CN113341231A - 一种高压直流母线分布电容检测保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了分布电容检测领域的一种高压直流母线分布电容检测保护方法，通过检测电路检测分布电容，检测电路包括连接激励电源的第一开关、连接高压母线电极的第二开关以及连接壳体地的第三开关，还包括串联在第三开关与壳体地之间的恒流二极管；闭合第一开关与第二开关，断开第三开关，使检测电路切换为通过激励电源为分布电容充电；闭合第二开关与第三开关，断开第一开关，使检测电路切换为分布电容通过恒流二极管放电；获取分布电容充放电前后的电压以及放电时间、放电电流，计算分布电容容值。本发明既能实现对分布电容的精确检测，又能实现对检测电路本身的保护，适用性广，能够实现整个分布电容检测电路的完整、安全与可靠运行。

Description

一种高压直流母线分布电容检测保护方法

技术领域

本发明涉及分布电容检测领域，具体是一种高压直流母线分布电容检测保护方法。

背景技术

在高压直流电气系统中，分布电容的存在会对电路的控制及电源品质造成影响，往往需要对分布电容的数值大小进行检测。基于高压母线上的分布电容检测，一系列的检测电路需要与母线电气相连接。高压母线电压必然进入低压侧的检测电路。如何在准确地进行分布电容检测后，仍能保证电路的安全，甚至保证故障状态下的安全运行，成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高压直流母线分布电容检测保护方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高压直流母线分布电容检测保护方法，通过检测电路检测高压母线电极与壳体地之间的分布电容，检测电路包括连接激励电源的第一开关、连接高压母线电极的第二开关以及连接壳体地的第三开关，还包括串联在第三开关与壳体地之间的恒流二极管；方法如下：

高压母线不上电，闭合第一开关与第二开关，断开第三开关，使检测电路切换为通过激励电源为分布电容充电的第一状态；

闭合第二开关与第三开关，断开第一开关，使检测电路切换为分布电容通过恒流二极管放电的第二状态；

断开第一开关、第二开关、第三开关，获取分布电容充放电前后的电压以及放电时间、放电电流，计算分布电容容值。

作为本发明的一种实施方式，检测电路的数量为两个，分别为结构相同且对称的第一电路、第二电路，第一电路与第二电路并联连接在激励电源与壳体地之间。

作为本发明的一种实施方式，第一电路检测高压母线的正极或负极侧对壳体地的分布电容。

作为本发明的一种实施方式，第二电路检测高压母线的正极或负极侧对壳体地的分布电容。

作为本发明的一种实施方式，第一电路与第二电路不同时检测高压母线的正、负极分布电容。

作为本发明的一种实施方式，第一电路、第二电路中的恒流二极管与壳体地之间分别连接有二极管，两个二极管共阴连接。

作为本发明的一种实施方式，第二开关、第三开关设有公共节点，该公共节点与第一开关之间串联有电阻与防反二极管，防反二极管的阴极与公共节点连接。

有益效果：本发明既能实现对分布电容的精确检测，又能实现对检测电路本身的保护，适用性广，能够实现整个分布电容检测电路的完整、安全与可靠运行。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明的电路原理图。

具体实施方式

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他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图2，一种高压直流母线分布电容检测保护方法，通过检测电路检测高压母线电极与壳体地(P_GND)之间的分布电容。检测电路的数量为两个，分别为结构对称且相同的第一电路、第二电路。

激励电源+24V1与壳体P-GND是一组电源。本实施例中，电力系统为100VDC～1200VDC的高压直流系统。母线正负极之间的分布电容等效为分布电容C1与分布电容C2，分布电容C1连接在U+与P_GND之间，分布电容C2连接在GND1与P_GND之间。分布电容C1、C2的两端分别连接有采样电路，采样电路连接到后端的MCU。高压直流U+与GND1、激励电源+24V与壳体地P_GND以及MCU、采样电路的数字电源为相互隔离的三组电源。

由于第一电路、第二电路结构对称，因此高压直流母线U+与GND1可以接线互换，方便接线操作，而且不影响电路本身安全及分布电容检测误差，具有很高的安全性和容错性，且利于高压直流母线正负极分布电容检测电路的布线、布置和相互基准参考，降低正负极分布电容测量误差向两个方向离散分布的概率。即第一电路可检测高压母线的正极或负极侧对壳体地的分布电容，第二电路也可检测高压母线的正极或负极侧对壳体地的分布电容。

第一电路包括连接激励电源+24V的第一开关(开关S1)、连接高压母线电极的第二开关(开关S3)以及连接壳体地的第三开关(开关S4)，还包括串联在开关S4与壳体地之间的恒流二极管V3，恒流二极管V3的阴极连接壳体地。

第二电路包括连接激励电源+24V的第一开关(开关S2)、连接高压母线电极的第二开关(开关S5)以及连接壳体地的第三开关(开关S6)，还包括串联在开关S6与壳体地之间的恒流二极管V5，恒流二极管V5的阴极连接壳体地。

本实施方式中，开关S3、开关S4设有公共节点，该公共节点与开关S1之间串联有电阻R1与防反二极管V1，防反二极管V1的阴极与公共节点连接。开关S5、开关S6设有公共节点，该公共节点与开关S2之间串联有电阻R2与防反二极管V2，防反二极管V2的阴极与公共节点连接。

如图1所示，以第一电路对正极的分布电容C1的检测为例，方法如下：

高压母线不上电，闭合开关S3，分布电容C1接入第一电路，闭合开关S1，开关S2、S4、S5、S6保持断开。+24V1通过电阻R1和防反二极管V1、开关S3形成的通路为分布电容C1进行充电，第一电路处于第一状态。

分布电容C1充满电后，断开开关S1，闭合开关S4，开关S3维持闭合状态，开关S2、S5、S6保持断开状态。分布电容C1通过开关S3、S4、恒流二极管V3进行恒流放电，第一电路处于第二状态。分布电容C1的放电电流与恒流二极管V3的选择有关。

获取分布电容C1充放电前后的电压(充电后电压U₁、放电后电压U₂)以及放电时间T、放电电流I₀，可以通过计算得到分布电容C1的容值，C1＝(I_o*T)/(U₁-U₂)，然后断开开关S1、S3、S4，脱离第一电路与高压母线的连接即可。

负极分布电容C2的检测原理同上所述，不再说明。

上述检测保护电路中，防反二极管V1、V2不仅防止激励电源+24V1的反相接入，也是防止高压直流母线U+和GND1电势反灌流向激励电源+24V1，同时U+和GND1采用双独立通道，有效避免高压直流U+与GND1直接短接的风险。

防反二极管V1、V2虽起到防反作用，但并未直接与高压直流母线的输入端相连，而是通过开关S3或开关S5与高压直流母线连接，其目的在于，如果防反二极管连接在高压母线输入端，会造成回路单相电流流通，影响高压直流母分布电容的特性，破坏电气网络的原本特征，使得分布电容检测结果不准确，而且也容易将分布电容因素造成的电平叠加到高压直流母线上。

为了进一步地对高压母线进行保护，恒流二极管V3的阴极与壳体地之间还连接二极管V4，恒流二极管V5的阴极与壳体地之间还连接二极管V6，二极管V4、V6共阴连接。二极管V4与V6共阴连接，一方面在两通道并联电路中起到防反功能，另一方面作为共阴连接的两个二极管，能够避免高压直流母线通过高压直流母线正负极分布电容放电回路短路，保护高压接入的安全。

在分布电容的充放电测试过程中，检测电路与高压母线存在电气连接，但高压母线处在不上电的离线状态。若期间高压母线误上电，或异常故障状态，如单一故障时，高压母线上带电，此时U+有高电压(较高电压)，此时二极管V1起到防高压电源倒灌到激励电源的功能，保护了激励电源的安全，同时二极管V4可保证放电回路单向通行功能。因此防反二极管V1与V2、二极管V4与V6构成两组双余度保护。

上述二极管V1、V2、V4、V6均选择导通压降低、反向击穿电压高的二极管，既能满足分布电容测试时激励电源给分布电容充电的能力，又能在高压直流母线异常接入电路时反向截止的需要。

本实施方式中，开关S1～S6为电子开关管，不同于传统使用的机械开关、继电器等。电子开关管具有如下优点：电子开关管导通和截止速度远高于机械开关，避免机械开关触点闭合和断开造成的延时，影响分布电容AD和计时采样。机械开关触点闭合时会造成触点抖动现象，电子开关管则不会。机械触点开关容易发生电弧引起的粘连现象，造成触点不能安全、可靠分断，电子开关管则不会。机械开关需要较强的线包驱动及保护能力，电路额外增加器件，增大了电路规模和复杂化，电子开关管驱动则相对简单。同时电子开关管的使用寿命也高于机械开关。

在正常的分布电容检测过程中，高压母线不上电。当分布电容检测完毕，自检正常后，高压母线开始上电。此时由控制逻辑设定，开关S1～S6均处于断开状态。但当开关处于故障状态时，本实施方式提供的检测电路还可以在故障模式形成保护，可有效防止高压电源灌入激励电源，以及转换开关粘连故障时，高压正负极短路故障的现象发生。具体原理如下：

1)开关S1、S3异常闭合或粘连

高压电源U+通过第三开关S3接入，由于防反二极管V1正向串联，可以起到防反作用，有效防止激励电源损坏，在实际使用中，可根据高压电源U+的大小选择防反二极管V1的型号，确定耐压值、反向击穿电压、额定电流等参数。开关S2、S5异常闭合或粘连时，防反二极管V2的功能与V1类似。

2)开关S3、S4、S5、S6异常闭合或粘连

正常情况下，第一电路与第二电路不同时检测高压母线的正、负极分布电容。但当此情况下开关异常时，此时高压母线正负极同时接入，二极管V4与二极管V6共阴连接，相互截止，可有效防止高压母线电压直接短路，从而对高压母线进行了保护。二极管V4、V6可根据实际需求进行选择。

在测试完成的情况下，各开关异常闭合的逻辑错误几率很低，或相关各路开关同时粘连失效的几率也很低，开关S1～S6，二极管V1、V2、V4、V6依据电路功能，有着自己安全的控制逻辑，但电路总有失效的可能和风险，开关S1与S2、S3与S5、S4与S6，二极管V1与V2、V4与V6共同组成了5余度保护，将高压直流母线短路的风险降到最低。本实施例提供了更加安全的冗余设计，实现装备的可靠、安全运行，避免出现设备异常损坏和人身危险。

虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围；即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种高压直流母线分布电容检测保护方法，通过检测电路检测高压母线电极与壳体地之间的分布电容，其特征在于，检测电路包括连接激励电源的第一开关、连接高压母线电极的第二开关以及连接壳体地的第三开关，还包括串联在第三开关与壳体地之间的恒流二极管；方法如下：

高压母线不上电，闭合第一开关与第二开关，断开第三开关，使检测电路切换为通过激励电源为分布电容充电的第一状态；

闭合第二开关与第三开关，断开第一开关，使检测电路切换为分布电容通过恒流二极管放电的第二状态；

获取分布电容充放电前后的电压以及放电时间、放电电流，计算分布电容容值，断开第一开关、第二开关、第三开关。

2.根据权利要求1所述的一种高压直流母线分布电容检测保护方法，其特征在于，检测电路的数量为两个，分别为结构相同且对称的第一电路、第二电路，第一电路与第二电路并联连接在激励电源与壳体地之间。

3.根据权利要求2所述的一种高压直流母线分布电容检测保护方法，其特征在于，第一电路检测高压母线的正极或负极侧对壳体地的分布电容。

4.根据权利要求2所述的一种高压直流母线分布电容检测保护方法，其特征在于，第二电路检测高压母线的正极或负极侧对壳体地的分布电容。

5.根据权利要求2所述的一种高压直流母线分布电容检测保护方法，其特征在于，第一电路与第二电路不同时检测高压母线的正、负极分布电容。

6.根据权利要求2所述的一种高压直流母线分布电容检测保护方法，其特征在于，第一电路、第二电路中的恒流二极管(V3、V5)与壳体地之间分别连接有二极管(V4、V6)，两个二极管(V4、V6)共阴连接。

7.根据权利要求6所述的一种高压直流母线分布电容检测保护方法，其特征在于，第二开关、第三开关设有公共节点，该公共节点与第一开关之间串联有电阻与防反二极管，防反二极管的阴极与公共节点连接。

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