一种在线式直流电源系统馈线故障隔离装置及其运行方法与流程

本发明属于直流电源系统领域，具体涉及一种在线式直流电源系统馈线故障隔离装置及其运行方法。

背景技术：

变电站或发电厂中，直流电源系统作为保护、控制等负载的电源，一旦失电，可能会造成保护、控制负荷的误动或拒动，尤其是拒动会进一步造成局部电网的瘫痪，是电网的大事故。作为较为可靠的后备电源，近些年也发生了一些不可靠的事故，主要体现在以下两点：

1)蓄电池单体下降，或蓄电池脱离母线，当交流电源失电后，蓄电池不能及时，导致直流系统失电；

2)由于监控装置的局限性，在直流电源系统产生接地、交流窜入或两组直流互窜故障时，不能选出故障支路，或者选出故障支路后找不到具体位置，从而使某一支路的故障带来整个直流电源系统的故障，如接地导致的母线正负极对地电压偏移、交流窜入带来的误动作风险、两组直流互窜带来的过压等。

基于上述问题，部分高校、科研单位、运行单位及厂家有了一些解决方案，如：

1)专利201310668765.8提供了一种“串联蓄电池组的充放电补偿系统”，通过给每节单体蓄电池设置充电器来实现对单体蓄电池故障的补偿；

2)专利201010598584.9提供了一种“基于蓄电池并联的直流电源系统”，通过设置的变换器将多组电池并联起来，当发生一个或多个电池故障时，未故障的蓄电池仍能为直流母线提供电源；

3)专利201410316418.3提供了一种“蓄电池组自动无隙旁接系统”，在每节单体蓄电池上设置监测管理单元和跨接单元，当检测到单体蓄电池产生故障时，自动跨接过该节电池，实现了无故障单体电池组成的电池组可以持续提供电源的要求。

4)专利cn201611074785.2提供了一种“一种防止直流电源母线失压的系统及其运行方法”通过将蓄电池分组，并将分组的蓄电池组通过dc/dc升压的方式补偿至母线，对可能造成的直流母线失压进行监测和补偿，保证直流系统安全稳定的运行。

上述4个专利虽然在一定程度上对直流失压进行了监测和补偿，但均存在其局限性，且由于增设了大量的元件，导致成本居高不下。

5)专利cn201721110424.9提供了一种直流电源系统馈线回路故障隔离装置，解决变电站或发电厂直流电源系统运维检修工程中，既能隔离故障回路，又能使负荷不失电而提供的一种装置，但是该故障隔离装置仅仅单独通过dc/dc对故障回路进行隔离，不能自动识别并主动隔离，无法实现在线式监测和隔离，存在局限性。

技术实现要素：

本发明为克服现有技术的不足之处，提出一种在线式直流电源系统馈线故障隔离装置及其运行方法，以期能主动实现故障监测，并隔离故障回路，且能使负荷不失电，从而保证直流系统安全稳定的运行。

本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

本发明一种在线式直流电源系统馈线故障隔离装置的特点包括：控制器、隔离型电能传输单元、直通型电能传输单元、输入单元、输出单元；

所述输入单元包含两组输入端子，并分别连接所述隔离型电能传输单元和直通型电能传输单元的输入端；

所述隔离型电能传输单元用于电气隔离和传输电能，并与所述直通型电能传输单元并联连接；

所述直通型电能传输单元包含具有机械断点的电气元件；

所述输出单元也包含两组输入端子，并分别连接所述隔离型电能传输单元和直通型电能传输单元的输出端；

所述控制器包含：直流电压采集电路、交流电压采集电路、直流电流采集电路、交流电流采集电路、状态输入采集电路、输出及控制电路、中央控制电路；

所述直流电压采集电路、交流电压采集电路、直流电流采集电路、交流电流采集电路各自的输入端分别连接所述输入单元、各自的输出端分别连接所述输出单元；

所述状态输入采集电路连接所述隔离型电能传输单元；

所述输出及控制电路连接所述直通型电能传输单元；

所述中央控制电路用于协调各个单元的运行。

本发明所述的在线式直流电源系统馈线故障隔离装置的特点也在于，

所述隔离型电能传输单元包含至少一个隔离型的dc/dc装置；

所述的直通型电能传输单元包含至少一个断路器，和/或接触器，和/或继电器，和/或隔离开关，和/或固态开关。

本发明一种在线式直流电源系统馈线故障隔离装置的运行方法，其特征是包含以下步骤：

步骤1)闭合直通型电能传输单元包含的电气元件的机械断点，使输入单元的电能从直通型电能传输单元流过；

步骤2)采集输出单元的电流io；

步骤3)分解电流io的交流分量ioac；

步骤4)将所述交流分量ioac与设定的门限值ioacs做比较，若ioac≥ioacs，则断开直通型电能传输单元包含的电气元件的机械断点，否则，转到步骤2)；

步骤5)断开直通型电能传输单元包含的电气元件的机械断点后，使输入单元的电能从隔离型电能传输单元中流过，并发出报警信号；

步骤6)等待复位。

本发明所述的运行方法的特点也在于：

在所述步骤4中，还能通过设置远程指令和/或就地指令，强制断开直通型电能传输单元包含的电气元件的机械断点；

所述远程指令通过有线的通信电路或无线的通信电路发送；

所述就地指令通过操作装置的控件发送。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明通过设置具有传递电能，且输入输出在电气上隔离的元件，能在变电站或发电厂直流电源系统运维检修工程中，在使负荷不失电的情况下，自动识别并主动隔离故障回路，且装置简单易于实现，降低了设备成本，具有较高实用性。

附图说明

图1为本发明的故障隔离装置技术原理图；

图2为本发明的控制器的技术原理图；

图3为本发明的隔离型电能传输单元和直通型电能传输单元连接示意图；

图4为本发明的故障隔离方法技术原理图。

具体实施方式

本实施例中，如图1所示，一种在线式直流电源系统馈线故障隔离装置可以安装在直流屏中，包括：控制器、隔离型电能传输单元、直通型电能传输单元、输入单元、输出单元；

输入单元包含两组输入端子，这两组输入端子可以是一个元件，也可以是两个元件，具体实施中可以是一组或两组接线端子，用于用户的输入接线，其中，如图3所示，采用两组接线端子为宜，并分别连接隔离型电能传输单元和直通型电能传输单元的输入端；

隔离型电能传输单元包含至少一个隔离型的dc/dc装置，用于实现输入单元向输出单元的电能传输以及传输过程中的电气隔离，并与直通型电能传输单元并联连接；这种并联很重要，在正常供电状态下，通过控制使电能由直通型电能传输单元供给，在故障状态下，通过控制使电能由隔离型电能传输单元供给。

直通型电能传输单元包含至少一个可控的、具有机械断点的电气元件；例如，包含至少一个断路器，和/或接触器，和/或继电器，和/或隔离开关，和/或固态开关，或以上集中元件的组合。

输出单元也包含两组输入端子，这两组输入端子可以是一个元件，也可以是两个元件；具体实施中可以是一组或两组接线端子，用于用户的输出接线，其中，采用一组接线端子为宜，并分别连接隔离型电能传输单元和直通型电能传输单元的输出端；

如图2所示，控制器为装置的核心，用于实现装置总体的协调控制，并包含：直流电压采集电路、交流电压采集电路、直流电流采集电路、交流电流采集电路、状态输入采集电路、输出及控制电路、中央控制电路；通过采集、运算、逻辑判断、输出来协调各个单元的运行，尤其是协调隔离型电能传输单元和直通型电能传输单元的运行。

直流电压采集电路、交流电压采集电路、直流电流采集电路、交流电流采集电路各自的输入端分别连接输入单元、各自的输出端分别连接输出单元；

状态输入采集电路连接隔离型电能传输单元；

输出及控制电路连接直通型电能传输单元。

本实施例中，如图4所示，一种在线式直流电源系统馈线故障隔离装置的运行方法包含以下步骤：

步骤1)闭合直通型电能传输单元包含的电气元件的机械断点，使输入单元的电能从直通型电能传输单元流过；

步骤2)采集输出单元的电流io；

步骤3)分解电流io的交流分量ioac；

步骤4)将交流分量ioac与设定的门限值ioacs做比较，若ioac≥ioacs，则断开直通型电能传输单元包含的电气元件的机械断点，否则，转到步骤2)；

具体实施中，还能通过设置远程指令和/或就地指令，强制断开直通型电能传输单元包含的电气元件的机械断点；

远程指令通过有线的通信电路或无线的通信电路发送；有线的通信电路，如485、232、can、以太网、i²c、ttl，无线的通信电路，如蓝牙、4g/5g通信网络、wifi等；

就地指令通过操作装置的控件发送，如按钮、按键、输入端子、显示器、触摸屏等。

步骤5)断开直通型电能传输单元包含的电气元件的机械断点后，使输入单元的电能从隔离型电能传输单元中流过，并发出报警信号；

步骤6)等待复位。