一种新型微机直流操作回路接地检测和短路保护装置的研制

一种新型微机直流操作回路接地检测和短路保护装置的研制 赵登福1，王  东1，董继民1 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ：一是接地故障不能及时发现并排除；二是短路发生后，由于熔断器保护容量变化导致保护误动而使事故蔓延和扩大。因此对其进行精确的接地检测和短路保护尤其重要。 目前对直流系统接地检测方法有“低频及变频信号寻迹法”，“载波相位法”[1]，电流相位比较法[2]等。它们在系统分布电容较小情况下有较高的精度，但由于都向直流系统注入低频交流信号，所以都不可避免地会受到系统分布电容的影响。对直流系统的短路保护，目前主要采用熔断器法。熔断器具有运行维护简单等优点，但由于多次，长期受冲击电流影响，其容量易发生变化而出现越级动作，且无法实现直流回路电源的自动切换。 本文提出了直流系统三段式保护原理，并以霍尔电桥构成直流接地故障的快速识别电路。数值仿真和模拟试验 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明了该原理和方法的有效性。 2 直流系统接地检测的新方法霍尔电桥法 霍尔电桥法即在直流系统各个支路上加上一个霍尔传感器，让直流电源正负母线从中间的空洞穿过，如图1所示，图中R1、R2、R3、L2构成电桥主体，L1所在支路为被测支路。 霍尔电桥在正常情况下，流过接地检测支路霍尔传感器的负荷电流大小相等、方向相反，流过霍尔传感器的输入电流为零，霍尔传感器感应的电流I为一定值；如果有接地发生，流过霍尔传感器的输入电流还要加上经过电桥主体流入大地的接地电流，因此流过霍尔传感器的输入电流要发生变化，霍尔传感器L2感应出的电流I也要发生变化，由于霍尔传感器具有极性，所以根据感应出的电流值I就可以得知是正极接地还是负极接地，进而可以根据式(1)、(2)计算出接地电阻的大小。 式(1)～(2)中 RG是接地电阻；Uzg是系统正常工作电压；IG是接地时支路电流；Rzg是系统电阻；KGI是比例系数。                              3 短路故障的快速判别与保护原理 3. 1 直流系统短路判据 本文首次将交流系统三段式电流保护的概念用于直流系统，并根据系统短路故障的特点，提出短路故障的判别与保护原理。 直流系统短路的最大特点是各段分支的短路电流大(一般10~20kA)，而且基本相等；短路时母线电压很低。据此，形成直流系统短路判据     Idz≥K ∙ Imax (3)    Udz ≤U0 (4) 只有同时满足式(3)、(4)，才认为有短路发生。式(3)中，Idz表示动作电流，K代表可靠系数，Imax代表该支路的最大冲击负荷电流(高压开关电磁操作机构的合闸电流)；式(4)中，Udz代表动作电压, U0代表动作电压边界值。 3.2 大负荷冲击电流与短路电流的区分 区分直流系统电流是短路电流还是大负荷冲击电流是直流短路保护的关键。如图2所示，图中Id代表短路电流，Idz代表动作电流，Imax.r代表高压开关冲击负荷电流，Ig为系统正常工作电流，Ugz代表工作电压，Ud代表短路电压，U0为电压阈值，UC为系统在大负荷冲击电流作用下母线电压。                               从图2中可以看出，如果系统单台开关合闸，那么短路判据的电流判据(3)和电压判据(4)都不满足短路条件；如果是2台以上的开关合闸，这时短路判据的电流判据满足条件，但是电压判据不满足条件；如果直流系统出现短路故障，电流、电压判据同时满足。这样就可以区分大负荷冲击电流与短路电流。 3. 3 三段式直流电流保护特性 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 作为一种新型继电保护，直流短路保护需满足选择性、灵敏度、速动性、可靠性等基本要求。 （1）选择性 如图3所示，在图中1.1代表第一级、支路1；2.3代表第二级、支路3；2.4代表第二级、支路4；依此类推。以2.3为例，在2.3发生短路时，1.1也满足电流动作条件。这时，若2.3正确动作，则定时限一段就不动作；若2.3拒动，则在延时ΔT后，定时限一段就要动作，切开支路1.1。图3中的第二级是第三级的定时限一段，第一级是第二级的定时限一段，又是第三级的定时限二段。 选择性判据如下： 1）第三级感受到短路时, 直接动作跳闸。 2）第二级感受到短路时, 如果第三级无故障，直接动作跳闸；如果第三级有故障，但第三级开关动作失败，延时Δt跳闸。 3）第一级感受到短路时，若第二三级无故障，直接跳闸；如果第二级有故障但开关动作失败，延时Δt跳闸；如果第三级有故障但开关动作失败，延时2Δt跳闸。                              （2）灵敏度 电流元件灵敏度Kse.i = Id.min / IdZ ≈8~10 (5) 电压元件灵敏度Kse.u = Udz / Ud.min (6) 式(5)和式(6)中Id.min是短路电流最小值；IdZ是动作电流；Udz是动作电压，Ud.min是短路电压最小值。 （3）速动性 装置的动作时间由数据采集时间、判断时间、直流断路器的分闸时间及灭弧时间组成。由于采用了高性能的数据采集板和工业计算机，所以采集时间和判断时间极短，故障切除时间主要取决于下一支路直流断路器的分闸时间及灭弧时间的长短。 （4）可靠性     电压元件可靠性Ku = Ugz / Udz≈3 (7)     电流元件可靠性Ki = Idz / Igz≈2~3 (8) 可靠性综合结果K=Min(Ku,Ki)≈2~3 (9) 式(7)~(9)中Ugz是工作电压；Udz是动作电压；Idz是动作电流；Igz是工作电流。 4 新型直流系统故障诊断与保护装置的软硬件设计 4. 1 直流系统故障诊断与保护装置的模型 直流系统接地检测和短路保护装置的硬件关联图如图4所示。图中接地检测模块用作接地监测，接地监测的霍尔传感器要求正负母线同时穿过；支路短路检测和母线电压检测及母线电流检测用作短路监测，短路监测的霍尔传感器只有正极穿过。装置用了两块PCL818L A/D数据采集板，霍尔传感器感应出的值经A/D后送入工控机进行计算，依据计算结果进行相应的动作。     4. 2 直流系统故障诊断与保护装置的软件设计 直流系统故障诊断与保护装置软件设计目标有： （1）系统绝缘自动监测，指出绝缘破坏极性； （2）一极绝缘接地选线，指出绝缘破坏支路； （3）区分正常合闸冲击电流与短路故障电流，实现短路故障判定、切除与报警； （4）直流系统电压、电流在线监测与显示； （5）数据报表与事故追忆； （6）根据短路故障情况自动投切备用电源。 程序流程如图5所示。                                   从图5中可以看出，在每一次大循环中，接地检测只有1次，而对短路的检测却有3次。这是因为直流系统对于接地故障和短路故障的重视程度不同。当直流系统出现接地故障的时候，只要不同时出现两个接地点，系统仍然可以运行很长时间而不中断供电；如果出现短路故障，则要求在最短的时间内将短路支路从系统中切除。 5 数值仿真与动模试验结果分析 5. 1 接地检测测试 试验目标：30kW的接地故障能够正确预警和定位；20kW及以下的接地故障能够准确迅速定位并且报警。 电路模型如图3所示，试验数据见表1。 表中打“√”者表示试验动作正确；没有打“√”者，表示未检测。                       从表1中可以看出，对30kW及以下接地电阻本装置可以准确指出接地支路以及接地极性。在检测过程中，在不同的支路加上10mF电容以后，试验结果不变，这说明本装置在检测接地故障时，不受系统分布电容的影响。 5. 2 短路保护测试 试验目标：正确区分大的冲击负荷电流和短路电流。 在图3所示的电路模型中，用I1 = 0.88A模拟高压断路器合闸最大冲击负荷电流，I1=3.01A模拟系统在发生短路时的短路电流，保护动作的条件是： （1）冲击电流≥1.5 A （2）母线电压：V≤80V 模拟3.6(支路6)发生故障，在I1 = 0.88A时，3.6断路器没有动作；在I1 =3.01A时，3.6断路器动作。在模拟3.8有接地故障的情况下做同样的实验，I1 = 0.88A时，3.6断路器没有动作；在I1 =3.01A时，3.6断路器动作。在3.6拒动情况下，后备保护2.3断路器动作切除故障。 6 结论 理论分析和动态仿真模拟表明：本文提出的检测直流操作回路接地故障的霍尔电桥法的原理简单、检测准确，克服了现有方法易受分布电容影响的缺陷；以交流系统三段式电流保护的概念及逻辑判据构成的直流系统三段式电流保护，能够正确识别直流系统的正常运行电流、开关动作冲击电流及短路故障电流，能准确及时的切除直流系统的短路故障，并具有直流备用电源自动投入功能。