CN204855699U - 直流接地故障检测电路 - Google Patents

Abstract

一种直流接地故障检测电路，包括直流分压单元、电压检测单元以及处理单元，直流分压单元包括第一分压电阻、第一继电器、第二分压电阻、第二继电器，第一分压电阻和第一继电器共同串接于正直流输入端和接地端之间，第二分压电阻和第二继电器共同串接于负直流输入端和接地端之间，直流分压单元还包括与第一继电器并联的第一吸收电容以及与第二继电器并联的第二吸收电容。本实用新型在断开两个继电器时，由于吸收电容的特性，电容上的电压不会突变，两个继电器的切换电压将大幅降低，继电器可以选用切换电压较小的继电器，此类继电器体积很小，成本低廉；进一步的，当吸收电容较大时，可增加限流电阻避免吸收电容放电的大电流烧坏继电器触点。

Description

直流接地故障检测电路

技术领域

本实用新型涉及直流故障检测领域，更具体地说，涉及一种直流接地故障检测电路。

背景技术

目前，国内外直流接地故障的检测方法有很多，比较常见的有低频信号注入法、变频信号注入法、电阻分压法。

这些方法中存在着一些缺点，例如：低频信号注入法通过两个隔直电容对母线注入一对低频信号，尽管该低频信号相对母线电压相比很小，但对安全性要求高的***来说仍会带来不安全因素，且对分布电容较大的***很难精确检测；变频信号注入法理论上可以解决低频信号注入法分布电容的影响，但实际应用时检测效果并不理想，且上述方法实现起来比较复杂；电阻分压法实现起来比较简单，也能够实现比较精确的检测，但该检测方法应用于高压直流接地故障的检测时，需要用到切换电压很高的直流继电器对分压阻抗进行接入与分离，导致检测电路体积大、成本高。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述检测精度不高、体积较大结构复杂的缺陷，提供一种实现简单、检测精度较高、体积小、成本低廉的直流接地故障检测电路。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种直流接地故障检测电路，包括与直流输入电源连接的直流分压单元、与所述直流分压单元连接的电压检测单元以及与所述电压检测单元连接的处理单元，所述直流分压单元包括第一分压电阻、第一继电器、第二分压电阻、第二继电器，所述第一分压电阻和第一继电器共同串接于正直流输入端和接地端之间，所述第二分压电阻和第二继电器共同串接于负直流输入端和接地端之间，所述直流分压单元还包括与所述第一继电器并联的第一吸收电容以及与所述第二继电器并联的第二吸收电容。

在本实用新型所述的直流接地故障检测电路中，所述直流分压单元还包括第一限流电阻和第二限流电阻，所述第一限流电阻与所述第一吸收电容串联后共同与所述第一继电器并联，第二限流电阻与所述第二吸收电容串联后共同与所述第二继电器并联。

在本实用新型所述的直流接地故障检测电路中，所述电压检测单元包括以下三个压电检测电路中的至少两个：第一电压电检测电路、第二电压电检测电路、第三电压电检测电路；所述第一电压电检测电路与所述第一分压电阻并联，第二电压电检测电路与所述第二分压电阻并联，所述第三电压电检测电路与所述直流输入电源并联，且所述第一电压电检测电路、第二电压电检测电路、第三电压电检测电路分别连接至所述处理单元。

实施本实用新型的直流接地故障检测电路，具有以下有益效果：本实用新型中在断开两个继电器时，由于吸收电容的特性，电容的电压不会突变，两个继电器的切换电压将大幅降低，所以继电器可以选用切换电压较小的继电器，此类继电器体积很小，成本低廉，整个检测电路不会受其他检测电路的耦合影响、可实现较高精度的检测；进一步的，当吸收电容较大时，为避免吸收电容放电的大电流烧坏继电器触点，可通过增加两个限流电阻以避免继电器闭合时电流过大导致继电器触点粘连，且选择合适的电阻值，来实现降低继电器的切换电压，使得选用的继电器为体积很小、成本低廉的继电器。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型直流接地故障检测电路的实施例一的电路原理图；

图2是本实用新型直流接地故障检测电路的实施例二的电路原理图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，是本实用新型直流接地故障检测电路的实施例一的电路原理图；

本实用新型的直流接地故障检测电路，用于各类不接地光伏发电***对光伏方阵接地故障的检测，以及其他直流***的直流母线接地故障的检测，包括：直流分压单元100、电压检测单元200以及处理单元300，直流分压单元100与直流输入电源连接，电压检测单元200与所述直流分压单元100连接，处理单元300与所述电压检测单元200连接。

直流输入电源，包括正直流输入端和负直流输入端，本实施例即是以光伏电池作为直流输入电源为例进行说明：图中的DC+、DC-分别表示正直流输入端、负直流输入端，PE表示接地端，本实用新型即是用于计算出DC+或DC-对PE所存在的接地阻抗Rg，并可以在Rg小于一定值时，认为存在需要进行保护的接地故障。

直流分压单元100，包括分压电阻R1、分压电阻R2、继电器K1、继电器K2、吸收电容C1、吸收电容C2，所述分压电阻R1和继电器K1共同串接于正直流输入端DC+和接地端PE之间，所述分压电阻R2和继电器K2共同串接于负直流输入端DC-和接地端PE之间，吸收电容C1与所述继电器K1并联，吸收电容C2与所述继电器K2并联。

电压检测单元200,包括以下三个压电检测电路：第一电压电检测电路、第二电压电检测电路、第三电压电检测电路；所述第一电压电检测电路与所述分压电阻R1并联，第二电压电检测电路与所述分压电阻R2并联，所述第三电压电检测电路与所述直流输入电源并联，且所述第一电压电检测电路、第二电压电检测电路、第三电压电检测电路分别连接至所述处理单元300。

其中，第一电压电检测电路、第二电压电检测电路、第三电压电检测电路分别用于检测分压电阻R1上的直流电压U1、分压电阻R2上的直流电压U2、直流母线上的直流电压Udc(即直流输入电源的电压)。为方便计算，如图中，第一电压电检测电路、第二电压电检测电路、第三电压电检测电路内的阻抗用Z1、Z2、Z3表示。

需要明确的是，由于Udc＝U1+U2，所以三个压电检测电路可以只选择其中的两个而省略掉另外一个。

检测过程是：在检测前，两个继电器K1、K2均断开，当检测电路开始工作，继电器K1、K2吸合，完成检测及计算后，继电器K1、K2断开。

工作原理：在继电器K1、K2切换过程中，若没有吸收电容C1、C2，假如DC-对PE短路，那么继电器K1在断开时，继电器K1上的电压约为Udc，在吸合时，继电器K1上的电压约为0，在进行继电器选型时，需要选择切换电压大于或等于Udc的直流继电器，而在Udc较高的情况下，这种高压的直流继电器将非常昂贵且体积很大，若切换电压选择过小，极易在继电器断开过程中产生拉弧烧毁继电器。而本实用新型在增加吸收电容C1、C2后，当检测电路开始工作前，继电器K1、K2断开，吸收电容C1、C2上的电压之和等于Udc，在进入检测时，继电器K1、K2吸合的瞬间，吸收电容C1、C2通过继电器K1、K2放电，处理单元300通过检测三个检测电路检测到的稳态电压计算出实际的接地阻抗Rg，完成计算后，断开K1、K2时，由于电容本身的特性，吸收电容C1、C2上的电压不能突变，因此继电器K1、K2的切换电压约为0。

接地阻抗Rg的计算：由于分压电阻R1、R2上的电压与光伏电池输入间满足电阻分压关系，所以存在接地故障时，由于DC+和DC-对地等效阻抗的变化，稳态时分压电阻R1、R2上的电压也发生变化，根据三个电压检测电路检测出的电阻R1、R2上的电压及直流输入电压的关系，即可由处理单元300计算出接地阻抗的大小，当DC+对PE存在较小阻抗，或DC-对PE存在较小阻抗时，本实用新型都可以检测出来，计算过程如下：

接地阻抗Rg存在于DC+和DC-的电压较小的一个，假设DC+的电压较小，则DC+对PE存在接地阻抗为Rg，则继电器吸合后，DC+对PE的等效阻抗为：

$Rp=\frac{1}{\frac{1}{Rg}+\frac{1}{R1}+\frac{1}{Z1}}$

DC-对PE的等效阻抗为：

$Rn=\frac{1}{\frac{1}{R2}+\frac{1}{Z2}}$

通过三个电压检测电路可以得到U1、U2、Udc，根据电阻分压关系：

$\frac{U1}{U2}=\frac{Rp}{Rn}$

由于Z1、Z2随检测电路的不同而不同，但是对于确定的检测电路，Z1、Z2是已知的，所以对以上三个方程联合求解，就可以得出Rg的大小。根据Rg的大小可以判断是否需要对该接地故障进行保护。

参考图2，是本实用新型直流接地故障检测电路的实施例二的电路原理图。

与实施例一的不同在于，本实施例中，将吸收电容C1、C2分别串联了一个限流电阻R3、R4，因为继电器K1、K2吸合后，吸收电容C1、C2分别经由继电器K1、K2放电，在电压一定的情况下，如果电容越大，则电容上的电荷越多，放电电流越大，所以当吸收电容C1、C2较大时，可以分别串联限流电阻R3、R4进行限流，则继电器K1闭合时的切换电压为0，断开时的切换电压约等于(R3*U+)/R1+R3，其中U+为DC+对PE的电压；继电器K2闭合时的切换电压为0，断开时的切换电压约等于(R4*U-)/R2+R4,其中U-为PE对DC-的电压，所以只要R1、R2、R3、R4的选值合适，同样可以实现小电压切换，例如，R1、R2取较大的值，R3、R4取较小的值，则可使得(R3*U+)/R1+R3、(R4*U-)/R2+R4的值尽量减小。

综上所述，实施本实用新型的直流接地故障检测电路，具有以下有益效果：本实用新型中在断开两个继电器时，由于吸收电容的特性，电容的电压不会突变，两个继电器的切换电压将大幅降低，所以继电器可以选用切换电压较小的继电器，此类继电器体积很小，成本低廉，整个检测电路不会受其他检测电路的耦合影响、可实现较高精度的检测；进一步的，当吸收电容较大时，为避免吸收电容放电的大电流烧坏继电器触点，可通过增加两个限流电阻，并选择合适的电阻值，来实现降低继电器的切换电压，使得选用的继电器为体积很小、成本低廉的继电器。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (3)

1.一种直流接地故障检测电路，包括与直流输入电源连接的直流分压单元、与所述直流分压单元连接的电压检测单元以及与所述电压检测单元连接的处理单元，所述直流分压单元包括第一分压电阻、第一继电器、第二分压电阻、第二继电器，所述第一分压电阻和第一继电器共同串接于正直流输入端和接地端之间，所述第二分压电阻和第二继电器共同串接于负直流输入端和接地端之间，其特征在于，所述直流分压单元还包括与所述第一继电器并联的第一吸收电容以及与所述第二继电器并联的第二吸收电容。

2.根据权利要求1所述的直流接地故障检测电路，其特征在于，所述直流分压单元还包括第一限流电阻和第二限流电阻，所述第一限流电阻与所述第一吸收电容串联后共同与所述第一继电器并联，第二限流电阻与所述第二吸收电容串联后共同与所述第二继电器并联。

3.根据权利要求1所述的直流接地故障检测电路，其特征在于，所述电压检测单元包括以下三个压电检测电路中的至少两个：第一电压电检测电路、第二电压电检测电路、第三电压电检测电路；所述第一电压电检测电路与所述第一分压电阻并联，第二电压电检测电路与所述第二分压电阻并联，所述第三电压电检测电路与所述直流输入电源并联，且所述第一电压电检测电路、第二电压电检测电路、第三电压电检测电路分别连接至所述处理单元。