一种快速旁路开关储能电容的电压监控电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种快速旁路开关储能电容的电压监控电路，所述监控电路包括储能电容充电部分、储能电容充电监控部分、储能电容放电部分和储能电容放电监控部分；所述储能电容充电部分通过充电回路与储能电容连接；所述储能电容充电监控部分通过电压采样单元与所述储能电容连接，并通过旁路开关与所述储能电容充电部分连接；所述储能电容放电部分通过快速旁路开关斥力机构与所述储能电容连接；所述储能电容放电监控部分通过电流检测单元与所述储能电容连接，并通过放电控制开关与所述储能电容放电部分连接。这种电路实现了快速旁路开关能量系统的控制和故障定位，为快速旁路开关应用于输电线路相关设备的过电压保护提供了技术支撑。
【专利说明】一种快速旁路开关储能电容的电压监控电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电路，具体讲涉及一种快速旁路开关储能电容的电压监控电路。
【背景技术】
[0002]用于输电线路串联补偿电容器的典型过电压保护设备由金属氧化物限压器(MOV)、火花间隙(GAP)及旁路开关构成。其中，MOV因其自身阻抗特性能在系统故障时自动限制串联电容器两端的电压水平；GAP能在MOV吸收过多的能量时或在串联电容器需要快速旁路情况下由控制保护系统发出命令触发导通；旁路断路器在系统故障或装置本身故障情况下由控制保护系统控制实现暂时性或永久性旁路。上述设备中，GAP作为一种可控的高压快速旁路设备，对于输电线路串联补偿电容器过电压保护十分重要，应用广泛，但也存在以下缺点:1)工作电压较高，接近自放电电压，可控性受限，存在一定控制死区；2)受环境温度、湿度及加工工艺影响较大，放电电压分散性较大。因此，需要寻找一种性能比GAP更为优越的高压快速旁路装置。
[0003]快速旁路开关(FBS)由真空灭弧室和电磁斥力机构组成，其结构简单、分合闸速度快、可靠性高且通态损耗小。近年来，随着快速旁路开关(FBS)技术的发展，其动作速度加快，耐压水平提高，在一些场合已能够替代GAP，起到快速旁路、过电压保护作用。相比于火花间隙，FBS受环境影响小、不存在控制死区，因此，其作为串联电容器过压保护设备具有十分广阔的应用前景。
[0004]FBS斥力机构完成快速合/分闸动作所需的能量由其事先已完成充电的储能电容提供。与FBS常规应用不同，FBS作为串联电容器过电压保护设备时，其储能电容位于高电位装置平台上，电磁环境较为复杂，不仅需要储能电容的控制电路能够对储能电容的进行充、放电，而且需要其对储能电容自身电压、放电回路状态进行监测，并把相关状态信息实时、可靠地发送给平台外的远方控制保护系统。
[0005]因此需要提出一种快速旁路开关储能电容的电压监控电路，它既能对快速旁路开关FBS的储能电容进行充放电控制，同时也可将实时检测的储能电容状态通过光信号通行形式发送给平台外的控制保护装置。
实用新型内容
[0006]为了解决现有技术中所存在的上述问题，本实用新型提供一种快速旁路开关储能电容的电压监控电路，该电路实现了 FBS能量系统的控制和故障定位，受电磁环境干扰较小，为FBS应用于输电线路相关设备的过电压保护提供了技术支撑。
[0007]本实用新型提供的技术方案是:一种快速旁路开关储能电容的电压监控电路，其改进之处在于:所述监控电路包括储能电容充电部分、储能电容充电监控部分、储能电容放电部分和储能电容放电监控部分；所述储能电容充电部分通过充电回路与储能电容连接；所述储能电容充电监控部分通过电压采样单元与所述储能电容连接，并通过旁路开关与所述储能电容充电部分连接；所述储能电容放电部分通过快速旁路开关斥力机构与所述储能电容连接；所述储能电容放电监控部分通过电流检测单元与所述储能电容连接，并通过放电控制开关与所述储能电容放电部分连接。
[0008]优选的，所述储能电容充电部分包括取能装置、旁路开关和充电回路；所述取能装置、所述旁路开关、所述充电回路依次连接，所述充电回路的输出端与所述储能电容并联。
[0009]优选的，所述储能电容充电监控部分包括储能电容充电监测部分和储能电容充电控制部分；所述储能电容充电监测部分通过控制保护系统与所述储能电容充电控制部分连接。
[0010]进一步，所述储能电容充电监测部分包括电压采样单元、第一电压/频率转换器和第一光信号发送单元；所述电压采样单元的输入端与储能电容并联，其输出端与所述第一电压/频率转换器的输入端相连，所述第一电压/频率转换器的输出端与所述第一光信号发送单元的输入端相连，所述第一光信号发送单元的输出端通过光纤与控制保护系统相连。
[0011]进一步，所述储能电容充电控制部分包括第一光信号接收单元，所述第一光信号接收单元由光电转换器和功率放大器组成，所述光电转换器的输入端与控制保护系统的通信接口通过光纤相连，其输出端与所述功率放大器的输入端相连，所述功率放大器的输出端与旁路开关的控制端相连。
[0012]优选的，所述储能电容放电部分包括快速旁路开关斥力机构和放电控制开关，所述快速旁路开关斥力机构与所述放电控制开关串联后与所述储能电容并联。
[0013]优选的，所述储能电容放电监控部分包括储能电容放电监测部分和储能电容放电控制部分；所述储能电容放电监测部分通过控制保护系统与所述储能电容放电控制部分连接。
[0014]进一步，所述储能电容放电监测部分包括电流检测单元、第二电压/频率转换器和第二光信号发送单元；所述电流检测单元的输入端与所述储能电容串联，其输出端与所述第二电压/频率转换器的输入端相连，所述第二电压/频率转换器的输出端与所受第二光信号发送单元的输入端相连，所述第二光信号发送单元的输出端通过光纤与控制保护系统连接。
[0015]进一步，所述储能电容放电控制部分包括第二光信号接收单元，所述第二光信号接收单元由光电转换器和功率放大器组成；
[0016]所述光电转换器的输入端通过光纤与所述控制保护系统相连，其输出端与所述功率放大器的输入端相连，所述功率放大器的输出端与放电控制开关的控制端相连。
[0017]进一步，所述充电回路的输出端串联有二极管；所述储能电容两端并联有过压保护元件，所述过压保护元件的输出端与所述旁路开关的控制端相连。
[0018]本实用新型具有如下有益效果:
[0019]1)监控电路与外界控制保护系统采用光通信形式，不仅使远程控制成为可能，且不易受复杂电磁环境干扰；
[0020]2)可根据远方控制保护系统命令准确、快速地对FBS储能电容充、放电回路进行控制；
[0021]3)在储能电容两端并联了过压保护元件，无需外界控制便可自动实现储能电容的过压保护；
[0022]4)在充电回路的输出端串联了二极管，使能量仅单一从取能装置流向储能电容；
[0023]5)可实时对FBS储能电容电压及放电回路状态进行监测，同时将状态信息发送给远方控制保护系统，解决了 FBS储能电容及其相关回路故障定位问题，大大方便了 FBS应用于高压设备过电压保护场合的现场调试和维护。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本实用新型提供的快速旁路开关储能电容的电压监控电路与控制保护装置的连接示意图；
[0025]图2本实用新型提供的快速旁路开关储能电容的电压监控电路示意图。
【具体实施方式】
[0026]为了更好地理解本实用新型，下面结合说明书附图和实例对本实用新型的内容做进一步地说明。
[0027]如图1所示:快速旁路开关储能电容的电压监控电路与控制保护系统连接，快速旁路开关储能电容的电压监控电路位于高电位的设备平台上，控制保护系统位于地面控制保护小室内，二者之间通过光纤连接。
[0028]快速旁路开关储能电容的监控电路示意图如图2所示:
[0029]监控电路由①储能电容充电部分、②储能电容充电控制部分、③储能电容充电监测部分，④储能电容放电部分、⑤储能电容放电控制部分、⑥储能电容放电监测部分组成。
[0030]①储能电容充电部分包括:取能装置_2、旁路开关-4、充电回路-1 ；
[0031]储能电容通过电路框图中的充电回路-1与取能装置-2连接，充电回路-1中设置二极管，确保能量只能由取能装置-2流向储能电容而无法回流；
[0032]充电回路-1与储能电容正负极连接的两端并联接入了过电压保护元件，过压保护元件_3可采用压敏元件或电压比较器，该元件与充电回路-1输入端旁路开关_4的控制极连接。当储能电容电压尚未达到设定的保护电压阈值时，电压保护器件不发生动作，充电回路-1保持导通，储能电容处于充电状态；当储能电容电压过大时，电压保护感应元件会产生放电脉冲并触发充电回路-1旁路开关_4闭合，自动停止充电。
[0033]另外，旁路开关-4还受储能电容充电控制部分控制；两种旁路开关的控制方法为“或”逻辑，只要其中一种控制发生，充电回路-1即被旁路。
[0034]②储能电容充电控制部分包括:第一光信号接收单元_5 ;第一光信号接收单元_5由光电转换器和功率放大器组成；
[0035]所述光电转换器的输入端与控制保护系统的通信接口通过光纤相连，其输出端与所述功率放大器的输入端相连，所述功率放大器的输出端与旁路开关-4的控制端相连；
[0036]光电转换器的输入端与控制保护系统的通信接口通过光纤相连，光电转换器接收控制保护系统发出的充电控制光信号，并将充电控制光信号转换脉冲信号后输出给功率放大器，功率放大器将接收到的脉冲信号进行功率放大后输出脉冲触发旁路开关-4，控制旁路开关_4闭合，旁路开关_4闭合时，取能装置_2被旁路，停止对储能电容充电；在无触发信号的情况下，旁路开关_4保持断开状态，取能装置_2通过充电回路-1给储能电容充电。
[0037]③储能电容充电监测部分包括；电压采样单元-10 ;第一电压/频率转换器-6、第一光信号发送单元-9 ；
[0038]电压采样单元-10的输入端与储能电容并联，电压采样单元-10采集储能电容两端的电压后输出给第一电压/频率转换器_6 ;第一电压/频率转换器_6将接收到的电压信号转化为频率可变的脉冲信号后输出给第一光信号发送单元-9，第一光信号发送单元_9将接收到的脉冲信号转化为光信号后通过光纤发送至地面控制保护系统。控制保护系统根据光频率信息解析储能电容电压状态，并做出相应逻辑判断，控制旁路开关-4的断开或闭入口 ο
[0039]④储能电容放电部分包括:快速旁路开关_4斥力机构和放电控制开关-8，放电控制开关-8与快速旁路开关_4斥力机构串联；放电控制开关_8受储能电容放电控制部分的控制，当放电控制开关_8闭合时，储能电容将能量释放给快速旁路开关_4斥力机构。
[0040]⑤储能电容放电控制部分包括:第二光信号接收单元-13，第二光信号接收单元-13由光电转换器和功率放大器组成；
[0041]光电转换器的输入端通过光纤与控制保护系统相连，其输出端与功率放大器相连，功率放大器的输出端与放电控制开关_8的输入端相连；
[0042]光电转换器接收控制保护系统发出的放电控制光信号，并将放电控制光信号转换脉冲信号后输出给功率放大器，功率放大器将接收到的脉冲信号进行功率放大后输出脉冲触发放电控制开关_8闭合，完成能量由储能电容向快速旁路开关_4斥力机构的释放，在无触发信号的情况下，放电控制开关_8始终保持断开状态。
[0043]⑥储能电容放电监测部分包括:电流检测单元_7、第二电压/频率转换器-11、第二光信号发送单元-12;
[0044]电流检测单元_7的输入端与储能电容串联，电流检测单元_7采集储能电容的电流，并将电流转换为电压后输出给第二电压/频率转换器-11，第二电压/频率转换器-11将接收到的电压信号转换为脉冲信号后输出给第二光信号发送单元-12，第二光信号发送单元-12将接收到的脉冲信号转换为频率可变的光信号后通过光纤输出给控制保护系统，用作放电回路状态回检。
[0045]其中旁路开关_4和放电控制开关_8由晶闸管、IGBT等电力电子器件构成。
[0046]以上仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均在申请待批的本实用新型的权利要求范围之内。
【权利要求】
1.一种快速旁路开关储能电容的电压监控电路，其特征在于:所述监控电路包括储能电容充电部分、储能电容充电监控部分、储能电容放电部分和储能电容放电监控部分；所述储能电容充电部分通过充电回路与储能电容连接；所述储能电容充电监控部分通过电压采样单元与所述储能电容连接，并通过旁路开关与所述储能电容充电部分连接；所述储能电容放电部分通过快速旁路开关斥力机构与所述储能电容连接；所述储能电容放电监控部分通过电流检测单元与所述储能电容连接，并通过放电控制开关与所述储能电容放电部分连接。
2.如权利要求1所述的一种快速旁路开关储能电容的电压监控电路，其特征在于:所述储能电容充电部分包括取能装置、旁路开关和充电回路；所述取能装置、所述旁路开关、所述充电回路依次连接，所述充电回路的输出端与所述储能电容并联。
3.如权利要求1所述的一种快速旁路开关储能电容的电压监控电路，其特征在于: 所述储能电容充电监控部分包括储能电容充电监测部分和储能电容充电控制部分；所述储能电容充电监测部分通过控制保护系统与所述储能电容充电控制部分连接。
4.如权利要求3所述的一种快速旁路开关储能电容的电压监控电路，其特征在于: 所述储能电容充电监测部分包括电压采样单元、第一电压/频率转换器和第一光信号发送单元；所述电压采样单元的输入端与储能电容并联，其输出端与所述第一电压/频率转换器的输入端相连，所述第一电压/频率转换器的输出端与所述第一光信号发送单元的输入端相连，所述第一光信号发送单元的输出端通过光纤与控制保护系统相连。
5.如权利要求3所述的一种快速旁路开关储能电容的电压监控电路，其特征在于: 所述储能电容充电控制部分包括第一光信号接收单元，所述第一光信号接收单元由光电转换器和功率放大器组成，所述光电转换器的输入端与控制保护系统的通信接口通过光纤相连，其输出端与所述功率放大器的输入端相连，所述功率放大器的输出端与旁路开关的控制端相连。
6.如权利要求1所述的一种快速旁路开关储能电容的电压监控电路，其特征在于: 所述储能电容放电部分包括快速旁路开关斥力机构和放电控制开关，所述快速旁路开关斥力机构与所述放电控制开关串联后与所述储能电容并联。
7.如权利要求1所述的一种快速旁路开关储能电容的电压监控电路，其特征在于: 所述储能电容放电监控部分包括储能电容放电监测部分和储能电容放电控制部分；所述储能电容放电监测部分通过控制保护系统与所述储能电容放电控制部分连接。
8.如权利要求7所述的一种快速旁路开关储能电容的电压监控电路，其特征在于: 所述储能电容放电监测部分包括电流检测单元、第二电压/频率转换器和第二光信号发送单元；所述电流检测单元的输入端与所述储能电容串联，其输出端与所述第二电压/频率转换器的输入端相连，所述第二电压/频率转换器的输出端与所受第二光信号发送单元的输入端相连，所述第二光信号发送单元的输出端通过光纤与控制保护系统连接。
9.如权利要求7所述的一种快速旁路开关储能电容的电压监控电路，其特征在于: 所述储能电容放电控制部分包括第二光信号接收单元，所述第二光信号接收单元由光电转换器和功率放大器组成； 所述光电转换器的输入端通过光纤与所述控制保护系统相连，其输出端与所述功率放大器的输入端相连，所述功率放大器的输出端与放电控制开关的控制端相连。
10.如权利要求2所述的一种快速旁路开关储能电容的电压监控电路，其特征在于:所述充电回路的输出端串联有二极管；所述储能电容两端并联有过压保护元件，所述过压保护元件的输出端与所述旁路开关的控制端相连。
【文档编号】H02H7/16GK204167971SQ201420696229
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】郑博文, 朱宁辉, 袁安应, 黄吕超, 喻劲松, 赵波 申请人:国家电网公司, 国网智能电网研究院, 中电普瑞科技有限公司