一种直流系统交流窜入保护装置及保护方法与流程

1.本发明涉及一种直流系统交流窜入保护装置，还涉及上述保护装置的保护方法。


背景技术：

2.近年来，由于直流配电系统易于接纳分布式电源发电，且自身具备高效率、低损耗、可靠性高的优势，因此其应用范围和研究深度越来越广。但是，直流配电系统在实际运行中也出现了一些问题，由于直流电和交流电组成了交直流混合配电网，会因各种原因使混合配电系统中交流电窜入直流电，造成直流电源和负载出现问题，交流窜入直流故障存在难检测和需要快速保护的问题。
3.目前已有一些直流系统交流窜入故障的检测方法，包括查找仪、对地电压检测等，但查找仪精度较差，且不方便操作；对地电压检测速度较慢，且需要配合其他装置实现保护。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明的其中一个目的是提供一种查找精度高、检测速度快的直流系统交流窜入保护装置；本发明的另一个目的是提供上述保护装置的保护方法，该方法可根据需求选择直接断路或者进行交流窜入报警，有效避免了直流系统中交流窜入对负荷的影响。
5.技术方案：本发明所述的直流系统交流窜入保护装置，所述保护装置与被保护负载串联接入到支路中，所述保护装置包括电容、电感以及断路器；所述电感布置在支路中与支路中的负载串联，所述电容与支路并联，电容一端连接电感另一端接地；基于被保护负载的需求，断路器具有两种放置方式设置在电路中，在交流窜入时需要切断支路情况下，断路器采用单个2p断路器形式放置在与负载串联的支路中；当交流窜入时仅需进行报警时，断路器采用两个1p断路器形式放置在与电容串联的电路中。
6.其中，当交流窜入时仅需进行报警时，断路器采用两个1p断路器形式且与电容串联时，断路器与断路检测装置连接；所述断路检测装置实时采集所述断路器短路状态，并在检测到断路器断开时进行声光报警。
7.其中，所述断路检测装置包括断路传感器、中央处理器和声光报警装置；所述断路传感器实时采集断路器的开关状态并将状态信息传输给中央处理器，所述中央处理器实时采集断路器的开关状态，当断路器断开时控制声光报警装置动作，发出声光报警信号。
8.其中，电容和电感的参数由如下公式确定：
[0009][0010]
其中，l为电感值，c为电容值，f为系统交流源的频率；
[0011]
其中，电容、电感和断路器的耐压值由支路的电压等级确定；
[0012]
上述装置的直流系统交流窜入保护方法，所述方法包括如下步骤：
[0013]
(1)确定系统交流源频率f，则角频率为ω＝2πf；
[0014]
(2)计算电感l、电容c的谐振参数，谐振发生时，有如下公式：
[0015][0016]
计算可得：
[0017][0018]
(3)根据步骤(2)中的lc值，选定电感、电容的参数值，根据支路的电压等级确定电感、电容以及断路器的耐压值；基于电感、电容的参数值构建保护电路；
[0019]
(4)根据交流窜入时要求报警或者保护，将断路器配置在对应位置，当选择仅报警时，断路器和支路并联；当选择保护跳开时，将断路器串联在支路内；
[0020]
(5)交流窜入时，会发生串联谐振，此时电流会依次经过电感、断路器、电容入地，谐振电路电阻等于线路电阻r0 断路器电阻r，此时谐振电流i的表达式如下：
[0021][0022]
其中，u为交流窜入的电压值；由于谐振电路电阻极小，电流值会很高，导致断路器跳闸。
[0023]
其中，步骤(5)中，当断路器串联在支路内，该跳闸动作实现电路的切断；当断路器和支路并联时，该跳闸动作作为开关量信号告警或作为开关量信号输出或直接被观测。
[0024]
有益效果：本发明采用串联谐振配合断路器的方式，实现直流系统交流窜入的保护；该保护装置能够快速确定参数，无需配合传感器、测量电路、电源等，属于无源保护；相对于查找仪，该保护装置保护迅速，定位准确；相对于对地电压检测方法，该保护装置省去了电压采样、信号转换等环节，可靠性进一步提升，且可同时实现交流窜入的检测与保护；此外，当断路器串接在支路中时，串联谐振电路的存在直接在支路的输入端实现了跳闸，阻止了交流窜入直流，避免了直流系统中交流窜入对负荷的影响。
附图说明
[0025]
图1为本发明保护装置在电网系统中应用的原理图；
[0026]
图2为本发明保护装置的电路原理图；
[0027]
图3为本发明装置保护方法的流程图；
[0028]
图4为断路检测装置的原理图。
具体实施方式
[0029]
如图1-3所示，本发明采用串联谐振电路配合断路器的方式，实现直流系统交流窜入的检测以及保护，在需要进行交流窜入保护的支路安装保护装置，保护装置包括三个主要部分：电感、电容以及断路器。其中电感布置在支路中，电容与支路并联并接地。断路器可根据交流窜入时是否切断支路，选择放置在位置1和位置2。放置在位置1时，可采用单个2p断路器，当有交流窜入时，断路器跳开，支路被切断；放置在位置2时，可采用两个1p断路器，当交流窜入时，窜入的相应极性断路器跳闸，该跳闸信号可以采用开关量形式输出，也可以
直接观测，从而发现交流窜入位置(即是串入正极还是负极)。
[0030]
该方法的实现步骤如下：
[0031]
(1)确定系统交流源频率f(常规市电频率为50hz)，则角频率ω＝2πf；
[0032]
(2)计算电感l、电容c的谐振参数，谐振发生时，有如下公式：
[0033][0034]
计算可得
[0035][0036]
(3)根据步骤(2)中的lc值，选定电感电容的参数值，根据支路的电压等级确定电感、电容以及断路器的耐压值；基于电感、电容的参数值构建保护电路；
[0037]
(4)根据交流窜入时要求报警或者保护，将断路器配置在对应位置，当选择仅报警时，断路器和支路并联；当选择保护跳开时，将断路器串联在支路内；
[0038]
(5)交流窜入时，会发生串联谐振，此时电流会依次经过电感、断路器、电容入地，谐振电路电阻等于线路电阻r0 断路器电阻r，此时谐振电流i的表达式如下：
[0039][0040]
其中，u为交流窜入的电压值，由于谐振电路电阻极小，电流值会很高，导致断路器跳闸；该跳闸动作可以串联在支路中实现电路的切断，也可以并联在支路上作为开关量信号告警，可以作为开关量信号输出，也可以直接被观测。
[0041]
当作为开关量信号时，采用断路检测装置对开关量进行检测，实时采集断路器短路状态，并在检测到断路器断开时进行声光报警。如图4所示，断路检测装置包括断路传感器、中央处理器和声光报警装置；断路传感器实时采集断路器的开关状态并将状态信息传输给中央处理器，中央处理器实时采集断路器的开关状态，当断路器断开时控制声光报警装置动作，发出声光报警信号。