CN210201465U - 一种直流系统过流保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直流系统过流保护装置，包括与直流电气主设备的端口连接的直流电流测量装置，用于采集直流电气主设备的端电流并输出与端电流成比例的直流电压信号；发光二极管的阳极与直流电流测量装置的输出端连接、阴极通过第一电阻接地、光敏三极管与保护模块连接的光电耦合器，用于在直流电压信号大于预设值时输出控制信号以控制保护模块动作；输入端与光电耦合器连接、输出端与直流电气主设备连接的保护模块。本申请在进行短路故障判断时是通过直流电气主设备的端电流的瞬时值判断的，实现了对短路故障的快速诊断，进而使得在直流电气主设备发生短路故障时能够进行快速切除，提高了直流电气主设备的安全性和可靠性。

Description

一种直流系统过流保护装置

技术领域

本实用新型涉及过流保护技术领域，特别是涉及一种直流系统过流保护装置。

背景技术

线路、换流变压器、换流阀等直流电气主设备在电力系统中占据着非常重要的作用。为了保证电力系统的正常运行，对直流电气主设备进行安全保护便显得尤为重要，这其中就包括对直流电气主设备进行过流保护。

现有技术中在对直流电气主设备进行过流保护时通常是通过直流电气主设备的端电流的有效值来判断直流电气主设备是否发生故障，但由于得到端电流的有效值需要一段时间，因此，从直流电气主设备的故障发生到确定故障这个过程需要较长时间，这将造成直流电气主设备的故障不能得到快速判断，进而使得电气主设备的故障不能进行快速切除，降低了直流电气主设备的安全性和可靠性。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种直流系统过流保护装置，实现了对短路故障的快速诊断，进而使得在直流电气主设备发生短路故障时能够进行快速切除，提高了直流电气主设备的安全性和可靠性。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种直流系统过流保护装置，包括：

与直流电气主设备的端口连接的直流电流测量装置，用于采集所述直流电气主设备的端电流并输出与所述端电流成比例的直流电压信号；

发光二极管的阳极与所述直流电流测量装置的输出端连接、阴极通过第一电阻接地、光敏三极管与保护模块连接的光电耦合器，用于在所述直流电压信号大于预设值时输出控制信号以控制所述保护模块动作；

输入端与所述光电耦合器连接、输出端与所述直流电气主设备连接的所述保护模块。

优选地，所述直流电流测量装置为电磁式直流电流测量装置或者电子式直流电流测量装置。

优选地，还包括：

输入端与所述直流电流测量装置的输出端连接，输出端与所述发光二极管的阳极连接的运算放大模块。

优选地，所述光敏三极管的集电极与直流电源连接，所述光敏三极管的发射极通过第二电阻接地，所述光敏三极管的发射极还与所述保护模块连接。

优选地，还包括：

输入端与所述光敏三极管的发射极连接、输出端与所述保护模块连接的基本RS触发器，用于在接收到所述控制信号时控制所述保护模块动作。

优选地，所述基本RS触发器为由两个或非门构成的基本RS触发器，所述基本RS触发器的S端与所述光敏三极管的发射极连接，所述基本RS触发器的R端与第三电阻的第一端连接，所述基本RS触发器的Q端与所述保护模块连接，所述第三电阻的第二端接地。

优选地，还包括可控开关，所述可控开关的第一端与所述直流电源连接，所述可控开关的第二端与所述基本RS触发器的R端连接。

优选地，还包括时间继电器和选择开关，其中：

所述选择开关的第一不动端与所述基本RS触发器的Q端连接，其第二不动端悬空，其动端通过所述时间继电器的线圈接地，其常开触点的第一端与所述直流电源连接，其常开触点的第二端与所述可控开关的第二端连接。

优选地，所述保护模块包括断路器本体及断路器控制电路，所述断路器本体与所述直流电气主设备连接，所述断路器控制电路的输入端与所述基本RS 触发器的输出端连接，所述断路器控制电路的输出端与所述断路器本体的控制端连接。

优选地，还包括与所述基本RS触发器连接的报警模块，用于在所述直流电压信号大于预设值时发出警报。

可见，本申请在进行短路故障判断时是通过直流电气主设备的端电流的瞬时值判断的，而直流电流测量装置的采集传输延时、光电耦合器的工作延时通常很短，从而实现了对短路故障的快速诊断，进而使得在直流电气主设备发生短路故障时能够进行快速切除，提高了直流电气主设备的安全性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本实用新型提供的一种直流系统过流保护装置的结构示意图；

图2为本实用新型提供的另一种直流系统过流保护装置的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种直流系统过流保护装置，实现了对短路故障的快速诊断，进而使得在直流电气主设备发生短路故障时能够进行快速切除，提高了直流电气主设备的安全性和可靠性。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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，都属于本实用新型保护的范围。

请参照图1，图1为本实用新型提供的一种直流系统过流保护装置的结构示意图，该装置包括：

与直流电气主设备的端口连接的直流电流测量装置1，用于采集直流电气主设备的端电流并输出与端电流成比例的直流电压信号；

发光二极管的阳极与直流电流测量装置1的输出端连接、阴极通过第一电阻R1接地、光敏三极管与保护模块3连接的光电耦合器2，用于在直流电压信号大于预设值时输出控制信号以控制保护模块3动作；

输入端与光电耦合器2连接、输出端与直流电气主设备连接的保护模块3。

具体地，该装置包括直流电流测量装置1，用于采集直流电气主设备的端电流并将端电流转换成与端电流成比例的直流电压信号，直流电流测量装置1 是现有技术中已有的测量装置，按测量原理不同具体可以分为电磁式直流电流测量装置1和电子式直流电流测量装置1两种，本申请对于具体选用哪种测量装置不作特别的限定，根据实际情况来定。

正常情况下，直流电气主设备上的端电流不大，一般仅为负荷电流，当直流电气主设备发生严重短路故障时，其端电流会变得极大。则在直流电气主设备没有发生短路故障(也即正常)时，直流电流测量装置1输出的直流电压信号(本质上是一个电压值)会小于预设值，此时其不足以让发光二极管发光，光敏三极管不导通，则此时光电耦合器2不会控制保护模块3动作。在直流电气主设备发生短路故障时，直流电流测量装置1输出的直流电压信号会大于预设值，此时发光二极管发光，光敏三极管导通，光电耦合器2控制保护模块3动作。这里的保护模块3与直流电气主设备连接，用来消除直流电气主设备的短路故障。

可见，本申请在进行短路故障判断时是通过直流电气主设备的端电流的瞬时值判断的，而直流电流测量装置1的采集传输延时、光电耦合器2的工作延时通常很短，从而实现了对短路故障的快速诊断，进而使得在直流电气主设备发生短路故障时能够进行快速切除，提高了直流电气主设备的安全性和可靠性。

请参照图2，图2为本实用新型提供的另一种直流系统过流保护装置的结构示意图。在上述实施例的基础上：

作为一种优选地实施例，还包括：

输入端与直流电流测量装置1的输出端连接，输出端与发光二极管的阳极连接的运算放大模块4。

具体地，考虑到直流电流测量装置1的类型及型号有很多种，即便是采集同一电流，其输出的直流电压信号也可能是不同的，为了实现在直流电气主设备发生严重短路故障时发光二极管发光，在直流电气主设备正常时发光二极管不发光，本申请提供的直流系统过流保护装置还在直流电流测量装置1及发光二极管的阳极之间设置了运算放大模块4，用来对直流电流测量装置1输出的直流电压信号的数值进行增益(增益可以大于1，也可以小于1，根据直流电流测量装置1来定)调整，以使得在直流电气主设备的端电流处于正常电流范围内时，运算放大模块4输出的电压不足以让发光二极管发光，在直流电气主设备的端电流超过正常电流阈值时，运算放大模块4输出的电压使得发光二极管发光，从而实现对保护模块3的控制，满足对短路故障的正确诊断。

此外，这里的运算放大模块4具体可以为比例运算放大器，本申请对于比例运算放大器的具体增益不作特别的限定，根据实际情况来定。

作为一种优选地实施例，光敏三极管的集电极与直流电源Vcc连接，光敏三极管的发射极通过第二电阻R2接地，光敏三极管的发射极还与保护模块3 连接。

具体地，根据上述实施例分析可知，在直流电气主设备没有发生短路故障时，光敏三极管不导通，则此时光敏三极管的发射极输出低电平，保护模块3 在接收到低电平时不动作；在直流电气主设备发生短路故障时，光敏三极管导通，此时光敏三极管的发射极输出高电平，保护模块3在接收到高电平时动作。

此外，作为一种优选地实施例，光敏三极管的集电极通过第二电阻R2与直流电源Vcc连接，光敏三极管的集电极还与保护模块3连接，光敏三极管的发射极接地。

该光敏三极管的工作原理上述实施例中的工作原理类似，本申请与对于具体选用哪种连接方式不作特别的限定，根据实际情况来定。

作为一种优选地实施例，还包括：

输入端与光敏三极管的发射极连接、输出端与保护模块3连接的基本RS 触发器5，用于在接收到控制信号时控制保护模块3动作。

具体地，为了防止信号抖动，减少保护模块3的误触发，本申请提供的直流系统过流保护装置还在光电耦合器2与保护模块3之间设置了基本RS触发器5，从而使得控制信号并不会直接传送至保护模块3，而会先传送至基本RS 触发器5，基本RS触发器5在接收到控制信号后才会控制保护模块3动作。

本实施例可以在对直流电气主设备进行保护的基础上，能够有效减少保护模块3的误触发，提高了电气主设备保护的可靠性。

作为一种优选地实施例，基本RS触发器5为由两个或非门构成的基本 RS触发器5，基本RS触发器5的S端与光敏三极管的发射极连接，基本RS 触发器5的R端与第三电阻R3的第一端连接，基本RS触发器5的Q端与保护模块3连接，第三电阻R3的第二端接地。

基本RS触发器5满足：

R＝1，S＝0时，Q＝0

R＝0，S＝1时，Q＝1

R＝0，S＝0时，Q的状态保持不变

具体地，在直流电气主设备正常运行时，运算放大模块4的输出电压没有超过发光二极管的开启电压，发光二极管不发光，光敏三极管不导通，则基本 RS触发器5的S端接收到0(低电平)，而基本RS触发器5的R端接收到的也是0，则根据基本RS触发器5的基本原理可知，此时基本RS触发器5不会动作，也就是说其输出端Q输出为0(低电平)。

当直流电气主设备发生短路故障时，运算放大模块4的输出电压会超过发光二极管的开启电压，此时发光二极管发光，光敏三极管导通，第二电阻R2 上端的电压变高电平，也就是说基本RS触发器5的S端变高电平。根据基本 RS触发器5的原理可知，其输出端Q会输出高电平信号(也即控制信号)并保持。

则不难得到，本实施例提供的直流系统过流保护装置的时间主要由三部分组成，运算放大模块4的传输延时、光电耦合器2的传输延时、基本RS触发器5的动作时间，但各部分的时间都很小，可达毫秒或者纳秒级，总的时间与周波的延时相比基本可以忽略不计，从而实现了对故障的快速诊断，进而使得在直流电气主设备发生故障时能够进行快速切除，提高了直流电气主设备的安全性和可靠性。

需要说明的是，这里的基本RS触发器5还可以为由两个与非门构成的基本RS触发器5，本申请在此不作特别的限定，根据实际情况来定。

作为一种优选地实施例，还包括可控开关，可控开关的第一端与直流电源 Vcc连接，可控开关的第二端与基本RS触发器5的R端连接。

具体地，故障处理完毕后、电气主设备投运前，需要对基本RS触发器5 进行复位，恢复基本RS触发器5的初始状态。具体地，由于故障处理完毕后，基本RS触发器5(以基本RS触发器5为由两个或非门构成的基本RS触发器 5为例)的S端为0，则此时需要将R端接高电平，本申请中在R端与直流电源Vcc之间设置了可控开关，通常情况下，可控开关是断开的，当需要对基本 RS触发器5复位时，只需闭合一下可控开关即可。

作为一种优选地实施例，可控开关为按钮FA。

则在故障处理完毕后、电气主设备投运前，手动按按钮FA一下，即可恢复基本RS触发器5的初始状态。

当然，这里的可控开关还可以为其他类型的可控开关，本申请在此不作特别的限定。

作为一种优选地实施例，还包括时间继电器J和选择开关S，其中：

选择开关S的第一不动端与基本RS触发器5的Q端连接，其第二不动端悬空，其动端通过时间继电器J的线圈接地，其常开触点的第一端与直流电源 Vcc连接，其常开触点的第二端与可控开关的第二端连接；

时间继电器J的线圈在得电后，其常开触点立即闭合，且在经过预设时延后断开。

具体地，在上述手动对基本RS触发器5进行复位的基础上，本申请提供的直流系统过流保护装置还包括时间继电器J和选择开关S，用来实现对基本 RS触发器5进行自动复位。

在选择开关S的动端打到第二不动端时，此时选择的复位方式是手动复位方式。在选择开关S的动端打到第一不动端时，此时选择的复位方式是自动复位方式。

在选择自动复位方式时，在直流电气主设备发生短路故障时，基本RS触发器5的Q端为高电平，此时时间继电器J的线圈会得电，但此时其常开触点并不会立即闭合，而是经过预设时延后才会动作也即闭合，则常开触点闭合后，基本RS触发器5的R端变为高电平，从而实现基本RS触发器5的复位，也即Q端变为低电平。在Q端变为低电平后，时间继电器J的线圈失电，常开触点断开。

还需要说明的是，为了提高自动复位方式的可靠性，时间继电器J的动作时延应该滞后于直流电气主设备短路故障去除时刻且留有一定裕度，以保护模块3为断路器为例，则时间继电器J的常开触点应该在断路器断开之后再闭合。

可见，本申请提供的两种复位方式实现了互为冗余，复位方式更加灵活。

作为一种优选地实施例，保护模块3包括断路器本体及断路器控制电路，断路器本体与直流电气主设备连接，断路器控制电路的输入端与基本RS触发器5的输出端连接，断路器控制电路的输出端与断路器本体的控制端连接。

具体地，本实施例中的保护模块3可以包括断路器本体及断路器控制电路，这里的断路器本体可以为一个，也可以为多个，根据实际情况来定，在光电耦合器2控制保护模块3动作时，断路器控制电路在接收控制信号后会控制相应的断路器本体断开，以使直流电气主设备迅速跳闸，使得故障可以快速切除。

作为一种优选地实施例，还包括与基本RS触发器5连接的报警模块，用于在直流电压信号大于预设值时发出警报。

具体地，本申请设置了与基本RS触发器5连接的报警模块，在直流电流测量装置1采集的直流电压信号大于预设值时，光电耦合器2会控制报警模块发出警报，以使后台电网运行人员及时获知故障的发生，便于后续的故障切除及直流电气主设备的恢复处理。

另外，这里的报警模块可以为声音报警装置和/或显示报警装置，本申请在此不作特别的限定。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种直流系统过流保护装置，其特征在于，包括：

与直流电气主设备的端口连接的直流电流测量装置，用于采集所述直流电气主设备的端电流并输出与所述端电流成比例的直流电压信号；

发光二极管的阳极与所述直流电流测量装置的输出端连接、阴极通过第一电阻接地、光敏三极管与保护模块连接的光电耦合器，用于在所述直流电压信号大于预设值时输出控制信号以控制所述保护模块动作；

输入端与所述光电耦合器连接、输出端与所述直流电气主设备连接的所述保护模块；

还包括：

输入端与所述直流电流测量装置的输出端连接，输出端与所述发光二极管的阳极连接的运算放大模块；

所述光敏三极管的集电极与直流电源连接，所述光敏三极管的发射极通过第二电阻接地，所述光敏三极管的发射极还与所述保护模块连接；

还包括：

输入端与所述光敏三极管的发射极连接、输出端与所述保护模块连接的基本RS触发器，用于在接收到所述控制信号时控制所述保护模块动作；

所述基本RS触发器为由两个或非门构成的基本RS触发器，所述基本RS触发器的S端与所述光敏三极管的发射极连接，所述基本RS触发器的R端与第三电阻的第一端连接，所述基本RS触发器的Q端与所述保护模块连接，所述第三电阻的第二端接地；

还包括可控开关，所述可控开关的第一端与所述直流电源连接，所述可控开关的第二端与所述基本RS触发器的R端连接；

其中，所述可控开关为按钮；

还包括时间继电器和选择开关，其中：

所述选择开关的第一不动端与所述基本RS触发器的Q端连接，其第二不动端悬空，其动端通过所述时间继电器的线圈接地，其常开触点的第一端与所述直流电源连接，其常开触点的第二端与所述可控开关的第二端连接。

2.如权利要求1所述的直流系统过流保护装置，其特征在于，所述直流电流测量装置为电磁式直流电流测量装置或者电子式直流电流测量装置。

3.如权利要求1所述的直流系统过流保护装置，其特征在于，所述保护模块包括断路器本体及断路器控制电路，所述断路器本体与所述直流电气主设备连接，所述断路器控制电路的输入端与所述基本RS触发器的输出端连接，所述断路器控制电路的输出端与所述断路器本体的控制端连接。

4.如权利要求3所述的直流系统过流保护装置，其特征在于，还包括与所述基本RS触发器连接的报警模块，用于在所述直流电压信号大于预设值时发出警报。

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