一种高压发生器打火保护装置及方法与流程

本发明实施例涉及高压发生器保护技术，尤其涉及一种高压发生器打火保护装置及方法。

背景技术：

高压发生器油箱内通常采用变压器油作为绝缘介质，在理想的真空条件下，变压器油的绝缘强度不会发生变化。但是在现实工况中，由于注油工艺过程或者油箱的密封性没法完全保证，少量空气会进入高压油箱中，其附着的水分和灰尘会成为杂质，降低变压器油的耐压强度，造成局部区域存在绝缘强度不够导致器件之间打火。由于打火时负载近似短路状态，所以打火过程中会产生较大的电流，从而影响油箱内器件的寿命，严重时可能直接导致器件损坏。所以需要对油箱内的打火工作状态进行相应的保护。

目前，高压应用场合主要通过被动方式来实现打火保护：在输出负载端串联电阻或电感来抑制打火时产生的较大电流，以此保护油箱中的二极管等器件。

现有技术的缺陷是：这种方法仅仅是通过被动的限流来保护相应器件，且一次打火后由于高压系统无法检测油箱中的打火状态，会继续工作而不作相应处理，这样会恶化打火造成的影响。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种高压发生器打火保护装置及方法，以主动检测高压发生器油箱内打火状况，并进行相应保护处理，优化对高压发生器内各器件的保护工作。

第一方面，本发明实施例提供一种高压发生器打火保护装置，包括：

电压采样模块，用于对高压发生器中油箱的输出电压进行采样以得到采样电压；

信号输出模块，用于输出采样电压变化率信号、强打火参考信号以及弱打火参考信号；

比较模块，用于将采样电压变化率信号、强打火参考信号以及弱打火参考信号进行比较，并输出比较结果；

保护模块，用于根据比较结果执行对应的保护动作。

第二方面，本发明实施例还提供了一种高压发生器打火保护方法，包括：

对高压发生器中油箱的输出电压进行采样以得到采样电压；

输出采样电压变化率信号、强打火参考信号以及弱打火参考信号；

将采样电压变化率信号、强打火参考信号以及弱打火参考信号进行比较，并输出比较结果；

根据比较结果执行对应的保护动作。

本发明实施例通过对高压发生器中油箱的输出电压进行采样以得到采样电压，输出采样电压变化率信号、强打火参考信号以及弱打火参考信号，并将采样电压变化率信号、强打火参考信号以及弱打火参考信号进行比较，并输出比较结果，最后根据比较结果执行对应的保护动作。如此实现对高压发生器油箱内打火状况的主动检测，并进行相应保护处理，优化对高压发生器内各器件的保护工作。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种高压发生器打火保护装置的结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的电压采样模块110的结构示意图；

图3为本发明实施例三提供的电压采样模块110的结构示意图；

图4为本发明实施例四提供的信号输出模块120的结构示意图；

图4a为本发明实施例四提供的输出单元121的结构示意图；

图5为本发明实施例五提供的一种高压发生器打火保护装置的结构示意图；

图6为本发明实施例六提供的一种高压发生器打火保护方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种高压发生器打火保护装置的结构示意图，本实施例可适用于对高压发生器油箱进行打火检测与保护的情况，该装置可以通过硬件和/或软件的方式实现。参考图1，本实施例提供的高压发生器打火保护装置具体包括：

电压采样模块110，用于对高压发生器中油箱的输出电压进行采样以得到采样电压；信号输出模块120，用于输出采样电压变化率信号、强打火参考信号以及弱打火参考信号；比较模块130，用于将采样电压变化率信号、强打火参考信号以及弱打火参考信号进行比较，并输出比较结果；保护模块140，用于根据比较结果执行对应的保护动作。

其中，采样电压变化率是指单位时间内电压的变化，通常用Δv/Δt，来表示针对高压发生器中油箱的打火工况的不同，其对应执行的保护动作也不同，本实施例中在实际应用时，还可根据实际需要设置三个或者三个以上打火参考信息号，并分别进行比较来确定打火的强弱等级，并根据打火强弱等级执行对应的保护动作。

本实施例的技术方案，通过采集油箱输出电压，并输出电压变化率信号、强打火参考信号以及弱打火参考信号，再将电压变化率信号与强/弱打火参考信号进行比较以确定其打火强弱程度，最后根据比较结果执行对应的保护动作，如此主动检测高压发生器油箱内打火状况，并进行相应保护处理，提高了高压发生器中油箱的安全性，优化了对高压发生器内各器件的保护工作。

实施例二

图2为本发明实施例二提供的电压采样模块110的结构示意图，本实施例在上述实施例的基础上，优选是对电压采样模块110进一步优化，如图2所示，所述电压采样模块110具体可以包括第一电阻R_m和第二电阻R_n；所述第一电阻R_m设置在油箱内，一端连接油箱的电压输出端，另一端分别连接第二电阻R_n和采样电压输出端；所述第二电阻R_n设置在油箱内或者控制板上，且未和第一电阻R_m连接的一端接地。

其中，第一电阻R_m和第二电阻R_n都用于分压，第二电阻R_n可设置在油箱中也可设置在控制板中，控制板主要用于直流输出高压的控制、信号检测、故障保护等功能。由于油箱中采样电路中存在寄生电容，采样信号V₀的波形与真实波形V_out存在差异，往往呈现过阻尼或者欠阻尼状态，因此第二电阻R_n设置在控制板上的好处在于，当出现上述状况时，可以通过控制板上的电阻进行调节，如此仅通过简单的调节外面器件就可对采样波形进行校正。

实施例三

图3为本发明实施例三提供的电压采样模块110的结构示意图，本实施例在上述各实施例的基础上，优选是对电压采样模块110进一步优化，如图3所示，所述电压采样模块110还包括第三电阻R_o，与第二电阻R_n并联，当第二电阻R_n设置在油箱内时，第三电阻R_o设置在控制板上，当第二电阻R_n设置在控制板上时，第三电阻R_o设置在油箱内。

其中，设置在控制板上的电阻主要用于方便通过外部器件的简单调整来对采样波形进行校正，设置在油箱中的电阻的主要作用是：有时会存在这样一种故障状况，即控制板上的电阻发生短路或者开路，此时可能会将油箱内部的直流输出高压引到控制板上，从而发生危险，而设置在油箱中的电阻可以避免这种危险的发生，提高控制板的安全性。

具体地，根据第一电阻R_m、第二电阻R_n以及第三电阻R_o的阻值，可以得到V₀的值，具体计算公式如下：

实施例四

图4为本发明实施例四提供的信号输出模块120的结构示意图，本实施例在上述各实施例的基础上，优选是对信号输出模块120进一步优化，如图4所示，所述信号输出模块120包括两个输出单元121和122，两个输出单元均包括实际信号输出电路（输出单元121包括实际信号输出电路1211，输出单元122包括实际信号输出电路1221）和参考信号输出电路（输出单元121包括参考信号输出电路1212，输出单元122包括参考信号输出电路1222）；所述实际信号输出电路1211、1221用于输出采样电压变化率信号；所述参考信号输出电路1212/1222用于输出强/弱打火参考信号，且其中一个输出单元的参考信号输出电路输出强打火参考信号，另一个输出单元的参考信号输出电路输出弱打火参考信号。

其中，两个输出单元121、122中的实际信号输出电路1211和1221相同，以保证两个输出单元121、122输出的采样电压变化率信号保持一致，确保后续比较模块130的准确性；而两个输出单元121、122中的参考信号输出电路1212和1222不同，一个输出单元的参考信号输出电路输出强打火参考信号，另一个输出单元的参考信号输出电路输出弱打火参考信号。

具体地，以其中一个输出单元121为例，参考图4a所示的输出单元121，所述实际信号输出电路1211包括第四电阻R_a、第五电阻R_b以及第一电容C_a；所述第四电阻R_a一端连接采样电压输出端V_in(即图3中的V₀)，另一端分别连接第五电阻R_b、第一电容C_a以及采样电压变化率信号输出端V_o-；所述第五电阻R_b未和第四电阻R_a连接的一端接地；所述第一电容C_a与第五电阻R_b并联。

进一步地，所述参考信号输出电路1212包括第六电阻R_c、第七电阻R_d、第八电阻R_f以及第二电容C_b；所述第六电阻R_c一端连接采样电压输出端，另一端分别连接第七电阻R_d、第八电阻R_f、第二电容C_b以及强/弱打火参考信号输出端V_o+；所述第七电阻R_d未和第六电阻R_c连接的一端接地；所述第二电容C_b与第七电阻R_d并联；所述第八电阻R_f未和第六电阻R_c连接的一端接强/弱打火参考电压V_b。需要说明的是，此处V_b为强打火参考电压还是弱打火参考电压由参考信号输出电路1212的功能决定，如果参考信号输出电路1212的功能为输出强打火参考信号，则V_b为强打火参考电压，相应V_o+为强打火参考信号输出端；如果参考信号输出电路1212的功能为输出弱打火参考信号，则V_b为弱打火参考电压，相应V_o+为弱打火参考信号输出端。

其中，第四电阻R_a、第五电阻R_b、第六电阻R_c、第七电阻R_d以及第八电阻R_f主要用于分压。第一电容C_a和第二电容C_b主要用于调节放电时间常数，时间常数用来表示过渡反应的时间过程的常数，时间常数越大，充电就越慢。在RC电路中，如果电压相同，时间常数不同，那么得到的电压的斜率就不同，某一个斜率更快的话，其输出端得到的电压就越高，因此，可通过比较V_o-端和V_o+端的输出电压的大小来确定两个电路中电压变化率的大小。

其中，在图4a中，采样电压输出端V_in也接入到参考信号输出电路1212中的目的在于，需要在开始时加一个偏置电压，让参考信号输出电路1212和实际信号输出电路1211有相同的起始电平，而参考信号输出电路1212中由于设置有强/弱打火参考电压V_b，对电路中电压斜率变化占主要作用，使得采样电压输出端V_in的输入电压对电压斜率的影响可以忽略不计，因此参考信号输出电路1212中的输出信号是一个固定参考值，不会随采样电压输出端V_in的输入电压的改变而发生变化。而如果要调试V_o+端的输出电压，为了调试方便，可以通过改变第八电阻R_f的阻值来进行相应调试。

进一步，对于另一个输出单元122，与图4a中输出单元121的不同在于，假设输出单元121中V₀₊为强打火参考信号输出端，V_b为强打火参考电压，则输出单元122中的V₀₊为弱打火参考信号输出端，V_b为弱打火参考电压；假设输出单元121中V₀₊为弱打火参考信号输出端，V_b为弱打火参考电压，则输出单元122中的V₀₊为强打火参考信号输出端，V_b为强打火参考电压。

实施例五

图5为本发明实施例五提供的一种高压发生器打火保护装置的结构示意图，本实施例在上述各实施例的基础上，优选是对比较模块130进一步优化，参考图5，所述比较模块130具体包括:

强打火比较器1311，用于接收并比较采样电压变化率信号和强打火参考信号，当采样电压变化率信号高于强打火参考信号时输出高电平，反之输出低电平；

弱打火比较器1312，用于接收并比较采样电压变化率信号和弱打火参考信号，当采样电压变化率信号高于弱打火参考信号时输出高电平，反之输出低电平。

其中，对两个或多个数据项进行比较，以确定它们是否相等，或确定它们之间的大小关系及排列顺序称为比较，能够实现这种比较功能的电路或装置称为比较器。比较器是将一个模拟电压信号与一个基准电压相比较的电路，比较器的两路输入为模拟信号，输出则为二进制信号0或1，当输入电压的差值增大或减小且正负符号不变时，其输出保持恒定。

因此，根据比较器的输出电平信号，可以确定采样电压变化率信号与强、弱打火参考信号的大小，如此确定当前打火属于强打火还是弱打火。通常，当两个比较器都输出1时，认为此次打火为强打火；当强打火比较器1311输出0，弱打火比较器1312输出1时，认为此次打火为强打火。

在上述技术方案的基础上，优选是对保护模块140进一步优化，所述保护模块140具体用于：当比较结果为采样电压变化率信号高于强打火参考信号（即两个比较器都输出1）时，封锁驱动；当比较结果为采样电压变化率信号在强打火参考信号和弱打火参考信号之间（即强打火比较器1311输出0，弱打火比较器1312输出1）时，记录打火次数；当连续打火次数在预设时间内达到预设阈值时，封锁驱动。

具体地，对于强打火，其电流较大，此时需要控制器封锁驱动，以保护油箱中的被动器件；对于弱打火，一定时间内，如果控制器只检测到1个或2个上升沿时，说明油箱内打火情况在一定安全范围内，控制器不做任何动作，仅仅是继续记录打火次数，而预设时间内检测到弱打火比较器1312输出的3个或者3个以上上升沿时，说明油箱内打火情况存在一定危险性，此时也需要控制器封锁驱动。

相对于现有技术中被动保护打火保护，这样设置的好处在于，根据打火强弱的具体工况来选择是否执行保护动作，既保证了油箱的安全性，又避免了频繁封锁驱动影响油箱工作的情况，实现了对油箱安全保护的优化工作。

实施例六

图6为本发明实施例六提供的一种高压发生器打火保护方法的流程示意图，本实施例可适用于对高压发生器油箱进行打火检测与保护的情况，该方法可由高压发生器打火保护装置来执行，该装置可以通过硬件和/或软件的方式实现。参考图6，该方法具体包括如下：

S610、对高压发生器中油箱的输出电压进行采样以得到采样电压。

S620、输出采样电压变化率信号、强打火参考信号以及弱打火参考信号。

S630、将采样电压变化率信号、强打火参考信号以及弱打火参考信号进行比较，并输出比较结果。

S640、根据比较结果执行对应的保护动作。

在上述技术方案的基础上，优选是将根据比较结果执行对应的保护动作进一步优化为，所述根据比较结果执行对应的保护动作包括：

当比较结果为采样电压变化率信号高于强打火参考信号时，封锁驱动；

当比较结果为采样电压变化率信号在强打火参考信号和弱打火参考信号之间时，记录打火次数；

当连续打火次数在预设时间内达到预设阈值时，封锁驱动。

本实施例提供的高压发生器打火保护方法与上述各实施例提供的高压发生器打火保护装置属于同一发明构思，与上述各实施例中的高压发生器打火保护装置具备相同的功能和有益效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。