CN113613376A - 一种直流照明供电中应对线路漏电的处理***及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种直流照明供电中应对线路漏电的处理***及处理方法，直流供电柜、供电线缆、DC‑DC驱动器和灯具组成直流照明供电***中应对线路漏电的处理***，DC‑DC驱动器的将输入的直流电转换为灯具所需的电压和电流，DC‑DC驱动器包括MCU微处理器及与MCU微处理器相连接的输入电压侦测电路、PWM变换电路、PWM控制电路、输入端故障反馈电路和输出端故障反馈控制电路；由于直流***保护灵敏，因此线路漏电很容易造成直流***的过载保护，导致灭灯。本发明通过DC‑DC驱动器侦测输入电压的方式，自适应调整输出功率，在线路漏电时通过减轻灯具负载功率，使得直流电源柜负载变化减小，大大减小其过载保护的概率。
Description
技术领域
本发明涉及公路隧道照明供电***，具体涉及一种直流照明供电中应对线路漏电的处理***及处理方法。
背景技术
在现有公路隧道照明中，由于直流供电具有安全、节能、智能等优点，并且能够方便接入光伏等储能供电***，因此直流供电逐渐成为当前公路隧道照明供电的发展趋势。
在直流照明中，对线路的绝缘要求较高。由于线路节点非常多，且工作环境复杂恶劣，因此经常会出现线路小电流漏电的情况。若绝缘下降，一方面存在触电风险，另一方面也会造成电量的浪费，同时由于直流***保护灵敏性较高，绝缘不良很容易造成***保护误动作，导致灭灯，由此形成交通安全隐患。
针对线路绝缘问题，目前主要措施是对线路进行绝缘监测，但这仅仅是一种侦测预警手段，无法应对绝缘不良后漏电导致的负载加大以及***保护的问题。
因此有必要提出一种能够自适应降载的***及方法，在线路绝缘监测告警的同时，尽可能保障直流***不关机保护，保障隧道照明正常亮灯。
发明内容
鉴于以上提到的现有直流供电***中，绝缘监测功能仅仅具有预警功能，预警后在人为排除故障点之前，直接采取关断绝缘不良的分路，以保障整个***仍能正常供电，而这会造成此分路负载灯具灭灯。本发明提供一种直流照明供电中应对线路漏电的处理***及采用该***进行直流照明供电中应对线路漏电处理的方法，目的在于在绝缘不良导致漏电电流不大的情况下，自适应减低漏电分路负载灯具的亮度，待后续人工排查故障点前，保证此分路仍能亮灯。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
本发明首先提供一种应用于直流供电的公路隧道照明***的直流照明供电中应对线路漏电的处理***，照明***包括多组灯具、用于输出直流电的直流供电柜和用于将直流电传输至灯具的供电线缆；在直流供电柜与灯具的连接线路上设置DC-DC驱动器；所述DC-DC驱动器包括MCU微处理器及与MCU微处理器相连接的输入电压侦测电路、PWM变换电路、PWM控制电路、输入端故障反馈电路和输出端故障反馈控制电路；所述照明***设置多组灯具，每组灯具与直流供电柜的连接线路上均设置有DC-DC驱动器，DC-DC驱动器将直流供电柜输入的直流电转换为灯具所需的电压和电流，侦测输入电压并自适应调整输出功率，构成直流照明供电中应对线路漏电的处理***。
优选的是，所述DC-DC驱动器还包括连接直流输入端的输入与滤波电路，及连接电压输出端的输出整流与滤波电路，PWM变换电路设置于输入与滤波电路和输出整流与滤波电路之间。
在上述任一技术方案中优选的是，所述DC-DC驱动器还包括保护电路和隔离电路I，所述保护电路连接PWM控制电路，所述隔离电路I一端连接PWM控制电路，另一端连接输出端故障反馈控制电路，输出端故障反馈控制电路设置于MCU微控制器与电压输出端之间。
在上述任一技术方案中优选的是，所述DC-DC驱动器还包括隔离电路II，所述隔离电路II设置于MCU微控制器与输入端故障反馈电路之间。
在上述任一技术方案中优选的是，所述DC-DC驱动器还包括隔离电路III，所述隔离电路III设置于输入电压侦测电路与MCU微控制器之间。
在上述任一技术方案中优选的是，所述输入电压侦测电路一端连接隔离电路III，另一端连接输入端故障反馈电路和输入与滤波电路。
在上述任一技术方案中优选的是，所述PWM控制电路一端连接保护电路和隔离电路I，另一端连接PWM变换电路。
本发明还提供了一种直流照明供电中应对线路漏电的处理方法，采用上任一项所述的直流照明供电中应对线路漏电的处理***，进行直流照明供电中应对线路漏电的处理，该处理方法包括：
直流供电柜、供电线缆、DC-DC驱动器和灯具组成直流照明供电***中应对线路漏电的处理***，直流供电柜输出直流电，供电线缆负责传输直流电，DC-DC驱动器和灯具作为负载，DC-DC驱动器的将输入的直流电转换为灯具所需的电压和电流，DC-DC驱动器包括MCU微处理器及与MCU微处理器相连接的输入电压侦测电路、PWM变换电路、PWM控制电路、输入端故障反馈电路和输出端故障反馈控制电路；
DC-DC驱动器通过侦测输入电压，记录当前线路绝缘良好状态下稳定的输入电压值；当线路出现绝缘不良漏电，线路漏电在直流供电柜的输出电流范围内，此时相当于直流供电柜不但有灯具负载，还增加了线路漏电这一负载，很容易触发过载保护导致灭灯，基于此，在线路绝缘良好时，***中每个DC-DC驱动器记录此状态下的输入电压，当线路绝缘不良产生漏电时，***增大负载，负载电流增大，线路压降随之增大，则每个DC-DC驱动器此时输入电压相对于之前记录的线路绝缘良好时的输入电压变低，根据差值，DC-DC驱动器按照一定的比例降低输出电流，使得整个负载灯具的电流变小，此时对于直流电源柜，灯具负载变小，线路漏电流增大，其整个负载变化等于灯具负载加上线路漏电，一增一减，整个负载变化值大大减小，产生过载保护的可能性变低；
DC-DC驱动器具有输入电压侦测电路，在直流电源柜为290Vdc的直流供电***中，其输出电流调光比例随输入电压自动变化；
在260Vdc～290Vdc输入电压范围内，DC-DC驱动器调光比例保持为100％，不随输入电压的变化而变化，当线路出现绝缘不良导致DC-DC驱动器输入电压下降到260V以下时，其输出调光比例随输入电压的下降而下降，当输入电压仅为200V时，DC-DC驱动器直接关机，此时线路漏电电流过大，实施断电保护。
与现有技术相比，本发明的上述技术方案具有如下有益效果：
由于直流***保护灵敏，因此线路漏电很容易造成直流***的过载保护，导致灭灯。本发明通过DC-DC驱动器侦测输入电压的方式，自适应调整输出功率，在线路漏电时通过减轻灯具负载功率，使得直流电源柜负载变化减小，大大减小其过载保护的概率，此时漏电分路的灯具依然正常点亮，只是由于调光减小了电流值，灯具亮度会相应下降。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为按照本发明的直流照明供电中应对线路漏电的处理***的一优选实施例的***结构示意图；
图2为按照本发明的直流照明供电中应对线路漏电的处理***的一优选实施例的DC-DC驱动器结构及工作原理示意图；
图3为按照本发明的直流照明供电中应对线路漏电的处理***的一优选实施例的DC-DC驱动器降载曲线示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
针对现有直流供电***中，绝缘监测功能仅仅具有预警功能，预警后在人为排除故障点之前，直接采取关断绝缘不良的分路，以保障整个***仍能正常供电，而这会造成此分路负载灯具灭灯。本发明实施例提供一种直流照明供电中应对线路漏电的处理***及采用该***进行直流照明供电中应对线路漏电处理的方法，目的在于在绝缘不良导致漏电电流不大的情况下，自适应减低漏电分路负载灯具的亮度，待后续人工排查故障点前，保证此分路仍能亮灯。
以下结合图1至3，说明本实施例所述直流照明供电中应对线路漏电的处理***的原理、技术特点和具体处理过程。
照明***包括多组灯具、用于输出直流电的直流供电柜和用于将直流电传输至灯具的供电线缆，本实施例所述直流照明供电中应对线路漏电的处理***，如图1所示，在直流供电柜与灯具的连接线路上设置DC-DC驱动器；DC-DC驱动器包括MCU微处理器及与MCU微处理器相连接的输入电压侦测电路、PWM变换电路、PWM控制电路、输入端故障反馈电路和输出端故障反馈控制电路；照明***设置多组灯具，每组灯具与直流供电柜的连接线路上均设置有DC-DC驱动器，DC-DC驱动器将直流供电柜输入的直流电转换为灯具所需的电压和电流，侦测输入电压并自适应调整输出功率，构成直流照明供电中应对线路漏电的处理***。
本实施例所述处理***，如图1所示，DC-DC驱动器还包括连接直流输入端的输入与滤波电路，及连接电压输出端的输出整流与滤波电路，PWM变换电路设置于输入与滤波电路和输出整流与滤波电路之间。
本实施例所述处理***，如图1所示，DC-DC驱动器还包括保护电路和隔离电路I；保护电路连接PWM控制电路；隔离电路I一端连接PWM控制电路，另一端连接输出端故障反馈控制电路，输出端故障反馈控制电路设置于MCU微控制器与电压输出端之间。
本实施例所述处理***，如图1所示，DC-DC驱动器还包括隔离电路II，隔离电路II设置于MCU微控制器与输入端故障反馈电路之间。
本实施例所述处理***，如图1所示，DC-DC驱动器还包括隔离电路III，隔离电路III设置于输入电压侦测电路与MCU微控制器之间。
在本实施例所述处理***中，如图1所示，输入电压侦测电路一端连接隔离电路III，另一端连接输入端故障反馈电路和输入与滤波电路。
在本实施例所述处理***中，如图1所示，PWM控制电路一端连接保护电路和隔离电路I，另一端连接PWM变换电路。
典型的直流照明供电***如图1所示示意图，其组成部分包括直流供电柜、供电线缆、灯具，设置DC-DC驱动器，；直流供电柜输出直流电，供电线缆负责传输直流电，DC-DC驱动器和灯具作为负载，设置DC-DC驱动器的作用是将输入的直流电转换为灯具所需的电压和电流，实现直流照明供电中应对线路漏电的处理。
由于供电线缆具有电阻，在电流通过时就形成了线路压降。因此和直流供电柜的距离越近的DC-DC驱动器的输入直流电压越高，距离越远的DC-DC驱动器的直流输入电压越低。在供电线缆绝缘良好时，由于直流供电柜电压、供电线缆电阻(压降)、负载灯具保持不变，因此每个DC-DC驱动器的输入电压也保持稳定。而DC-DC驱动器具有侦测输入电压的功能，此时可以各自记录当前线路绝缘良好状态下稳定的输入电压值。
在具体实施中，当线路出现绝缘不良漏电时，此时有3种情况：
情况1：线路漏电轻微(漏电电流为毫安级别)，此时绝缘监测功能会触发告警，但由于漏电电流很小，不会造成直流供电柜的保护(但漏电涉及人身触电安全，仍需要尽快排查处理)。
情况2：线路漏电严重，近乎短路，此时由于负载电流急剧加大，会直接触发过流或短路保护，甚至触发保护开关动作。灭灯不可避免。
情况3：线路漏电在直流供电柜的输出电流范围内，此时相当于直流供电柜不但有灯具负载，还增加了线路漏电这一负载，很容易触发过载保护导致灭灯。
针对情况3，本发明采取的技术措施是：在线路绝缘良好时，每个DC-DC驱动器记录此状态下的输入电压，当线路绝缘不良产生漏电时，相当于***增大了负载，负载电流增大，线路压降随之增大。对于每个DC-DC驱动器来说，此时输入电压相对于之前记录的线路绝缘良好时的输入电压变低，根据差值，DC-DC驱动器可以按照一定的比例降低输出电流，从而使得整个负载灯具的电流变小。此时对于直流电源柜来说，灯具负载变小，线路漏电流增大，其整个负载变化等于灯具负载加上线路漏电，一增一减，整个负载变化值大大减小，产生过载保护的可能性变低。
由于直流***保护灵敏，因此线路漏电很容易造成直流***的过载保护，导致灭灯。本发明通过DC-DC驱动器侦测输入电压的方式，自适应调整输出功率，在线路漏电时通过减轻灯具负载功率，使得直流电源柜负载变化减小，大大减小其过载保护的概率。
此时漏电分路的灯具依然正常点亮，只是由于调光减小了电流值，灯具亮度会相应下降。
在具体实施中，如图2所示，在DC-DC驱动器中，设计有输入电压侦测电路。在直流电源柜为290Vdc的直流供电***中，其输出电流调光比例如图3所示随输入电压自动变化。
由于在直流供电设计标准中，输入电压允许有10％的最大压降，因此在260Vdc～290Vdc输入电压范围内，DC-DC驱动器调光比例保持为100％，不随输入电压的变化而变化(注：此时仍响应调光命令)。而当线路出现绝缘不良导致DC-DC驱动器输入电压下降到260V以下时，其输出调光比例随输入电压的下降而下降，当输入电压仅为200V时，DC-DC驱动器直接关机。此时线路漏电电流过大，必须断电保护。
以上所述仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非是对本发明的范围进行限定；以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围；在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的任何修改、等同替换、改进等，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种直流照明供电中应对线路漏电的处理***，应用于直流供电的公路隧道照明***，所述照明***包括多组灯具、用于输出直流电的直流供电柜和用于将直流电传输至灯具的供电线缆，其特征在于，在直流供电柜与灯具的连接线路上设置DC-DC驱动器；所述DC-DC驱动器包括MCU微处理器及与MCU微处理器相连接的输入电压侦测电路、PWM变换电路、PWM控制电路、输入端故障反馈电路和输出端故障反馈控制电路；所述照明***设置多组灯具，每组灯具与直流供电柜的连接线路上均设置有DC-DC驱动器，DC-DC驱动器将直流供电柜输入的直流电转换为灯具所需的电压和电流，侦测输入电压并自适应调整输出功率，构成直流照明供电中应对线路漏电的处理***。
2.如权利要求1所述的直流照明供电中应对线路漏电的处理***，其特征在于，所述DC-DC驱动器还包括连接直流输入端的输入与滤波电路，及连接电压输出端的输出整流与滤波电路，所述PWM变换电路设置于输入与滤波电路和输出整流与滤波电路之间。
3.如权利要求2所述的直流照明供电中应对线路漏电的处理***，其特征在于，所述DC-DC驱动器还包括保护电路和隔离电路I。
4.如权利要求3所述的直流照明供电中应对线路漏电的处理***，其特征在于，所述保护电路连接PWM控制电路。
5.如权利要求3所述的直流照明供电中应对线路漏电的处理***，其特征在于，所述隔离电路I一端连接PWM控制电路，另一端连接输出端故障反馈控制电路，输出端故障反馈控制电路设置于MCU微控制器与电压输出端之间。
6.如权利要求3所述的直流照明供电中应对线路漏电的处理***，其特征在于，所述DC-DC驱动器还包括隔离电路II，所述隔离电路II设置于MCU微控制器与输入端故障反馈电路之间。
7.如权利要求6所述的直流照明供电中应对线路漏电的处理***，其特征在于，所述DC-DC驱动器还包括隔离电路III，所述隔离电路III设置于输入电压侦测电路与MCU微控制器之间。
8.如权利要求1所述的直流照明供电中应对线路漏电的处理***，其特征在于，所述输入电压侦测电路一端连接隔离电路III，另一端连接输入端故障反馈电路和输入与滤波电路。
9.如权利要求1所述的直流照明供电中应对线路漏电的处理***，其特征在于，所述PWM控制电路一端连接保护电路和隔离电路I，另一端连接PWM变换电路。
10.一种直流照明供电中应对线路漏电的处理方法，采用如权利要求1至9任一项所述的直流照明供电中应对线路漏电的处理***，其特征在于，该方法包括：
直流供电柜、供电线缆、DC-DC驱动器和灯具组成直流照明供电***中应对线路漏电的处理***，直流供电柜输出直流电，供电线缆负责传输直流电，DC-DC驱动器和灯具作为负载，DC-DC驱动器的将输入的直流电转换为灯具所需的电压和电流，DC-DC驱动器包括MCU微处理器及与MCU微处理器相连接的输入电压侦测电路、PWM变换电路、PWM控制电路、输入端故障反馈电路和输出端故障反馈控制电路；
DC-DC驱动器通过侦测输入电压，记录当前线路绝缘良好状态下稳定的输入电压值；当线路出现绝缘不良漏电，线路漏电在直流供电柜的输出电流范围内，此时相当于直流供电柜不但有灯具负载，还增加了线路漏电这一负载，很容易触发过载保护导致灭灯，基于此，在线路绝缘良好时，***中每个DC-DC驱动器记录此状态下的输入电压，当线路绝缘不良产生漏电时，***增大负载，负载电流增大，线路压降随之增大，则每个DC-DC驱动器此时输入电压相对于之前记录的线路绝缘良好时的输入电压变低，根据差值，DC-DC驱动器按照一定的比例降低输出电流，使得整个负载灯具的电流变小，此时对于直流电源柜，灯具负载变小，线路漏电流增大，其整个负载变化等于灯具负载加上线路漏电，一增一减，整个负载变化值大大减小，产生过载保护的可能性变低；
DC-DC驱动器具有输入电压侦测电路，在直流电源柜为290Vdc的直流供电***中，其输出电流调光比例随输入电压自动变化；
在260Vdc～290Vdc输入电压范围内，DC-DC驱动器调光比例保持为100％，不随输入电压的变化而变化，当线路出现绝缘不良导致DC-DC驱动器输入电压下降到260V以下时，其输出调光比例随输入电压的下降而下降，当输入电压仅为200V时，DC-DC驱动器直接关机，此时线路漏电电流过大，实施断电保护。
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