CN106207949A - 一种保护充电限流电阻的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种保护充电限流电阻的方法，包括以下步骤：首先在限流电阻的输出端串联微型断路器，形成串联分支；在连接好的串联分支两端并联超速分断开关，组合成混合型并联断路器；在限流电阻两端并联常值附加电阻，将脉冲电容C与大功率晶闸管串联后并联在超速分断开关两端；在混合型并联断路器的输出端引出电流传感器，并且连接至电流比较器，电流比较器的输出端连接到大功率晶闸管的门极引脚；接通电源，电路开始工作，故障检测判断电路判断是否出现故障并发出动作信号；接收到信号后超快速开关开始动作并且进行换流：最后限流分段，完成整个短路故障支路的切除。本发明整体额定通流能力强，分断速度快，短路检测判断迅速。
Description
技术领域
本发明涉及电路保护领域，尤其涉及一种保护充电限流电阻的方法。
背景技术
限流电阻经常串联于电路中，用以限制所在支路电流的大小，以防电流过大烧坏所串联的元器件。同时限流电阻也能起分压作用。现有的限流电阻种类材质多样，应用的外围电路也打不相同，比如：新兴的电力电子型限流装置动作迅速，且理论上可无限次重复使用，能够抑制短路电流的快速上升，但是通态损耗较大和电力电子器件本身的额定电压和电流的限制是其主要缺点；高温超导型限流器利用超导材料在特定条件下的失超特性来完成短路电流限制，动作速度快且可重复使用，是最理想的短路限流方案，但目前由于材料和冷却等技术原因，处于试验和研究阶段；另外，目前已用和试运行的高温超导型限流装置均体积较大，距离低压电力系统实际应用还有一段距离。
发明内容
针对以上问题，本发明提出一种保护充电限流电阻的方法，本发明整体额定通流能力强，分断速度快，短路检测判断迅速，可以有效解决背景技术中的问题。
为此，本发明提供了一种保护充电限流电阻的方法，包括以下步骤：
S1：搭建混合型并联断路器：首先在限流电阻的输出端串联微型断路器，形成串联分支；在连接好的串联分支两端并联超速分断开关，组合成混合型并联断路器；
S2：添加并联辅助电路：在限流电阻两端并联常值附加电阻，将脉冲电容C与大功率晶闸管串联后并联在超速分断开关的输入输出端之间；
S3：添加故障检测判断电路：在混合型并联断路器的输出端引出电流传感器，并且设置电流比较器，在电流比较器的同相输入端引入基准参考电压，再将电流传感器的输出电流连接到电流比较器的反相输入端；
S4：添加通断控制电路：电流比较器的输出端连接到大功率晶闸管的门极引脚，混合型并联断路器的输入端之间连接到电源引线；
S5：电路检测判断：接通电源，电路开始工作，故障检测判断电路通过电流f幅值大小和电流上升率di/dt来综合判断系统是否处于短路，在检测到故障时立刻发出保护动作信号；
S6：快速开关动作及换流：接收到保护动作信号后大功率晶闸管D由截止变成导通，脉冲电容C迅速放电，经过超速分断开关的固有分断动作时间，从触头开始动作时刻起，超快速开关与限流电阻元件支路开始换流，一段时间后完全换流至串联支路；
S7：限流分段：换流后串联支路电流继续上升，使得限流电阻进入高阻状态，系统短路电流被限制到一个较小的值，故障检测判断电路在给出晶闸管D合闸指令同时，延时一段时间(该时间大于阻C元件限流时间)并判断此时电流是否已被限制到足够小幅值，于是开始输出限流电阻分断指令，完成整个短路故障支路的切除。
作为本发明一种优选的技术方案，所述超快速开关采用基于汤姆森电磁斥力驱动原理的电磁斥力开关，由斥力驱动线圈、金属运动盘、开关触头和斥力驱动线圈驱动电路构成，其运动盘与开关动触头设计为一体结构，斥力驱动线圈位置对应于运动盘正下方；从给出分断指令到电路分断的时间可控制在150u以内。
作为本发明一种优选的技术方案，所述故障检测判断电路中设定2个电流幅值基值Iset1和Iset2，其中Iset1为故障判断启动门槛值，Iset2为门槛上限动作值。
作为本发明一种优选的技术方案，系统正常工作时，微型断路器与超速分断开关均处于闭合状态，此时并联支路主要按照支路电阻值大小静态分流。
作为本发明一种优选的技术方案，系统无故障时限流电阻电路中呈现低阻状态，此时电容C处于充电完成状态，大功率晶闸管D截止。
作为本发明一种优选的技术方案，所述电流传感器采用LT508型LEM霍尔电流传感器。
本发明提出的一种保护充电限流电阻的方法，利用超快速开关与限流电阻支路并联，利用故障检测电路进行故障检测并实现自动保护切换，达到了以下有益效果：(1)装置整体额定通流能力强，适应低压大电流的环境应用要求；(2)整体分断速度快：利用微型断路器与超快速开关配合，可充分利用PTC元件电阻突变快的特性；(3)降低了对于限流电阻和微型断路器的额定通流要求；(4)短路检测判断迅速，更有利于短路初期抑制故障电流的增长，并能快速实现选择性保护。
附图说明
图1是本发明一种保护充电限流电阻的方法流程图。
图2是本发明实验用电路原理图。
图3是设定Iset1＝50A、Iset2＝100A的短路限流试验波形图。
图4是设定Iset1＝200A、Iset2＝250A的短路限流试验波形图。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
参照图1和图2，本发明提出了一种保护充电限流电阻的方法，包括以下步骤：S1：搭建混合型并联断路器：首先在限流电阻的输出端串联微型断路器，形成串联分支；在连接好的串联分支两端并联超速分断开关，组合成混合型并联断路器；
S2：添加并联辅助电路：在限流电阻两端并联常值附加电阻，将脉冲电容C与大功率晶闸管串联后并联在超速分断开关的输入输出端之间；
S3：添加故障检测判断电路：在混合型并联断路器的输出端引出电流传感器，并且设置电流比较器，在电流比较器的同相输入端引入基准参考电压，再将电流传感器的输出电流连接到电流比较器的反相输入端；
S4：添加通断控制电路：电流比较器的输出端连接到大功率晶闸管的门极引脚，混合型并联断路器的输入端之间连接到电源引线；
S5：电路检测判断：接通电源，电路开始工作，故障检测判断电路通过电流f幅值大小和电流上升率di/dt来综合判断系统是否处于短路，在检测到故障时立刻发出保护动作信号；
S6：快速开关动作及换流：接收到保护动作信号后大功率晶闸管D由截止变成导通，脉冲电容C迅速放电，经过超速分断开关的固有分断动作时间，从触头开始动作时刻起，超快速开关与限流电阻元件支路开始换流，一段时间后完全换流至串联支路；
S7：限流分段：换流后串联支路电流继续上升，使得限流电阻进入高阻状态，系统短路电流被限制到一个较小的值，故障检测判断电路在给出晶闸管D合闸指令同时，延时一段时间(该时间大于阻C元件限流时间)并判断此时电流是否已被限制到足够小幅值，于是开始输出限流电阻分断指令，完成整个短路故障支路的切除。
所述超快速开关采用基于汤姆森电磁斥力驱动原理的电磁斥力开关，由斥力驱动线圈、金属运动盘、开关触头和斥力驱动线圈驱动电路构成，其运动盘与开关动触头设计为一体结构，斥力驱动线圈位置对应于运动盘正下方；从给出分断指令到电路分断的时间可控制在150u以内；所述故障检测判断电路中设定2个电流幅值基值Iset1和Iset2，其中Iset1为故障判断启动门槛值，Iset2为门槛上限动作值；微型断路器与超速分断开关均处于闭合状态，此时并联支路主要按照支路电阻值大小静态分流；系统无故障时限流电阻电路中呈现低阻状态，此时电容C处于充电完成状态，大功率晶闸管D截止；所述电流传感器采用LT508型LEM霍尔电流传感器。
本发明对实施例中的保护方法进行实验，实验结果图如图3和图4所示。
实验参数设定：系统短路保护电流上升率门槛值di/dt＝100A/ms，超速分断开关在检测到并联支路电流小于20A后延时5ms分断。
由图3和图4可见，在检测判断阶段，由于蓄电池组短路电流上升率大于设定值di/dt＝100A/ms，故检测判断电路在流经快速开关电流等于100和250A时，迅速输出超快速开关动作指令；
在超快速开关动作及换流阶段，晶闸管导通使得电容迅速放电，其动作瞬间对电流测量波形带来了一定的干扰，经过大约150us的超快速开关固有分断时间，短路电流逐渐换流至串联支路，在Iset2分别为100和250A时，流经快速开关支路电流峰值分别为218A和384A；
限流分断阶段，电阻增大时刻开始，系统电流随之下降，仅在2.75和2.2ms内，限流电阻能将预期短路电流从约1000A迅速限制在390A以下，。短路电流被限制在超快速开关可分断范围内；
从上述试验数据中可以看出，随着设定短路电流值的增大，超快速开关支路电流峰值显著增加；在换流后，限流电阻的阻值相应增大，支路电流较换流前有明显下降，图中可见，换流完毕时刻串联支路电流分别对应205和278A；同时，随着流经电流的增大，限流电阻的阻值变化加快，动作时间也随之减小；在前述不同限流设定条件下，限流分断时间由2.75ms缩短为2.2ms，串联支路对应最大峰值分别为390和330A，显然，初始电流较大的对应的限流效果较好。
本发明提出的一种保护充电限流电阻的方法，利用超快速开关与限流电阻支路并联，利用故障检测电路进行故障检测并实现自动保护切换，达到了以下有益效果：(1)装置整体额定通流能力强，适应低压大电流的环境应用要求；(2)整体分断速度快：利用微型断路器与超快速开关配合，可充分利用PTC元件电阻突变快的特性；(3)降低了对于限流电阻和微型断路器的额定通流要求；(4)短路检测判断迅速，更有利于短路初期抑制故障电流的增长，并能快速实现选择性保护。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种保护充电限流电阻的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：搭建混合型并联断路器：首先在限流电阻的输出端串联微型断路器，形成串联分支；在连接好的串联分支两端并联超速分断开关，组合成混合型并联断路器；
S2：添加并联辅助电路：在限流电阻两端并联常值附加电阻，将脉冲电容C与大功率晶闸管串联后并联在超速分断开关的输入输出端之间；
S3：添加故障检测判断电路：在混合型并联断路器的输出端引出电流传感器，并且设置电流比较器，在电流比较器的同相输入端引入基准参考电压，再将电流传感器的输出电流连接到电流比较器的反相输入端；
S4：添加通断控制电路：电流比较器的输出端连接到大功率晶闸管的门极引脚，混合型并联断路器的输入端之间连接到电源引线；
S5：电路检测判断：接通电源，电路开始工作，故障检测判断电路通过电流f幅值大小和电流上升率di/dt来综合判断系统是否处于短路，在检测到故障时立刻发出保护动作信号；
S6：快速开关动作及换流：接收到保护动作信号后大功率晶闸管D由截止变成导通，脉冲电容C迅速放电，经过超速分断开关的固有分断动作时间，从触头开始动作时刻起，超快速开关与限流电阻元件支路开始换流，一段时间后完全换流至串联支路；
S7：限流分段：换流后串联支路电流继续上升，使得限流电阻进入高阻状态，系统短路电流被限制到一个较小的值，故障检测判断电路在给出晶闸管D合闸指令同时，延时一段时间(该时间大于阻C元件限流时间)并判断此时电流是否已被限制到足够小幅值，于是开始输出限流电阻分断指令，完成整个短路故障支路的切除。
2.根据权利要求1所述的一种保护充电限流电阻的方法，其特征在于，所述超快速开关采用基于汤姆森电磁斥力驱动原理的电磁斥力开关，由斥力驱动线圈、金属运动盘、开关触头和斥力驱动线圈驱动电路构成，其运动盘与开关动触头设计为一体结构，斥力驱动线圈位置对应于运动盘正下方；从给出分断指令到电路分断的时间可控制在150us以内。
3.根据权利要求1所述的一种保护充电限流电阻的方法，其特征在于，所述故障检测判断电路中设定2个电流幅值基值Iset1和Iset2，其中Iset1为故障判断启动门槛值，Iset2为门槛上限动作值。
4.根据权利要求1所述的一种保护充电限流电阻的方法，其特征在于，系统正常工作时，微型断路器与超速分断开关均处于闭合状态，此时并联支路主要按照支路电阻值大小静态分流。
5.根据权利要求1所述的一种保护充电限流电阻的方法，其特征在于，系统无故障时限流电阻电路中呈现低阻状态，此时电容C处于充电完成状态，大功率晶闸管D截止。
6.根据权利要求1所述的一种保护充电限流电阻的方法，其特征在于，所述电流传感器采用LT508型LEM霍尔电流传感器。
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