一種保護充電限流電阻的方法與流程
2023-09-11 01:21:35 1
本發明涉及電路保護領域，尤其涉及一種保護充電限流電阻的方法。
背景技術：
限流電阻經常串聯於電路中，用以限制所在支路電流的大小，以防電流過大燒壞所串聯的元器件。同時限流電阻也能起分壓作用。現有的限流電阻種類材質多樣，應用的外圍電路也打不相同，比如：新興的電力電子型限流裝置動作迅速，且理論上可無限次重複使用，能夠抑制短路電流的快速上升，但是通態損耗較大和電力電子器件本身的額定電壓和電流的限制是其主要缺點；高溫超導型限流器利用超導材料在特定條件下的失超特性來完成短路電流限制，動作速度快且可重複使用，是最理想的短路限流方案，但目前由於材料和冷卻等技術原因，處於試驗和研究階段；另外，目前已用和試運行的高溫超導型限流裝置均體積較大，距離低壓電力系統實際應用還有一段距離。
技術實現要素：
針對以上問題，本發明提出一種保護充電限流電阻的方法，本發明整體額定通流能力強，分斷速度快，短路檢測判斷迅速，可以有效解決背景技術中的問題。
為此，本發明提供了一種保護充電限流電阻的方法，包括以下步驟：
S1：搭建混合型並聯斷路器：首先在限流電阻的輸出端串聯微型斷路器，形成串聯分支；在連接好的串聯分支兩端並聯超速分斷開關，組合成混合型並聯斷路器；
S2：添加並聯輔助電路：在限流電阻兩端並聯常值附加電阻，將脈衝電容C與大功率晶閘管串聯後並聯在超速分斷開關的輸入輸出端之間；
S3：添加故障檢測判斷電路：在混合型並聯斷路器的輸出端引出電流傳感器，並且設置電流比較器，在電流比較器的同相輸入端引入基準參考電壓，再將電流傳感器的輸出電流連接到電流比較器的反相輸入端；
S4：添加通斷控制電路：電流比較器的輸出端連接到大功率晶閘管的門極引腳，混合型並聯斷路器的輸入端之間連接到電源引線；
S5：電路檢測判斷：接通電源，電路開始工作，故障檢測判斷電路通過電流f幅值大小和電流上升率di/dt來綜合判斷系統是否處於短路，在檢測到故障時立刻發出保護動作信號；
S6：快速開關動作及換流：接收到保護動作信號後大功率晶閘管D由截止變成導通，脈衝電容C迅速放電，經過超速分斷開關的固有分斷動作時間，從觸頭開始動作時刻起，超快速開關與限流電阻元件支路開始換流，一段時間後完全換流至串聯支路；
S7：限流分段：換流後串聯支路電流繼續上升，使得限流電阻進入高阻狀態，系統短路電流被限制到一個較小的值，故障檢測判斷電路在給出晶閘管D合閘指令同時，延時一段時間(該時間大於阻C元件限流時間)並判斷此時電流是否已被限制到足夠小幅值，於是開始輸出限流電阻分斷指令，完成整個短路故障支路的切除。
作為本發明一種優選的技術方案，所述超快速開關採用基於湯姆森電磁斥力驅動原理的電磁斥力開關，由斥力驅動線圈、金屬運動盤、開關觸頭和斥力驅動線圈驅動電路構成，其運動盤與開關動觸頭設計為一體結構，斥力驅動線圈位置對應於運動盤正下方；從給出分斷指令到電路分斷的時間可控制在150u以內。
作為本發明一種優選的技術方案，所述故障檢測判斷電路中設定2個電流幅值基值Iset1和Iset2，其中Iset1為故障判斷啟動門檻值，Iset2為門檻上限動作值。
作為本發明一種優選的技術方案，系統正常工作時，微型斷路器與超速分斷開關均處於閉合狀態，此時並聯支路主要按照支路電阻值大小靜態分流。
作為本發明一種優選的技術方案，系統無故障時限流電阻電路中呈現低阻狀態，此時電容C處於充電完成狀態，大功率晶閘管D截止。
作為本發明一種優選的技術方案，所述電流傳感器採用LT508型LEM霍爾電流傳感器。
本發明提出的一種保護充電限流電阻的方法，利用超快速開關與限流電阻支路並聯，利用故障檢測電路進行故障檢測並實現自動保護切換，達到了以下有益效果：(1)裝置整體額定通流能力強，適應低壓大電流的環境應用要求；(2)整體分斷速度快：利用微型斷路器與超快速開關配合，可充分利用PTC元件電阻突變快的特性；(3)降低了對於限流電阻和微型斷路器的額定通流要求；(4)短路檢測判斷迅速，更有利於短路初期抑制故障電流的增長，並能快速實現選擇性保護。
附圖說明
圖1是本發明一種保護充電限流電阻的方法流程圖。
圖2是本發明實驗用電路原理圖。
圖3是設定Iset1＝50A、Iset2＝100A的短路限流試驗波形圖。
圖4是設定Iset1＝200A、Iset2＝250A的短路限流試驗波形圖。
具體實施方式
下面，通過具體實施例對本發明的技術方案進行詳細說明。
參照圖1和圖2，本發明提出了一種保護充電限流電阻的方法，包括以下步驟：S1：搭建混合型並聯斷路器：首先在限流電阻的輸出端串聯微型斷路器，形成串聯分支；在連接好的串聯分支兩端並聯超速分斷開關，組合成混合型並聯斷路器；
S2：添加並聯輔助電路：在限流電阻兩端並聯常值附加電阻，將脈衝電容C與大功率晶閘管串聯後並聯在超速分斷開關的輸入輸出端之間；
S3：添加故障檢測判斷電路：在混合型並聯斷路器的輸出端引出電流傳感器，並且設置電流比較器，在電流比較器的同相輸入端引入基準參考電壓，再將電流傳感器的輸出電流連接到電流比較器的反相輸入端；
S4：添加通斷控制電路：電流比較器的輸出端連接到大功率晶閘管的門極引腳，混合型並聯斷路器的輸入端之間連接到電源引線；
S5：電路檢測判斷：接通電源，電路開始工作，故障檢測判斷電路通過電流f幅值大小和電流上升率di/dt來綜合判斷系統是否處於短路，在檢測到故障時立刻發出保護動作信號；
S6：快速開關動作及換流：接收到保護動作信號後大功率晶閘管D由截止變成導通，脈衝電容C迅速放電，經過超速分斷開關的固有分斷動作時間，從觸頭開始動作時刻起，超快速開關與限流電阻元件支路開始換流，一段時間後完全換流至串聯支路；
S7：限流分段：換流後串聯支路電流繼續上升，使得限流電阻進入高阻狀態，系統短路電流被限制到一個較小的值，故障檢測判斷電路在給出晶閘管D合閘指令同時，延時一段時間(該時間大於阻C元件限流時間)並判斷此時電流是否已被限制到足夠小幅值，於是開始輸出限流電阻分斷指令，完成整個短路故障支路的切除。
所述超快速開關採用基於湯姆森電磁斥力驅動原理的電磁斥力開關，由斥力驅動線圈、金屬運動盤、開關觸頭和斥力驅動線圈驅動電路構成，其運動盤與開關動觸頭設計為一體結構，斥力驅動線圈位置對應於運動盤正下方；從給出分斷指令到電路分斷的時間可控制在150u以內；所述故障檢測判斷電路中設定2個電流幅值基值Iset1和Iset2，其中Iset1為故障判斷啟動門檻值，Iset2為門檻上限動作值；微型斷路器與超速分斷開關均處於閉合狀態，此時並聯支路主要按照支路電阻值大小靜態分流；系統無故障時限流電阻電路中呈現低阻狀態，此時電容C處於充電完成狀態，大功率晶閘管D截止；所述電流傳感器採用LT508型LEM霍爾電流傳感器。
本發明對實施例中的保護方法進行實驗，實驗結果圖如圖3和圖4所示。
實驗參數設定：系統短路保護電流上升率門檻值di/dt＝100A/ms，超速分斷開關在檢測到並聯支路電流小於20A後延時5ms分斷。
由圖3和圖4可見，在檢測判斷階段，由於蓄電池組短路電流上升率大於設定值di/dt＝100A/ms，故檢測判斷電路在流經快速開關電流等於100和250A時，迅速輸出超快速開關動作指令；
在超快速開關動作及換流階段，晶閘管導通使得電容迅速放電，其動作瞬間對電流測量波形帶來了一定的幹擾，經過大約150us的超快速開關固有分斷時間，短路電流逐漸換流至串聯支路，在Iset2分別為100和250A時，流經快速開關支路電流峰值分別為218A和384A；
限流分斷階段，電阻增大時刻開始，系統電流隨之下降，僅在2.75和2.2ms內，限流電阻能將預期短路電流從約1000A迅速限制在390A以下，。短路電流被限制在超快速開關可分斷範圍內；
從上述試驗數據中可以看出，隨著設定短路電流值的增大，超快速開關支路電流峰值顯著增加；在換流後，限流電阻的阻值相應增大，支路電流較換流前有明顯下降，圖中可見，換流完畢時刻串聯支路電流分別對應205和278A；同時，隨著流經電流的增大，限流電阻的阻值變化加快，動作時間也隨之減小；在前述不同限流設定條件下，限流分斷時間由2.75ms縮短為2.2ms，串聯支路對應最大峰值分別為390和330A，顯然，初始電流較大的對應的限流效果較好。
本發明提出的一種保護充電限流電阻的方法，利用超快速開關與限流電阻支路並聯，利用故障檢測電路進行故障檢測並實現自動保護切換，達到了以下有益效果：(1)裝置整體額定通流能力強，適應低壓大電流的環境應用要求；(2)整體分斷速度快：利用微型斷路器與超快速開關配合，可充分利用PTC元件電阻突變快的特性；(3)降低了對於限流電阻和微型斷路器的額定通流要求；(4)短路檢測判斷迅速，更有利於短路初期抑制故障電流的增長，並能快速實現選擇性保護。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。