CN202261017U - 继电器保护专用开关电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种继电器保护专用开关电源，在传统的继电保护装置上，增加输入电压检测电路，并在延时电容上并接一个电子开关。所述输入电压检测电路，主要由输入电源、功率开关、高频变压器、次级输出、输出电压检测、闭环调节、过欠压闭锁、发生器、输入电压检测单元、快速放电控制电路、开机延时回路、与门电路构成。本实用新型从开关电源的原理入手，以测试的方式，对两种有故障的电源模块通过试验再现其故障现象，解决了启动电压过低而产生输出电流瞬态突增的现象，提供稳定可靠的开关电源。
Description
技术领域
本实用新型涉及继电保护装置，具体地说是继电保护装置的专用开关电源。
背景技术
继电器保护装置对电力系统的安全可靠运行有着十分重要的作用，我国相关《规程》规定：保护电源插件每4-5年更换一次。继电器保护装置的故障率在电网故障中所占的比例较高，据申请人所辖区域之电力设备故障情况的统计：2007-2010年，保护电源插件故障率为21.45％，占设备各种故障率之首。根据2007年资料统计，国家电网公司110kV及以下系统保护装置共发生不正确动作37次，其中40.54％为运行部门继电维护人员的责任，37.84％为制造部门责任，在制造部门责任中，制造质量不良为主要原因。
继电器保护装置，主要由开关电源、交流采样单元、逻辑单元、通讯单元等组成。继电器保护装置专用开关电源，是继电器保护装置中的主要功能模块，它是通过控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。开关电源性能的好坏直接影响到继电器保护装置的可靠性。
实际运行中的继电器保护开关电源存在的主要故障有两种：一是输入电源波动，导致开关电源停止工作；二是开关电源的启动电流过大，导致供电电源过载告警，严重时导致电源开关停止工作。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，克服传统继电保护装置存在的缺点，解决如启动功率一定时，启动电压过低而产生输出电流瞬态突增的现象，提供一种稳定可靠的开关电源。
本实用新型是这样实现的：
在传统的继电器保护装置上，增加输入电压检测电路，并在延时电容上并接一个电子开关；将开关电源的启动电压为130--140V。
该输入电压检测电路，主要由输入电源1、功率开关2、高频变压器3、次级输出4、输出电压检测5、闭环调节6、过欠压闭锁7、发生器8、输入电压检测单元9、快速放电控制电路10、开机延时回路11、与门电路12构成。
电压检测单元9、快速放电控制电路10、开机延时回路11、门电路12、过欠压闭锁7控、发生器8、功率开关2之间依次前后电连接；输入电源1、.功率开关2、高频变压器3、次级输出4、输出电压检测5、与门电路12之间依次前后电连接；.次级输出4、闭环调节6、发生器8之间依次前后电连接。
当输入电压异常，电压检测单元9发出信号，给快速放电控制电路10快速放电，同时让开机延时回路11开机延时，即在延时电容上并接一个电子开关。经过与门电路12到过欠压闭锁7控制发生器8控制功率开关2的工作。防止输入电压异常，功率开关2停止工作。
当开关电源的启动电流过大，次级输出电压4降低时，输出过欠压检测7反馈至12与门电路到过欠压闭锁7控制PWM发生器8控制功率开关2的工作，防电源的启动电流过大，功率开关2停止工作。
该技术方案的工作原理和试验情况是：
一、“增加输入电压检测单元，并在延时电容上并接一个电子开关”。
当直流(DC220V)电进入开关电源时，首先由开关电路将高压直流电调制为高压脉动直流；随后把得到的脉动直流电，送到高频变压器3进行降压，最后经低压滤波电路进行整流和滤波 就得到了适合装置使用的低压直流电(如+24V、-24V、+15V、-15V、+5V、-5V)，供保护装置各模块使用。以下是试验研究的过程：
1.输入电源波动，开关电源停止工作
1)故障现象：外部输入电源1瞬时性故障，随后输入电压恢复正常，开关电源停止工作一致无输出电压，需手动断电、上电才能恢复。
2)故障再现：用继电器保护试验仪，控制输入电压中断时间，通过示波器记录输入电压和输出电压的变化。控制输入电压中断时间长短，发现输出存在如下三种情况：a)输入电源1中断一段时间(约100～200ms)后恢复，此后输入电压恢复正常，开关电源不能恢复工作。b)输入电压长时中断(大于250ms)后恢复，+5V、+24V输出电压均消失，此过程与开关电源的正常启动过程相同。具体时序图见图3所示。c)输入电压短暂中断(小于70ms)后恢复，+5V输出电压未消失，而+24V输出电压也未消失，对开关电源正常工作没有影响。具体时序图见图4所示。输入电压消失时间短暂，由于输出电压未出现欠压过程，电源欠压保护也不会动作。
3)故障分析：要分析此故障，应先了解该开关电源的正常启动逻辑和输出电压保护逻辑。输入工作电压，输出电压+5V主回路建立，然后由于输出电压时序要求，经延时约50ms，+24V输出电压建立。输出电压欠压保护逻辑为：当输出电压任何一路降到20％以下时，欠压保护动作，且不能自恢复。
更改逻辑前，因输入电压快速通断而引起的电源欠压保护误动作，其根本原因是延时电路没有依据输入电压的变化及时复位，使得上电时的假欠压信号得不到屏蔽，从而产生误动作。
4)解决措施：采取的措施是在保护环节上增加输入电压检测电路，并在延时电容上并接一个电子开关。只要输入电压低于定值(开关电源停止工作前的值)，该电子开关便闭合，延时电路复位，若输入电压重新上升至该设定值，给保护电路供电的延时电路重新开始延时，电源重启动时的假欠压信号被屏蔽，彻底解决了由于输入电压快速波动所产生的电源误保护。从而避免了上述情况，直接快速进入重新上电逻辑，逻辑回路见图1所示。
5)试验验证：用继电器保护试验仪状态序列模拟输入电源中断，用便携式波形记录仪记录输出电压随输入电压的变化波形。调整输入电压中断时间，发现调整后的电源仅出现b)、c)两种情况，不再出现a)——即不再出现故障情况。
二.“提高开关电源的启动电压”的工作原理
1)故障现象：电源模块稳态工作电压为220V，额定功率为20.8W，额定输出时输入电流约为130mA。当开关电源输入电压缓慢增大时，导致输入电流激增，引起供电电源过载告警。
2)故障分析：经查发现输入电压为60V时，电源启动，此时启动瞬态电流约为200mA，稳态电流为600mA，启动时稳态电流和瞬态电流将为600～200mA，造成输出电流激增。而由于条件限制，此电源模块的供电电源输出仅为500mA，因此造成供电电源过载。由于开关电源工作需要一定的功率，设计中由于未考虑到电源启动时，输出回路的启动需要一定的功率，而启动电压比较低，所以功率的突增，必然带来开关电源启动瞬态电流的激增，电流的激增对供电电源有较大的冲击。
3)解决措施：启动需要的功率一定，如果要减小启动电流，可以考虑增加启动电压的门槛。将开关电源的启动电压提高到130--140V。
4)试验验证：调整开关电源的启动电压后，通过试验仪模拟输入电压缓慢启动。当开关电源在满载情况下，试验中缓慢上升输入电压(上升速率5V/s或10V/s)，从0--130V启动，启动时稳态电流降低到200～220mA，稳态电流大约为200～100mA，因而启动时稳态电流和瞬态电流将为400～100mA，启动电流较改进前减小300mA，不会对供电电源造成太大的冲击。可有效避免输入电压瞬间降低时，给整个供电回路造成较大的电流冲击。
本实用新型从开关电源的原理入手，以测试的方式，对两种有故障的电源模块通过试验再现其故障现象，解决了启动电压过低而产生输出电流瞬态突增的现象，可提供稳定可靠的开关电源。
附图说明
图1、本实用新型实施例之输入电压检测电路
图中，1.输入电源，2.功率开关，3.高频变压器，4.次级输出，5输出电压检测环节，6.闭环调节，7.过欠压闭锁，8.发生器，9.输入电压检测单元，10.快速放电控制电路，11.开机延时回路，12与门电路。
具体实施方式
下面结合附图，叙述一个实施例，对本实用新型做进一步说明。
在传统的继电保护装置上，增加输入电压检测单元，并在延时电容上并接一个电子开关；将开关电源的启动电压提高到130--140V。
所说输入电压检测电路主要由输入电源1、功率开关2、高频变压器3、次级输出4、输出电压检测环节5、闭环调节6、过欠压闭锁7、发生器8、输入电压检测单元9、快速放电控制电路10、开机延时回路11、与门12构成。
电压检测单元9、快速放电控制电路10、开机延时回路11、门电路12、过欠压闭锁7控、发生器8、功率开关2之间依次前后电连接；输入电源1、.功率开关2、高频变压器3、次级输出4、输出电压检测5、与门电路12之间依次前后电连接；.次级输出4、闭环调节6、发生器8、之间依次前后电连接。
Claims (2)
1.继电器保护专用开关电源，有高频变压器(3)、输出电压检测(5)、闭环调节(6)，其特征在于：在传统的继电器保护装置上，增加输入电压检测电路，并在延时电容上并接一个电子开关；
该输入电压检测电路，主要由输入电源(1)、功率开关(2)、次级输出(4)、过欠压闭锁(7)、发生器(8)、输入电压检测单元(9)、快速放电控制电路(10)、开机延时回路(11)、与门电路(12)构成；
电压检测单元(9)、快速放电控制电路(10)、开机延时回路(11)、门电路(12)、过欠压闭锁(7)、发生器(8)、功率开关(2)之间依次前后电连接；输入电源(1)、功率开关(2)、高频变压器(3)、次级输出(4)、输出电压检测(5)、与门电路(12)之间依次前后电连接；.次级输出(4)、闭环调节(6)、发生器(8)之间依次前后电连接。
2.根据权利要求1所述继电器保护专用开关电源，其特征在于：开关电源的启动电压设定为130--140V。
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