專利名稱：變電站電源系統饋線短路和過載的保護方法及其保護裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及變電站電源技術，特別涉及變電站一體化電源系統中支路饋線短路和過載的保護方案。
背景技術：
交直流一體化電源系統廣泛地應用于電力行業，尤其是在變電站，一體化電源系統中的通信電源解決方案采用的是DC/DC變換的方式，使用DC/DC裝置將一體化電源中的電力操作電源的輸出母線電壓(220V/110V)變換成48V電壓，再集中送到通信電源的母線，再經各饋線單元給交換機等通信負載供電。通信行業中，通信電源系統承擔著向電力系統交換機、光端設備、PCM設備、微波設備等通信設備供電的任務，是所有通信設備的“心臟”一旦發生供電中斷，通信系統、超高壓輸電線路高頻保護及電網安全穩定裝置通道、調度自動化遠動信息通道將無法運行，將極大地威脅電力系統的安全穩定運行。與傳統的通信電源系統相比，一體化電源中的通信母線無蓄電池組，這種方案存在一個嚴重的技術缺陷，當某條饋線支路上的通信負載發生過載或短路故障，尤其是過載故障，由于DC/DC裝置輸出電流能力是有限的，不像蓄電池那樣可以通過高倍率放電提供大電流，空氣開關只能處于兩段式保護中的延時脫扣階段，不能瞬時分斷過載的支路，而DC/DC裝置會在空氣開關脫扣之前進入限流狀態，致使通信母線的電壓跌落，而這種情況比較嚴重時，有可能使母線電壓跌落至低于通信設備所能接受的最低工作電壓(標準中是36V)造成所有通信設備因輸入欠壓關機，通信設備因掉電關機或重新啟動這在電力行業是不允許的。
發明內容
本發明提供一種短路和過載保護技術，采用自動控制短路的方式，促使空氣開關及時關斷，解決現有技術中空氣開關不能及時分斷過載支路的技術問題。本發明為解決上述技術問題而提供的這種保護裝置包括設置于支路饋線上的電流檢測裝置、并聯于負載FR的控制電路、控制器CPU以及輔助電源PS，所述電流檢測裝置及控制電路分別連接于所述控制器CPU，所述輔助電源PS分別連接控制器CPU及支路饋線，所述電流檢測裝置為閉環行霍爾電流傳感器HALL，該閉環行霍爾電流傳感器HALL與支路饋線上空氣開關K串聯，所述控制電路包括與負載FR并聯的功率開關管S及其驅動電路，該驅動電路連接所述控制器CPU，所述控制電路還包括與所述功率開關管S串聯的自恢復過流保護器RT。上述保護裝置的保護方法則包括以下步驟:A.檢測電源系統中通訊系統各支路饋線上的電流值，檢測電流值是采用霍爾電流傳感器檢測。B.當被檢測支路饋線上的電流值超過設定值時，將該支路饋線短路，使該支路饋線上的總電流激增；本步驟具體包括以下分步驟:B1.將步驟A中檢測到的電流值轉換為電壓信號，并將該信號傳送到控制器中；B2.控制器將該信號與設定值進行比較，當超過該設定值時，驅動控制電路對該支路饋線進行短路處理，所述的控制電路包括與負載并聯的功率開關管，控制器通過控制該功率開關管的導通來實現對支路饋線的短路，所述的控制電路通過在功率開關管上串聯自恢復過流保護器來保護功率開關管的安全，所述的設定值是以保護系統中空氣開關額定電流的2 3倍為基準，換算成相應的電壓值，與步驟A中檢測并轉換的電壓信號進行比較。C.當該支路饋線上的總電流超過保護系統中空氣開關設定的脫扣值時，空氣開關脫扣。本發明的技術方案比較經濟、有效和可靠，大大提高了功率開關管工作的可靠性，且開關管的使用不需較大的降額，也無需較大的散熱器給其散熱，降低了裝置的體積和成本；另外本發明接線簡單，可以很容易的用于改造現有的一體化電源系統，為系統增加這個功能。
圖1是本發明短路和過載保護裝置的接線示意圖。
具體實施例方式結合附圖1說明本發明的具體實施例。由圖1中可知，本發明變電站電源系統饋線短路和過載的保護裝置包括設置于支路饋線上的電流檢測裝置10、并聯于負載FR的控制電路20、控制器CPU以及輔助電源PS，所述電流檢測裝置10及控制電路20分別連接于所述控制器CPU，所述輔助電源PS分別連接控制器CPU及支路饋線，所述電流檢測裝置10為閉環行霍爾電流傳感器HALL，該閉環行霍爾電流傳感器HALL與支路饋線上空氣開關K串聯，所述控制電路20包括與負載FR并聯的功率開關管S及其驅動電路21，該驅動電路21連接所述控制器CPU，還包括與該功率開關管S串聯的自恢復過流保護器RT，本發明的系統中與正負母線M+，M-可以并聯有多個支路101、102…IOn等等，所以，負載可能是多個負載，在附圖中分別用FRU FRl...FRn表示，空氣開關同樣也用Kl、Kl…Kn表不。當支路發生 過載故障時，我們人為地將該支路饋線進行短路，使該支路進入短路狀態使空氣開關脫扣。主要原理是通過一單片機系統，以及在饋線上用霍爾電流傳感器檢測饋線上的電流，轉換為電壓信號并作作延時、濾波等處理送入單片機A/D轉換器，當單片機檢測到饋線上的電流達到空氣開關額定電流的2-3倍時，單片機輸出I/O信號再經驅動電路驅動功率開關管，此開關管并聯在負載兩端，開關管的開通將該支路饋線短路，當饋線總電流達到10倍左右的空開額定電流時，該支路饋線上的空氣開關在IOms內可靠地脫扣。為了保護開關管，在開關管的回路上串入一個合適的自恢復過流保護器，用來限制開關管回路上的最大電流，保證開關管安全可靠地工作。目前相對可行的另外一種方案是采用電子開關代替空氣開關，其內部通過電流檢測控制功率開關管的通斷來保護電源，當饋線負載正常時功率開關一直處于開通狀態，開關管發熱嚴重，需要較大的散熱器給其散熱，降低了開關管的工作可靠性，也增加了裝置的體積和成本，另外為了避開大功率通信設備上電設備內部電源輸入端的濾波電容充電產生的浪涌沖擊電流，電子開關檢測到過流信號時需要延時一段時間才能關斷保護，這個延時時間設置不當在出現短路時很容易把電子開關沖壞，可靠性較差；本發明方案中當饋線負載正常時，功率開關管一直處于截止狀態，也不影響主回路的正常工作，只有當饋線過載時功率開關管瞬時導通，空氣開關脫扣后又工作在截止狀態。因此，大大提高了功率開關管工作的可靠性，且開關管的使用不需較大的降額，也無需較大的散熱器給其散熱，降低了裝置的體積和成本。以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實 施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種變電站電源系統饋線短路和過載的保護方法，其特征在于:該方法包括以下步驟..A.檢測電源系統中通訊系統各支路饋線上的電流值；B.當被檢測支路饋線上的電流值超過設定值時，將該支路饋線短路，使該支路饋線上的總電流激增；C.當該支路饋線上的總電流超過保護系統中空氣開關設定的脫扣值時，空氣開關脫扣。
2.根據權利要求1所述的保護方法，其特征在于:步驟A中檢測電流值是采用霍爾電流傳感器檢測。
3.根據權利要求1或2所述的保護方法，其特征在于:步驟B中包括以下分步驟:B1.將步驟A中檢測到的電流值轉換為電壓信號，并將該信號傳送到控制器中；B2.控制器將該信號與設定值進行比較，當超過該設定值時，驅動驅動電路對該支路饋線進行短路處理。
4.根據權利要求3所述的保護方法，其特征在于:步驟B2中所述的驅動電路包括與負載并聯的功率開關管，控制器通過控制該功率開關管的導通來實現對支路饋線的短路。
5.根據權利要求3所述的保護方法，其特征在于:步驟B2中所述的驅動電路通過在功率開關管上串聯自恢復過流保護器來保護功率開關管的安全。
6.根據權利要求3所述的保護方法，其特征在于:步驟B2中所述的設定值是以保護系統中空氣開關額定電流的2 3倍為基準，換算成相應的電壓值，與步驟A中檢測并轉換的電壓信號進行比較。
7.一種采用權利要求1至6中任一項所述保護方法實現的保護裝置，其特征在于:該保護裝置包括設置于支路饋線上的電流檢測裝置(10)、并聯于負載FR的控制電路(20)、控制器CPU以及輔助電源PS，所述電流檢測裝置(10 )及控制電路(20 )分別連接于所述控制器CPU，所述輔助電源PS分別連接控制器CPU及支路饋線。
8.根據權利要求7所述的保護裝置，其特征在于:所述電流檢測裝置(10)為閉環行霍爾電流傳感器HALL，該閉環行霍爾電流傳感器HALL與支路饋線上空氣開關K串聯。
9.根據權利要求7或8所述的保護裝置，其特征在于:所述控制電路(20)包括與負載FR并聯的功率開關管S及其驅動電路(21 )，該驅動電路(21)連接所述控制器CPU。
10.根據權利要求9所述的保護裝置，其特征在于:所述控制電路(20)還包括與所述功率開關管S串聯的自恢復過流保護器RT。
全文摘要
一種變電站電源系統饋線短路和過載的保護裝置包括設置于支路饋線上的電流檢測裝置(10)、并聯于負載FR的控制電路(20)、控制器CPU以及輔助電源PS，所述電流檢測裝置(10)及控制電路(20)分別連接于所述控制器CPU，所述輔助電源PS分別連接控制器CPU及支路饋線。檢測電源系統中通訊系統各支路饋線上的電流值；當被檢測支路饋線上的電流值超過設定值時，將該支路饋線短路，當該支路饋線上的總電流超過保護系統中空氣開關設定的脫扣值時，空氣開關脫扣。本發明的技術方案比較經濟、有效和可靠，提高了功率開關管工作的可靠性，開關管的使用不需較大的降額，也無需較大的散熱器給其散熱，降低了裝置的體積和成本。
文檔編號H02H7/26GK103219716SQ20131016651
公開日2013年7月24日 申請日期2013年5月8日 優先權日2013年5月8日
發明者關平, 方耿 申請人:深圳市泰昂能源科技股份有限公司