CN112564061A - 一种用于变电站直流系统的支路保护装置及其保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于变电站直流系统的支路保护装置，所述支路保护装置串联在直流母线与直流馈出支路之间，所述支路保护装置包括单片机控制单元以及分别通过信号线与单片机控制单元连接的隔离型DC/DC变换器、静态切换开关、霍尔电流传感器、漏电流传感器和报警显示单元。本发明支路保护装置当检测到漏电流时，不仅能够发现故障并报警，而且还能在不断电的情形下实现对故障区与直流母线的隔离，解决了传统绝缘监察装置只能报警无法保护的问题；本发明支路保护装置当检测到支路发生短路故障时，通过静态开关实现负载的快速切断，切除时间在1毫秒以内，并且能够匹配多种不同电流等级负载，根据不同的负载调整该支路的短路电流保护值，从而解决了传统断路器整定值固定且切除动作慢的缺陷。

Description

一种用于变电站直流系统的支路保护装置及其保护方法
技术领域
本发明涉及一种用于变电站直流系统的支路保护装置，还涉及上述支路保护装置对支路故障的保护方法。
背景技术
在变电站中，常采用直流系统为继电保护、控制、信号、计算机监控以及事故照明等负载供电。为了提高直流系统的供电可靠性，保证重要直流设备的安全运行，一般会采用相应的直流系统保护设备。现阶段常见的直流保护设备包括电流速断保护和绝缘监察等。电流速断保护多采用断路器热磁脱扣方式，但该装置短路电流保护值是个固定值，不能根据接的负载的不同而进行调整；绝缘监察能发现故障并报警，但需要人为干预后续处理，如若处理不及时，绝缘下降有可能演变为接地或短路故障。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术中采用绝缘监察进行直流保护时只能发现漏电故障并报警，需要人为进行后续处理存在的处理效率差，保护可靠性差的问题，提供一种用于变电站直流系统的支路保护装置。本发明还提供上述支路保护装置对支路故障的保护方法。
技术方案：本发明所述的用于变电站直流系统的支路保护装置，所述支路保护装置串联在直流母线与直流馈出支路(负载)之间，所述支路保护装置包括单片机控制单元以及分别通过信号线与单片机控制单元连接的隔离型DC/DC变换器、静态切换开关、霍尔电流传感器、漏电流传感器和报警显示单元。
其中，所述静态切换开关包括两路并联输出的静态开关，一路静态开关的输入直接连接直流母线；另一路静态开关的输入经隔离型DC/DC变换器与直流母线连接。
其中，两路并联输出的静态开关为直连支路静态开关S1和隔离支路静态开关S2，静态开关S1和静态开关S2为MOS管或IGBT模块，静态开关S1和静态开关S2的驱动信号引自单片机控制单元的PWM输出引脚。
其中，所述隔离型DC/DC变换器采用全桥型拓扑结构，Uin为输入电压、Uo为输出电压，L1为滤波电感，T为隔离型高频变压器，C1、C2为滤波电容，功率管Q1、Q2、Q3、Q4为IGBT模块，整流二极管D1、D2、D3、D4为快恢复二极管。
上述用于变电站直流系统的支路保护装置的保护方法，具体为：保护装置工作时，单片机控制单元驱动直连支路静态开关S1导通，关闭隔离支路静态开关S2；霍尔电流传感器实时监测支路电流变化，当电流上升率过快或电流值较大时，判定为短路故障(具体判断过程为：设定好电流上升率判定值以及短路电流判定值，霍尔传感器将采集电流值转化为0～5V电压信号传输给单片机，单片机对该电压信号按一定频率采集并进行计时，将固定时段内的两次采样值作差后比较，当单位时间内差值(即di/dt)高于电流上升率设定值或实时电流值(即电流i)高于短路电流判定值时，判定为短路)，单片机控制单元关闭直连支路静态开关S1并通过报警显示单元报警；漏电流传感器实时监测对应支路是否有漏电故障，当存在漏电故障时，漏电流传感器传感器向单片机控制单元发出漏电信号，单片机控制单元通过报警显示单元报警，报警显示单元报警显示漏电流大小并开始漏电时间计时，当达到设定的计时时间，且漏电流仍然存在时，单片机控制单元驱动开通隔离支路静态开关S2，关闭直连支路静态开关S1，由直流母线经隔离型DC/DC变换器给负载供电。
有益效果：本发明支路保护装置当检测到漏电流时，不仅能够发现故障并报警，而且还能在不断电的情形下实现对故障区与直流母线的隔离，解决了传统绝缘监察装置只能报警无法保护的问题；本发明支路保护装置当检测到支路发生短路故障时，通过静态开关实现负载的快速切断，切除时间在1毫秒以内，并且能够匹配多种不同电流等级的负载，根据不同电流等级的负载调整该支路的短路电流保护值(不同负载对应不同的电流整定值)，从而解决了传统断路器整定值固定且切除动作慢的缺陷；最后，每条支路上均设有本发明支路保护装置，从而可实现发生故障支路的直接定位，缩短排查时间。
附图说明
图1为本发明支路保护装置串联在直流母线和负载之间的示意图；
图2为本发明支路保护装置的电路原理图；
图3为隔离型DC/DC变换器的电路原理图；
图4为支路保护装置的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步说明。
如图1所示，本发明用于变电站直流系统的支路保护装置，支路保护装置串联在直流母线与直流馈出支路之间，对支路上的重要负荷实现精确的“一对一”保护，从而可直接定位到发生故障的支路，缩短排查时间。
如图2所示，霍尔电流传感器以及绝缘监察漏电流传感器的DC0-5V信号分别通过信号线连接至单片机控制单元的单片机模拟量采集引脚；静态开关采用S1、S2两路MOS管或IGBT作为开关器件，驱动信号引自单片机控制单元的PWM输出引脚；静态开关两路输出并联，两路输入分别为静态开关S1直接连接直流母线以及静态开关S2经隔离型DC/DC变换器连接直流母线。
本发明支路保护能够匹配多种不同电流等级的负载，具体为：将负载的额定电流值通过显示单元输入单片机，并选择合适的短路电流保护整定倍率，即可得到不同的短路电流保护整定值，以5A和20A额定电流负载为例，对于5A负载，短路电流保护整定倍率为4倍时，其短路电流保护整定值为20A，此时若选择短路电流整定值为20A的断路器作为保护装置，电路可正常工作，但当接入额定电流20A的负载时，该断路器将跳闸，电路无法工作；此时若采用本发明支路保护装置，当接入的为额定电流20A的负载时，将基准值设为20A，短路保护整定倍率仍设为4倍时(将负载的额定电流值通过显示单元输入单片机，同时选择短路电流保护整定倍率)，短路电流保护整定值将变为80A，因此接入额定电流20A的负载时电路仍可正常工作，且短路保护整定倍率灵活可根据负载需要设定。
如图3所示，DC/DC隔离型变换器采用全桥型拓扑结构，Uin为输入电压、Uo为输出电压，L1为滤波电感，T为高频变压器，C1、C2为滤波电容，功率管Q1、Q2、Q3、Q4选用IGBT模块，整流二极管D1、D2、D3、D4选用快恢复二极管。其中，高频变压器起到电气隔离的作用。
隔离型DC/DC变换器的工作原理：C1为输入滤波电容，Q1、Q4和Q2、Q3分两组在PWM信号驱动下交替导通，当Q1、Q4组在PWM信号驱动下导通时，电流经开关管Q1、变压器T同名端以及开关管Q4形成回路；当Q2、Q3组在PWM信号驱动下导通时，电流经开关管Q2、变压器T异名端以及开关管Q3形成回路；两组交替导通，产生正负交互的矩形脉冲波形，该矩形脉冲波形通过变压器T一次侧耦合到二次侧，再通过D1、D2、D3、D4组成的全桥整流电路整流成为直流电输出，经L1和C2滤波输出直流电压Uo。
如图4所示，装置工作时，默认静态开关S1直连支路导通，静态开关S2隔离支路断开，单片机控制单元采集装置的运行参数，并为静态开关S1提供PWM驱动信号。霍尔电流传感器监测支路电流变化，当电流上升率过快或电流值较大时，判定为短路故障，单片机控制单元锁闭静态开关输出并报警；无短路故障时则监测是否有漏电故障，当存在漏电故障时，漏电流传感器传感器发出漏电信号，装置通过报警显示单元报警，显示漏电流大小并开始漏电时间计时，设定计时时间；当达到设定计时时间，且漏电流仍然存在时，单片机控制单元驱动开通静态开关S2，关闭静态开关S1，转由直流母线经DC/DC变换器给负载供电，从而在不断电的情况下将漏电故障限制在本支路，实现支路与母线的隔离运行。

Claims (5)

1.一种用于变电站直流系统的支路保护装置，其特征在于：所述支路保护装置串联在直流母线与直流馈出支路之间，所述支路保护装置包括单片机控制单元以及分别通过信号线与单片机控制单元连接的隔离型DC/DC变换器、静态切换开关、霍尔电流传感器、漏电流传感器和报警显示单元。
2.根据权利要求1所述的用于变电站直流系统的支路保护装置，其特征在于：所述静态切换开关包括两路并联输出的静态开关，一路静态开关的输入直接连接直流母线；另一路静态开关的输入经隔离型DC/DC变换器与直流母线连接。
3.根据权利要求2所述的用于变电站直流系统的支路保护装置，其特征在于：两路并联输出的静态开关为直连支路静态开关S1和隔离支路静态开关S2，静态开关S1和静态开关S2为MOS管或IGBT模块，静态开关S1和静态开关S2的驱动信号引自单片机控制单元的PWM输出引脚。
4.根据权利要求1所述的用于变电站直流系统的支路保护装置，其特征在于：所述隔离型DC/DC变换器包括滤波电容C1、C2，功率管Q1、Q2、Q3、Q4和变压器T；功率管Q1、Q4和功率管Q2、Q3分成两组在PWM信号驱动下交替导通，当Q1、Q4组在PWM信号驱动下导通时，电流经开关管Q1、变压器T同名端以及开关管Q4形成回路；当Q2、Q3组在PWM信号驱动下导通时，电流经开关管Q2、变压器T异名端以及开关管Q3形成回路；所述隔离型DC/DC变换器还包括由快恢复二极管D1、D2、D3、D4组成的全桥整流电路，经全桥整流电路整流后的直流电经滤波电感L1和滤波电容C2滤波后输出。
5.权利要求1所述的用于变电站直流系统的支路保护装置的保护方法，其特征在于，具体为：保护装置工作时，单片机控制单元驱动直连支路静态开关S1导通，关闭隔离支路静态开关S2；霍尔电流传感器实时监测支路电流变化，当发生短路故障时，单片机控制单元关闭直连支路静态开关S1并通过报警显示单元报警；漏电流传感器实时监测对应支路是否有漏电故障，当存在漏电故障时，漏电流传感器传感器向单片机控制单元发出漏电信号，单片机控制单元通过报警显示单元报警，报警显示单元报警显示漏电流大小并开始漏电时间计时，当达到设定的计时时间，且漏电流仍然存在时，单片机控制单元驱动开通隔离支路静态开关S2，关闭直连支路静态开关S1，由直流母线经隔离型DC/DC变换器给负载供电。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114221310A (zh) * 2021-12-15 2022-03-22 国能四川能源有限公司江油发电厂 直流系统的保护装置、方法及直流系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104883103A (zh) * 2015-06-05 2015-09-02 江苏同芯电气科技有限公司 集成整流、有源滤波及能耗制动的复合电路及其控制方法
CN109873408A (zh) * 2019-03-28 2019-06-11 国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院 一种变电站用直流电源故障快速隔离装置及隔离方法
CN213602408U (zh) * 2020-11-19 2021-07-02 国网江苏省电力有限公司南通市海门区供电分公司 一种用于变电站直流系统的支路保护装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104883103A (zh) * 2015-06-05 2015-09-02 江苏同芯电气科技有限公司 集成整流、有源滤波及能耗制动的复合电路及其控制方法
CN109873408A (zh) * 2019-03-28 2019-06-11 国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院 一种变电站用直流电源故障快速隔离装置及隔离方法
CN213602408U (zh) * 2020-11-19 2021-07-02 国网江苏省电力有限公司南通市海门区供电分公司 一种用于变电站直流系统的支路保护装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114221310A (zh) * 2021-12-15 2022-03-22 国能四川能源有限公司江油发电厂 直流系统的保护装置、方法及直流系统

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