[发明专利]一种实现轨道交通直流馈电保护的装置及方法

权利要求书

1.一种实现轨道交通直流馈电保护装置，其特征在于，由嵌入式系统、开关控制模块、A/D转换模块、I/V转换模块和采集输入接口组成，嵌入式系统分别与开关控制模块和A/D转换模块连接，A/D转换模块通过I/V转换模块与采集输入接口连接。

2.根据权利要求1所述的一种实现轨道交通直流馈电保护装置，其特征在于，所述的嵌入式系统由中央处理器、静态存储器、快闪存储器、扩展接口、Profibus-DP接口、以太网接口和RS-232串行接口组成，中央处理器连接RS-232串行接口，并通过数据地址控制总线分别连接静态存储器、快闪存储器、扩展接口、Profibus-DP接口和以太网接口，嵌入式系统通过扩展接口连接A/D转换模块。

3.根据权利要求1所述的一种实现轨道交通直流馈电保护装置，其特征在于，所述的A/D转换模块由A/D芯片、基准芯片、模拟电压输入组成，A/D芯片分别与基准芯片和模拟电压输入连接。

4.根据权利要求1所述的一种实现轨道交通直流馈电保护装置，其特征在于，所述的I/V转换模块由电阻R1、R2、R3、R4和R5、采样电阻Rs和运算放大器U1组成，采集输入接口连接AIN1+与AIN1-，Vin连接模拟电压输入模块，运算放大器的2脚通过电阻R2和电阻R5连接，同时通过电阻R1与采样电阻Rs连接，运算放大器的3脚通过电阻R3与采样电阻Rs连接，同时与电阻R4连接。

5.根据权利要求1所述的一种实现轨道交通直流馈电保护的方法，其特征在于采用C语言和汇编语言在嵌入式操作系统平台上编制程序，运行在实现轨道交通直流馈电保护装置上，其保护方法为：

第一步：采样数据滤波

采样频率为40kHz，每4次采样滤波得1次采样点，采用中值算术平均滤波方式计算算术平均值；

第二步：采样数据换算

把采样滤波后的数据换算成实际输入电流值，接着对电流值进行区间转换：

IIN=VREF×D6404505---(1)]]>

I_CON＝(I_IN-CON_LP)×CON_M    (2)

其中I_IN为实际输入电流值，V_REF为基准参考电压，D为从AD寄存器读取到的二进制码元的十进制表现形式，I_CON为区间转换后的电流值，CON_LP为区间转换的零偏，CON_M为区间转换的满度系数；

第三步：保护检测

对每个采样数据进行过电流瞬时保护、过电流延时保护、热反时限保护、近区短路保护、远区短路保护各自独立的保护检测：

A、过电流瞬时保护

当检测到I_CON即馈线测量电流I_mes大于过电流瞬时保护正向电流值参数+I＞＞或者小于过电流瞬时保护反向电流值参数-I＞＞，则依据过电流瞬时保护延迟时间参数t＞＞启动瞬时保护功能的延迟计数。在延迟计数时间段内，如果I_mes一直大于+I＞＞或者小于-I＞＞，则在延迟计数结束后过电流瞬时保护脱扣动作；如果I_mes出现小于+I＞＞或者大于-I＞＞，则退出过电流瞬时保护延迟计数等待下一次启动；

B、过电流延时保护

当检测到I_CON即馈线测量电流I_mes大于过电流延时保护正向电流值参数+I＞或者小于过电流延时保护反向电流值参数-I＞，则依据过电流延时保护延迟时间参数t＞启动延时保护功能的延迟计数。在延迟计数时间段内，如果I_mes一直大于+I＞或者小于-I＞，则在延迟计数结束后过电流延时保护脱扣动作；如果I_mes出现小于+I＞或者大于-I＞，则退出过电流延时保护延迟计数等待下一次启动；

C、热反时限保护

当检测到I_CON(即馈线测量电流I_mes)大于I_th，则依据热反时限保护公式计算得到对应的热反时限保护脱扣动作延迟时间t_trip，热反时限保护报警延迟时间t_alarm，热反时限保护复位电流I_reset，并启动延迟计数，在t_alarm计数时间段内，如果I_mes一直大于I_th，则在延迟计数结束后热反时限保护报警，在t_trip计数时间段内，如果I_mes一直大于I_th，则在延迟计数结束后热反时限保护脱扣动作。如果I_mes出现小于I_reset，则退出t_alarm延迟计数，退出t_trip延迟计数等待下一次启动，解除报警；

热反时限保护脱扣动作公式为：

t_trip=T_th×ln(I_mes×K_spl÷I_th)2(I_mes×K_spl÷I_th)2-K_trip---(3)]]>

热反时限保护报警公式为：

t_alarm=T_th×ln(I_mes×K_spl÷I_th)2(I_mes×K_spl÷I_th)2-K_warn---(4)]]>

其中I_th为基本电流，T_th为时间常数，K_spl为修正因数，K_warn为告警值，K_trip为脱扣值，K_reset为复位值；

D、di/dt近区短路保护

当检测到I_CON即馈线测量电流I_mes的电流上升率大于di/dt_ins(此时t＝0、I＝I₀)，则依据di/dt近区短路保护延迟时间参数t_ins启动延迟计数，如果在延迟计数时间段内，I_CON的电流上升率一直大于di/dt_ins，且在延迟计数结束时的ΔI(ΔI＝I-I₀)大于近区短路保护电流增量参数I_ins，则di/dt近区短路保护脱扣动作，如果在延迟计数时间段内，I_CON的电流上升率出现小于di/dt_ins，或在延迟计数结束时的ΔI(ΔI＝I-I₀)小于I_ins，则di/dt远区短路保护检测结束等待下一次启动；

E、di/dt远区短路保护

当检测到I_CON即馈线测量电流I_mes的电流上升率小于di/dt_ins，但又大于di/dt_del(此时t＝0、I＝I₀)，则启动di/dt远区保护检测。直到检测到di/dt≈0，依据di/dt远区短路保护延迟时间参数t_del启动延迟计数，在延迟计数后，如果ΔI(ΔI＝I-I₀)大于远区短路保护电流增量参数t_del，则di/dt远区短路保护脱扣动作；如果ΔI(ΔI＝I-I₀)小于t_del，则di/dt近区短路保护检测结束等待下一次启动。