利要求9所述的短路电流泄流方法，其特征在于，所述根据所述电流值的大小控制所述开关模块的通断状态包括：

若所述电流值大于或等于预设的第一阈值，则控制所述开关模块闭合；

若所述电流值小于预设的第二阈值，则控制所述开关模块断开，其中，所述第一阈值大于第二阈值。