CN219980426U - 直流保护电源系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种直流保护电源系统，包括直流电源母线、保护支线、保护装置和负载支线，其中：所述保护装置包括主保护装置和从保护装置，所述保护装置用于检测母线短路、接地故障，并在检测到母线故障时关断供电通路，在没有检测到母线故障时起到电压变换作用，所述保护支线用于在所述负载支线失电的情况下，为所述负载支线的负载供电。该系统可以解决直流电源系统的接地故障、短路故障，同时将故障隔离在故障区域内，缩小故障排查范围，避免故障范围扩大，最大程度保障直流电源系统的负载的正常运行。

Description

直流保护电源系统

技术领域

本公开涉及直流电源保护技术领域，具体地，涉及一种直流保护电源系统。

背景技术

直流电源系统广泛应用于发电厂、变电站等场所，为继电保护、测控装置、自动装置、遥控通讯、信号回路、监控系统、事故照明等提供供电电源。

但是目前，变电站/发电厂中，由于直流电源系统的接地、短路故障得不到及时处理、隔离，导致事故停电范围扩大、造成设备损坏的事故时有发生。

实用新型内容

本公开的目的是提供一种直流保护电源系统，该系统可以解决直流电源系统的接地故障、短路故障导致的负载损坏问题，监控直流母线绝缘下降的问题，同时将故障隔离在故障区域内，缩小故障排查范围，避免故障范围扩大，最大程度保障直流电源系统的负载的正常运行。

为了实现上述目的，本公开提供一种直流保护电源系统，包括直流电源母线、保护支线、保护装置和负载支线，其中：

所述保护装置包括主保护装置和从保护装置，所述保护装置用于检测母线故障、电压变换和隔离，所述主保护装置串接于所述直流电源母线的正母线和负母线之间；

所述从保护装置为多个，数量与所述保护支线的数量对应，多个所述从保护装置串接于所述保护支线的正电源和负电源之间；

所述保护支线为多个，设置于所述主保护装置的输入端一侧，所述保护支线的正电源和负电源分别从所述主保护装置的输入端一侧的直流电源母线的正母线和负母线引出；

所述负载支线为多个，数量与所述保护支线的数量对应，多个所述负载支线设置于所述主保护装置的输出端一侧，所述负载支线的正电源和负电源分别从所述主保护装置的输出端一侧的直流电源母线的正母线和负母线引出；

所述保护支线的输出端的正电源和负电源分别连接所述负载支线的负载的正极和负极；

所述保护支线用于在所述负载支线失电的情况下，为所述负载支线的负载供电。

可选地，所述系统还包括绝缘监测装置，所述绝缘监测装置串接于所述主保护装置的输出端一侧的直流电源母线的正母线和负母线之间，用于检测所述直流电源母线的接地电阻。

可选地，所述绝缘监测装置包括测试桥电路，所述测试桥电路包括依次串接在所述母线和地之间的检测电阻和切入开关，所述测试桥电路用于检测所述母线的对地绝缘电阻。

可选地，所述负载支线包括剩余电流保护器，所述剩余电流保护器串接于所述负载支线的正电源和负电源之间，用于在所述负载支线的直流剩余电流超过剩余电流阈值的情况下，保护所述负载支线的负载。

可选地，所述剩余电流保护器包括霍尔电流传感器和直流断路器，所述霍尔电流传感器用于在感应到直流剩余电流超过所述剩余电流阈值的情况下，使所述直流断路器跳闸。

可选地，所述负载支线还包括防逆流二极管，所述防逆流二极管包括第一防逆流二极管和第二防逆流二极管；

所述第一防逆流二极管串接于所述剩余电流保护器与所述保护支线的输出端的正电源和所述负载支线的负载的正极的接点之间，所述第一防逆流二极管的负极连接所述负载的正极；

所述第二防逆流二极管串接于所述剩余电流保护器与所述保护支线的输出端的负电源和所述负载支线的负载的负极的接点之间，所述第二防逆流二极管的正极连接所述负载的负极。

可选地，所述保护装置包括：短路检测电路、控制电路和全桥DCDC变换电路；

所述短路检测电路的输入端分别连接所述全桥DCDC变换电路的输入端的直流母线和输出端的直流母线，用于检测所述直流母线是否短路；

所述控制电路的输入端连接所述短路检测电路的输出端，所述控制电路的输出端连接所述全桥DCDC变换电路的控制端，用于控制所述全桥DCDC变换电路的工作状态；

所述全桥DCDC变换电路的输出端连接所述负载，用于对所述直流母线的电压进行变换和隔离。

可选地，所述控制电路包括单片机。

可选地，所述全桥DCDC变换电路包括：H桥逆变模块、高频变压器、和全桥整流电路。

可选地，所述保护装置还包括限流保护装置，所述限流保护装置串接于所述直流母线和所述全桥DCDC变换电路的输入端之间，用于对所述保护装置进行限流保护。

综上所述，本公开实施例提供一种直流保护电源系统，包括直流电源母线、保护支线、保护装置和负载支线，其中：所述保护装置包括主保护装置和从保护装置，所述保护装置用于检测母线故障、电压变换和隔离，所述主保护装置串接于所述直流电源母线的正母线和负母线之间；所述从保护装置为多个，数量与所述保护支线的数量对应，多个所述从保护装置串接于所述保护支线的正电源和负电源之间；所述保护支线为多个，设置于所述主保护装置的输入端一侧，所述保护支线的正电源和负电源分别从所述主保护装置的输入端一侧的直流电源母线的正母线和负母线引出；所述负载支线为多个，数量与所述保护支线的数量对应，多个所述负载支线设置于所述主保护装置的输出端一侧，所述负载支线的正电源和负电源分别从所述主保护装置的输出端一侧的直流电源母线的正母线和负母线引出；所述保护支线的输出端的正电源和负电源分别连接所述负载支线的负载的正极和负极；所述保护装置用于检测母线短路、接地故障，并在检测到母线故障时关断供电通路，在没有检测到母线故障时起到电压变换作用，所述保护支线用于在所述负载支线失电的情况下，为所述负载支线的负载供电。该系统可以解决直流电源系统的接地故障、短路故障，同时将故障隔离在故障区域内，缩小故障排查范围，避免故障范围扩大，最大程度保障直流电源系统的负载的正常运行。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是根据一示例性实施例示出的一种直流保护电源系统的示意图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种测试桥电路的示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的一种保护装置的示意图；

图4是根据一示例性实施例示出的一种全桥DCDC变换电路的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

需要说明的是，本公开中所有获取信号、信息或数据的动作都是在遵照所在地国家相应的数据保护法规政策的前提下，并获得由相应装置所有者给予授权的情况下进行的。

需要注意的是，本公开实施例中直流环网保护装置中所用到的绝缘监测装置、短路检测电路、霍尔电流传感器、直流断路器、防逆流二极管、单片机、短路检测电路、H桥逆变模块、高频变压器、全桥整流电路和限流保护装置等，均可通过商业途径获得。

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。

应当理解，本公开的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本公开的范围在此方面不受限制。

本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。

需要注意，本公开中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。

需要注意，本公开中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。

下面结合具体实施例对本公开进行说明。

首先，对本公开的应用场景进行说明。直流电源系统主要应用于各类变电站、火电厂和水电厂等使用直流设备的场合。作为电力二次系统的重要组成部分，直流系统是继电保护、自动装置、遥控电源、操作回路、微机、信号回路以及五防系统的直流供电电源，直流系统的主要故障中短路、接地和绝缘下降故障是最常见的故障类型。绝缘降低故障主要体现在正极或负极绝缘降低，若不及时处理，则有可能发展成金属接地。直流短路、接地会造成负载设备损坏，甚至引发火灾。

图1是根据一示例性实施例示出的一种直流保护电源系统的示意图，为解决上述技术问题，本公开实施例提供一种直流保护电源系统，参见图1，该系统包括直流电源母线、保护支线、保护装置和负载支线，其中：保护装置20包括主保护装置20a和从保护装置20b，所述保护装置用于检测母线故障、电压变换和隔离，主保护装置20a串接于直流电源母线的正母线DC+和负母线DC-之间。从保护装置20b为多个，数量与保护支线的数量对应，多个从保护装置20b串接于保护支线的正电源和负电源之间。保护支线为多个，设置于主保护装置20a的输入端一侧，保护支线的正电源和负电源分别从主保护装置20a的输入端一侧的直流电源母线的正母线DC+和负母线DC-引出。负载支线为多个，数量与保护支线的数量对应，多个负载支线设置于主保护装置20a的输出端一侧，负载支线的正电源和负电源分别从主保护装置20a的输出端一侧的直流电源母线的正母线KM+和负母线KM-引出。保护支线的输出端的正电源和负电源分别连接负载支线的负载30的正极和负极。保护支线用于在负载支线失电的情况下，为负载支线的负载30供电。

其中，主保护装置20a能够检测到直流母线短路、接地等故障，并在检测到直流母线短路、接地故障时，自动切断供电通路以保护负载30不被损坏。

如果主保护装置20a的输出端一侧的正母线KM+和负母线KM-出现短路、接地故障，则主保护装置20a自动切出正母线KM+和负母线KM-供电通路，此时负载支线由相对应连接的保护支线供电。

如果是某条负载支线发生短路、接地故障，则主保护装置20a自动切出正母线KM+和负母线KM-供电通路，此时负载支线由相对应的保护支线供电，由于对应的保护支线上的从保护装置20b检测到短路、接地故障，切断本保护支线供电，其余正常负载支线的供电不受影响。这样故障就被限制在了断电停运的负载支线。

如果主保护装置20a的输入端一侧的正母线DC+和负母线DC-出现短路、接地故障，则从保护装置20b自动切断保护支线供电通路，保护负载支线的负载30不受损坏。

综上所述，本公开实施例提供一种直流保护电源系统，包括直流电源母线、保护支线、保护装置和负载支线，其中：所述保护装置包括主保护装置和从保护装置，所述保护装置用于检测母线故障、电压变换和隔离，所述主保护装置串接于所述直流电源母线的正母线和负母线之间；所述从保护装置为多个，数量与所述保护支线的数量对应，多个所述从保护装置串接于所述保护支线的正电源和负电源之间；所述保护支线为多个，设置于所述主保护装置的输入端一侧，所述保护支线的正电源和负电源分别从所述主保护装置的输入端一侧的直流电源母线的正母线和负母线引出；所述负载支线为多个，数量与所述保护支线的数量对应，多个所述负载支线设置于所述主保护装置的输出端一侧，所述负载支线的正电源和负电源分别从所述主保护装置的输出端一侧的直流电源母线的正母线和负母线引出；所述保护支线的输出端的正电源和负电源分别连接所述负载支线的负载的正极和负极；所述保护装置用于检测母线短路、接地故障，并在检测到母线故障时关断供电通路，在没有检测到母线故障时起到电压变换作用，所述保护支线用于在所述负载支线失电的情况下，为所述负载支线的负载供电。该系统可以解决直流电源系统的接地故障、短路故障，同时将故障隔离在故障区域内，缩小故障排查范围，避免故障范围扩大，最大程度保障直流电源系统的负载的正常运行。

如图1所示，在一些实施例中，负载支线包括剩余电流保护器40，剩余电流保护器40串接于负载支线的正电源和负电源之间，用于在负载支线的直流剩余电流超过剩余电流阈值的情况下，示例性的，该剩余电流阈值可以为1A,保护负载支线的负载30。示例性的，剩余电流保护器40可以包括霍尔电流传感器401和直流断路器402，霍尔电流传感器401用于在感应到直流剩余电流超过剩余电流阈值的情况下，使直流断路器402跳闸，(此时可能有异常支路分流，例如有人触电造成分流)在直流断路器402跳闸后，所在负载支线失电，此时由连接的保护支线继续为负载30供电，保证负载不间断运行。这样故障范围就被限定在了跳闸的负载支线，随后可以由人工检查该负载支线的故障原因，并排除故障。

如图1所示，在一些实施例中，负载支线还包括防逆流二极管，防逆流二极管包括第一防逆流二极管50和第二防逆流二极管60。第一防逆流二极管50串接于剩余电流保护器40与保护支线的输出端的正电源和负载支线的负载的正极的接点之间，第一防逆流二极管50的负极连接负载30的正极。第二防逆流二极管60串接于剩余电流保护器40与保护支线的输出端的负电源和负载支线的负载的负极的接点之间，第二防逆流二极管60的正极连接负载30的负极。这样，可以保证保护支线在给负载30正常供电的同时，防止保护支线的电流倒灌进正母线KM+和负母线KM-造成故障隐患。

在一些实施例中，直流保护电源系统还包括绝缘监测装置70，绝缘监测装置70串接于主保护装置20a的输出端一侧的直流电源母线的正母线KM+和负母线KM-之间，用于检测直流电源母线的接地电阻。图2是根据一示例性实施例示出的一种测试桥电路的示意图，如图2所示，绝缘监测装置70包括测试桥电路701，测试桥电路701包括依次串接在母线和地之间的检测电阻和切入开关，测试桥电路701用于检测母线的对地绝缘电阻。R1、R2分别为正母线KMI+和负母线KMI-的对地检测电阻，K1和K2分别为切入开关，示例性的，K1、K2可以为电子开关，可以在一定的开关频率下接通和关断，Rx、Ry分别为正母线KMI+和负母线KMI-的对地等效电阻，正常情况下为无穷大。

绝缘监测装置70还包括电流检测电路(图中未示出)，接通切入开关K1，通过检测流过检测电阻R1的电流的大小，通过计算就可以得到正母线KMI+的对地等效电阻Rx的阻值，从而可以判断出正母线KMI+是否对地绝缘下降或是对地短路。

同理，接通切入开关K2，通过检测流过检测电阻R2的电流的大小，通过计算就可以得到负母线KMI-的对地等效电阻Ry的阻值，从而可以判断出负母线KMI-是否对地绝缘下降或是对地短路。

示例性的，绝缘监测装置70在检测到绝缘下降或是接地故障时，可以通过声光类报警装置(图中未示出)发出报警以提醒工作人员注意并及时检修。

图3是根据一示例性实施例示出的一种保护装置的示意图，如图3所示，保护装置20包括：短路检测电路201、控制电路202和全桥DCDC变换电路203。短路检测电路201的输入端分别连接全桥DCDC变换电路203的输入端的直流母线10和输出端的直流母线，用于检测直流母线是否短路。控制电路202的输入端连接短路检测电路201的输出端，控制电路202的输出端连接全桥DCDC变换电路203的控制端，用于控制全桥DCDC变换电路203的工作状态。全桥DCDC变换电路203的输出端连接负载，用于对直流母线10的电压进行变换和隔离。

在一些实施例中，控制电路202包括单片机。单片机用于根据短路检测电路201输出的故障告警信号来控制全桥DCDC变换电路203的工作状态。示例性的，当短路检测电路201没有输出故障告警信号时，则单片机控制全桥DCDC变换电路203正常工作，当短路检测电路201有输出故障告警信号时，则单片机控制全桥DCDC变换电路203关断。这样可以在直流母线10电压、电流正常的情况下，直流母线10通过全桥DCDC变换电路203给负载30供电。在直流母线10异常(例如短路、接地)时，控制电路202通过单片机控制全桥DCDC变换电路203关断供电通路，保护负载30免于损坏。

图4是根据一示例性实施例示出的一种全桥DCDC变换电路的示意图，在一些实施例中，全桥DCDC变换电路203包括：H桥逆变模块、高频变压器、和全桥整流电路。如图4所示，四个首尾串联的IGBT管子Q1-Q4构成H桥逆变模块，H桥逆变模块跨接在输入直流电压UIN的正极DC+和负极DC-之间，用于将输入直流电压逆变为交流电压。四个首尾串联的瞬态恢复二极管D1-D4构成全桥整流电路，全桥整流电路跨接在输出直流电压Uo的正极+和负极-之间，用于将交流电压整流为直流电压。高频变压器T跨接在H桥逆变模块和全桥整流电路之间，用于电压变换和隔离，此外，全桥DCDC变换电路203还包括跨接在输入直流电压UIN正极DC+和负极DC-之间的输入滤波电容C1，用于输入电压UIN滤波，以及由电感L1、电容C2组成的输出滤波电路，其中电感L1一端连接二极管D2的负极，另一端为输出直流电压Uo的正极+，电容C2跨接在输出直流电压Uo的正极+和负极-之间。全桥DCDC变换电路203可以将输入直流电压UIN变换为输出直流电压Uo，并起到输入输出隔离的作用。

当短路检测电路201检测到母线短路、接地故障时发出告警信号给到控制电路202，控制电路202通过单片机发出控制指令关断H桥逆变模块中的四个IGBT管子Q1-Q4，这样就关断了全桥DCDC变换电路203，从而达到关断负载30供电通路的作用，这样就保护了负载30免受损坏。

在一些实施例中，保护装置20还包括限流保护装置(图中未示出)，限流保护装置串接于直流母线10和全桥DCDC变换电路203的输入端之间，用于对保护装置20进行限流保护。这样可以在直流母线10出现异常时，例如短路、接地造成电流过大时，通过限流保护装置限制直流母线上的电流在一定范围，从而可以保护保护装置20以及负载30免于损坏。

综上所述，本公开实施例提供一种直流保护电源系统，包括直流电源母线、保护支线、保护装置和负载支线，所述保护装置用于检测母线短路、接地故障，并在检测到母线故障时关断供电通路，在没有检测到母线故障时起到电压变换作用，所述保护支线用于在所述负载支线失电的情况下，为所述负载支线的负载供电。该系统还包括绝缘监测装置，剩余电流保护器，防逆流二极管，所述保护装置包括：短路检测电路、控制电路和全桥DCDC变换电路；所述全桥DCDC变换电路包括：H桥逆变模块、高频变压器、和全桥整流电路，所述保护装置还包括限流保护装置。该直流保护电源系统可以进一步解决直流电源系统的接地故障、短路故障，同时将故障隔离在故障区域内，缩小故障排查范围，避免故障范围扩大，限流保护装置可以进一步保护保护装置和负载，最大程度保障直流电源系统的正常运行。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种直流保护电源系统，其特征在于，包括直流电源母线、保护支线、保护装置和负载支线，其中：

所述保护装置包括主保护装置和从保护装置，所述保护装置用于检测母线故障、电压变换和隔离，所述主保护装置串接于所述直流电源母线的正母线和负母线之间；

所述从保护装置为多个，数量与所述保护支线的数量对应，多个所述从保护装置串接于所述保护支线的正电源和负电源之间；

所述保护支线为多个，设置于所述主保护装置的输入端一侧，所述保护支线的正电源和负电源分别从所述主保护装置的输入端一侧的直流电源母线的正母线和负母线引出；

所述负载支线为多个，数量与所述保护支线的数量对应，多个所述负载支线设置于所述主保护装置的输出端一侧，所述负载支线的正电源和负电源分别从所述主保护装置的输出端一侧的直流电源母线的正母线和负母线引出；

所述保护支线的输出端的正电源和负电源分别连接所述负载支线的负载的正极和负极；

所述保护支线用于在所述负载支线失电的情况下，为所述负载支线的负载供电。

2.根据权利要求1所述的直流保护电源系统，其特征在于，所述系统还包括绝缘监测装置，所述绝缘监测装置串接于所述主保护装置的输出端一侧的直流电源母线的正母线和负母线之间，用于检测所述直流电源母线的接地电阻。

3.根据权利要求2所述的直流保护电源系统，其特征在于，所述绝缘监测装置包括测试桥电路，所述测试桥电路包括依次串接在所述母线和地之间的检测电阻和切入开关，所述测试桥电路用于检测所述母线的对地绝缘电阻。

4.根据权利要求1所述的直流保护电源系统，其特征在于，所述负载支线包括剩余电流保护器，所述剩余电流保护器串接于所述负载支线的正电源和负电源之间，用于在所述负载支线的直流剩余电流超过剩余电流阈值的情况下，保护所述负载支线的负载。

5.根据权利要求4所述的直流保护电源系统，其特征在于，所述剩余电流保护器包括霍尔电流传感器和直流断路器，所述霍尔电流传感器用于在感应到直流剩余电流超过所述剩余电流阈值的情况下，使所述直流断路器跳闸。

6.根据权利要求4所述的直流保护电源系统，其特征在于，所述负载支线还包括防逆流二极管，所述防逆流二极管包括第一防逆流二极管和第二防逆流二极管；

所述第一防逆流二极管串接于所述剩余电流保护器与所述保护支线的输出端的正电源和所述负载支线的负载的正极的接点之间，所述第一防逆流二极管的负极连接所述负载的正极；

所述第二防逆流二极管串接于所述剩余电流保护器与所述保护支线的输出端的负电源和所述负载支线的负载的负极的接点之间，所述第二防逆流二极管的正极连接所述负载的负极。

7.根据权利要求1所述的直流保护电源系统，其特征在于，所述保护装置包括：短路检测电路、控制电路和全桥DCDC变换电路；

所述短路检测电路的输入端分别连接所述全桥DCDC变换电路的输入端的直流母线和输出端的直流母线，用于检测所述直流母线是否短路；

所述控制电路的输入端连接所述短路检测电路的输出端，所述控制电路的输出端连接所述全桥DCDC变换电路的控制端，用于控制所述全桥DCDC变换电路的工作状态；

所述全桥DCDC变换电路的输出端连接所述负载，用于对所述直流母线的电压进行变换和隔离。

8.根据权利要求7所述的直流保护电源系统，其特征在于，所述控制电路包括单片机。

9.根据权利要求7所述的直流保护电源系统，其特征在于，所述全桥DCDC变换电路包括：H桥逆变模块、高频变压器、和全桥整流电路。

10.根据权利要求7所述的直流保护电源系统，其特征在于，所述保护装置还包括限流保护装置，所述限流保护装置串接于所述直流母线和所述全桥DCDC变换电路的输入端之间，用于对所述保护装置进行限流保护。