[实用新型]一种直流电弧故障检测电路及保护装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种直流电力系统中电弧故障的检测电路及保护装置，属于电工技术领域。

背景技术

由于电线电缆的绝缘性能老化、绝缘破损及空气潮湿、连接端子松动等原因造成的电弧故障，易直接或间接对供配电系统及用电设备等造成损害。按照电弧故障所处的电源系统的性质划分，可以分为交流电弧故障和直流电弧故障。电弧故障伴随着火花、明光和高温，会导致电线电缆的绝缘进一步损坏，甚至引起电气火灾。

直流电弧故障特征与交流电弧故障特征差别很大：交流电弧电流周期性和过零时存在“零休区”；而直流则没有周期性，不存在基波的概念，并且具有很强的随机性和非平稳性。因此交流电弧故障检测的特征判据不适用于直流电弧故障的检测。另外由于直流电弧不存在过零点、不容易灭弧，如不及时保护，可能会出现长时间的燃弧，导致故障扩大，所以直流电弧故障检测要求更准确和快速。

大量理论和实验研究表明，直流电弧故障发生过程中电弧故障电流的时域和频域特征均有明显变化：时域一般表现为电流的突变，电流变化率较高；频率特征表现为高频分量具有显著的增加。因此目前常规的直流电弧故障检测方法有傅里叶分解（FFT）、小波分析、电弧电流电流变化率检测等，或者综合利用以上方法、特征。例如专利CN103384446A中公开了一种基于PCB空心变压器检测电弧电流变化率(di/dt)的装置和方法。专利US2011/0141644中公开了一种基于傅里叶分解几个特定频率点特征的直流电弧故障检测方法和装置。专利CN103245897A中公开了一种基于电流变化率绝对值和FFT电弧高频分量的多重判据检测方法。

以上这类电弧检测方法和装置均比较复杂，一般必须采用数字微机芯片如MCU、DSP或FPGA实现电弧故障检测算法，检测实时性和速度稍差，实现成本也较高。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题，是针对前述背景技术中的缺陷和不足，提供一种直流电弧故障检测电路及保护装置。

本实用新型采用的具体技术方案如下。

一种直流电弧故障检测电路，其特征在于包括：调理电路、双向限幅电路、带通滤波器、绝对值电路、第一比较器、积分器、单稳态触发器、第二比较器、RS锁存器，功率电路电流的交流分量通过调理电路输入双向限幅电路，双向限幅电路的输出连于带通滤波器，带通滤波器的输出连于绝对值电路，绝对值电路的输出连于第一比较器的正相输入端和积分器的积分输入端，第一比较器的反相输入端连接第一基准电压，第一比较器的输出端连于单稳态触发器的输入端，单稳态触发器的输出端连于积分器的清零端，积分器的输出端连于第二比较器的反相输入端，第二比较器的正相输入端连接第二基准电压，第二比较器的输出端连于RS锁存器的清零端，RS锁存器的复位端作为直流电弧故障检测电路的复位端，RS锁存器的Q输出端作为直流电弧故障检测电路的电弧故障保护信号输出端。

一种直流电弧故障检测保护装置，包括：固态开关或机械式继电器、交流分量检测电路、第一与门和直流电弧故障检测电路；交流分量检测电路检测功率电路电流的交流分量并将其输入到直流电弧故障检测电路；直流电弧故障检测保护装置的开关命令接第一与门的一个输入端和直流电弧故障检测电路的复位端；直流电弧故障检测电路的电弧故障保护信号输出端连于第一与门的另一个输入端；其特征在于所述直流电弧故障检测电路包括：调理电路、双向限幅电路、带通滤波器、绝对值电路、第一比较器、积分器、单稳态触发器、第二比较器、RS锁存器，功率电路电流的交流分量通过调理电路输入双向限幅电路，双向限幅电路的输出连于带通滤波器，带通滤波器的输出连于绝对值电路，绝对值电路的输出连于第一比较器的正相输入端和积分器的积分输入端，第一比较器的反相输入端连接第一基准电压，第一比较器的输出端连于单稳态触发器的输入端，单稳态触发器的输出端连于积分器的清零端，积分器的输出端连于第二比较器的反相输入端，第二比较器的正相输入端连接第二基准电压，第二比较器的输出端连于RS锁存器的清零端，RS锁存器的复位端作为直流电弧故障检测电路的复位端，RS锁存器的Q输出端作为直流电弧故障检测电路的电弧故障保护信号输出端。

由于电弧故障发生的时间段内电弧电流的高频分量相比正常电流高出很多，因此本实用新型采用特定时间段内电弧电流的交流分量中高频分量的累积能量作为判断是否发生电弧故障的依据。其中带通滤波器的中心频率为10kHz左右，下限频率为1kHz左右，上限频率为100kHz左右。

采用本实用新型技术方案后带来的有益效果如下：