直流系统中一种新型主动式保护装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于电力设备技术领域，尤其涉及一种直流系统中一种新型主动式保护装置。本发明专利技术包括双管正激DC/DC变换器、单片机控制电路、输出二极管以及检测电路；其中，双管正激DC/DC变换器的输入端连接蓄电池组，双管正激DC/DC变换器的输出端通过输出二极管连接直流负载；单片机控制电路连接双管正激DC/DC变换器的驱动端，单片机控制电路还同时连接检测电路的传输接口，检测电路的采样端口连接DC/DC变换器输出端的输出二极管；单片机控制电路还分别与通讯接口和人机交互界面相连接。本发明专利技术能够实现对交直流窜线故障的主动隔离，故障主动检测，故障主动定位和设备保护的功能。

A new type of active protection device in DC system

【技术实现步骤摘要】
直流系统中一种新型主动式保护装置
本专利技术属于电力设备
，尤其涉及一种直流系统中一种新型主动式保护装置。
技术介绍
直流系统属于电力二次系统的重要组成部分，在变电站与发电厂中是必不可少的结构，是电力系统控制和保护的基础，同时也是确保事故能得到快速处理的保障。现在的直流统主要是由整流模块系统，监控系统，绝缘监测单元，蓄电池组，电池巡检单元，开关量检测单元，降压单元，配电单元所构成，其中蓄电池组是整个系统的核心。在直流配电系统中，交流回路和直流回路是两个相互独立的系统，交流回路一般是接地系统，而直流回路是浮地，所以当发生交直流窜线故障时，就会引发直流母线接地故障。对于交直流窜线而造成的直流母线发生接地故障的现象，现有的解决方法可以通过便携式的接地故障查找仪来查找接地故障，但是由于查找仪的兼容性低和抗干扰能力差的因素，会造成接地故障的误报，而且对于接入直流母线上的任何导线都要查找，工程量大，时效性差，交直流窜线故障难以分辨和精确查找；另外，也可以用短接试验线来识别交流电和直流电，分析故障，但无法避免误碰的错误；这些仪器或方法即使能查找到交直流窜线故障，但是无法对故障进行限制和隔离，从而导致故障会进一步扩大到整个直流配电系统，影响直流系统的稳定运行。新标准如《直流电源系统绝缘监测装置技术条件》要求在直流系统中，窜入的交流电压大于或等于10V有效值时，装置应具有可靠的报警和定位功能。直流系统中交直流窜线故障指的是交流电源直接接入直流系统中的正极或者负极母线。如图1和图2所示，其中Udc为母线电压，R1，R2为正负母线的绝缘检测电阻，UAC为窜入的交流故障电源。由图1可以看出，由于交流故障电源UAC接地并且与直流母线相连接，所以对于直流系统来说，相当于正极或者负极母线发生了接地故障，而对于交流系统来说，电阻R1，R2和交流故障电源构成回路，从而输出交流电压，对直流母线电压产生影响，如果故障发生在直流正极，就会造成保护发生误动的可能；如果发生在直流负极，就会造成保护发生拒动的可能。在直流系统当中，现有的交直流窜线故障的解决方法存在许多不足之处，目前用于解决交直流窜线故障的便携式检测技术具有工程量大，时效性差，效率低，难以分辨和精确查找的缺点，而且这些方法无法限制和隔离故障，故障现象会进一步扩大到整个直流配电系统，从而影响系统的正常运行。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术提出一种直流系统中一种新型主动式保护装置，是一种基于电力电子和单片机技术的新型主动式保护装置，该保护装置可“一体化”实现对故障的主动隔离，故障主动精确检测以及快速定位，同时还能保护故障支路的设备，从而很好的弥补了现有技术的缺点。基于上述专利技术目的，本专利技术是通过以下技术方案来实现的：直流系统中一种新型主动式保护装置，包括双管正激DC/DC变换器、单片机控制电路、输出二极管以及检测电路；其中，双管正激DC/DC变换器的输入端连接蓄电池组，双管正激DC/DC变换器的输出端通过输出二极管连接直流负载；单片机控制电路连接双管正激DC/DC变换器的驱动端，单片机控制电路还同时连接检测电路的传输接口，检测电路的采样端口连接DC/DC变换器输出端的输出二极管；单片机控制电路还分别与通讯接口和人机交互界面相连接。所述蓄电池组为直流电源，蓄电池组由18节12V、100Ah的铅碳电池组成。所述检测电路包括直流正母线的交流信号采样电路和直流负母线的交流信号采样电路，检测电路将采集到的母线正极或负极的交流电压信号传输给单片机控制电路。所述保护装置串联在负载支路和直流母线之间，保护装置中双管正激DC/DC变换器与负载支路直接相连接，并且双管正激DC/DC变换器当中含有高频隔离变器。所述双管正激DC/DC变换器，Uin为输入电压，Uo为输出电压，L为电感，T为高频隔离变压器，C1、C2为滤波电容，功率管Q1、Q2选用MOS管，MOS管的型号为FQA28N50；PWM1、PWM2由单片机电路控制的2个开关驱动信号，D1、D2为续流二极管，选用快恢复的二极管，整流二极管D3、D4选用快恢复二极管。所述当故障交流电源窜入直流母线并构成回路后，故障交流电经高频变压器副边侧的整流电路和二极管后变为直流电，而直流电则无法通过高频变压器，负载端的故障对其他支路没有影响，故交直流窜线故障被限制在该支路。所述检测电路的直流220V的电源为双管正激DC/DC变换器的输出电压，在输出电压的正负母线上分别加装一个输出二极管，检测电路包含了两个电路：正极采样电路与负极采样电路，检测电路的功能为检测双管正激DC/DC变换器输出电压的正负母线上是否含有交流电，当有正极或者负极有交流电时，则等效为交流电源直接与故障极相连接，并且将采集到的正负极交流电压信号传输给单片机电路，从而引导单片机控制电路对电压信号进行采样。所述单片机控制中单片机的型号为DSPIC30F2023，Ui为输入电压，Uo为输出电压采样，Io为输出电流，Y表示晶振，C1、C2为晶振电容，R1、R2、R3、R4为电压采样电阻，T1和T2为温度采样端口，其中AN3、AN4为正负母线上窜入的交流电压的采样端口，单片机的PWM1、PWM2信号用来控制双管正激DC/DC变换器的两个MOS管，单片机的485A和485B端口即为RS-485通讯接口，单片机通过其SPI通讯接口与人机交互界面实现通讯。直流系统中一种新型主动式保护装置的故障检测方法，包括以下步骤：步骤1：直流母线的故障判断假设交流电源窜入负载端正极母线，则导致正极母线发生接地故障，因此正极母线上的直流电压大小几乎为0，故负载端正极母线的电压应为的故障交流电压，并且正负峰值几乎接近，所以根据比较两极电压正负峰值的和来判断故障交流电源窜入哪一极；步骤1：故障交流电压的有效值计算单片机采样的AD值减去直流偏置电压，即得到窜入的交流电压的瞬时值，有效值的计算通过取方均根值获得，若单片机在3个周期内连续采样n个点的电压瞬时值，记为U1，U2，…,Un,则计算窜入的交流电压UAC的有效值表达式如式(5)：上式中：U1，U1…Un表示采样电压瞬时值，UAC表示窜入的故障交流电压值。所述直流母线的故障判断：如在母线电压为Udc，正极母线对地电压为U+，负极母线对地电压为U-的直流系统当中，窜入有效值为UAC，频率为f的交流电源，则U+和U-的电压值分别为式(1)和式(2)：若在负极母线中窜入交流电源，则U+和U-的电压值分别为式(3)和式(4)：由式(1)和式(3)可知，发生交直流窜线故障的那一极由于接地的缘故，导致该极母线电压为故障交流电压，所以单片机控制电路在该极采集到的电压正负峰值的和必然接近0，而由式(2)和式(4)得出另外一极的电压正负峰值相加远大于0；故单片机控制电路通过比较两极电压的正负峰值的和来判断故障发生在哪一极，因此，电压正负峰值的和较小的一极为故障发生极。本专利技术与现有技本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.直流系统中一种新型主动式保护装置，其特征是：包括双管正激DC/DC变换器、单片机控制电路、输出二极管以及检测电路；其中，双管正激DC/DC变换器的输入端连接蓄电池组，双管正激DC/DC变换器的输出端通过输出二极管连接直流负载；单片机控制电路连接双管正激DC/DC变换器的驱动端，单片机控制电路还同时连接检测电路的传输接口，检测电路的采样端口连接DC/DC变换器输出端的输出二极管；单片机控制电路还分别与通讯接口和人机交互界面相连接。/n

【技术特征摘要】
1.直流系统中一种新型主动式保护装置，其特征是：包括双管正激DC/DC变换器、单片机控制电路、输出二极管以及检测电路；其中，双管正激DC/DC变换器的输入端连接蓄电池组，双管正激DC/DC变换器的输出端通过输出二极管连接直流负载；单片机控制电路连接双管正激DC/DC变换器的驱动端，单片机控制电路还同时连接检测电路的传输接口，检测电路的采样端口连接DC/DC变换器输出端的输出二极管；单片机控制电路还分别与通讯接口和人机交互界面相连接。


2.根据权利要求1所述的直流系统中一种新型主动式保护装置，其特征是：所述蓄电池组为直流电源，蓄电池组由18节12V、100Ah的铅碳电池组成。


3.根据权利要求1所述的直流系统中一种新型主动式保护装置，其特征是：所述检测电路包括直流正母线的交流信号采样电路和直流负母线的交流信号采样电路，检测电路将采集到的母线正极或负极的交流电压信号传输给单片机控制电路。


4.根据权利要求1所述的直流系统中一种新型主动式保护装置，其特征是：所述保护装置串联在负载支路和直流母线之间，保护装置中双管正激DC/DC变换器与负载支路直接相连接，并且双管正激DC/DC变换器当中含有高频隔离变器。


5.根据权利要求1所述的直流系统中一种新型主动式保护装置，其特征是：所述双管正激DC/DC变换器，Uin为输入电压，Uo为输出电压，L为电感，T为高频隔离变压器，C1、C2为滤波电容，功率管Q1、Q2选用MOS管，MOS管的型号为FQA28N50；PWM1、PWM2由单片机电路控制的2个开关驱动信号，D1、D2为续流二极管，选用快恢复的二极管，整流二极管D3、D4选用快恢复二极管。


6.根据权利要求4所述的直流系统中一种新型主动式保护装置，其特征是：所述当故障交流电源窜入直流母线并构成回路后，故障交流电经高频变压器副边侧的整流电路和二极管后变为直流电，而直流电则无法通过高频变压器，负载端的故障对其他支路没有影响，故交直流窜线故障被限制在该支路。


7.根据权利要求1所述的直流系统中一种新型主动式保护装置，其特征是：所述检测电路的直流220V的电源为双管正激DC/DC变换器的输出电压，在输出电压的正负母线上分别加装一个输出二极管，检测电路包含了两个电路：正极采样电路与负极采样电路，检测电路的功能为检测双管正激DC/DC变换器输出电压的正负母线上是否含有交流电，当有正极或者负极有交流电时，则等效为交流电源直接与故障极相连接，并且将采集到的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张武洋，朱钰，孔剑虹，周博，曹子恒，曲妍，吴蒙，王英明，王鹤奇，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21