CN112003252A - 线路故障切除装置及直流*** - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种线路故障切除装置及直流***，所述线路故障切除装置通过设置有所述电流发生设备，在任意支路发生短路故障时，所述电流发生设备可以产生故障维持电流，所述故障维持电流通过所述直流母线流入发生短路故障的支路，以维持故障支路上的短路电流，从而使得故障支路上的所述断路器动作，以切断该支路上的短路故障。本申请实施例通过设置有所述电流发生设备，解决了现有技术中存在的目前直流***的工作稳定性差的技术问题，达到了提高所述直流***工作稳定性的技术效果。

Description

线路故障切除装置及直流***

技术领域

本申请涉及电网故障安全技术领域，特别是涉及一种线路故障切除装置及直流***。

背景技术

目前直流***一般包括直流母线以及各支路，每条支路一般都设置有变换器。随着直流***的日益发展，对于各支路中变换器的故障保护也愈发完善，变换器在面对短路故障时都可迅速进入短路保护状态，为保险起见，各支路一般还会配有断路器，变换器的短路保护动作时间远小于断路器动作时间，当支路发生短路故障时，变换器停止工作，但断路器还未及时断开，故障无法被及时排除。当直流***重新上电时，由于故障支路的故障还未被排除，其余未出故障的支路依旧会进入短路保护而无法正常工作，因此，目前直流***的工作稳定性差。

发明内容

基于此，有必要针对目前直流***的工作稳定性差的问题，提供一种线路故障切除装置及直流***。

一种线路故障切除装置，应用于直流***，所述直流***包括直流母线和多条支路，所述多条支路之间并联，且分别与所述直流母线电连接，每条支路设置有串联的断路器和变换器，所述线路故障切除装置包括：

电流发生设备，用于与所述直流母线电连接，用于产生故障维持电流，所述故障维持电流的强度不小于每条所述支路短路电流的强度。

在其中一个实施例中，所述电流发生设备包括：

交流电源，用于产生所述故障维持交流电；

整流器，所述整流器的输入端与所述交流电源电连接，所述整流器的输出端与所述直流母线电连接，所述整流器用于将所述故障维持交流电转换为所述故障维持电流。

在其中一个实施例中，所述交流电源为单相交流电源。

在其中一个实施例中，还包括：

变压器，所述变压器的输入端与所述交流电源电连接，所述变压器的输出端与所述整流器电连接。

在其中一个实施例中，所述整流器包括：

第一二极管组件，所述第一二极管组件的正极与所述交流电源电连接，所述第一二极管组件的负极与所述直流母线的正极电连接；

第二二极管组件，所述第二二极管组件的负极与所述交流电源电连接，所述第二二极管组件的正极与所述直流母线的负极电连接。

在其中一个实施例中，所述交流电源为三相交流电源；

所述第一二极管组件包括三个第一二极管，三个所述第一二极管的正极分别与所述交流电源的三相电连接，三个所述第一二极管的负极均与所述直流母线的正极电连接；

所述第二二极管组件包括三个第二二极管，三个所述第二二极管的正极分别与所述交流电源的三相电连接，三个所述第二二极管的负极均与所述直流母线的负极电连接。

一种直流***，包括：

直流母线，包括正极线和负极线，

多条支路，所述多条支路之间并联，且分别与所述直流母线电连接，每条支路设置有串联的断路器和变换器；

如上所述的线路故障切除装置，所述电流发生设备与所述直流母线电连接，用于产生故障维持电流，所述故障维持电流的强度不小于每条所述支路短路电流的强度。

在其中一个实施例中，所述变换器包括：

变换器本体；

保护器，所述保护器的一端与所述断路器电连接，另一端与所述变换器本体电连接，所述保护器用于在流经所述变换器本体的电流超过预设阈值时控制所述变换器本体停止工作。

在其中一个实施例中，所述保护器包括：

电流检测组件，与所述变换器本体电连接，用于检测流经所述变换器本体的电流；

控制组件，分别与所述变换器本体和所述电流检测组件信号连接，用于在流经所述变换器本体的电流超过预设阈值时控制所述变换器本体停止工作。

在其中一个实施例中，还包括：

中控设备，分别与多个所述断路器信号连接，所述中控设备用于根据所述断路器的动作状态确定多条所述支路是否出现故障以及在出现故障时确定故障支路。

本申请实施例提供的线路故障切除装置通过设置有所述电流发生设备，在任意支路发生短路故障时，所述电流发生设备可以产生故障维持电流，所述故障维持电流通过所述直流母线流入发生短路故障的支路，以维持故障支路上的短路电流，从而使得故障支路上的所述断路器动作，以切断该支路上的短路故障。本申请实施例通过设置有所述电流发生设备，解决了现有技术中存在的目前直流***的工作稳定性差的技术问题，达到了提高所述直流***工作稳定性的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一个实施例提供的线路故障切除装置及其应用环境结构示意图；

图2为本申请一个实施例提供的线路故障切除装置中电流发生设备结构示意图；

图3为本申请一个实施例提供的线路故障切除装置中整流器结构示意图；

图4为本申请一个实施例提供的线路故障切除装置及其应用环境结构示意图；

图5为本申请一个实施例提供的线路故障切除装置部分结构示意图；

图6为本申请一个实施例提供的直流***结构示意图；

图7为本申请一个实施例提供的直流***中变换器结构示意图；

图8为本申请一个实施例提供的直流***中保护器结构示意图；

图9为本申请一个实施例提供的直流***结构示意图。

附图标记说明：

10、线路故障切除装置；

100、电流发生设备；

110、交流电源；

120、整流器；

121、第一二极管组件；

1211、第一二极管；

122、第二二极管组件；

1221、第二二极管；

200、变压器；

30、直流***；

300、直流母线；

400、支路；

410、断路器；

420、变换器；

421、变换器本体；

422、保护器；

4221、电流检测组件；

4222、控制组件；

500、中控设备。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本申请的一种线路故障切除装置及直流***进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请参见图1，本申请实施例提供了一种线路故障切除装置10，可以应用于直流***30中用于切除所述直流***30中的短路故障。所述直流***30一般包括直流母线300和多条支路400，所述多条支路400之间并联，且分别与所述直流母线300电连接，每条所述支路400设置有互相串联的断路器410和变换器420。在某条所述支路400发生短路故障时，所述线路故障切除装置10通过产生故障维持电流以使所述断路器410动作，从而切除故障支路400的线路故障。以下实施例以所述线路故障切除装置10应用于直流***30为例进行详细阐述。

本申请一个实施例提供了一种线路故障切除装置10，包括：电流发生设备100。

所述电流发生设备100与所述直流母线300电连接，用于产生故障维持电流，所述故障维持电流的强度不小于每条所述支路400短路电流的强度。所述电流发生设备100可以为固定电源、移动电源或者其他具有稳定大电流输出的电压等均可。所述故障维持电流可以根据多条所述支路400日常的短路故障电流的历史数据确定，例如80A、106A等，也可以根据实时测量确定，本实施例对此不作任何限定，可根据实际需求具体选择或者设定。所述故障维持电流可以为固定的，也可以为可调的，例如根据每条所述支路400上的负载的不同，根据该条支路400发生短路故障时的短路电流确定不同强度的所述故障维持电流。

本申请实施例提供的所述线路故障切除装置10的工作原理如下：

本申请实施例通过提供了一种线路故障切除装置10，包括电流发生设备100。在直流母线300正常工作时，多条所述支路400也正常工作，当某一条所述支路400发生短路故障时，该条支路400上的电流瞬时增大，产生短路电流。所述断路器410的动作时间远大于所述变换器420动作时间，因此，一旦短路电流产生，所述变换器420先动作，自动关闭，启动保护模式，从而使得所述断路器410还未工作，该条所述支路400上的短路电流已被清除，而所述断路器410还未动作，也就意味着该支路400上的短路故障还未被切除。一旦线路重新上电，该支路400的短路故障仍然存在，所述直流母线300上的电流大部分都流入该故障支路400，从而导致其他未出现故障的支路400也无法正常工作。本实施例通过设置有所述电流发生设备100，所述电流发生设备100可以产生故障维持电流，所述电流发生设备100与所述直流母线300电连接为所述直流母线300以及故障支路400提供故障维持电流，所述故障维持电流通过所述直流母线300流入不同的支路400，大部分电流流入发生短路故障的支路400，从而维持发生短路故障支路400的短路电流，以使得所述断路器410动作，从而切除该条支路400上的短路故障。在线路重新上电时，断路器410已经断开，短路故障已被切除，其他支路400可以继续正常工作，从而维持线路可以正常稳定的工作。

本申请实施例通过设置有所述电流发生设备100，在任意支路400发生短路故障时，所述电流发生设备100可以产生故障维持电流，所述故障维持电流通过所述直流母线300流入发生短路故障的支路400，以维持故障支路400上的短路电流，从而使得故障支路400上的所述断路器410动作，以切断该支路400上的短路故障。本申请实施例通过设置有所述电流发生设备100，解决了现有技术中存在的目前直流***30的工作稳定性差的技术问题，达到了提高所述直流***30工作稳定性的技术效果。

请参见图2，在一个实施例中，所述电流发生设备100包括：交流电源110和整流器120。

所述交流电源110用于产生故障维持交流电。所述交流电源110可以为所述直流母线300提供稳定的电流，且方便获取，例如可以直接从电网中直接取电，或者采用手摇发电机等便携式发电设备直接发电，灵活性高。所述交流电源110的输出电压可以为110V、220V等，本实施例不作任何限定，只需要满足可以提供稳定交流电的功能即可。

所述整流器120的输入端与所述交流电源110电连接，所述整流器120的输出端与所述直流母线300电连接，所述整流器120用于将交流电转换为直流电，在本实施例中所述整流器120用于将所述故障维持交流电转换为所述故障维持电流，以方便提供给所述直流母线300用于维持发生短路故障支路中的短路电流。所述整流器120可以采用传统的硅整流器，技术成熟，价格相对较低，所述整流器120还可以采用其他类型的整流器，本实施例对于所述整流器120的具体型号、类型等均不作任何限定，可根据实际情况具体选择，只需要满足可以实现将所述故障维持交流电转换为所述故障维持电流的功能即可。

请参见图3，在一个实施例中，所述整流器120包括：第一二极管组件121和第二二极管组件122。

所述第一二极管组件121的正极与所述交流电源110电连接，所述第一二极管组件121的负极与所述直流母线300的正极电连接。所述第一二极管组件121可以包括多个二极管，所述多个二极管之间可以并联，也可以依次串联，当所述多个二极管之间并联，则所述多个二极管的正极均与所述交流电源110电连接，所述多个二极管的负极均与所述直流母线300的正极电连接。从而使得在所述直流母线300正常工作时，每条支路400均带有负荷，所述直流母线300端的电位高于所述电流发生设备100端，因此所述直流母线300端的电流不会倒流至所述电流发生设备100端。只有在所述直流母线300端发生短路故障时，支路400端负荷减小，所述直流母线300端的电位小于电流发生设备100的电位，从而使得所述电流发生设备100产生的所述故障维持电流可以流向所述直流母线300，从而维持故障支路400的短路电流，以使所述断路器410可以动作，以切除所述故障支路400的线路故障。所述二极管可以为接触型二极管、面接触型二极管、平面型二极管等，本实施例不作具体限定，可根据实际情况具体选择。

所述第二二极管组件122的负极与所述交流电源110电连接，所述第二二极管组件122的正极与所述直流母线300的负极电连接。所述第二二极管组件122可以包括多个二极管，所述多个二极管之间可以并联，也可以依次串联，当所述多个二极管之间并联，则所述多个二极管的正极均与所述直流母线300的负极电连接，所述多个二极管的负极均与所述交流电源110电连接。所述第二二极管组件122用于维持电路的单向导通，使得电流可以从所述直流母线300的负极单向流向所述交流电源110，形成单向回路，而防止电流回流，以保障所述电流发生设备100以及整个回路的运行的稳定性。所述二极管可以为接触型二极管、面接触型二极管、平面型二极管等，本实施例不作具体限定，可根据实际情况具体选择，只需要满足可以实现保持回路单向导通的功能即可。

在一个实施例中，所述交流电源110可以为单相交流电源110，也就是从电网***中三相交流电源中抽取的一根线作为相线，另一根取来作为零线，所述相线和零线通过负荷构成回路，再加一根线接地，用作接地，相线和零线构成回路为所述直流母线300提供稳定供电电源，地线接地起到保护的作用。单相交流电源110来源范围广，使用较为安全，例如家用的220V交流电源等均可，灵活性高。

请参见图4，在一个实施例中，所述交流电源110为三相交流电源110，所述第一二极管组件121包括三个第一二极管1211，三个所述第一二极管1211的正极分别与所述交流电源110的三相电连接，三个所述第一二极管1211的负极均与所述直流母线300的正极电连接。所述第二二极管组件122包括三个第二二极管1221，三个所述第二二极管1221的正极分别与所述交流电源110的三相电连接，三个所述第二二极管1221的负极均与所述直流母线300的负极电连接。所述三相交流电源110可以产生旋转磁场，在电力输送上节省导线，以降低成本，所述三相交流电源可以利用异步电动机等进行供电，灵活性高，同时，所述三相交流电源110不排除对单相负载的供电，兼容性强，通过所述三相交流电源可以大大提高本实施例所述线路故障切除装置10的应用范围和使用灵活性。所述第一二极管1211和所述第二二极管1221可以均为接触型二极管、面接触型二极管、平面型二极管中的任一种或多种组合，本实施例不作具体限定，可根据实际情况具体选择。

请参见图5，在一个实施例中，所述的线路故障切除装置10还包括：变压器200。

所述变压器200的输入端与所述交流电源110电连接，所述变压器200的输出端与所述整流器120电连接，所述变压器200用于将所述交流电源110的电压转换为预设电压，也就是产生所述故障维持电流所需的电压。所述预设电压根据实际情况设定，配合不同直流***30的负载做不同的调整，通过所述变压器200可以大大提高所述故障切除装置的适配性和应用范围。

请参见图6，本申请实施例提供了一种直流***30，包括：直流母线300、支路400、线路故障切除装置10。

所述直流母线300是指用电***中的直流公共母线，属于用电***中的驱动***。所述直流母线300一般包括两根线：正极线和负极线。所述直流***30一般为一个独立的电源，不受发电机、发电厂用电机***运行方式的影响，并在外部交流电中断的情况下，可以保证后备电源或者蓄电池继续提供直流电压。所述直流母线300便是连接所述外部电源与***内负载以形成一个局部拓扑网络，为用电***内各个负载提供电流。所述直流母线300可以为塑力电缆、高中低压交联电缆等，塑力电缆和高中低压交联电缆均可以埋于地下，截面大，可支持高压超高压的远程电力传输，应用范围更广，以提高本实施例所述直流***30的应用范围。本实施例对于所述直流母线300的类型或者数量等均不作任何限定，可根据实际情况具体选择。

所述支路400的数量为多条，所述多条支路400之间并联，每条所述支路400均与所述直流母线300电连接，且每条所述支路400之间相互独立。每条所述支路400分别为一条独立的线路，带有不同的负载，以执行不同的功能，但是每条所述支路400均设置有串联的断路器410和变换器420，所述变换器420串联有不同数量及不同类型的负载。所述断路器410用于在该条支路400发生短路故障时，及时断开切除短路故障，以保护该条支路400不会因短路电流而被破坏，甚至被烧毁。所述变换器420用于执行DC-DC转换的电子器件，所述变换器420将所述直流母线300上的电流转换为该条支路400上负载所需要的工作电流，以保障该条支路400上负载的工作稳定性。

所述线路故障切除装置10包括电流发生设备100，所述电流发生设备100与所述直流母线300电连接，用于产生故障维持电流，所述故障维持电流的强度不小于每条所述支路400短路电流的强度，以提供给故障支路400以动作电流。所述线路故障切除装置10的有益效果在上述实施例中已经阐述，本实施例不再赘述。

请参见图7，在一个实施例中，所述变换器420包括：变换器本体421和保护器422。

所述变换器本体421是指将所述直流母线300上的交流电转换为该条支路400上负载所需要的工作电流，以保障该条支路400上负载的工作稳定性。所述变换器本体421不需要中间直流储能环节，便可以实现四象限运行，具有优良的输入电流波形和输出电压波形，可自由控制的功率因数，灵活性高。本实施例对于所述变换器本体421的具体类型、型号等均不作任何限定，可根据实际情况具体选择，只需要满足可以实现将所述直流母线300上的交流电转换为该条支路400上负载所需要的工作电流的功能即可。

所述保护器422的一端与所述断路器410电连接，另一端与所述变换器本体421电连接，所述保护器422用于在流经所述变换器本体421的电流超过预设阈值时控制所述变换器本体421停止工作。所述保护器422可以为保险丝、断路器等，在该支路400的电流超过预设阈值时自动停止所述变换器本体421的工作。本实施例对于所述保护器422的类型和型号等均不作任意限定，可根据实际情况具体选择，只需要满足可以实现在流经所述变换器本体421的电流超过预设阈值时控制所述变换器本体421停止工作的功能即可。

请参见图8，在一个实施例中，所述保护器422包括：电流检测组件4221和控制组件4222。

所述电流检测组件4221与所述变换器本体421电连接，用于检测流经所述变换器本体421的电流。所述电流检测组件4221可以为电流表，串接于所述支路400中，用于检测所述支路400中的电流，成本低，易于推广。所述电流检测组件4221还可以为电流互感器，方便测量大电流。所述电流检测组件4221还可以为其他带有电流检测功能的电子器件，本实施例对于所述电流检测组件4221不作具体限定，可根据实际情况具体选择，只需要满足可以实现检测流经所述变换器本体421的电流的功能即可。

所述控制组件4222分别与所述变换器本体421和所述电流检测组件4221信号连接，用于在流经所述变换器本体421的电流超过预设阈值时控制所述变换器本体421停止工作，以保护所述变换器本体421不受短路电流的影响而被破坏。所述预设阈值可以根据实际情况设定，本实施例不作具体限定。所述控制器可以为微处理器、控制芯片、PLC芯片等，本实施例对于所述控制组件4222不作任何限定，可根据实际情况具体选择，只限于满足在流经所述变换器本体421的电流超过预设阈值时控制所述变换器本体421停止工作的功能即可。

请参见图9，在一个实施例中，所述的直流***30还包括：中控设备500。

所述中控设备500分别与多个所述断路器410信号连接，所述中控设备500用于根据所述断路器410的动作状态确定多条所述支路400是否出现故障以及在出现故障时确定故障支路400。例如某一条所述支路400的所述断路器410动作，便可确定该条支路400发生了短路故障，其他所述支路400未动作，则确定其他支路400未发生短路故障。所述中控设备500通过所述断路器410动作状态便可完成故障选线，方法简单，易于操作。所述控制设备可以为处理器、服务器、手机、控制芯片等具有数据处理功能的电子器件等均可，本实施例不作具体限定，只需要满足可以实现根据所述断路器410的动作状态确定多条所述支路400是否出现故障以及在出现故障时确定故障支路400的功能即可。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种线路故障切除装置，应用于直流***，所述直流***包括直流母线和多条支路，所述多条支路之间并联，且分别与所述直流母线电连接，每条支路设置有串联的断路器和变换器，其特征在于，所述线路故障切除装置包括：

电流发生设备，用于与所述直流母线电连接，用于产生故障维持电流，所述故障维持电流的强度不小于每条所述支路短路电流的强度。

2.根据权利要求1所述的线路故障切除装置，其特征在于，所述电流发生设备包括：

交流电源，用于产生所述故障维持交流电；

整流器，所述整流器的输入端与所述交流电源电连接，所述整流器的输出端与所述直流母线电连接，所述整流器用于将所述故障维持交流电转换为所述故障维持电流。

3.根据权利要求2所述的线路故障切除装置，其特征在于，所述交流电源为单相交流电源。

4.根据权利要求2所述的线路故障切除装置，其特征在于，还包括：

变压器，所述变压器的输入端与所述交流电源电连接，所述变压器的输出端与所述整流器电连接。

5.根据权利要求2所述的线路故障切除装置，其特征在于，所述整流器包括：

第一二极管组件，所述第一二极管组件的正极与所述交流电源电连接，所述第一二极管组件的负极与所述直流母线的正极电连接；

第二二极管组件，所述第二二极管组件的负极与所述交流电源电连接，所述第二二极管组件的正极与所述直流母线的负极电连接。

6.根据权利要求5所述的线路故障切除装置，其特征在于，所述交流电源为三相交流电源；

所述第一二极管组件包括三个第一二极管，三个所述第一二极管的正极分别与所述交流电源的三相电连接，三个所述第一二极管的负极均与所述直流母线的正极电连接；

所述第二二极管组件包括三个第二二极管，三个所述第二二极管的正极分别与所述交流电源的三相电连接，三个所述第二二极管的负极均与所述直流母线的负极电连接。

7.一种直流***，其特征在于，包括：

直流母线，包括正极线和负极线，

多条支路，所述多条支路之间并联，且分别与所述直流母线电连接，每条支路设置有串联的断路器和变换器；

如权利要求1-6任一项所述的线路故障切除装置，所述电流发生设备与所述直流母线电连接，用于产生故障维持电流，所述故障维持电流的强度不小于每条所述支路短路电流的强度。

8.根据权利要求7所述的直流***，其特征在于，所述变换器包括：

变换器本体；

保护器，所述保护器的一端与所述断路器电连接，另一端与所述变换器本体电连接，所述保护器用于在流经所述变换器本体的电流超过预设阈值时控制所述变换器本体停止工作。

9.根据权利要求8所述的直流***，其特征在于，所述保护器包括：

电流检测组件，与所述变换器本体电连接，用于检测流经所述变换器本体的电流；

控制组件，分别与所述变换器本体和所述电流检测组件信号连接，用于在流经所述变换器本体的电流超过预设阈值时控制所述变换器本体停止工作。

10.根据权利要求9所述的直流***，其特征在于，还包括：

中控设备，分别与多个所述断路器信号连接，所述中控设备用于根据所述断路器的动作状态确定多条所述支路是否出现故障以及在出现故障时确定故障支路。

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