CN117674017A - 一种回路投切控制装置、短路故障保护装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于短路保护技术领域，提供了回路投切控制装置、短路故障保护装置及方法。其中，回路投切控制装置包括回路投切主动轮和回路投切从动轮，其均为扇形结构；回路投切主动轮与回路投切从动轮均可分别绕各自转轴转动，且两者相互啮合；回路投切主动轮的一侧设有第一回路触点，沿所述回路投切主动轮旋转的弧形轨迹线上还设有第二回路触点，第二回路触点可与第一回路触点接触；回路投切从动轮的一侧设有第三回路触点，沿所述回路投切从动轮旋转的弧形轨迹线上还设有第四回路触点，第四回路触点可与第三回路触点接触；回路投切主动轮和回路投切从动轮还分别与其各自对应的弹性结构连接；弹性结构带动回路投切主动轮和回路投切从动轮恢复原位。

Description

一种回路投切控制装置、短路故障保护装置及方法

技术领域

本发明属于短路保护技术领域，尤其涉及一种回路投切控制装置、短路故障保护装置及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

对于采用组串式逆变器的光伏发电站，MPPT(Maximum Power Poi nt Tracki ng，最大功率点跟踪)的每个组串回路的正负极电缆经MC4头(光伏连接器)连接后沿敷设路径至逆变器，同样通过MC4头连接进入逆变器MPPT的组串回路。随着技术的发展，组串式的逆变器容量越来越大，其所带的回路数也越来越多。在地面光伏发电站的施工过程中，组串回路直流缆通常在光伏组件支架檩条的内部敷设，檩条多为镀锌的金属材质，其生产过程中不可避免的会出现毛刺等容易损伤直流缆的缺陷，加之敷设过程中可能出现的不规范操作，很容易造成直流缆的损伤进而破坏绝缘。虽然大部分逆变器都有回路绝缘阻抗的检测及报警功能，但由于路由较长排查工作较难有效开展，导致随时间推移绝缘老化越来越厉害，从而在某个时刻造成极间短路；又或者在刚出现绝缘阻抗低的报警不久便极间短路。光伏组件的短路电流会在短路处形成无法自熄的电弧，导致火势蔓延，殃及其他回路，甚至烧毁逆变器。

发明人发现，目前缺乏组件至逆变器的电缆回路出现极间短路时能够迅速切断故障电流的回路投切控制装置及短路故障保护装置。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种回路投切控制装置、短路故障保护装置及方法，其能够通过功能回路投切控制装置、储能装置及释能控制装置的组合应用，实现了组件至逆变器的电缆回路出现极间短路时迅速切断故障电流的目的。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供一种回路投切控制装置。

一种回路投切控制装置，其包括：回路投切主动轮和回路投切从动轮；所述回路投切主动轮与回路投切从动轮均为扇形结构；所述回路投切主动轮与回路投切从动轮均可分别绕各自转轴转动，且两者相互啮合；

所述回路投切主动轮的一侧设有第一回路触点，沿所述回路投切主动轮旋转的弧形轨迹线上还设有第二回路触点，第二回路触点可与第一回路触点接触；

所述回路投切从动轮的一侧设有第三回路触点，沿所述回路投切从动轮旋转的弧形轨迹线上还设有第四回路触点，第四回路触点可与第三回路触点接触；

所述第四回路触点与第三回路触点之间的弧线距离小于第二回路触点与第一回路触点之间的弧线距离；

所述回路投切主动轮和回路投切从动轮还分别与其各自对应的弹性结构连接；所述弹性结构用于带动回路投切主动轮和回路投切从动轮恢复原位。

作为一种实施方式，在外力控制作用下，所述回路投切主动轮可向第二回路触点方向旋转，从而带动回路投切主动轮转动，先使得第四回路触点与第三回路触点接触，再使得第二回路触点与第一回路触点接触。

作为一种实施方式，当外力控制消失时，所述弹性结构用于带动回路投切主动轮朝向初始位置转动，先断开第二回路触点与第一回路触点，再断开第四回路触点与第三回路触点。

作为一种实施方式，与所述回路投切主动轮连接的弹性结构包括：

第一弹性元件和第二弹性元件，所述第一弹性元件和第二弹性元件分别与回路投切主动轮的两个侧边连接。

作为一种实施方式，与所述回路投切从动轮连接的弹性结构包括：

第三弹性元件，其与回路投切主动轮的一个侧边相连，该侧边为设置第三回路触点的侧边。

作为一种实施方式，所述第一回路触点、第二回路触点、第三回路触点和第四回路触点均为磁性结构。

本发明的第二个方面提供一种如上述所述的回路投切控制装置的控制方法。

一种如上述所述的回路投切控制装置的控制方法，其包括：

在外力控制作用下，控制回路投切主动轮向第二回路触点方向旋转，从而带动回路投切主动轮转动，以使得第四回路触点与第三回路触点先接触，第二回路触点与第一回路触点后接触；

当外力控制消失时，弹性结构带动回路投切主动轮朝向初始位置转动，以使得第二回路触点与第一回路触点先断开，第四回路触点与第三回路触点后断开。

本发明的第三个方面提供一种短路故障保护装置。

一种短路故障保护装置，其通过转换接头与光伏组件串两端的组件正负极出线及回路的直流电缆正负极相连；

所述短路故障保护装置，包括：

释能控制装置回路和释能回路；

所述释能控制装置回路和释能回路的通断受如上述所述的回路投切控制装置控制。

作为一种实施方式，所述短路故障保护装置上还设置有检修回路，所述检修回路上串接有检修开关；在检修保护装置时，通过先将释能控制装置拆下，再闭合检修开关，以释放储能装置的能量。

本发明的第四个方面提供了一种如上述所述的短路故障保护装置的工作方法。

一种如上述所述的短路故障保护装置的工作方法，包括：

在光伏组件正常开机发电时，回路电流通过线圈磁场驱动功能回路投切控制装置，使其先接通释能控制装置回路，再接通释能回路，以保障回路的投入安全；

出现未开机的工况时，回路无电流，回路投切控制装置在弹性结构的作用下恢复原位，其先断开释能回路，再断开释能控制装置回路；

在短路故障时，释能控制装置接通释能回路，向熔断器瞬间放电使其熔断，切断故障电流。

本发明的有益效果是：

(1)本发明通过回路电流控制功能回路的投切，实现在正常开机发电时，储能装置处于充电状态，释能控制装置处于极间电压监控状态；在正常关机或其他因无阳光等未能使其开机的工况时，释能控制装置退出电压监测，储能装置处于储能状态；在短路故障时，通过储能装置及释能控制装置迅速向熔断器释放能量，使其迅速熔断，切断故障电流；在检修保护装置时，通过检修开关释放储能装置的能量，保障安全。

(2)由于组件及直流缆是通过本装置进行连接，其保护范围则是组串回路直流缆的全长。当发生短路故障时会很快切断回路故障电流，防止起火及火势蔓延从而避免造成更大损失，本发明既保护了组串回路及逆变器，又减少了部件及发电量的损失，降低了维护的时间及资金成本。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例的回路投切控制装置示意图。

图2是本发明实施例的用于光伏组串回路的短路保护装置结构示意图。

其中，1:线圈；2:熔断器；3:回路投切控制装置；4:限流电阻；5:释能控制装置；6:二极管；7:储能装置；8:检修开关；9:释能控制装置的辅助触点；

3-1:端子；3-2:回路投切从动轮；3-3:回路投切主动轮；3-4:回路触点；3-5:弹簧。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

<回路投切控制装置>

如图1所示，本实施例提供了一种回路投切控制装置3，其具有四个端子3-1，用来与串接的两个回路的四个端相连。回路投切控制装置3包括：回路投切主动轮3-3和回路投切从动轮3-2；所述回路投切主动轮3-3与回路投切从动轮3-2均为扇形结构；所述回路投切主动轮3-3与回路投切从动轮3-2均可分别绕各自转轴转动，且两者相互啮合。

此处需要说明的是，回路投切主动轮3-3与回路投切从动轮3-2的扇形大小，本领域技术人员可根据实际情况来具体设置。

回路投切控制装置3还包括回路触点3-4。具体地，所述回路投切主动轮3-3的一侧设有第一回路触点，沿所述回路投切主动轮3-3旋转的弧形轨迹线上还设有第二回路触点，第二回路触点可与第一回路触点接触；

所述回路投切从动轮3-2的一侧设有第三回路触点，沿所述回路投切从动轮旋转的弧形轨迹线上还设有第四回路触点，第四回路触点可与第三回路触点接触；

所述第四回路触点与第三回路触点之间的弧线距离小于第二回路触点与第一回路触点之间的弧线距离。

在一个或多个实施例中，所述第一回路触点、第二回路触点、第三回路触点和第四回路触点均为磁性结构。这样能够使得回路投切主动轮与回路投切从动轮在外力控制下旋转。

在本实施例中，所述回路投切主动轮3-3和回路投切从动轮3-2还分别与其各自对应的弹性结构连接；所述弹性结构用于带动回路投切主动轮和回路投切从动轮恢复原位。

其中，与所述回路投切主动轮连接的弹性结构包括：

第一弹性元件和第二弹性元件，所述第一弹性元件和第二弹性元件分别与回路投切主动轮的两个侧边连接。

与所述回路投切从动轮连接的弹性结构包括：

第三弹性元件，其与回路投切主动轮的一个侧边相连，该侧边为设置第三回路触点的侧边。

在本实施例中，第一弹性元件、第二弹性元件和第三弹性元件均采用弹簧3-5来实现。

可以理解的是，在其他实施例中，针对第一弹性元件、第二弹性元件和第三弹性元件，本领域技术人员也可采用现有的具体弹性且可恢复原位的弹性结构来实现，此处不再累述。

在具体实施过程中，在外力(比如磁力)控制作用下，所述回路投切主动轮可向第二回路触点方向旋转，从而带动回路投切主动轮转动，先使得第四回路触点与第三回路触点接触，再使得第二回路触点与第一回路触点接触。

当外力(比如磁力)控制消失时，所述弹性结构用于带动回路投切主动轮朝向初始位置转动，先断开第二回路触点与第一回路触点，再断开第四回路触点与第三回路触点。

此处需要说明的是，在其他实施例中，控制回路投切主动轮的外力也可为人为力或是其他形式的外力，均不影响回路投切控制的结构及其工作原理，具体外力的形式，本领域技术人员可根据实际情况来具体选择，此处不再累述。

<回路投切控制装置的控制方法>

如上述所述的回路投切控制装置的控制方法，其包括：

步骤1：在外力控制作用下，控制回路投切主动轮向第二回路触点方向旋转，从而带动回路投切主动轮转动，以使得第四回路触点与第三回路触点先接触，第二回路触点与第一回路触点后接触；

步骤2：当外力控制消失时，弹性结构带动回路投切主动轮朝向初始位置转动，以使得第二回路触点与第一回路触点先断开，第四回路触点与第三回路触点后断开。

<短路故障保护装置>

如图2所示，提供了一种短路故障保护装置，其通过转换接头(如MC4接头)与光伏组件串两端的组件正负极出线及回路的直流电缆正负极相连；

所述短路故障保护装置，包括：

释能控制装置回路和释能回路；

所述释能控制装置回路和释能回路的通断受如上述所述的回路投切控制装置3控制。

根据图2可看出，本实施例的释能控制装置回路上串接有线圈1、限流电阻4、释能控制装置5和熔断器2。

本实施例的释能回路上串接有限流电阻4和熔断器2。

本实施例的短路故障保护装置内部还设置有储能回路，所述储能回路上串接有二极管6、储能装置7(比如电容)、熔断器2和线圈1。其中，标号9为释能控制装置5的辅助触点。

线圈1用来在通断的情况下产生磁场，以控制回路投切控制装置内部的回路投切主动轮，在磁力控制作用下，向第二回路触点方向旋转，从而带动回路投切主动轮转动。

在图2中，所述短路故障保护装置上还设置有检修回路，所述检修回路上串接有检修开关8；在检修保护装置时，通过先将释能控制装置5拆下，再闭合检修开关8，以释放储能装置的能量。

具体地，以释能控制装置5采用继电器为例来详细说明图2中的短路故障保护装置的运行逻辑如下：

短路故障保护装置中的回路投入前是回路有电流；

正常发电时，a触点先接通，继电器接通，其常闭辅助触点c和d断开，将储能释放回路断开，确保正常状态下不发生储能释放回路的放电；其常开触点e接通，储能电容7处于充电状态；之后b触点接通，确保在发生线路极间短路时储能回路的畅通；

发生短路时，继电器常闭点c和d闭合，储能电容7通过触点b、c和d形成回路对熔断器2放电使其熔断；

当因天气原因导致辐射量不足以启机时，逆变器自动停机，回路无电流，b触点先断开，切断储能释放回路；之后继电器失电，常闭辅助触点c和d接通，常开触点e断开，储能电容7不再充电；

在需要检修时，将释能控制装置5从回路拆下，然后将f即检修开关8闭合，电容放电，安全后再进行装置的检修。

在本实施例中，光伏组件串两端的组件正负极出线及回路的直流电缆正负极使用MC4头分别与本装置两端预留的4根导线相连。正常开机发电时，回路电流通过线圈磁场驱动功能回路投切控制装置，使其先接通释能控制装置回路，再接通释能回路，保障回路的投入安全；出现正常关机或其他因无阳光等未能使其开机的工况时，回路无电流，功能回路投切控制装置在弹簧力的作用下恢复原位，其断开顺序是先断开释能回路再断开释能控制回路；在短路故障时，由于极间电压接近于零，释能控制装置接通释能回路，向熔断器瞬间放电使其熔断，切断故障电流。

<短路故障保护装置的工作方法>

本实施例的所述的短路故障保护装置的工作方法，包括：

在光伏组件正常开机发电时，回路电流通过线圈磁场驱动功能回路投切控制装置，使其先接通释能控制装置回路，再接通释能回路，以保障回路的投入安全；

出现未开机的工况时，回路无电流，回路投切控制装置在弹性结构的作用下恢复原位，其先断开释能回路，再断开释能控制装置回路；

在短路故障时，释能控制装置接通释能回路，向熔断器瞬间放电使其熔断，切断故障电流。

在检修保护装置时，通过闭合检修开关释放储能装置的能量，这样能够保障安全。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种回路投切控制装置，其特征在于，包括：回路投切主动轮和回路投切从动轮；所述回路投切主动轮与回路投切从动轮均为扇形结构；所述回路投切主动轮与回路投切从动轮均可分别绕各自转轴转动，且两者相互啮合；

所述回路投切主动轮的一侧设有第一回路触点，沿所述回路投切主动轮旋转的弧形轨迹线上还设有第二回路触点，第二回路触点可与第一回路触点接触；

所述回路投切从动轮的一侧设有第三回路触点，沿所述回路投切从动轮旋转的弧形轨迹线上还设有第四回路触点，第四回路触点可与第三回路触点接触；

所述第四回路触点与第三回路触点之间的弧线距离小于第二回路触点与第一回路触点之间的弧线距离；

所述回路投切主动轮和回路投切从动轮还分别与其各自对应的弹性结构连接；所述弹性结构用于带动回路投切主动轮和回路投切从动轮恢复原位。

2.如权利要求1所述的回路投切控制装置，其特征在于，在外力控制作用下，所述回路投切主动轮可向第二回路触点方向旋转，从而带动回路投切主动轮转动，先使得第四回路触点与第三回路触点接触，再使得第二回路触点与第一回路触点接触。

3.如权利要求1所述的回路投切控制装置，其特征在于，当外力控制消失时，所述弹性结构用于带动回路投切主动轮朝向初始位置转动，先断开第二回路触点与第一回路触点，再断开第四回路触点与第三回路触点。

4.如权利要求1所述的回路投切控制装置，其特征在于，与所述回路投切主动轮连接的弹性结构包括：

第一弹性元件和第二弹性元件，所述第一弹性元件和第二弹性元件分别与回路投切主动轮的两个侧边连接。

5.如权利要求1所述的回路投切控制装置，其特征在于，与所述回路投切从动轮连接的弹性结构包括：

第三弹性元件，其与回路投切主动轮的一个侧边相连，该侧边为设置第三回路触点的侧边。

6.如权利要求1所述的回路投切控制装置，其特征在于，所述第一回路触点、第二回路触点、第三回路触点和第四回路触点均为磁性结构。

7.一种如权利要求1-6中任一项所述的回路投切控制装置的控制方法，其特征在于，包括：

在外力控制作用下，控制回路投切主动轮向第二回路触点方向旋转，从而带动回路投切主动轮转动，以使得第四回路触点与第三回路触点先接触，第二回路触点与第一回路触点后接触；

当外力控制消失时，弹性结构带动回路投切主动轮朝向初始位置转动，以使得第二回路触点与第一回路触点先断开，第四回路触点与第三回路触点后断开。

8.一种短路故障保护装置，其特征在于，所述短路故障保护装置通过转换接头与光伏组件串两端的组件正负极出线及回路的直流电缆正负极相连；

所述短路故障保护装置，包括：

释能控制装置回路和释能回路；

所述释能控制装置回路和释能回路的通断受如权利要求1-6中任一项所述的回路投切控制装置控制。

9.如权利要求8所述的短路故障保护装置，其特征在于，所述短路故障保护装置上还设置有检修回路，所述检修回路上串接有检修开关；在检修保护装置时，通过先将释能控制装置拆下，再闭合检修开关，以释放储能装置的能量。

10.一种如权利要求8-9中任一项所述的短路故障保护装置的工作方法，其特征在于，包括：

在光伏组件正常开机发电时，回路电流通过线圈磁场驱动功能回路投切控制装置，使其先接通释能控制装置回路，再接通释能回路，以保障回路的投入安全；

出现未开机的工况时，回路无电流，回路投切控制装置在弹性结构的作用下恢复原位，其先断开释能回路，再断开释能控制装置回路；

在短路故障时，释能控制装置接通释能回路，向熔断器瞬间放电使其熔断，切断故障电流。