CN112383036A - 直流环网系统的主动式交流窜入保护装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及直流环网系统的主动式交流窜入保护装置及其工作方法，该装置包括隔离单元，隔离单元连接在直流环网系统的直流母线以及负荷之间；隔离单元包括转换子单元以及隔离变换子单元，转换子单元，用于将交流单点接入的交流电转换为直流电；隔离变换子单元，用于隔离转换子单元输入的直流电。本发明通过在直流母线和负荷之间设置隔离单元，转换子单元可以将交流窜入的交流电转换为直流电，并利用隔离变换子单元将故障隔离在当前支路，并且由采样单元进行采样并由控制单元驱动报警单元进行报警，实现当直流环网系统出现交流窜入故障时，将故障隔离在当前支路，避免故障延伸至其他支路而导致较大的影响。

Description

直流环网系统的主动式交流窜入保护装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及直流环网系统，更具体地说是指直流环网系统的主动式交流窜入保护装置及其工作方法。

背景技术

作为电力二次系统的重要组成部分，直流环网系统是继电保护、自动装置、监控、遥控通讯、操作回路、信号回路、微机及五防系统、安全稳定装置等的直流供电电源，是继保、安稳装置运行的“血液”。

在电网运行过程中，直流环网系统出现故障导致继电保护不正确动作的事故仍会发生，对电力系统的安全、稳定运行危害很大，尤其是超高压系统的继电保护不正确动作，往往使事故扩大、造成电网稳定破坏、大面积停电、设备损坏等，对国民经济造成严重损失，教训是沉痛的。

在直流环网系统中，交流窜入故障也越来越多见。交直流回路是两个相互独立的系统，直流回路是正负极对地绝缘系统，而交流回路是接地系统，若发生混线，势必会造成直流接地，如果接地发生在直流正极则会造成保护的误动，如果接地发生在负极则会造成保护的拒动，交、直流电压叠加于直流跳闸回路的中间继电器的两端，其幅值远远超过中间继电器动作电压，因此就会出现继电器误动作而导致运行设备跳闸的情况；目前的直流环网系统中，当其中一个支路发生交流窜入故障时，该故障会从直流母线延伸至其他支路，造成较大的影响。

因此，有必要设计一种新的装置，实现当直流环网系统出现交流窜入故障时，将故障隔离在当前支路，避免故障延伸至其他支路而导致较大的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供直流环网系统的主动式交流窜入保护装置及其工作方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：直流环网系统的主动式交流窜入保护装置，包括隔离单元，所述隔离单元连接在直流环网系统的直流母线以及负荷之间；所述隔离单元包括转换子单元以及隔离变换子单元，所述转换子单元，用于将交流单点接入的交流电转换为直流电；所述隔离变换子单元，用于隔离所述转换子单元输入的直流电。

其进一步技术方案为：所述转换子单元包括二极管，所述二极管连接于所述负荷与所述隔离变换子单元之间。

其进一步技术方案为：所述隔离变换子单元包括高频变压器。

其进一步技术方案为：所述高频变压器连接有全桥整流子单元以及滤波子单元，所述全桥整流子单元与所述滤波子单元连接，所述滤波子单元与所述负荷连接。

其进一步技术方案为：还包括采样单元以及控制单元，所述采样单元，用于采集直流母线对地电压中的交流电流；所述控制单元，用于根据所述采样单元采集的交流电流记录交流窜入信息。

其进一步技术方案为：还包括报警单元，所述控制单元，用于根据所述控制单元输出的控制信号进行报警。

其进一步技术方案为：所述采样单元包括第一采样电容以及第一采样电阻，所述第一采样电容与所述直流母线连接，所述第一采样电容与所述第一采样电阻连接，所述第一采样电阻接地。

其进一步技术方案为：所述采样单元还包括第二采样电容以及第二采样电阻，所述第二采样电阻与所述第一采样电阻连接，所述第二采样电阻接地，所述第二采样电阻与所述第二采样电容连接，所述第二采样电容与所述直流母线连接。

其进一步技术方案为：所述滤波子单元包括LC滤波器。

本发明还提供了直流环网系统的主动式交流窜入保护装置的工作方法，包括：

当直流母线与负荷连接的支路发生交流单点接入时，转换子单元将交流单点接入的交流电转换为直流电；隔离变换单元隔离所述转换子单元输入的直流电。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明通过在直流母线和负荷之间设置隔离单元，该隔离单元包括转换子单元以及隔离变换子单元，转换子单元可以将交流窜入的交流电转换为直流电，并利用隔离变换子单元将故障隔离在当前支路，并且由采样单元进行采样并由控制单元驱动报警单元进行报警，实现当直流环网系统出现交流窜入故障时，将故障隔离在当前支路，避免故障延伸至其他支路而导致较大的影响。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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他的附图。

图1为本发明具体实施例提供的直流环网系统的主动式交流窜入保护装置的示意性框图；

图2为本发明具体实施例提供的直流环网系统的主动式交流窜入保护装置的采样单元的电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。

如图1～2所示的具体实施例，本实施例提供的直流环网系统的主动式交流窜入保护装置可以运用在直流环网系统中，实现对交流窜入的故障起到隔离和保护的作用。

为了防止交流电源窜入直流系统引起接地事故，DL/T 1392-2014《直流电源系统绝缘监测装置技术条件》要求直流系统正负极对地电压中，交流电压大于等于10V有效值时，直流环网系统的主动式交流窜入保护装置应可靠报警和定位。

请参阅图1，上述的直流环网系统的主动式交流窜入保护装置，包括隔离单元30，隔离单元30连接在直流环网系统的直流母线10以及负荷20之间；隔离单元30包括转换子单元以及隔离变换子单元，转换子单元，用于将交流单点接入的交流电转换为直流电；隔离变换子单元，用于隔离转换子单元输入的直流电。

直流系统的输出正负是浮地的，交流系统多为接地系统；当直流环网系统的主动式交流窜入保护装置所在的负荷20支路发生交流单点接入时，由于交流单点无法构成回路，交流电整流变成直流电后，是无法通过隔离变换子单元进行传递，故此，窜入支路负荷20的交流电不能向直流母线10侧或其它支路上传播，由于直流环网系统的主动式交流窜入保护装置存在，只把故障限制在本支路，达到故障隔离的效果。

在一实施例中，上述的转换子单元包括二极管，二极管连接于负荷20与隔离变换子单元之间。

当直流环网系统的主动式交流窜入保护装置所带的负荷20支路发生交流单点接入时，由于交流单点无法构成回路，而且副边侧存在全桥整流电路，由于二极管的单向导电性，交流电经过二极管后变成直流电，对于隔离变换子单元而言，直流电是无法通过变压器传递的；当主动式交流窜入保护装置所带的负荷20支路发生交流两点接入时，由于全桥整流电路的作用，交流电整流后变成直流电，也是无法经过变压器进行传递的；故此，窜入支路负荷20的交流电不能向母线侧或其它支路上传播，由于主动式交流窜入保护装置存在，只把故障限制在本支路，达到故障隔离的效果。

在一实施例中，上述的隔离变换子单元包括高频变压器。

具体地，高频变压器连接有全桥整流子单元以及滤波子单元，全桥整流子单元与滤波子单元连接，滤波子单元与负荷20连接。

由于主动式交流窜入保护装置内部的拓扑结构为DC/DC变换器，高频变压器副边侧的高频交流方波经全桥整流子单元后输出直流电，再经LC滤波后给输出稳定的直流电；当主动式交流窜入保护装置所带的负荷20支路发生交流单点接入时，由于交流单点无法构成回路，而且副边侧存在全桥整流电路，由于二极管的单向导电性，交流电经过二极管后变成直流电，对于变压器而言，直流电是无法通过变压器传递的；当主动式交流窜入保护装置所带的负荷20支路发生交流两点接入时，由于全桥整流电路的作用，交流电整流后变成直流电，也是无法经过变压器进行传递的；故此，窜入支路负荷20的交流电不能向母线侧或其它支路上传播，由于主动式交流窜入保护装置存在，只把故障限制在本支路，达到故障隔离的效果。

在本实施例中，滤波子单元包括但不局限于LC滤波器。

在一实施例中，请参阅图1，上述的直流环网系统的主动式交流窜入保护装置还包括采样单元40以及控制单元50，采样单元40，用于采集直流母线10对地电压中的交流电流；控制单元50，用于根据采样单元40采集的交流电流记录交流窜入信息。

在一实施例中，请参阅图1，上述的直流环网系统的主动式交流窜入保护装置还包括报警单元60，控制单元50，用于根据控制单元50输出的控制信号进行报警。

在本实施例中，报警单元60包括但不局限于蜂鸣器，当然，还可以包括指示灯等，对交流窜入进行相关的指示。

在一实施例中，请参阅图2，上述的采样单元40包括第一采样电容以及第一采样电阻，第一采样电容与直流母线10连接，第一采样电容与第一采样电阻连接，第一采样电阻接地。

在一实施例中，请参阅图2，上述的采样单元40还包括第二采样电容以及第二采样电阻，第二采样电阻与第一采样电阻连接，第二采样电阻接地，第二采样电阻与第二采样电容连接，第二采样电容与直流母线10连接。

请参阅图2，上述的第一采样电容为C1，第一采样电阻为R5；第二采样电容为C2，第二采样电阻为R6。

根据交流窜入直流系统的故障现象特点，采用阻容元件提取直流系统母线对地电压中的交流成分，记录交流窜入的时刻、幅值等，并实时发生报警信息，并对交流电进行隔离。

上述的直流环网系统的主动式交流窜入保护装置，通过在直流母线10和负荷20之间设置隔离单元30，该隔离单元30包括转换子单元以及隔离变换子单元，转换子单元可以将交流窜入的交流电转换为直流电，并利用隔离变换子单元将故障隔离在当前支路，并且由采样单元40进行采样并由控制单元50驱动报警单元60进行报警，实现当直流环网系统出现交流窜入故障时，将故障隔离在当前支路，避免故障延伸至其他支路而导致较大的影响。

在一实施例中，还提供了直流环网系统的主动式交流窜入保护装置的工作方法，包括：

当直流母线10与负荷20连接的支路发生交流单点接入时，转换子单元将交流单点接入的交流电转换为直流电；隔离变换单元隔离转换子单元输入的直流电。

需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，上述直直流环网系统的主动式交流窜入保护装置的工作方法的具体实现过程，可以参考前述直流环网系统的主动式交流窜入保护装置实施例中的相应描述，为了描述的方便和简洁，在此不再赘述。

上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.直流环网系统的主动式交流窜入保护装置，其特征在于，包括隔离单元，所述隔离单元连接在直流环网系统的直流母线以及负荷之间；所述隔离单元包括转换子单元以及隔离变换子单元，所述转换子单元，用于将交流单点接入的交流电转换为直流电；所述隔离变换子单元，用于隔离所述转换子单元输入的直流电。

2.根据权利要求1所述的直流环网系统的主动式交流窜入保护装置，其特征在于，所述转换子单元包括二极管，所述二极管连接于所述负荷与所述隔离变换子单元之间。

3.根据权利要求2所述的直流环网系统的主动式交流窜入保护装置，其特征在于，所述隔离变换子单元包括高频变压器。

4.根据权利要求3所述的直流环网系统的主动式交流窜入保护装置，其特征在于，所述高频变压器连接有全桥整流子单元以及滤波子单元，所述全桥整流子单元与所述滤波子单元连接，所述滤波子单元与所述负荷连接。

5.根据权利要求1至4任一项所述的直流环网系统的主动式交流窜入保护装置，其特征在于，还包括采样单元以及控制单元，所述采样单元，用于采集直流母线对地电压中的交流电流；所述控制单元，用于根据所述采样单元采集的交流电流记录交流窜入信息。

6.根据权利要求5所述的直流环网系统的主动式交流窜入保护装置，其特征在于，还包括报警单元，所述控制单元，用于根据所述控制单元输出的控制信号进行报警。

7.根据权利要求6所述的直流环网系统的主动式交流窜入保护装置，其特征在于，所述采样单元包括第一采样电容以及第一采样电阻，所述第一采样电容与所述直流母线连接，所述第一采样电容与所述第一采样电阻连接，所述第一采样电阻接地。

8.根据权利要求7所述的直流环网系统的主动式交流窜入保护装置，其特征在于，所述采样单元还包括第二采样电容以及第二采样电阻，所述第二采样电阻与所述第一采样电阻连接，所述第二采样电阻接地，所述第二采样电阻与所述第二采样电容连接，所述第二采样电容与所述直流母线连接。

9.根据权利要求8所述的直流环网系统的主动式交流窜入保护装置，其特征在于，所述滤波子单元包括LC滤波器。

10.直流环网系统的主动式交流窜入保护装置的工作方法，其特征在于，包括：

当直流母线与负荷连接的支路发生交流单点接入时，转换子单元将交流单点接入的交流电转换为直流电；隔离变换单元隔离所述转换子单元输入的直流电。

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