CN114123742B - 一种站用直流系统的交流窜电抑制电路和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种站用直流系统的交流窜电抑制电路和装置，其中抑制电路包括两个交流电阻器、电阻R1和电阻R2；电阻R1连接在直流母线正和地之间，电阻R2连接在直流母线负和地之间；第一交流电阻器连接在直流母线正和负载之间，第二交流电阻器连接在直流母线负和负载之间；第一交流电阻器和第二交流电阻器相同，包括变压器T和电阻R4；变压器T的原边绕组两端分别连接负载和直流母线正或者变压器T的原边绕组两端分别连接负载和直流母线负；电阻R4连接在变压器T的副边绕组的两端。本发明各支路中使用交流电阻器，很好地抑制直流系统中窜入的交流电压，支路与支路之间不会相互影响。无需隔离型DC/DC变换器，节约成本，也节省空间。

Description

一种站用直流系统的交流窜电抑制电路和装置

技术领域

本发明涉及站内直流系统的交流窜电抑制技术领域，特别涉及一种站用直流系统的交流窜电抑制电路和装置。

背景技术

站用直流系统主要给二次设备供电，如果直流系统发生故障，将会影响到变电站设备正常运行。直流系统属于不接地系统，为了有效监测直流系统的绝缘情况，通常会接入平衡桥电阻和不平衡桥电阻。交流窜电是一类特殊的直流系接地故障，一方面窜入交流电源对直流系统来说相当于是直流系统经交流电源接地造，另一方面交流电压串联叠加直流电压形成偏置交流电，两种情况都会引发开关误动。

现有的措施大多是监测交流窜入并发出告警，不能抑制交流窜电。一种方法是经二极管钳制交流窜电，迫使窜入交流的馈线支路空开跳闸，这种方式只是钳制了交流窜电的半个周波，无法消除另外的半波对系统的影响。另外，交流窜电电流较小时，馈线支路空开不能被迫跳闸，无法实现隔离故障支路的功能，单一交流窜入不影响系统运行时又会迫使空开跳闸。另一种方法是是在馈线支路串接隔离型DC/DC变换器，将故障影响孤立在该支路上，但是不能隔离本直流的交流电，而且每条支路串接变换器直接导致供电可靠性下降、经济成本提高、安装空间大等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种站用直流系统的交流窜电抑制电路和装置，可以解决现有技术中的不能有效抑制交流窜电、使用隔离型DC/DC变换器抑制交流窜电成本高、占用空间大的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本发明提供一种站用直流系统的交流窜电抑制电路，包括两个交流电阻器、电阻R1和电阻R2；所述电阻R1连接在直流母线正和地之间，所述电阻R2连接在直流母线负和地之间；第一交流电阻器连接在直流母线正和负载之间，第二交流电阻器连接在直流母线负和负载之间；所述第一交流电阻器和所述第二交流电阻器相同，包括变压器T和电阻R4；在第一交流电阻器中，所述变压器T的原边绕组两端分别连接负载和直流母线正；在第二交流电阻器，所述变压器T的原边绕组两端分别连接负载和直流母线负；所述电阻R4连接在变压器T的副边绕组的两端。

进一步的，使用若干个电压采集电路分别采集直流母线正对地电压、直流母线负对地电压、电阻R1两端的电压和电阻R2两端的电压，来进一步判断具体的窜电位置。

进一步的，所述电压采集电路包括分压电路、低通滤波电路、隔离电路、电压放大电路和输出滤波电路，所述分压电路的两个输入端分别连接待采集的电压两端，所述分压电路的输出端连接所述低通滤波电路的输入端，所述低通滤波电路的输出端连接所述隔离电路输入端，所述隔离电路的输出端连接所述电压放大电路的输入端，所述电压放大电路的输出端输出的电压采样信号经输出滤波电路滤波后被采集。

进一步的，所述分压电路包括电阻R7、电阻R8和电阻R6；所述电阻R7的一端作为所述分压电路的一个输入端，所述电阻R7的另一端连接所述电阻R8的一端，所述电阻R8的另一端连接所述电阻R6的一端并作为所述分压电路的输出端；所述电阻R6的另一端作为分压电路的另一个输入端。

进一步的，所述低通滤波电路包括电阻R9和电容C2，所述电阻R9的一端作为所述低通滤波电路的输入端，所述电阻R9的另一端连接所述隔离电路的输入端和所述电容C2的一端，所述电容C2的另一端连接所述电阻R6的另一端。

进一步的，所述隔离电路包括隔离光耦U1、电容C1、电容C3、电容C4、电容C5和电感L1，所述隔离光耦U1的输入正和输入负作为所述隔离电路的输入端，所述隔离光耦U1的输入正连接所述电阻R9的另一端，所述隔离光耦U1的输入负连接所述电阻R6的另一端；所述电容C1连接在所述隔离光耦U1的VDD1引脚和输入负之间；所述电感L1连接在电压VCC+5V和所述隔离光耦U1的VDD2引脚之间；所述电容C4连接在所述隔离光耦U1的VDD2引脚和地之间；所述隔离光耦U1的输出正和输出负作为所述隔离电路的输出端；所述电容C3连接在所述隔离光耦U1的输出正和地之间，所述电容C5连接在所述隔离光耦U1的输出负和地之间。

进一步的，所述电压放大电路包括电阻R3、电阻R5、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9电感L2和运算放大器U3A；电阻R10的一端和电阻R11的一端作为电压放大电路的输入端，电阻R10的一端连接隔离光耦U1的输出正，电阻R11的一端连接隔离光耦U1的输出负；电阻R10的另一端连接运算放大器U3A的同相输入端，电阻R11的另一端连接运算放大器U3A的反相输入端；电阻R12连接在运算放大器U3A的同相输入端和地之间；参考电压通过电阻R13输入到运算放大器U3A的同相输入端；电容C9、电阻R3和电阻R5分别连接在运算放大器U3A的反相输入端和输出端之间；供电电压VCC3.3通过电感L2输入运算放大器U3A的电压正；电容C6和电容C7连接在运算放大器U3A的电压正和地之间；电容C6为有极性的电容，且负极一端连接地；运算放大器U3A的输出端作为电压放大电路的输出端。

进一步的，所述输出滤波电路包括电阻R14和电容C8，电阻R14的一端连接电压放大电路的输出端，电阻R14的另一端连接电容C8的一端并作为电压采样端；电容C8的另一端接地。

进一步的，所述判断具体的窜电位置的判断依据为：

如果U+＞0或U-＞0，表示直流母线中存在交流窜电故障；

如果U_R1n+＞0，表示第n支路的正极窜入交流电；

如果U_R2n+＞0，表示第n支路的负极窜入交流电；

其中，U+为直流母线正对地的交流电压，U-为直流母线负对地的交流电压，U_R1n+为第n条支路正极交流电阻两侧的电压，U_R2n+为第n条支路负极交流电阻两侧的电压。

第二方面，本发明提供一种站用直流系统的交流窜电抑制装置，包括外壳、印刷电路板和上述的交流窜电抑制电路，所述交流窜电抑制电路焊接在印刷电路板上后，被封存在外壳内。

本发明的站用直流系统的交流窜电抑制电路和装置，各支路中使用交流电阻器，可以很好地抑制直流系统中窜入的交流电压，支路与支路之间不会相互影响。无需隔离型DC/DC变换器，节约成本，也节省空间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的站用直流系统的交流窜电抑制电路的电路图；

图2为本发明的电压采集电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

实施例一

本发明的一种站用直流系统的交流窜电抑制电路，如图1所示，包括两个交流电阻器、电阻R1和电阻R2。电阻R1连接在直流母线正+KM和地之间，电阻R2连接在直流母线负-KM和地之间。第一交流电阻器连接在直流母线正+KM和直流负载之间，第二交流电阻器连接在直流母线负-KM和直流负载之间。第一交流电阻器和第二交流电阻器相同，包括变压器T和电阻R4。在第一交流电阻器中，变压器T的原边绕组两端分别连接负载和直流母线正+KM；在第二交流电阻器，变压器T的原边绕组两端分别连接负载和直流母线负-KM。电阻R4连接在变压器T的副边绕组的两端。

变压器T的主要作用是降低回路的交流电路、降低直流衰减电流。变压器T属于小容量抗饱和变压器，变比为1:1。变压器T一次侧接入馈线，二次侧接高阻值电阻R4。变压器T具有只通过变化电流并隔离直流电流的能力，所以副边的高电阻R4只对交流、和变化的直流起作用。当馈线窜入交流电流时，由于高电阻R4存在，交流电流被限制。直流电流可正常从变压器T的原边绕组流过，不受高阻值电阻R4的影响。上述交流窜电抑制电路作为一个支路连接在直流母线上，直流母线上有若干个这样的支路。当其中某一个支路的电流中存在指数衰减的直流分量时，由于高阻值电阻R4存在，使得支路电阻增大，支路中直流瞬态电流变小。

优选的，使用电压采集电路分别采集直流母线正+KM对地电压、直流母线负-KM对地电压、电阻R1两端的电压和电阻R2两端的电压，来进一步判断具体的窜电位置。

进一步的，电压采集电路如图2所示，包括分压电路、低通滤波电路、隔离电路、电压放大电路和输出滤波电路，分压电路的两个输入端分别连接待采集的电压两端，待采集的电压两端为直流母线正+KM和地、直流母线负-KM和地、电阻R1的两端、电阻R2两端的其中至少一个。分压电路的输出端连接低通滤波电路的输入端，低通滤波电路的输出端连接隔离电路输入端，隔离电路的输出端连接电压放大电路的输入端，电压放大电路的输出端输出的电压采样信号经输出滤波电路滤波后被采集。

进一步的，分压电路包括电阻R7、电阻R8和电阻R6，电阻R7的一端作为分压电路的一个输入端，电阻R7的另一端连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端连接电阻R6的一端并作为分压电路的输出端。电阻R6的另一端作为分压电路的另一个输入端。

进一步的，低通滤波电路包括电阻R9和电容C2，电阻R9的一端作为低通滤波电路的输入端，电阻R9的另一端连接隔离电路的输入端和电容C2的一端，电容C2的另一端连接电阻R6的另一端。

进一步的，隔离电路包括隔离光耦U1、电容C1、电容C3、电容C4、电容C5和电感L1，隔离光耦U1的输入正和输入负作为隔离电路的输入端，隔离光耦U1的输入正连接电阻R9的另一端，隔离光耦U1的输入负连接电阻R6的另一端。电容C1连接在隔离光耦U1的VDD1引脚和输入负之间。电感L1连接在电压VCC+5V和隔离光耦U1的VDD2引脚之间。电容C4连接在隔离光耦U1的VDD2引脚和地之间。隔离光耦U1的输出正和输出负作为隔离电路的输出端。电容C3连接在隔离光耦U1的输出正和地之间，电容C5连接在隔离光耦U1的输出负和地之间。

进一步的，电压放大电路包括电阻R3、电阻R5、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9电感L2和运算放大器U3A，电阻R10的一端和电阻R11的一端作为电压放大电路的输入端，电阻R10的一端连接隔离光耦U1的输出正，电阻R11的一端连接隔离光耦U1的输出负。电阻R10的另一端连接运算放大器U3A的同相输入端，电阻R11的另一端连接运算放大器U3A的反相输入端。电阻R12连接在运算放大器U3A的同相输入端和地之间。参考电压通过电阻R13输入到运算放大器U3A的同相输入端。电容C9、电阻R3和电阻R5分别连接在运算放大器U3A的反相输入端和输出端之间。供电电压VCC3.3通过电感L2输入运算放大器U3A的电压正。电容C6和电容C7连接在运算放大器U3A的电压正和地之间。电容C6为有极性的电容，且负极一端连接地。运算放大器U3A的输出端作为电压放大电路的输出端。

进一步的，输出滤波电路包括电阻R14和电容C8，电阻R14的一端连接运算放大器U3A的输出端，电阻R14的另一端连接电容C8的一端并作为电压采样端。电容C8的另一端接地。

图2的工作原理为：V1+和V1-GND是待采集的电压两端，通过电阻R7、电阻R8和电阻R6对采集的电压进行分压，电阻R6两端的电压作为隔离光耦U1的输入电压。电阻R9和电容C2构成低通滤波电路，滤除高频分量。分压后微弱电压通过隔离光耦U1进行隔离放大，电容C3和电容C5作为隔离光耦U1的输出滤波，电感L1为隔离光耦续流。

电阻R3、电阻R5和电容C9作为运算放大器U3A的负反馈网络，与运算放大器U3A的其他外围电路构成电压放大电路。供电电压VCC3.3通过电容C6、电容C7、和电感L2给运算放大器U3A供电。电压放大后经电阻R14与电容C8滤波后进行AD采样，作为确定交流窜电具体位置的判断依据。

进一步的，确定交流窜电具体位置的判断依据为：

如果U+＞0或U-＞0，表示直流母线中存在交流窜电故障；

如果U_R1n+＞0，表示第n支路的正极窜入交流电；

如果U_R2n+＞0，表示第n支路的负极窜入交流电。

式中，U+为直流母线正对地的交流电压，U-为直流母线负对地的交流电压，U_R1n+为第n条支路正极交流电阻(即R1)两侧的电压，U_R2n+为第n条支路负极交流电阻(即R2)两侧的电压。

本发明还提供一种站用直流系统的交流窜电抑制装置，包括外壳、印刷电路板和上述交流窜电抑制电路，交流窜电抑制电路焊接在印刷电路板上后，被封存在外壳内。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种站用直流系统的交流窜电抑制电路，其特征在于，包括两个交流电阻器、电阻R1和电阻R2；所述电阻R1连接在直流母线正和地之间，所述电阻R2连接在直流母线负和地之间；第一交流电阻器连接在直流母线正和负载之间，第二交流电阻器连接在直流母线负和负载之间；所述第一交流电阻器和所述第二交流电阻器相同，包括变压器T和电阻R4；在第一交流电阻器中，所述变压器T的原边绕组两端分别连接负载和直流母线正；在第二交流电阻器，所述变压器T的原边绕组两端分别连接负载和直流母线负；所述电阻R4连接在变压器T的副边绕组的两端；使用若干个电压采集电路分别采集直流母线正对地电压、直流母线负对地电压、电阻R1两端的电压和电阻R2两端的电压，来进一步判断具体的窜电位置；所述电压采集电路包括分压电路、低通滤波电路、隔离电路、电压放大电路和输出滤波电路，所述分压电路的两个输入端分别连接待采集的电压两端，所述分压电路的输出端连接所述低通滤波电路的输入端，所述低通滤波电路的输出端连接所述隔离电路输入端，所述隔离电路的输出端连接所述电压放大电路的输入端，所述电压放大电路的输出端输出的电压采样信号经输出滤波电路滤波后被采集。

2.根据权利要求1所述的站用直流系统的交流窜电抑制电路，其特征在于，所述分压电路包括电阻R7、电阻R8和电阻R6；所述电阻R7的一端作为所述分压电路的一个输入端，所述电阻R7的另一端连接所述电阻R8的一端，所述电阻R8的另一端连接所述电阻R6的一端并作为所述分压电路的输出端；所述电阻R6的另一端作为分压电路的另一个输入端。

3.根据权利要求2所述的站用直流系统的交流窜电抑制电路，其特征在于，所述低通滤波电路包括电阻R9和电容C2，所述电阻R9的一端作为所述低通滤波电路的输入端，所述电阻R9的另一端连接所述隔离电路的输入端和所述电容C2的一端，所述电容C2的另一端连接所述电阻R6的另一端。

4.根据权利要求3所述的站用直流系统的交流窜电抑制电路，其特征在于，所述隔离电路包括隔离光耦U1、电容C1、电容C3、电容C4、电容C5和电感L1，所述隔离光耦U1的输入正和输入负作为所述隔离电路的输入端，所述隔离光耦U1的输入正连接所述电阻R9的另一端，所述隔离光耦U1的输入负连接所述电阻R6的另一端；所述电容C1连接在所述隔离光耦U1的VDD1引脚和输入负之间；所述电感L1连接在电压VCC+5V和所述隔离光耦U1的VDD2引脚之间；所述电容C4连接在所述隔离光耦U1的VDD2引脚和地之间；所述隔离光耦U1的输出正和输出负作为所述隔离电路的输出端；所述电容C3连接在所述隔离光耦U1的输出正和地之间，所述电容C5连接在所述隔离光耦U1的输出负和地之间。

5.根据权利要求4所述的站用直流系统的交流窜电抑制电路，其特征在于，所述电压放大电路包括电阻R3、电阻R5、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9电感L2和运算放大器U3A；电阻R10的一端和电阻R11的一端作为电压放大电路的输入端，电阻R10的一端连接隔离光耦U1的输出正，电阻R11的一端连接隔离光耦U1的输出负；电阻R10的另一端连接运算放大器U3A的同相输入端，电阻R11的另一端连接运算放大器U3A的反相输入端；电阻R12连接在运算放大器U3A的同相输入端和地之间；参考电压通过电阻R13输入到运算放大器U3A的同相输入端；电容C9、电阻R3和电阻R5分别连接在运算放大器U3A的反相输入端和输出端之间；供电电压VCC3.3通过电感L2输入运算放大器U3A的电压正；电容C6和电容C7连接在运算放大器U3A的电压正和地之间；电容C6为有极性的电容，且负极一端连接地；运算放大器U3A的输出端作为电压放大电路的输出端。

6.根据权利要求1所述的站用直流系统的交流窜电抑制电路，其特征在于，所述输出滤波电路包括电阻R14和电容C8，电阻R14的一端连接电压放大电路的输出端，电阻R14的另一端连接电容C8的一端并作为电压采样端；电容C8的另一端接地。

7.根据权利要求1所述的站用直流系统的交流窜电抑制电路，其特征在于，所述判断具体的窜电位置的判断依据为：

如果U+＞0或U-＞0，表示直流母线中存在交流窜电故障；

如果U_R1n+＞0，表示第n支路的正极窜入交流电；

如果U_R2n+＞0，表示第n支路的负极窜入交流电；

其中，U+为直流母线正对地的交流电压，U-为直流母线负对地的交流电压，U_R1n+为第n条支路正极交流电阻两侧的电压，U_R2n+为第n条支路负极交流电阻两侧的电压。

8.一种站用直流系统的交流窜电抑制装置，其特征在于，包括外壳、印刷电路板和权利要求1至7任一项所述的交流窜电抑制电路，所述交流窜电抑制电路焊接在印刷电路板上后，被封存在外壳内。