一种具有瞬时速断保护功能的变压系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种具有瞬时速断保护功能的变压系统，包括速断变压装置，所述速断变压装置的输出侧设有采用由IGBT模块构成的反向H桥结构的直流

【技术实现步骤摘要】
一种具有瞬时速断保护功能的变压系统


[0001]本技术涉及一种适用于煤矿井下低压交流系统的电力电子变压技术，尤其涉及一种具有瞬时速断保护功能的变压系统。

技术介绍

[0002]煤矿井下低压1140V、660V和127V供电系统所处环境最为复杂，人工操作用电设备最多。同时，随着掘进和开采的推进，井下移动变电站应尽可能小型化且便于移动。并且，井下低压用电设备多为感性负载，因用电设备启动时，启动电流较大，故而易造成对漏电或短路故障的误判且在出现漏电或短路故障时不具备瞬时速断保护功能，容易造成人身触电安全事故，既影响供电系统的安全性，又影响其可控性和稳定性。

技术实现思路

[0003]为克服现有技术的上述缺陷，本技术提供了具有瞬时速断保护功能的变压系统，能够在相应控制系统的配套控制下，在用电系统出现相关故障时快速切断供电。
[0004]本技术实现上述目的的技术方案是：一种具有瞬时速断保护功能的变压系统，包括速断变压装置，所述速断变压装置的输出侧设有采用由IGBT模块构成的反向H桥结构的直流
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交流转换单元，所述直流
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交流转换单元的各输出侧IGBT模块分别设有各自的分流旁路，所述分流旁路上串联有关断电容、泄流电阻和晶闸管。
[0005]所述晶闸管优选为门极可关断晶闸管。
[0006]各所述分流旁路构成所述具有瞬时速断保护功能的变压系统的瞬时速断模块(或称瞬时速断保护执行电路)。
[0007]优选的，所述速断变压装置的输出侧引线上设有零序电流传感器、零序电压传感器和线电压传感器，构成所述具有瞬时速断保护功能的变压系统的漏电信号采集单元。
[0008]所述零序电压传感器的电压采集电路可以采用由三个并联的采用电容构成，三个所述采样电容的输入分别接入所述速断变压装置的三相输出侧引线，三个所述采样电容的输出接地(适用于三相交流供电系统)。
[0009]优选的，所述速断变压装置包括依次连接的交流
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交流输入转换模块、高频变压模块和交流
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交流输出转换模块，所述交流
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交流输入转换模块包括三组相串联的滤波电感和组合单元模块，三组所述相串联的滤波电感和组合单元模块级联，所述组合单元模块包括交流
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直流转换单元和直流
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交流转换单元，二者之间并联有高压滤波电容，所述交流
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交流输出转换模块包括三个级联的所述组合单元模块，所述交流
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交流输出转换模块的直流
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交流转换单元为所述速断变压装置的输出侧的直流
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交流转换单元。
[0010]优选的，所述交流
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直流转换单元采用由四个所述IGBT模块构成的H桥结构。
[0011]优选的，所述直流
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交流转换单元采用由四个所述IGBT模块构成的反向H桥结构。
[0012]优选的，所述高频变压模块为固定变比的高频电压变换器。
[0013]优选的，所述速断变压装置的数量为一个或三个，分别对应于单相或三相交流供
电系统，所述速断变压装置的输入和输出分别接入交流供电系统的相应相的高压侧和低压侧。
[0014]所述具有瞬时速断保护功能的变压系统可以配套设置或者说包括中央控制系统，所述中央控制系统包括CPU，所述零序电流传感器、所述零序电压传感器和所述线电压传感器的信号输出接入所述CPU的相应信号输入端，所述CPU的速断控制信号输出接入各所述晶闸管的门极，所述CPU的变压控制信号输出接入各所述IGBT模块中的IGBT的门极。
[0015]所述CPU可以采用ARM STM32系列芯片作为处理芯片。
[0016]优选的，所述中央控制系统还包括A/D转换电路，所述零序电流传感器、所述零序电压传感器和所述线电压传感器的信号输出接入所述A/D转换电路的信号输入端，所述A/D转换电路的信号输出接入所述CPU的相应信号输入端。
[0017]优选的，所述中央控制系统优选还包括两个光耦驱动电路，所述CPU的速断控制信号输出通过一个所述光耦驱动电路处理后再接入各所述晶闸管的门极，所述CPU的变压控制信号输出通过另一个所述光耦驱动电路处理后再接入各所述IGBT模块中的IGBT的门极。
[0018]优选的，所述中央控制系统还包括显示屏，所述CPU的相应显示信号输出接入所述显示屏，用于显示所述CPU的分析计算结果、输出的控制信号、交流供电系统的运行状态等信息。
[0019]本技术的速断保护工作方法为：
[0020]能够通过在输出侧线路上设置的各传感器获得相应的信号变化或故障信号，这些信号变化或故障信息送入中央控制系统用于故障分析，当中空控制系统(CPU)判断出交流供电系统出现漏电故障时，所述CPU发出速断控制信号，同时停止发出变压控制信号，通过相应的驱动电路控制各所述分流旁路中的所述晶闸管导通，电流分流流入各所述分流旁路，使所述速断变压装置的输出侧的直流
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交流转换单元中的各输出侧IGBT模块所在支路的电流逐渐减小至零，所述IGBT模块自行关断，电流全部流过各所述分流旁路，各所述分流旁路采用过阻尼电路将电流快速衰减至零，所述晶闸管自行关断，切断交流供电系统供电。
[0021]所述CPU判断交流供电系统出现漏电故障的方法为所述CPU依据所述零序电流传感器、所述零序电压传感器和所述线电压传感器采集的信号计算出所述速断变压装置的输出侧的接地电阻值，将所述接地电阻值与工程实际需求动作的电阻整定值进行比较，当所述接地电阻值小于所述电阻整定值时，判断为交流供电系统出现漏电故障。
[0022]本技术的有益效果是：
[0023]1、本技术的所述分流旁路的设置，可以接受CPU的控制，CPU判断出交流供电系统出现漏电故障时，可以通过控制所述晶闸管导通对各输出侧IGBT模块所在支路进行分流，使各所述IGBT模块自行关断，再通过所述晶闸管的关断快速切断交流供电系统的供电，切断交流供电系统供电的时间不超过0.35毫秒，有效防止煤矿井下低压供电系统因漏电或短路造成人身触电安全事故，提高供电系统的安全性、可控性和稳定性。相比于传统的强行切断主回路电流(假设此时电流不为交流电流过零点时刻)的切断供电方式，可以有效避免在IGBT模块的两端产生巨大的电压差，引起IGBT模块过电压的情况，也可有效克服等待交流电流过零点时再关断IGBT模块(此时不会引起过电压)造成关断死区(最长等待时间为10毫秒，工频信号一个周期两次过零点，每10毫秒一次)，无法实现快速断电的缺陷。
[0024]2、用于控制的CPU可以通过所述零序电流传感器、所述零序电压传感器和所述线
电压传感器采集的信号计算所述速断变压装置的输出侧的接地电阻值，再通过比较所述接地电阻值与工程实际需求动作的电阻整定值来判断交流供电系统是否出现漏电故障，漏电故障判断准确，可有效避免因低压用电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有瞬时速断保护功能的变压系统，其特征在于包括速断变压装置，所述速断变压装置的输出侧设有采用由IGBT模块构成的反向H桥结构的直流
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交流转换单元，所述直流
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交流转换单元的各输出侧IGBT模块分别设有各自的分流旁路，所述分流旁路上串联有关断电容、泄流电阻和晶闸管。2.如权利要求1所述的具有瞬时速断保护功能的变压系统，其特征在于所述速断变压装置的输出侧引线上设有零序电流传感器、零序电压传感器和线电压传感器。3.如权利要求2所述的具有瞬时速断保护功能的变压系统，其特征在于所述速断变压装置包括依次连接的交流
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交流输入转换模块、高频变压模块和交流
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交流输出转换模块，所述交流
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交流输入转换模块包括三组相串联的滤波电感和组合单元模块，三组所述相串联的滤波电感和组合单元模块级联，所述组合单元模块包括交流
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直流转换单元和直流
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交流转换单元，二者之间并联有高压滤波电容，所述交流
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交流输出转换模块包括三个级联的所述组合单元模块，所述交流
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交流输出转换模块的直流
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交流转换单元为所述速断变压装置的输出侧的直流
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交流转换单元。4.如权利要求3所述的具有瞬时速断保护功能的变压系统，其特征在于所述交流

【专利技术属性】
技术研发人员：冯琛，高志宣，
申请(专利权)人：济南海林科技有限公司，
类型：新型
国别省市：