专利名称：中压大电流直流断路器短路电流识别装置及其识别方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于直流断路器的保护控制系统，特别涉及一种中压大电流直流断路器短路电流识别装置。
背景技术：
随着直流电机、电力半导体、电能储存、可再生能源发电、燃料电池应用以及IT技术的发展，直流供电的优势不断显现，人们开始重新关注直流供电的前景。直流供电系统与人们日常生活的联系越来越紧密，虽然直流供电在进入家用电器产品市场的问题上还需要解决一些问题，但是直流家用电器全面取代交流家用电器的进程已经启动，在不久的将来， 直流供电不仅会给家用电器生产行业带来重大和深远的影响，而且将成为影响全社会方方面面的技术发展趋势。目前我国范围内，城市无轨电车、地铁、太阳能发电、冶炼、化工、轧材、船电、矿山等许多重要行业中均已经采用了直流供电系统。直流供电技术目前发展十分迅速。与此同时，随着我国经济迅速发展以及工业、交通等部门逐步的现代化，对供电系统可靠性的要求也越来越严格，直流用电负荷容量也持续增加，由此对其相关的开关器件及电路的控制保护提出了越来越高的要求。其中，直流断路器是直流供电系统安全运行的保证，要求其具有快速且可靠切断直流回路故障电流的保护功能。要求与之配合的检测电路灵敏度高，准确性好，信号采集时间短，成本低且不能对被检测电流主回路造成影响。直流断路器测量保护控制过程简述如下利用直流电流测量系统时时在线监测流经主回路的直流电流，将采集到得信息送至单片机或工控机进行分析判断，若达到设定的动作值，则由单片机发出信号指令给控制电路，控制电路继而给脱扣系统发出脱扣指令，脱扣系统接到脱扣信号后立即跳扣，脱扣器成功实现快速脱扣，从而实现断路器快速分闸，迅速切断故障电流。目前，测量直流回路的电流通常采用的方法有两种。第一种是利用分流器测量。分流器就是一个可以通过大电流的精确电阻。测量时将分流器直接串联接入回路，当大电流通过分流器时，在它的两端就会出现一个毫伏级的小电压。用毫伏电压表来测量这个电压， 再利用欧姆定理再将这个电压换算成电流，这就完成了直流回路大电流的测量。但是由于分流器是直接与电流回路串联连接，随着目前电压等级的不断提高，分流器测量的隔离问题越发难以解决，不可忽视，成为制约分流器测量方法在更高压等级电流测量中应用的主要原因。第二种是利用霍尔电流传感器。根据电磁学理论，在通电直导线周围会产生感生磁�。掖懦∏慷菳与所通电流的大小成正比。霍尔传感器主要是通过检测导体周围空间产生的磁场强度来间接测量流过导体的电流的大小。因传感器中铁芯内的磁感应强度与导体中所通电流的大小成线性关系，而又根据霍尔效应，传感器其输出感应电压与磁场强度的大小成线性关系，故而传感器输出电压即在一定范围内可以精确地线性反映导线中电流的大小。这种电流互感器测量方法中，霍尔传感器不与电路直接接触连接，这种非接触式测量其自身有良好的测量精度和一定的隔离作用。而且针对不断升高的电压等级，传感器测量的电路绝缘问题也容易解决。此外，利用霍尔电流传感器可将待测直流电流进行变换以满足自动检测系统的要求。但是电力负荷的不断加大，待测电流不断增大，为了能同时满足对直流额定电流和大电流方式的测量，若单一利用霍尔传感器实现大量程，则其系统体积过大,结构十分复杂,实现成本过高,不利于整个检测系统的低成本和微型化的优点，且精度难以保证，因而难以推广应用。
发明内容
本发明的目的在于设计一种中压大电流直流断路器测量保护控制系统。该电流测量系统综合使用霍尔电流传感器和罗氏线圈，在额定工作电流情况下利用霍尔电流传感器测量，在故障冲击大电流情况下利用罗氏线圈进行测量。所述罗氏线圈实际上是一个均匀密绕在一个环形非磁性骨架上的空心螺线管，其输出的感应电动势正比于被测电流的变化率。对罗氏线圈的输电势进行积分即可还原出被测的直流回路电流。因为罗氏线圈构成的电流互感器不含铁心，在测量快速上升的大电流时不存在磁饱和带来的测量失效等问题，故而被测电流的大小几乎不受限制，从而被广泛适用于暂态、脉冲和直流大电流的测量。所述系统利用霍尔传感器和罗氏线圈两种电流互感器各自的特点及适用范围， 测量时的实际实施方法是将霍尔传感器和罗氏线圈均套在被测中压直流断路器电流回路导体外，均属非接触式测量，与试验回路不存在直接的电气连接，因而其抗干扰能力强，其绝缘性能易于实现。所述霍尔传感器用来精确测量稳态情况下直流断路器回路额定工作电流。为保证在测量冲击大电流时不致损坏，选用带负反馈闭环的霍尔传感器。所述罗氏线圈用来精确测量快速上升的故障大电流。因为罗氏线圈后输出的电势是所测电流的微分信号，因而后需连接积分器，从而还原所测的电流值。所述霍尔传感器和罗氏线圈输出的电压信号送入电平判断电路，若小于设定电平值，则选取霍尔传感器的测量结果，反之则选取罗氏线圈的测量结果。用来比较的电平根据回路的额定电流和短路电流进行设定。上述电压信号经过判断电路后，依次进行隔离、滤波和放大处理，最终送入CPU进行分析处理。若测量到得电流大于断路器的脱扣动作整定电流，则CPU向脱扣装置发出脱扣指令，脱扣器迅速脱扣。断路器快速分闸。本发明所述的这种中压大电流直流断路器短路电流识别装置既能够测量中压大电流直流断路器的稳态额定工作电流，也能够测量快速上升的故障大电流，具有量程大、系统结构简单、测量精度高的特点。此外还具有实现成本低，具有易于微机化和网络化、体积小、重量轻等优点，易于实现和推广应用。
图I是霍尔传感器测量电流原理图；图2是罗氏线圈测量电流原理图；图3是这种中压大电流直流断路器短路电流识别装置测量流程图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。参见图1，霍尔传感器套接在待测电流导体(例如断路器母排)外。根据电磁学理论，在通电直导线周围会产生感生磁�。掖懦∏慷菳与所通电流的大小成正比。霍尔传感器主要是通过检测导体周围空间产生的磁场强度来间接测量流过导体的电流的大小。因传感器中铁芯内的磁感应强度与导体中所通电流的大小成线性关系，而又根据霍尔效应，传感器其输出感应电压与磁场的大小成线性关系，故而传感器输出电压即在一定范围内可以精确地线性反映导线中电流的大小。这种电流互感器测量方法中，霍尔传感器不与电路直接接触或连接，这种非接触式测量测量精度高，有一定的隔离作用。且针对更高电压等级， 其绝缘问题也容易解决。参见图2，罗氏线圈亦套接在待测电流导体(例如断路器母排)夕卜。罗氏线圈实际上是一个均匀密绕在一个环形非磁性骨架上的空心螺线管，其输出的感应电动势正比于被测电流的变化率。罗氏线圈只能测量变化的电流。对罗氏线圈的输电势进行积分即可还原出被测的直流回路电流。参见图3，霍尔传感器和罗氏线圈输出到的电压信号送入电平判断电路，若小于设定电平值，则选取霍尔传感器的测量结果，反之则选取罗氏线圈的测量结果。此电压信号经判断电路后，依次送入放大、滤波和隔离，被送入CPU进行分析处理。若该电压大于断路器的脱扣动作整定电平，则CPU向脱扣系统发出脱扣指令，脱扣器迅速脱扣，断路器快速分闸，切断故障电流。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式
仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
权利要求
1.一种中压大电流直流断路器短路电流识别装置，其特征在于包括信号采集电路、电平比较判断电路、信号调理电路、高速数采卡、CPU和脱扣装置；所述信号采集电路、电平比较判断电路、信号调理电路、高速数采卡、CPU和脱扣装置按照先后顺序依次串联。
2.如权利要求I所述中压大电流直流断路器短路电流识别装置，其特征在于所述罗氏线圈和积分器串联后与霍尔传感器并联组成信号采集电路。
3.如权利要求I所述中压大电流直流断路器短路电流识别装置，其特征在于所述差分放大电路、滤波电路和隔离电路串联后组成信号调理电路。
4.如权利要求2所述中压大电流直流断路器短路电流识别装置，其特征在于所述霍尔电流传感器测量额定工作电流情况下直流断路器回路额定工作电流，罗氏线圈测量故障冲击大电流情况下快速上升的故障大电流，输出的电势是所测电流的微分信号，罗氏线圈连接积分器，从而还原所测的电流值。
5.基于权利要求4所述中压大电流直流断路器短路电流识别装置的识别方法，其特征在于，包括下述步骤所述霍尔传感器和罗氏线圈均套在被测中压直流断路器电流回路导体外，属非接触式测量，使霍尔传感器和罗氏线圈不与试验回路存在直接的电气连接；所述霍尔传感器和罗氏线圈时时在线监测直流断路器回路电流，传感器输出的电压信号送入电平判断电路，若小于设定电平值，则选取霍尔传感器的测量结果，反之则选取罗氏线圈的测量结果；所述输出的电压信号经判断电路后，依次经过放大、滤波和隔离，被送入CPU进行分析处理；若测量到得电压大于断路器的脱扣动作整定电压，则CPU向脱扣系统发出脱扣指令， 脱扣器迅速脱扣，断路器快速分闸。
全文摘要
本发明公开了一种中压大电流直流断路器短路电流识别装置及其识别方法，包括信号采集电路、电平比较判断电路、信号调理电路、高速数采卡、CPU和脱扣装置；所述信号采集电路、电平比较判断电路、信号调理电路、高速数采卡、CPU和脱扣装置按照先后顺序依次串联。本发明的中压大电流直流断路器保护控制装置既能够测量中压大电流直流断路器稳态工作额定电流，也能够测量快速上升的故障大电流，具有量程大，测量精度高的特点。且本发明装置结构简单，具有实现成本低，具有体积小、重量轻、易于微机化和网络化等优点，便于实现和广泛推广应用。
文档编号G01R15/20GK102590587SQ20121004122
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月22日 优先权日2012年2月22日
发明者吴翊, 孙昊, 杨芸, 杨飞, 纽春萍, 荣命哲 申请人:西安交通大学
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