CN110661336B - 一种变电站直流保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变电站直流保护系统，包括保护装置、系统管理模块和电源模块，所述系统管理模块分别与保护装置、显示驱动模块、GPS定位模块和无线通信模块相连，所述显示驱动模块与显示屏相连，所述无线通信模块和监测管理云平台、终端依次相连。所述保护装置用于实现对直流系统的保护，防止交流入侵、高压反击对直流系统造成的破坏。该系统有效维持直流母线对地电压的稳定，降低因直流系统受交流干扰所导致的事故概率，解决高压反击产生的巨大电位差对直流系统的破坏，并同时监测记录事件，建立数据库，实现直流系统的远程监测，提高电网运行可靠性。

Description

一种变电站直流保护系统

技术领域

本发明涉及电气保护领域，尤其涉及一种变电站直流保护系统。

背景技术

作为变电站辅助设备中不可或缺的重要部分，变电站直流系统有着举足轻重的作用，近年来，变电站、换流站、发电厂直流电源系统交流入侵造成的开关误动跳闸、换流站直流闭锁事故接连发生，已经造成了多起严重电网事故，而现有技术的交流入侵检测装置，仅仅能检测直流母线对地电压是否含有交流成分，不具备稳定直流母线对地电压的保护功能。

中国专利文献CN203135401U公开了一种“变电站直流系统交流入侵保护装置”。包括第一二极管、第二二极管、空气开关和交流电压表，其第一二极管的负极与第二二极管的正极连接后，与接地端子相连，所述第一二极管的正极和第二二极管的负极，分别与空气开关的出线端相连，所述空气开关的进线端与直流母线连接。其采用在直流母线与大地之间设置空气开关和二极管的电路结构，能有效避免交流侵入直流系统后可能导致的事故；利用二极管的电压钳位作用，保证直流母线对地电压的相对稳定；利用交流电压表的辅助触点，对外提供报警信号触点，实现报警功能。该装置面对交流电压时，无法有效维持直流母线对地电压的稳定，同时无法解决高压反击对直流系统造成的破坏。

发明内容

本发明主要解决原有装置无法解决交流入侵和高压反击对直流系统造成破坏的技术问题，提供一种变电站直流保护系统，有效维持直流母线对地电压的稳定，降低因直流系统受交流干扰所导致的事故概率，解决高压反击产生的巨大电位差对直流系统的破坏，并同时监测记录事件，建立数据库，实现直流系统的远程监测，提高电网运行可靠性。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明包括保护装置、系统管理模块和电源模块，所述系统管理模块分别与保护装置、显示驱动模块、GPS定位模块和无线通信模块相连，所述显示驱动模块与显示屏相连，所述无线通信模块和监测管理云平台、终端依次相连。所述保护装置用于实现对直流系统的保护，防止交流入侵、高压反击对直流系统造成的破坏。所述系统管理模块用于控制各模块进程和信息交互，所述电源模块为其他模块提供电源，所述GPS定位模块用于定位保护装置。当出现交流入侵、高压反击时，保护装置对直流系统进行保护，系统管理模块将发生事件的时间、地点、电流、结果等数据汇总，并通过显示驱动模块控制显示屏显示系统当前状态，无线通信模块借助以太网、WIFI或3G/4G/5G等移动通讯技术将数据传至监测管理云平台，工作人员能够借助终端访问监测管理云平台获取直流系统信息。

作为优选，所述的保护装置包括第一二极管、第二二极管、LC串联滤波支路、压敏电阻、电压表、汽车启动马达继电器和NTC热敏电阻，所述第一二极管正极接变电站直流系统正母线、第二二极管负极接变电站直流系统负母线，所述第一二极管的负极与所述第二二极管正极相连并与接地端相连，所述LC串联滤波支路与NTC热敏电阻串联后与所述第一二极管和第二二极管的串联电路并联，所述两个压敏电阻的串联电路的两端分别与直流系统正母线和直流系统负母线相连，所述汽车启动马达继电器的一端与直流系统正母线或负母线连接，另一端与接地端连接，所述电压表的两个测量输入端分别与直流系统正母线、负母线相连，输出端与系统管理模块相连。第一二极管的负极与所述第二二极管正极相连并接地，使用二极管抑制直流母线对地电压。LC串联滤波支路与NTC热敏电阻串联后与所述第一二极管或第二二极管并联，这样就能通过谐振电路将工频电压对地短路，从而使直流母线对地电压稳定。压敏电阻用于压制过电压侵入波的扩散，汽车启动马达继电器接点通流能力很大且灭弧能力较强，承受交流高压反击的能力比一般的中间继电器或接触器强很多，电压表用于测量入侵交流电压大小，在交流入侵时将数据传输至系统管理模块并给出报警，便于人员发现处理。

作为优选，所述的LC串联滤波支路包括串联连接的电感器和电容器，所述LC串联滤波支路的谐振频率为工频，所述电容器的容量小于3微法。交流入侵时，直流母线对地电压以50Hz的频率大幅波动，电容器容量小于3微法用于减小直流母线对地电容分量，防止开关操作回路直流接地可能导致的开关误跳闸事故。

作为优选，所述的第一二极管和第二二极管额定电流不低于100A，额定反向耐压不低于1000V。用于保证二极管在承受严重交流入侵时不至损坏。

作为优选，所述的压敏电阻的击穿门槛电压为直流系统额定电压1.2倍。

作为优选，所述的NTC热敏电阻的冷态电阻在50—200欧姆之间。热敏电阻用于衰减直流母线对地电压波动的暂态分量，防止LC滤波电路的暂态电流瞬时影响直流母线对地电压的稳定。

作为优选，所述的终端为PC端或移动设备。

本发明的有益效果是：有效维持直流母线对地电压的稳定，降低因直流系统受交流干扰所导致的事故概率，解决高压反击产生的巨大电位差对直流系统的破坏，并同时监测记录事件，建立数据库，实现直流系统的远程监测，提高电网运行可靠性。

附图说明

图1是本发明的一种电路原理连接结构框图。

图2是本发明的保护装置的电路连接图。

图中 1 保护装置，1.1 第一二极管，1.2 第二二极管，1.3 LC串联滤波支路，1.31电感器，1.32 电容器，1.4 压敏电阻，1.5 电压表，1.6 汽车启动马达继电器，1.61 快速接点，1.62 线圈，1.7NTC热敏电阻，2 系统管理模块，3 显示驱动模块，4 显示屏，5 电源模块，6 GPS定位模块，7 无线通信模块，8 监测管理云平台，9 终端，10 直流系统正母线，20直流系统正母线

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种变电站直流保护系统，如图1所示，包括保护装置1、系统管理模块2、电源模块5、显示驱动模块3、显示屏4、GPS定位模块6、无线通信模块7、监测管理云平台8和终端9。所述系统管理模块2是以单片机为核心的电路，分别与保护装置1、显示驱动模块3、GPS定位模块4和无线通信模块7相连，所述显示驱动模块3与显示屏4相连，所述无线通信模块7、监测管理云平台8和终端9依次相连，所述电源模块5与其他各部分相连用于为各模块提供电源。所述保护装置1用于实现对直流系统的保护，防止交流入侵、高压反击对直流系统造成的破坏。所述系统管理模块2用于控制各模块进程和信息交互，所述GPS定位模块6用于定位保护装置。

所述保护装置包括第一二极管1.1、第二二极管1.2、LC串联滤波支路1.3、压敏电阻1.4、电压表1.5、汽车启动马达继电器1.6和NTC热敏电阻1.7。所述第一二极管1.1正极接变电站直流系统正母线10、第二二极管1.2负极接变电站直流系统负母线20，所述第一二极管1.1的负极与所述第二二极管1.2正极相连并与接地端相连，使用二极管抑制直流母线对地电压，所述第一二极管1.1和第二二极管1.2额定电流不低于100A，额定反向耐压不低于1000V，以保证二极管在承受严重交流入侵时不至损坏。所述LC串联滤波支路1.3与NTC热敏电阻1.7串联后与所述第一二极管1.1和第二二极管1.2的串联电路并联，所述NTC热敏电阻1.7的冷态电阻在50—200欧姆之间，热敏电阻1.7用于衰减直流母线对地电压波动的暂态分量，防止LC滤波电路1.3的暂态电流瞬时影响直流母线对地电压的稳定。所述LC串联滤波支路1.3的谐振频率为工频，这样就能通过谐振电路将工频电压对地短路，从而使直流母线对地电压稳定。所述LC串联滤波支路1.3包括电感器1.31和电容器1.32，所述电容器1.32的容量小于3微法，用于减小直流母线对地电容分量，防止开关操作回路直流接地可能导致的开关误跳闸事故。所述两个压敏电阻1.4的串联电路串联于直流系统正、负母线之间，压敏电阻1.4用于压制过电压侵入波的扩散，所述压敏电阻1.4的击穿门槛电压为直流系统额定电压1.2倍。所述汽车启动马达继电器1.6的一端与直流系统正母线10或直流系统负母线20相连接，另一端与接地端连接，所述汽车启动马达继电器1.6包括快速接点1.61和线圈1.62，所述线圈1.62一端位于串联连接的两个压敏电阻1.4之间，另一端位于第一二极管1.1负极与第二二极管1.2正极之间。所述汽车启动马达继电器1.6接点通流能力很大且灭弧能力较强，承受交流高压反击的能力比一般的中间继电器或接触器强很多，所述电压表1.5的测量输入端分别与直流系统正母线和负母线相连，输出端与系统管理模块2相连，用于测量入侵交流电压大小，并在交流入侵时给出报警，便于人员发现处理。

交流侵入是指变电站二次交流电源串入直流系统，使直流母线对地电压以50Hz的频率大幅波动的异常现象。由于变电站110/220V直流均为不接地系统，一旦由于某种原因接地的交流分量串入直流系统，就会使直流母线叠加上一个很大的对地交流电压，侵入直流系统的交流分量将通过各直流回路的电缆分布电容、母线对地电容施加在某些中间继电器上，从而可能造成开关误动的严重事故。交流分量窜入直流系统后最明显的现象就是整个直流回路对地电压以50Hz频率大幅波动，如果能将这个电压波动衰减到足够小，就能有效减轻交流窜入后对直流系统的危害，因此要提高直流系统抵御交流侵入的能力，关键在于稳定直流母线对地电压。当出现交流入侵时，由于第一二极管1.1的负极和第二二极管1.2的正极接地，能够通过二极管抑制母线对地电压来控制串入的交流分量。直流系统正常时，由于正母线、大地、负母线三者间的电位关系，两个二极管均不导通，硅二极管反向阻抗无穷大，不会影响母线对地绝缘；当母线直流接地时，也不可能出现负母电位高于大地或正母低于大地的现象，因此二极管仍旧不导通，可视作不存在；当交流分量串入直流系统后，如果串入负极，交流电的正半周将通过第二二极管1.2短路，如果串入正极，交流电的负半周将通过第一二极管1.1短路，从而迫使该交流回路或直流支路的空气小开关迅速跳闸，切除入侵的交流分量。如果侵入的交流分量幅值很大(高压反击)，由于二极管的电压钳位作用，可以保证直流母线对地电压的相对稳定，至少可以使入侵的高压交流不再流入其他回路。

高压反击是直流系统遭遇到一次设备接地产生的巨大电位差引起闪络，对直流系统中的任意薄弱环节都会产生非常严重的破坏。当高压反击发生后，直流系统对地电压必然迅速提高，这时压敏电阻1.4迅速击穿导通，一方面压制过电压侵入波的扩散，另一方面通过继电器线圈1.62的励磁，使汽车启动马达继电器1.6快速接点1.61动作闭合，快速接点1.61闭合后，等于将直流系统一极直接接地，瞬间将直流系统的地电位予以抑制，由于汽车启动马达继电器1.6是接点通流能力很大，且灭弧能力较强的直流继电器，因此比一般的中间继电器或接触器承受交流高压反击的能力强很多。保护装置采用压敏电阻与汽车启动马达继电器的巧妙结合，把汽车启动马达继电器应用于电流高压反击，效果显著且成本低。

当出现交流入侵、高压反击时，保护装置1对直流系统进行保护，系统管理模块2将发生事件的时间、地点、电流和保护结果等数据汇总，并通过显示驱动模块3控制显示屏4显示系统当前状态，然后无线通信模块7借助以太网、WIFI或3G/4G/5G等移动通讯技术将数据传至监测管理云平台8，监测管理云平台8将数据储存到云端，工作人员能够借助终端9访问监测管理云平台8获取直流系统信息，并查看每次交流入侵和高压反击的保护过程，以实现直流保护系统的优化升级。

Claims (6)

1.一种变电站直流保护系统，其特征在于，包括保护装置(1)、系统管理模块(2)和电源模块(5)，所述系统管理模块(2)分别与保护装置(1)、显示驱动模块(3)、GPS定位模块(6)和无线通信模块(7)相连，所述显示驱动模块(3)与显示屏(4)相连，所述无线通信模块(7)和监测管理云平台(8)、终端(9)依次相连，所述保护装置(1)包括第一二极管(1.1)、第二二极管(1.2)、LC串联滤波支路(1.3)、压敏电阻(1.4)、电压表(1.5)、汽车启动马达继电器(1.6)和NTC热敏电阻(1.7)，所述第一二极管(1.1)正极接变电站直流系统正母线(10)、第二二极管(1.2)负极接变电站直流系统负母线(20)，所述第一二极管(1.1)的负极与所述第二二极管(1.2)正极相连并与接地端相连，所述LC串联滤波支路(1.3)与NTC热敏电阻(1.7)串联后与所述第一二极管(1.1)和第二二极管(1.2)的串联电路并联，两个所述压敏电阻(1.4)的串联电路的两端分别与直流系统正母线(10)和直流系统负母线(20)相连，所述汽车启动马达继电器(1.6)的一端与直流系统正母线或负母线连接，另一端与接地端连接，所述电压表(1.5)的两个测量输入端分别与直流系统正母线、负母线相连，输出端与系统管理模块(2)相连。

2.根据权利要求1所述的一种变电站直流保护系统，其特征在于，所述LC串联滤波支路(1.3)包括串联连接的电感器(1.31)和电容器(1.32)，所述LC串联滤波支路(1.3)的谐振频率为工频，所述电容器(1.32)的容量小于3微法。

3.根据权利要求1所述的一种变电站直流保护系统，其特征在于，所述第一二极管(1.1)和第二二极管(1.2)额定电流不低于100A，额定反向耐压不低于1000V。

4.根据权利要求1所述的一种变电站直流保护系统，其特征在于，所述压敏电阻(1.4)的击穿门槛电压为直流系统额定电压1.2倍。

5.根据权利要求1所述的一种变电站直流保护系统，其特征在于，所述NTC热敏电阻(1.7)的冷态电阻在50—200欧姆之间。

6.根据权利要求2所述的一种变电站直流保护系统，其特征在于，所述终端(9)为PC端或移动设备。

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