一种电源转换器异常检测与保护方法与流程

本发明涉及矿用本质安全电源保护，尤其涉及一种电源转换器异常检测与保护方法。

背景技术：

1、矿用本安型电源转换器专门应用于煤矿井下等易燃易爆爆炸性环境的供电转换装置，通过电路限能、电气隔离等设计，确保设备在正常工作与故障状态下，产生的电火花与热效应均不足以点燃周围爆炸性混合物，具备本质安全防爆性能。

2、矿用本安型电源转换器是煤矿井下易燃易爆环境中监控、通信、传感设备的核心供电单元，需将ib级本质安全输入转换为ia级本质安全输出，对供电安全性与连续性要求极高。

3、当前井下所用三路输入三路输出本安电源转换器，仅采集基础电压、电流，未同步监测温度、缓启动、限压限流、电气隔离及本安等级判定回路，存在明显检测盲区，无法提前识别本安降级、隔离失效、缓启动异常等隐性故障；同时，多采用“异常即整机停机”的一刀切保护，单一通道故障会导致整机断电，破坏井下关键设备连续供电，同时易因瞬时扰动造成不必要停机，从而导致矿用本安型电源转换器存在异常检测不全面、保护策略单一、本安等级无法实时核验的缺陷，易引发安全与供电故障。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：为了解决上述问题，而提出的一种电源转换器异常检测与保护方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种电源转换器异常检测与保护方法，应用于煤矿井下易燃易爆环境的矿用本安型电源转换器，转换器将三路ib等级本质安全电源输入转换为三路ia等级本质安全电源输出，异常检测与保护方法包括以下步骤：

4、s1.多参数同步采集：通过内置采样电路与主控单元，实时采集每一路输入电压、输入电流、每一路输出电压、输出电流及内部核心模块工作温度，同时同步监测缓启动回路、限压限流回路、电气隔离模块及本安等级判定回路的工作状态；

5、s2.阈值比对与异常判定：将采集的电参数与温度参数，与按gb/t3836系列标准预设的ia等级本安安全阈值、正常工作区间阈值、故障预警阈值进行实时比对，当参数超限、限能回路异常、缓启动不达标、温度超上限或电气隔离失效时，判定对应通道或整机为异常状态；

6、s3.分级保护执行：根据异常类型、严重程度及本安安全影响等级执行分级保护，在保证输出能量不超过ia安全限值前提下维持供电连续性，避免单一故障导致整机停机或引爆爆炸性环境；

7、s4.故障处理与恢复：对所有异常状态实时锁存、记录参数并上传，实现故障可追溯、可监控、可分级恢复。

8、优选地，异常状态包括过压、欠压、过流、短路、超温、缓启动失效、本安等级降级、限压回路失效、限流回路失效、电气隔离异常中的至少一种异常状态。

9、优选地，实时采集包括：

10、对三路输入电源分别独立采集电压与电流；

11、对三路输出ia等级电源分别独立采集电压、电流及回路阻抗；

12、每隔10ms～100ms完成一轮全参数采集、阈值比对与异常判断。

13、优选地，分级保护动作包括：

14、一级保护：执行动态限流、实时限压、降低pwm占空比，在不中断输出的前提下修正异常参数；

15、二级保护：关断发生异常的对应单路输出，保持其他各路正常供电；

16、三级保护：立即整体切断输入电源，锁存故障状态并禁止自动重启。

17、优选地，还包括缓启动检测与保护：上电后实时检测缓启动阶段的电压上升斜率与浪涌电流峰值；若斜率过快或峰值超阈值，立即判定缓启动异常并切断输出，防止前级电源与后级负载受损。

18、优选地，还包括本安等级异常检测：实时监测限压回路、限流回路、隔离模块的工作状态；当检测到限能回路失效、无法保证ia等级安全能量输出时，判定本安ia等级失效，执行三级保护。

19、优选地，还包括故障记录与上传：锁存异常类型、发生时间、异常参数值、故障通道；通过串口、rs485或本安总线将故障信息上传至上位机或井下本安监控系统。

20、优选地，还包括故障自动恢复：在三级保护锁存后，仅支持手动复位解除；在一级/二级保护的异常原因消除后，自动恢复正常输出。

21、优选地，预设阈值、限流值、限压值及能量限值均依据gb/t3836.4本质安全标准设定，确保任何工况下输出能量不超过ia等级安全限值。

22、优选地，于，异常检测与保护方法专用于将ib等级输入转换为ia等级输出的矿用本安型三路输入三路输出电源转换器。

23、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

24、1.本发明采用多参数同步采集机制，独立采集三路输入输出电参数、核心模块温度，同步监测缓启动、限压限流、电气隔离及本安等级判定回路状态，搭配10ms~100ms高频采集周期，全面覆盖过压、欠压、过流、短路、超温、本安等级降级等各类异常，消除检测死角，实现异常状态快速、精准判定；

25、2.本发明依据异常严重程度执行三级保护，一级保护动态调节不中断输出，二级保护单路关断不影响整机供电，三级保护整机切断杜绝安全风险，在严格遵守gb/t3836.4标准、确保输出能量不超过ia等级安全限值的前提下，避免单一故障引发整机停机，适配煤矿井下连续供电需求；

26、3.本发明增设缓启动专项检测与保护，精准管控上电电压斜率与浪涌电流，防止前级电源与后级负载受损；新增本安等级实时监测，一旦限能回路、隔离模块失效，立即触发最高级保护，从根源上避免能量超标引爆易燃易爆环境，大幅提升矿用设备本质安全等级；

27、4.本发明实时锁存异常类型、时间、参数、通道等信息，掉电不丢失，通过串口、rs485或本安总线上传至上位机与井下监控系统，实现故障可追溯、可远程监控；优化分级恢复机制，一、二级保护自动恢复，三级保护支持手动/远程复位，减少井下现场干预，降低运维难度与安全风险。

1.一种电源转换器异常检测与保护方法，其特征在于，应用于煤矿井下易燃易爆环境的矿用本安型电源转换器，转换器将三路ib等级本质安全电源输入转换为三路ia等级本质安全电源输出，异常检测与保护方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种电源转换器异常检测与保护方法，其特征在于，异常状态包括过压、欠压、过流、短路、超温、缓启动失效、本安等级降级、限压回路失效、限流回路失效、电气隔离异常中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种电源转换器异常检测与保护方法，其特征在于，实时采集包括：

4.根据权利要求1所述的一种电源转换器异常检测与保护方法，其特征在于，分级保护动作包括：

5.根据权利要求1所述的一种电源转换器异常检测与保护方法，其特征在于，还包括缓启动检测与保护：上电后实时检测缓启动阶段的电压上升斜率与浪涌电流峰值；若斜率过快或峰值超阈值，立即判定缓启动异常并切断输出，防止前级电源与后级负载受损。

6.根据权利要求1所述的一种电源转换器异常检测与保护方法，其特征在于，还包括本安等级异常检测：实时监测限压回路、限流回路、隔离模块的工作状态；当检测到限能回路失效、无法保证ia等级安全能量输出时，判定本安ia等级失效，执行三级保护。

7.根据权利要求1所述的一种电源转换器异常检测与保护方法，其特征在于，还包括故障记录与上传：锁存异常类型、发生时间、异常参数值、故障通道；通过串口、rs485或本安总线将故障信息上传至上位机或井下本安监控系统。

8.根据权利要求1所述的一种电源转换器异常检测与保护方法，其特征在于，还包括故障自动恢复：在三级保护锁存后，仅支持手动复位解除；在一级/二级保护的异常原因消除后，自动恢复正常输出。

9.根据权利要求1所述的一种电源转换器异常检测与保护方法，其特征在于，预设阈值、限流值、限压值及能量限值均依据gb/t3836.4本质安全标准设定，确保任何工况下输出能量不超过ia等级安全限值。

10.根据权利要求1所述的一种电源转换器异常检测与保护方法，其特征在于，异常检测与保护方法专用于将ib等级输入转换为ia等级输出的矿用本安型三路输入三路输出电源转换器。