專利名稱：中壓大電流直流斷路器短路電流識別裝置及其識別方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種應用于直流斷路器的保護控制系統(tǒng)，特別涉及一種中壓大電流直流斷路器短路電流識別裝置。
背景技術：
隨著直流電機、電力半導體、電能儲存、可再生能源發(fā)電、燃料電池應用以及IT技術的發(fā)展，直流供電的優(yōu)勢不斷顯現(xiàn)，人們開始重新關注直流供電的前景。直流供電系統(tǒng)與人們日常生活的聯(lián)系越來越緊密，雖然直流供電在進入家用電器產品市場的問題上還需要解決一些問題，但是直流家用電器全面取代交流家用電器的進程已經啟動，在不久的將來， 直流供電不僅會給家用電器生產行業(yè)帶來重大和深遠的影響，而且將成為影響全社會方方面面的技術發(fā)展趨勢。目前我國范圍內，城市無軌電車、地鐵、太陽能發(fā)電、冶煉、化工、軋材、船電、礦山等許多重要行業(yè)中均已經采用了直流供電系統(tǒng)。直流供電技術目前發(fā)展十分迅速。與此同時，隨著我國經濟迅速發(fā)展以及工業(yè)、交通等部門逐步的現(xiàn)代化，對供電系統(tǒng)可靠性的要求也越來越嚴格，直流用電負荷容量也持續(xù)增加，由此對其相關的開關器件及電路的控制保護提出了越來越高的要求。其中，直流斷路器是直流供電系統(tǒng)安全運行的保證，要求其具有快速且可靠切斷直流回路故障電流的保護功能。要求與之配合的檢測電路靈敏度高，準確性好，信號采集時間短，成本低且不能對被檢測電流主回路造成影響。直流斷路器測量保護控制過程簡述如下利用直流電流測量系統(tǒng)時時在線監(jiān)測流經主回路的直流電流，將采集到得信息送至單片機或工控機進行分析判斷，若達到設定的動作值，則由單片機發(fā)出信號指令給控制電路，控制電路繼而給脫扣系統(tǒng)發(fā)出脫扣指令，脫扣系統(tǒng)接到脫扣信號后立即跳扣，脫扣器成功實現(xiàn)快速脫扣，從而實現(xiàn)斷路器快速分閘，迅速切斷故障電流。目前，測量直流回路的電流通常采用的方法有兩種。第一種是利用分流器測量。分流器就是一個可以通過大電流的精確電阻。測量時將分流器直接串聯(lián)接入回路，當大電流通過分流器時，在它的兩端就會出現(xiàn)一個毫伏級的小電壓。用毫伏電壓表來測量這個電壓， 再利用歐姆定理再將這個電壓換算成電流，這就完成了直流回路大電流的測量。但是由于分流器是直接與電流回路串聯(lián)連接，隨著目前電壓等級的不斷提高，分流器測量的隔離問題越發(fā)難以解決，不可忽視，成為制約分流器測量方法在更高壓等級電流測量中應用的主要原因。第二種是利用霍爾電流傳感器。根據(jù)電磁學理論，在通電直導線周圍會產生感生磁場，且磁場強度B與所通電流的大小成正比?；魻杺鞲衅髦饕峭ㄟ^檢測導體周圍空間產生的磁場強度來間接測量流過導體的電流的大小。因傳感器中鐵芯內的磁感應強度與導體中所通電流的大小成線性關系，而又根據(jù)霍爾效應，傳感器其輸出感應電壓與磁場強度的大小成線性關系，故而傳感器輸出電壓即在一定范圍內可以精確地線性反映導線中電流的大小。這種電流互感器測量方法中，霍爾傳感器不與電路直接接觸連接，這種非接觸式測量其自身有良好的測量精度和一定的隔離作用。而且針對不斷升高的電壓等級，傳感器測量的電路絕緣問題也容易解決。此外，利用霍爾電流傳感器可將待測直流電流進行變換以滿足自動檢測系統(tǒng)的要求。但是電力負荷的不斷加大，待測電流不斷增大，為了能同時滿足對直流額定電流和大電流方式的測量，若單一利用霍爾傳感器實現(xiàn)大量程，則其系統(tǒng)體積過大,結構十分復雜,實現(xiàn)成本過高,不利于整個檢測系統(tǒng)的低成本和微型化的優(yōu)點，且精度難以保證，因而難以推廣應用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于設計一種中壓大電流直流斷路器測量保護控制系統(tǒng)。該電流測量系統(tǒng)綜合使用霍爾電流傳感器和羅氏線圈，在額定工作電流情況下利用霍爾電流傳感器測量，在故障沖擊大電流情況下利用羅氏線圈進行測量。所述羅氏線圈實際上是一個均勻密繞在一個環(huán)形非磁性骨架上的空心螺線管，其輸出的感應電動勢正比于被測電流的變化率。對羅氏線圈的輸電勢進行積分即可還原出被測的直流回路電流。因為羅氏線圈構成的電流互感器不含鐵心，在測量快速上升的大電流時不存在磁飽和帶來的測量失效等問題，故而被測電流的大小幾乎不受限制，從而被廣泛適用于暫態(tài)、脈沖和直流大電流的測量。所述系統(tǒng)利用霍爾傳感器和羅氏線圈兩種電流互感器各自的特點及適用范圍， 測量時的實際實施方法是將霍爾傳感器和羅氏線圈均套在被測中壓直流斷路器電流回路導體外，均屬非接觸式測量，與試驗回路不存在直接的電氣連接，因而其抗干擾能力強，其絕緣性能易于實現(xiàn)。所述霍爾傳感器用來精確測量穩(wěn)態(tài)情況下直流斷路器回路額定工作電流。為保證在測量沖擊大電流時不致?lián)p壞，選用帶負反饋閉環(huán)的霍爾傳感器。所述羅氏線圈用來精確測量快速上升的故障大電流。因為羅氏線圈后輸出的電勢是所測電流的微分信號，因而后需連接積分器，從而還原所測的電流值。所述霍爾傳感器和羅氏線圈輸出的電壓信號送入電平判斷電路，若小于設定電平值，則選取霍爾傳感器的測量結果，反之則選取羅氏線圈的測量結果。用來比較的電平根據(jù)回路的額定電流和短路電流進行設定。上述電壓信號經過判斷電路后，依次進行隔離、濾波和放大處理，最終送入CPU進行分析處理。若測量到得電流大于斷路器的脫扣動作整定電流，則CPU向脫扣裝置發(fā)出脫扣指令，脫扣器迅速脫扣。斷路器快速分閘。本發(fā)明所述的這種中壓大電流直流斷路器短路電流識別裝置既能夠測量中壓大電流直流斷路器的穩(wěn)態(tài)額定工作電流，也能夠測量快速上升的故障大電流，具有量程大、系統(tǒng)結構簡單、測量精度高的特點。此外還具有實現(xiàn)成本低，具有易于微機化和網(wǎng)絡化、體積小、重量輕等優(yōu)點，易于實現(xiàn)和推廣應用。


圖I是霍爾傳感器測量電流原理圖；圖2是羅氏線圈測量電流原理圖；圖3是這種中壓大電流直流斷路器短路電流識別裝置測量流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。參見圖1，霍爾傳感器套接在待測電流導體(例如斷路器母排)外。根據(jù)電磁學理論，在通電直導線周圍會產生感生磁場，且磁場強度B與所通電流的大小成正比?；魻杺鞲衅髦饕峭ㄟ^檢測導體周圍空間產生的磁場強度來間接測量流過導體的電流的大小。因傳感器中鐵芯內的磁感應強度與導體中所通電流的大小成線性關系，而又根據(jù)霍爾效應，傳感器其輸出感應電壓與磁場的大小成線性關系，故而傳感器輸出電壓即在一定范圍內可以精確地線性反映導線中電流的大小。這種電流互感器測量方法中，霍爾傳感器不與電路直接接觸或連接，這種非接觸式測量測量精度高，有一定的隔離作用。且針對更高電壓等級， 其絕緣問題也容易解決。參見圖2，羅氏線圈亦套接在待測電流導體(例如斷路器母排)夕卜。羅氏線圈實際上是一個均勻密繞在一個環(huán)形非磁性骨架上的空心螺線管，其輸出的感應電動勢正比于被測電流的變化率。羅氏線圈只能測量變化的電流。對羅氏線圈的輸電勢進行積分即可還原出被測的直流回路電流。參見圖3，霍爾傳感器和羅氏線圈輸出到的電壓信號送入電平判斷電路，若小于設定電平值，則選取霍爾傳感器的測量結果，反之則選取羅氏線圈的測量結果。此電壓信號經判斷電路后，依次送入放大、濾波和隔離，被送入CPU進行分析處理。若該電壓大于斷路器的脫扣動作整定電平，則CPU向脫扣系統(tǒng)發(fā)出脫扣指令，脫扣器迅速脫扣，斷路器快速分閘，切斷故障電流。以上內容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施方式
僅限于此，對于本發(fā)明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明由所提交的權利要求書確定專利保護范圍。
權利要求
1.一種中壓大電流直流斷路器短路電流識別裝置，其特征在于包括信號采集電路、電平比較判斷電路、信號調理電路、高速數(shù)采卡、CPU和脫扣裝置；所述信號采集電路、電平比較判斷電路、信號調理電路、高速數(shù)采卡、CPU和脫扣裝置按照先后順序依次串聯(lián)。
2.如權利要求I所述中壓大電流直流斷路器短路電流識別裝置，其特征在于所述羅氏線圈和積分器串聯(lián)后與霍爾傳感器并聯(lián)組成信號采集電路。
3.如權利要求I所述中壓大電流直流斷路器短路電流識別裝置，其特征在于所述差分放大電路、濾波電路和隔離電路串聯(lián)后組成信號調理電路。
4.如權利要求2所述中壓大電流直流斷路器短路電流識別裝置，其特征在于所述霍爾電流傳感器測量額定工作電流情況下直流斷路器回路額定工作電流，羅氏線圈測量故障沖擊大電流情況下快速上升的故障大電流，輸出的電勢是所測電流的微分信號，羅氏線圈連接積分器，從而還原所測的電流值。
5.基于權利要求4所述中壓大電流直流斷路器短路電流識別裝置的識別方法，其特征在于，包括下述步驟所述霍爾傳感器和羅氏線圈均套在被測中壓直流斷路器電流回路導體外，屬非接觸式測量，使霍爾傳感器和羅氏線圈不與試驗回路存在直接的電氣連接；所述霍爾傳感器和羅氏線圈時時在線監(jiān)測直流斷路器回路電流，傳感器輸出的電壓信號送入電平判斷電路，若小于設定電平值，則選取霍爾傳感器的測量結果，反之則選取羅氏線圈的測量結果；所述輸出的電壓信號經判斷電路后，依次經過放大、濾波和隔離，被送入CPU進行分析處理；若測量到得電壓大于斷路器的脫扣動作整定電壓，則CPU向脫扣系統(tǒng)發(fā)出脫扣指令， 脫扣器迅速脫扣，斷路器快速分閘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種中壓大電流直流斷路器短路電流識別裝置及其識別方法，包括信號采集電路、電平比較判斷電路、信號調理電路、高速數(shù)采卡、CPU和脫扣裝置；所述信號采集電路、電平比較判斷電路、信號調理電路、高速數(shù)采卡、CPU和脫扣裝置按照先后順序依次串聯(lián)。本發(fā)明的中壓大電流直流斷路器保護控制裝置既能夠測量中壓大電流直流斷路器穩(wěn)態(tài)工作額定電流，也能夠測量快速上升的故障大電流，具有量程大，測量精度高的特點。且本發(fā)明裝置結構簡單，具有實現(xiàn)成本低，具有體積小、重量輕、易于微機化和網(wǎng)絡化等優(yōu)點，便于實現(xiàn)和廣泛推廣應用。
文檔編號G01R15/20GK102590587SQ20121004122
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月22日 優(yōu)先權日2012年2月22日
發(fā)明者吳翊, 孫昊, 楊蕓, 楊飛, 紐春萍, 榮命哲 申請人:西安交通大學