CN210123943U - 一种变电站直流系统交流窜电故障隔离模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种变电站直流系统交流窜电故障隔离模块，涉及变电站直流电源系统领域，包括依次连接的电压隔离模块、LC滤波模块及平衡桥模块，利用隔离变压器将直流系统与负载隔开，在保证可靠供电前提下使两边的电压相互独立而互不影响，当负载侧发生窜电故障或接地故障时，电源侧的直流母线对地电压保持不变，而不受负载侧故障的影响，同时也保证了其他负载不受影响，且无需任何人为操作，完全实现故障的自动隔离。本实用新型原理简单，造价低，便于安装，对于各类直流馈线故障均能起到隔离的作用。
Description
技术领域
本实用新型涉及变电站直流电源系统领域，尤其涉及一种变电站直流系统交流窜电故障隔离模块。
背景技术
站用直流系统是变电站的重要组成部分之一，主要为变电站内的二次设备提供直流电源，以及为断路器提供控制电源。变电站直流系统一般包括蓄电池组、直流充电机、直流母线及馈线屏，为提高可靠性，直流系统通常设计成绝缘系统（不接地系统）。当直流母线或支路馈线发生交流电窜入故障时，将导致整个直流系统变为接地系统，直流正极、负极母线对地电压将发生改变，故障母线对地直流分量变为零 ，非故障母线电压升高，若不及时发现并隔离故障，将有可能造成二次设备失电或使继电保护装置发生拒动或误动行为，将严重危及到电力系统的安全稳定运行。
现有的直流系统监测装置通常包括直流接地及交流窜电故障告警功能，但不具备隔离故障的功能，特别对于路途遥远的无人值守变电站，直流系统故障需要技术人员临时赶往现场进行检查和处理，需要很长一段时间，对变电站的安全运行带来严重威胁。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种变电站直流系统交流窜电故障隔离模块，从而克服了现有直流系统监测装置通常包括直流接地及交流窜电故障告警功能，但不具备隔离故障的功能的缺点。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种变电站直流系统交流窜电故障隔离模块，包括依次连接的电压隔离模块、LC滤波模块及平衡桥模块；
所述电压隔离模块包括：隔离变压器、磁复位电路、开关管及第二二极管，所述隔离变压器的原边线圈与磁复位电路并联，所述隔离变压器的原边线圈的一端为正极输入端，所述隔离变压器的原边线圈的另一端与开关管的一端串联，所述开关管的另一端为负极输入端；所述隔离变压器的副边线圈的一端与第二二极管的正极相连；所述正极输入端和负极输入端为变电站直流系统交流窜电故障隔离模块的输入端；
所述LC滤波模块并联在第二二极管的负极和隔离变压器的副边线圈的另一端；
所述变电站直流系统交流窜电故障隔离模块的输入端与直流系统连接；所述平衡桥模块与负载连接。
进一步的，所述LC滤波模块包括串联的滤波电感和滤波电容，所述滤波电感与滤波电容并联在第二二极管的负极和隔离变压器的副边线圈的另一端上。
进一步的，所述平衡桥模块包括串联的第二电阻和第三电阻，所述第二电阻和第三电阻并联在所述滤波电容的两端。
进一步的，所述第二电阻与第三电阻的阻值相同。
进一步的，所述第二电阻与滤波电容连接的一端为输出端的正极接线端，所述第二电阻与第三电阻连接的一端为输出端的接地端，所述第三电阻与滤波电容连接的一端为输出端的负极接线端；所述输出端与负载相连。
进一步的，所述磁复位电路包括：第一电阻、电容和第一二极管，所述第一电阻与第一电容并联，所述第一电阻的一端与第一二极管的一端连接，所述第一二极管的另一端与隔离变压器的原边线圈的一端连接，所述第一电阻的另一端与隔离变压器的原边线圈的另一端连接。
进一步的，根据负载的需求选择所述输出端的接地端接地或悬空。
与现有的技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
本实用新型所提供的一种变电站直流系统交流窜电故障隔离模块，利用隔离变压器将直流系统与负载隔开，在保证可靠供电前提下使两边的电压相互独立而互不影响，当负载侧发生窜电故障或接地故障时，电源侧的直流母线对地电压保持不变，而不受负载侧故障的影响，同时也保证了其他负载不受影响，且无需任何人为操作，完全实现故障的自动隔离。本实用新型原理简单，造价低，便于安装，对于各类直流馈线故障均能起到隔离的作用。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，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是本实用新型的一种变电站直流系统交流窜电故障隔离模块的电路图；
图2是本实用新型的一种变电站直流系统交流窜电故障隔离模块的仿真电路图；
图3是本实用新型的仿真结果示意图。
具体实施方式
下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实施新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，本实用新型所提供的变电站直流系统交流窜电故障隔离模块包括依次连接的电压隔离模块、LC滤波模块及平衡桥模块。
电压隔离模块包括：隔离变压器T、磁复位电路、开关管IGBT及第二二极管D2，隔离变压器T的原边线圈N1与磁复位电路并联，隔离变压器T的原边线圈N1的一端为正极输入端U+，隔离变压器T的原边线圈N1的另一端与开关管IGBT的一端串联，开关管IGBT的另一端为负极输入端U-；隔离变压器T的副边线圈N2的一端与第二二极管D2的正极相连。
正极输入端U+和负极输入端U-为变电站直流系统交流窜电故障隔离模块的输入端，输入端与直流系统连接，即正极输入端U+接直流系统的直流正极，负极输入端U-接直流系统的直流负极U-。
继续参考图1，LC滤波模块包括：滤波电感L和滤波电容C2，滤波电感L与滤波电容C2串联，滤波电感L的一端与滤波电容C2的一端串联，滤波电感L的另一端与第二二极管D2的负极连接，滤波电容C2的另一端与隔离变压器T的副边线圈N2的另一端连接。
平衡桥模块包括第二电阻R2和第三电阻R3，第二电阻R2与第三电阻R3串联，第二电阻R2和第三电阻R3并联在滤波电容C2的两端，且第二电阻R2与第三电阻R3的阻值相同。第二电阻R2与滤波电容C2连接的一端为输出端的正极接线端A，第二电阻R2与第三电阻R3连接的一端为输出端的接地端G，第三电阻R3与滤波电容C2连接的一端为输出端的负极接线端B。输出端与负载相连，根据负载的需求可选择直接接地或悬空接地端G，本实施例中将G端接地，以保证负载侧正、负极对地电压平衡。
如图2所示，磁复位电路包括：第一电阻R1、电容C1和第一二极管D1，第一电阻R1与第一电容C1并联，第一电阻R1的一端与第一二极管D1的一端连接，第一二极管D1的另一端与隔离变压器T的原边线圈N1的一端连接，第一电阻R1的另一端与隔离变压器T的原边线圈N1的另一端连接。
本实施例的隔离变压器T采用1:1的高频变压器。开关管IGBT的额定电流不小于10A。平衡桥模块的第二电阻R2和第三电阻R3的阻值不小于15kΩ。
对本实用新型变电站直流系统交流窜电故障隔离模块的可行性进行详细说明，以使本领域技术人员更了解本实用新型：
下面使用PSCAD软件对变电站直流系统交流窜电故障隔离模块（图2所示）进行仿真和数据处理，参数设置如表1所示：
表1 仿真参数
仿真将变电站直流系统交流窜电故障隔离模块接入220V直流系统中，t=0s时给开关管IGBT输入2kHz的控制信号，在负载两端产生220V的直流电压，负载正常工作；在t=0.1s的时候，模拟负载侧发生220V交流电窜入负极接线端B的故障。故障发生后负载侧正、负极对地电压将发生变化，且含有大量的交流分量，仿真结果如图3所示，负极接线端B对地电压（UL-）直流分量由-110V降为0V，交流分量为220V；正极接线端A对地电压（UL+）直流分量由110V降为上升至220V，交流分量为220V，正极对地电压的峰值增加至500V左右，将对负载侧产生影响。且由图3能够看出，电源的直流正极对地电压（US+）、负极对地电压（US-）并没有发生变化，故障前后保持一致。由此可见，使用本实用电站直流系统交流窜电故障隔离模块之后，负载侧发生的故障不会影响电源侧电压，即本实用新型有主动隔离交流窜电故障而保证电源正常运行的功能。
以上所揭露的仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种变电站直流系统交流窜电故障隔离模块，其特征在于：包括依次连接的电压隔离模块、LC滤波模块及平衡桥模块；
所述电压隔离模块包括：隔离变压器、磁复位电路、开关管及第二二极管，所述隔离变压器的原边线圈与磁复位电路并联，所述隔离变压器的原边线圈的一端为正极输入端，所述隔离变压器的原边线圈的另一端与开关管的一端串联，所述开关管的另一端为负极输入端；所述隔离变压器的副边线圈的一端与第二二极管的正极相连；所述正极输入端和负极输入端为变电站直流系统交流窜电故障隔离模块的输入端；
所述LC滤波模块并联在第二二极管的负极和隔离变压器的副边线圈的另一端；
所述变电站直流系统交流窜电故障隔离模块的输入端与直流系统连接；所述平衡桥模块与负载连接。
2.根据权利要求1所述的变电站直流系统交流窜电故障隔离模块，其特征在于：所述LC滤波模块包括串联的滤波电感和滤波电容，所述滤波电感与滤波电容并联在第二二极管的负极和隔离变压器的副边线圈的另一端上。
3.根据权利要求2所述的变电站直流系统交流窜电故障隔离模块，其特征在于：所述平衡桥模块包括串联的第二电阻和第三电阻，所述第二电阻和第三电阻并联在所述滤波电容的两端。
4.根据权利要求3所述的变电站直流系统交流窜电故障隔离模块，其特征在于：所述第二电阻与第三电阻的阻值相同。
5.根据权利要求3所述的变电站直流系统交流窜电故障隔离模块，其特征在于：所述第二电阻与滤波电容连接的一端为输出端的正极接线端，所述第二电阻与第三电阻连接的一端为输出端的接地端，所述第三电阻与滤波电容连接的一端为输出端的负极接线端；所述输出端与负载相连。
6.根据权利要求1所述的变电站直流系统交流窜电故障隔离模块，其特征在于：所述磁复位电路包括：第一电阻、电容和第一二极管，所述第一电阻与第一电容并联，所述第一电阻的一端与第一二极管的一端连接，所述第一二极管的另一端与隔离变压器的原边线圈的一端连接，所述第一电阻的另一端与隔离变压器的原边线圈的另一端连接。
7.根据权利要求5所述的变电站直流系统交流窜电故障隔离模块，其特征在于：根据负载的需求选择所述输出端的接地端接地或悬空。
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Cited By (1)
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| CN114079281A (zh) * | 2021-11-22 | 2022-02-22 | 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局 | 低压直流系统及供电系统 |
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2019
- 2019-07-03 CN CN201921028169.2U patent/CN210123943U/zh active Active
Cited By (2)
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| CN114079281B (zh) * | 2021-11-22 | 2023-09-26 | 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局 | 低压直流系统及供电系统 |
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