一种变电站直流系统支路主动式保护装置的制作方法

本技术涉及直流保护系统，具体涉及一种变电站直流系统支路主动式保护装置。

背景技术：

1、变电站直流系统一般用于系统内继电保护系统、监控系统、自动控制系统和事故照明等提供电能，在变电站供配电系统的稳定运行中起着极为重要的作用。直流系统常见故障一般有短路故障、接地故障、绝缘下降故障、环网故障和交流窜入故障等。

2、传统直流系统的短路故障保护通常是通过熔断器或断路器切断故障电流，隔离故障；现行绝缘下降保护和接地故障保护主要是通过绝缘监测系统进行故障报警，然后人工手持检测装置进行故障定位，最后人工隔离故障，但变电站直流系统为不接地系统，故障定位较为困难；现有针对环网故障的环网查找仪虽能查找出故障，但不能实现提前报警，无法避免环网现象的发生；目前常见的交流窜入故障检测装置只能检测到交流窜入直流故障的发生，无法实现故障定位。上述故障解决方法无故障定位功能，且需耗费大量人力物力及时间，不具有综合性。

技术实现思路

1、实用新型目的：本实用新型的目的是提供一种变电站直流系统支路主动式保护装置。

2、技术方案：本实用新型的一种变电站直流系统支路主动式保护装置，包括：mcu控制单元、故障检测电路、隔离单元和直流输入输出接口，隔离单元通过直流输入接口与变电站直流系统直流母线连接，通过直流输出接口与变电站直流系统支路连接；mcu控制单元的输入端口与故障检测电路的输出端口连接，输出端口与隔离电路的控制端口连接；故障检测电路的输入端口与变电站直流系统支路连接，用于检测变电站直流系统支路电压和电流；其中，隔离单元包括dc/dc变换器和高频变压器，用于同时实现变换器变换电压、主动式短路故障保护、主动式接地故障保护、主动式绝缘下降报警、主动式直流环网保护和主动式交流窜入保护，当支路出现主动式短路故障、主动式接地故障、主动式绝缘下降报警、主动式直流环网和主动式交流窜入故障时切断故障，保障母线和其他支路的不受该故障影响。

3、可选的，隔离单元的高频变压器集成在dc/dc变换器内部。

4、可选的，dc/dc变换器采用半桥llc结构，半桥llc结构包括：方波产生电路、谐振网络和输出电路，方波产生电路产生的方波信号经谐振网络滤波和调节后，输出稳定电压至输出电路，输出电路将滤波后的电压输出给负载，并防止反向电流流入隔离单元电路。

5、可选的，方波产生电路包括驱动电路、第一开关管、第二开关管，第一开关管的源极和漏极之间并联第一二极管，第二开关管的源极和漏极之间并联第二二极管，驱动电路根据控制信号，交替地控制第一开关管和第二开关管的导通和截止状态；当一个开关管导通时，另一个开关管截止，通过控制能量流动产生方波信号。

6、可选的，谐振网络包括依次串联连接的谐振电容、谐振电感和变压器励磁电感，谐振电容的另一端与第一开关管和第二开关管的桥臂中点连接，变压器励磁电感的另一端与第二开关管的源极连接，且变压器励磁电感与变压器原边线圈并联。

7、可选的，输出电路包括滤波电容、第一整流二极管和第二整流二极管，滤波电容与负载并联，并与变压器第一副边并联，第一整流二极管的输入端与变压器副边同名端相连，输出端与滤波电容一端相连，第二整流二极管的输入端与变压器第二副边异名端相连，输出端与第一整流二极管dr1的输出端相连。

8、可选的，故障检测电路包括变换器输出电压采样电路和输出电流采样电路，分别用于采样变换器输出电压和输出电流。

9、可选的，短路保护或环网保护时，dc/dc变换器停止功率输出，实现故障隔离。

10、可选的，绝缘下降故障和接地故障保护或交流窜入故障保护时，隔离单元中的高频变压器用于实现电气隔离，将故障限制在故障支路。

11、基于相同的发明构思，本实用新型的一种变电站直流系统，在该系统的每个支路上配置上述的变电站直流系统支路主动式保护装置。

12、有益效果：与现有技术相比，本实用新型的优点为：

13、(1)本实用新型中主动保护的实现，缩小了直流故障的影响范围，减小了对直流断路器的依赖，结合拓扑结构优化，允许不同场景下的直流系统带故障运行，提高了直流系统的供电可靠性；

14、(2)变电站直流系统为不接地系统，在系统正常运行情况下，当直流系统母线绝缘监测装置接地时，若此时支路交流窜入单点故障发生，会形成漏电流回路，本实用新型中主动式保护功能装置具有隔离漏电流功能，实现故障保护。

15、(3)本实用新型中装置内部采用的变换器拓扑结构为半桥llc结构，该结构结合了半桥变换器和llc谐振变换器的优点，具有输入电压范围宽、输出电压可调、高效率、高稳定性和低损耗等优点。

技术特征：

1.一种变电站直流系统支路主动式保护装置，其特征在于，包括：mcu控制单元、故障检测电路、隔离单元和直流输入输出接口，隔离单元通过直流输入接口与变电站直流系统直流母线连接，通过直流输出接口与变电站直流系统支路连接；mcu控制单元的输入端口与故障检测电路的输出端口连接，输出端口与隔离电路的控制端口连接；故障检测电路的输入端口与变电站直流系统支路连接，用于检测变电站直流系统支路电压和电流；其中，隔离单元包括dc/dc变换器和高频变压器，用于同时实现变换器变换电压、主动式短路故障保护、主动式接地故障保护、主动式绝缘下降报警、主动式直流环网保护和主动式交流窜入保护，当支路出现主动式短路故障、主动式接地故障、主动式绝缘下降报警、主动式直流环网和主动式交流窜入故障时切断故障，保障母线和其他支路的不受该故障影响。

2.根据权利要求1所述的一种变电站直流系统支路主动式保护装置，其特征在于，隔离单元的高频变压器集成在dc/dc变换器内部。

3.根据权利要求1所述的一种变电站直流系统支路主动式保护装置，其特征在于，dc/dc变换器采用半桥llc结构，半桥llc结构包括：方波产生电路、谐振网络和输出电路，方波产生电路产生的方波信号经谐振网络滤波和调节后，输出稳定电压至输出电路，输出电路将滤波后的电压输出给负载，并防止反向电流流入隔离单元电路。

4.根据权利要求3所述的一种变电站直流系统支路主动式保护装置，其特征在于，方波产生电路包括驱动电路、第一开关管(q1)、第二开关管(q2)，第一开关管(q1)的源极和漏极之间并联第一二极管(d1)，第二开关管(q2)的源极和漏极之间并联第二二极管(d2)，驱动电路根据控制信号，交替地控制第一开关管(q1)和第二开关管(q2)的导通和截止状态；当一个开关管导通时，另一个开关管截止，通过控制能量流动产生方波信号。

5.根据权利要求3所述的一种变电站直流系统支路主动式保护装置，其特征在于，谐振网络包括依次串联连接的谐振电容(cr)、谐振电感(lr)和变压器励磁电感(lm)，谐振电容(cr)的另一端与第一开关管(q1)和第二开关管(q2)的桥臂中点连接，变压器励磁电感(lm)的另一端与第二开关管(q2)的源极连接，且变压器励磁电感(lm)与变压器原边线圈并联。

6.根据权利要求3所述的一种变电站直流系统支路主动式保护装置，其特征在于，输出电路包括滤波电容(cf)、第一整流二极管(dr1)和第二整流二极管(dr2)，滤波电容(cf)与负载(r)并联，并与变压器第一副边并联，第一整流二极管(dr1)的输入端与变压器副边同名端相连，输出端与滤波电容(cf)一端相连，第二整流二极管(dr2)的输入端与变压器第二副边异名端相连，输出端与第一整流二极管(dr1)的输出端相连。

7.根据权利要求1所述的一种变电站直流系统支路主动式保护装置，其特征在于，故障检测电路包括变换器输出电压采样电路和输出电流采样电路，分别用于采样变换器输出电压和输出电流。

8.根据权利要求1所述的一种变电站直流系统支路主动式保护装置，其特征在于，短路保护或环网保护时，dc/dc变换器停止功率输出，实现故障隔离。

9.根据权利要求1所述的一种变电站直流系统支路主动式保护装置，其特征在于，绝缘下降故障和接地故障保护或交流窜入故障保护时，隔离单元中的高频变压器用于实现电气隔离，将故障限制在故障支路。

10.一种变电站直流系统，其特征在于，在该系统的每个支路上配置权利要求1-9任一项所述的变电站直流系统支路主动式保护装置。

技术总结本技术公开了一种变电站直流系统支路主动式保护装置，包括：MCU控制单元、故障检测电路和隔离单元，隔离单元通过直流输入接口与直流母线连接，通过直流输出接口与变电站直流系统支路连接；MCU控制单元的输入端口与故障检测电路的输出端口连接，输出端口与隔离电路的控制端口连接；故障检测电路的输入端口与变电站直流系统支路连接，用于检测变电站直流系统支路电压和电流；隔离单元用于切断支路中主动式短路故障、主动式接地故障、主动式绝缘下降报警、主动式直流环网和主动式交流窜入故障，保障母线和其他支路的不受该故障影响。本技术实现直流配电系统中多种故障的自然隔离和严重故障回路的开断，最大限度保障系统正常运行。技术研发人员：贾磊,侯永军,李强,李君,王磊,章琪,侯琪芸,陈云峰受保护的技术使用者：北方联合电力有限责任公司包头第二热电厂技术研发日：20231212技术公布日：2024/7/23