[发明专利]直流系统主动式接地保护装置及其采用的保护方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统领域，具体地说是一种直流系统主动式接地保护装置及其采用的保护方法。

背景技术

低压直流系统常应用于变电站以及电厂等需要使用直流设备的场合，是电力系统控制和保护的基础，同时也是事故状态下断路器能快速跳闸的保障。但在直流配电系统中，直流回路一般是浮地系统，其馈线支路数较多，馈线距离较长；现场人为误操作、雨水进入配电箱、馈线电缆绝缘老化以及支路负载故障等，则会造成直流系统的正或负母线对地绝缘下降甚至接地，即发生直流系统接地故障。

当发生直流母线接地故障时，如果接地发生在直流正母线，可能会造成继电保护及自动装置发生误动；如果接地发生在直流负母线，可能会造成继电保护及自动装置发生拒动；正、负母线两点接地则造成直流短路，断路器跳闸，继电保护装置及操作失去直流电源。

目前直流系统接地故障的解决方法可以通过便携式的接地故障查找仪来查找接地故障，但是由于查找仪的兼容性低和抗干扰能力差的因素，会造成接地故障的误报，而且对于接入直流母线上的任何导线都要查找，工程量大，时效性差，不能实现接地故障的快速精确定位；另外，也可以采用逐路断电寻找接地点的方法，但需要的时间长，试停的回路多，造成继电保护或自动装置临时退出运行，对电力系统的安全运行存在隐患。这些仪器或方法即使能查找到接地故障，但是无法限制和隔离故障，故障现象会进一步扩大到整个直流系统，影响直流系统的正常运行。此外，若直流系统发生单点接地故障（正接地），则接地故障需要快速查找解决，否则若再发生另一点接地（负接地），则直流系统就会短路，造成整个系统的崩溃。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在缺陷，提供一种直流系统主动式接地保护装置，其可以实现直流系统接地故障的快速查找、准确定位，同时实现接地故障的隔离，把接地故障限制在故障支路，防止接地故障的向上传递。

为此，本发明采用如下的技术方案：直流系统主动式接地保护装置，包括全桥PWM移相DC/DC变换器、数字控制单元、隔离单元以及接地故障检测单元；

所述的全桥PWM移相DC/DC变换器通过直流母线连接蓄电池组；所述的数字控制单元与全桥PWM移相DC/DC变换器的驱动端相连；所述全桥PWM移相DC/DC变换器的输出端通过隔离单元与直流系统的各个直流负载支路相连；所述的数字控制单元与接地故障检测单元相连；所述的接地故障检测单元与隔离单元相连；

所述的接地故障检测单元采样直流负载支路正、负母线的对地电压，通过数字控制单元计算正、负母线的对地电阻值，实现直流接地故障本地显示、接地故障报警上传与报警、接地故障的定位。

蓄电池组的输出提供给直流母线，给直流系统主动式接地保护装置供电，直流系统主动式接地保护装置的输出给直流负载支路供电。

作为上述技术方案的补充，所述的直流系统主动式接地保护装置还包括RS-485通讯接口和人机交互界面，二者分别与数字控制单元相连；所述的RS-485通讯接口还与外部的监控上位机相连。

作为上述技术方案的补充，所述的蓄电池组由108节2V 1000Ah的铅酸蓄电池串联组成，其供电给直流母线，直流母线供电给全桥PWM移相DC/DC变换器。

作为上述技术方案的补充，所述的全桥PWM移相DC/DC变换器包括高频隔离变压器、隔直电容、谐振电感、整流二极管、滤波电容和功率管；

所述高频隔离变压器的原边串联隔直电容、谐振电感和功率管，并联一输入滤波电容；高频隔离变压器的副边串联整流二极管、电感和负载，并联一输出滤波电容。高频隔离变压器实现了原副边的电气隔离，同时实现了直流母线和直流负载支路的电气隔离，即直流负载支路的接地故障不会传递到直流母线侧，直流母线侧的接地故障也不会传递到负载侧。

作为上述技术方案的补充，所述的功率管为MOS管，有四个，其两端并联寄生二极管和寄生电容。

作为上述技术方案的补充，所述的数字控制单元包括ARM处理器，所述ARM处理器的PWM1、PWM2、PWM3、PWM4信号用于控制全桥PWM 移相DC/DC变换器的四个MOS管，ARM处理器的AD采样端口AN0、AN1、AN4分别采集全桥PWM 移相DC/DC变换器的输入电压、输出电压以及输出电流。