一种电压功率源过流保护装置

技术领域

本发明涉及电力测试技术领域，尤其涉及一种电压功率源过流保护装置。

背景技术

目前，电力系统测试中，尤其是继电保护类设备的测试，很多测试场合都会用到电压功率源，而电压功率源部分都会设置相应的保护措施，比如过流保护，其中有些应用场合，在电压功率源正常输出的时候会产生误保护。例如，电压功率源输出给保护装置供电或者给一定容性负载加量时，这种应用会触发功率源部分的过流保护，但是这种过流信号只是在输出瞬间产生，短时间就恢复正常，后续输出可以正常使用。如此时电压功率源执行了保护，那么电压功率源就无法正常给保护装置供电或一定容性负载加量。

电力系统测试中，尤其是继电保护类设备的测试，很多测试场合都会用到电压功率源，而电压功率源部分都会设置相应的保护措施，比如过流保护，其中有些应用场合，在电压功率源正常输出的时候会产生误保护。例如，电压功率源输出给保护装置供电或者给一定容性负载加量时，这种应用会触发功率源部分的过流保护，但是这种过流信号只是在输出瞬间产生，短时间就恢复正常，后续整个电压功率源使用不会产生真正的过流的安全保护，也不会对功率源部分产生破坏性影响，此时电压功率源输出的过流保护电路需要对这样的瞬时过流信号进行有效避开，这样电压功率源才能适用更多应用场合，给变电站现场测试使用带来更多的便携。因此在设计电压功率源过流保护的时候，需要区分、识别不同的过流类型，执行不同的操作方式。

现有的电压功率源，其过流保护有纯硬件电路保护，也有硬件电路与软件控制结合的保护，但是这些保护只是设置了过流门限点，即这些保护方式判别处出电压功率源输出电流超过电流门限点，则认为电压功率源输出过流，执行过流保护。

现有技术方式下，电压功率源可以执行一般功率源输出过流保护，但是针对电压功率源输出带一定容量容性的负载，例如给保护装置供电、给一定容量电容负载加量，在输出出现瞬间过流情况下，无法识别时真实负载过流，还是瞬时安全过流情况，就造成了电压功率源无法给保护装置供电，给一定电容负载输出加量，但是这些应用在变电站设备测试中是有需求的。

发明内容

本发明的目的是提供一种电压功率源过流保护装置，能够对瞬时安全过流进行有效的保护。

本发明采用的技术方案为：

一种电压功率源过流保护装置，包括电压功放模块、正电源模块、负电源模块、FPGA模块、采样电阻Rs、信号调理模块、绝对值电路模块、比较电路模块、输出保护继电器RJ和继电器驱动模块；

所述的电压功放模块连接测试需求信号的输出端，用于对测试需求小信号进行电压放大、输出电流能力扩流；

正电源模块、负电源模块的输出端分别连接电压功放模块的输入端，用于给电压功放模块提供主电源的正、负电源；

所述的采样电阻Rs的一端连接电压功放模块的输出端，采样电阻RS的另一端与输出保护继电器RJ的常开开关的一端连接，作为输出端口；

所述的信号调理模块输入端并联设置在采样电阻Rs的两端，输出端依次通过绝对值电路模块和比较电路模块连接FPGA模块的输入端，用于完成电压功率源带载时，输出电流保护门限识别；

所述的FPGA模块的输出端分别连接正电源模块、负电源模块和继电器驱动模块的控制输入端，用于完成过流保护信号的检测与识别，控制电压功率源输出以及开通或关断电压功率源输出通路。

所述的输出保护继电器采用HF32FA-T/012-HSL1型继电器，逻辑规模大，资源丰富，可实现多种逻辑电路。电压功放模块采用标准的,可以实现电压放大、扩流，波形质量好，噪声低。正负电源模块采用

所述的FPGA模块采用XC6SLX100T-2FGG484I。

电压功放模块采用甲乙类电压功放电路。

正负电源模块采用SC30W-024S250型电源。

信号调理电路包括依次串联的二阶低通滤波电路和放大电路，用于对电压功放输出电流信号进行有效降噪、放大。

绝对值电路采用由二极管与加法器构成的通用绝对值电路，用于对输入信号求绝对值。

本发明通过设置电压功放模块实现对测试需求小信号进行电压放大、输出电流能力扩流；正电源模块、负电源模块给电压功放模块提供主电源的正、负电源；采样电阻Rs、信号调理模块、绝对值电路模块、比较电路模块，完成电压功率源带载时，输出电流保护门限识别；继电器驱动模块、输出保护继电器RJ主要是起到开通或关断电压功率源输出通路的作用；FPGA模块完成过流保护信号的检测与识别，完成电压功率源输出保护逻辑。本发明能有效扩展电压功率源应用场景，可以解决继电保护测试设备电压功率源多种应用场合的需要，尤其是电压功率源输出带电容负载的适用性。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的电联原理框图；

图2为本发明所述绝对值电联模块的波形转换示意图；

图3为本发明所述比较电路模块的波形转换示意图。

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付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。

如图1、2和3所示，本发明包括电压功放模块、正电源模块、负电源模块、FPGA模块、采样电阻Rs、信号调理模块、绝对值电路模块、比较电路模块、输出保护继电器RJ和继电器驱动模块；

所述的电压功放模块连接测试需求信号的输出端，用于对测试需求小信号进行电压放大、输出电流能力扩流；

正电源模块、负电源模块的输出端分别连接电压功放模块的输入端，用于给电压功放模块提供主电源的正、负电源；

所述的采样电阻Rs的一端连接电压功放模块的输出端，采样电阻RS的另一端与输出保护继电器RJ的常开开关的一端连接，作为输出端口；

所述的信号调理模块输入端并联设置在采样电阻Rs的两端，输出端依次通过绝对值电路模块和比较电路模块连接FPGA模块的输入端，用于完成电压功率源带载时，输出电流保护门限识别；

所述的FPGA模块的输出端分别连接正电源模块、负电源模块和继电器驱动模块的控制输入端，用于完成过流保护信号的检测与识别，控制电压功率源输出以及开通或关断电压功率源输出通路。

实际使用时，所述的输出保护继电器采用HF32FA-T/012-HSL1型号,该保护继电器体积小，容量大，可以节省放置空间，控制简单。所述的FPGA模块采用XC6SLX100T-2FGG484I，逻辑规模大，资源丰富，可实现多种逻辑电路。电压功放模块采用标准的甲乙类电压功放电路,可以实现电压放大、扩流，波形质量好，噪声低。正负电源模块采用SC30W-024S250,此电源模块体积较小，输出能力强，带使能保护引脚，方便控制，满足设计要求。正电源模块、负电源模块给电压功放模块主电源提供正、负电源，正、负电源幅值需要达到电压功率源输出最大直流电压幅值及最大交流电压幅值的√2倍，电流能力需要达到电压功率源输出最大直流电流能力要求。

信号调理电路包含二阶低通滤波电路、放大电路，对电压功放输出电流信号进行有效降噪、放大，有利于后续处理。绝对值电路采用二极管与加法器构成的通用绝对值电路，用于对输入信号求绝对值，可以将负电压信号转换为正电压信号，方便后续比较电路设计，可实现电压功放正电压输出、负电压输出过流保护。

本申请中采样电阻Rs，将电压功率源输出电流采集转换为电压信号，如电压功率源输出电流为Io，则Rs两端电压为Vs=Rs*Io；信号调理模块，将采样信号Vs进行滤波、放大，设定放大倍数为N，则Vs经过信号调理模块后电压值为Vs′=Rs*Io*N；绝对值电路模块将Vs′信号负值部分翻转到正值，得到Vss，如图2；比较电路模块，将Vss信号与过流参考电压Vref进行比较，设定Vss信号大于等于Vref时，比较电路模块输出信号OC为“1”，即此时电压功率源输出有短路或过流情况；Vss信号小于Vref时，较电路模块输出信号OC为“0”，即此时电压功率源输出正常，其转换波形图如图3(“1”表示高电平，“0”表示低电平)，设定电压功率源过流门限值为Iov，则过流参考电压Vref=Iov*Rs*N。

输出保护继电器RJ主要是起到开通或关断电压功率源输出通路的作用，如电压功率源输出发生过流或短路，则输出保护继电器RJ输出接点断开，正常则闭合；继电器驱动模块则是驱动输出保护继电器RJ线圈，使得RJ输出接点可以正常断开或闭合。

FPGA模块检测来自比较电路模块输出的信号OC，通过对信号OC的逻辑分析，判断此时电压功率源输出带载实际的工作情况，依据此判断情况，适当对正电源模块、负电源模块、输出保护继电器RJ进行有效控制，如识别到电压功率源输出过流或短路，则通过使能信号EN控制正电源模块、负电源模块停止输出，通过继电器控制信号PC控制继电器驱动模块使得输出保护继电器RJ接点断开，最终断开电压功率源与负载的连接，完成对电压功率源有效保护。

在上述模块组成条件下，该装置能有效识别电压功率源输出实际带载情况，识别依据是比较电路模块输出信号OC波形，根据信号OC波形在不同负载情况下的特点，分为了四种情况：正常带载、带载短路或直流输出带载过流、交流输出带载过流、带一定容量电容负载。正常带载、带一定容量电容负载，电压功率源可以正常输出；带载短路或直流输出带载过流、交流输出带载过流，电压功率源不能输出，需要执行有效保护措施。

具体的， FPGA模块检测OC信号持续为“0”；表示正常带载：

FPGA模块检测OC信号持续为“1”； 则表明带载短路或直流输出带载过流：

如果FPGA模块检测OC信号为连续的变化，则通过设定计数时长为t1和持续检测t2来对其进行判断，具体的： FPGA模块检测OC信号由“0”到“1”跳变时，FGPA开始计数，计数时长为t1，t1时刻之后FPGA开始检测OC信号电平，持续检测t2时间，在此时间内，如果检测到OC信号电平为‘1’，则FPGA模块识别表明电压功率源交流输出带载过流；

FPGA模块检测OC信号由“0”到“1”跳变时，FGPA开始计数，计数时长为t1，t1时刻之后FPGA开始检测OC信号电平，持续检测t2时间，在此时间内，如果检测到OC信号电平为‘0’，则判断电压功率源上电输出瞬时过流后，电压率功源输出正常，即认为电压功率源负载为一定容量电容。上述的t1和t2的检测时间是基于设定电压功率源容性负载值为C，则t1=RC，R为电压功率源输出等效电阻；设定电压功率源输出交流电压频率为f，则t2=1/(2*f)。

实际使用的实现过程具体如下：

工作时，电压功率源接收需要进行电压放大、驱动电流增强的Ui信号，对其进行放大输出；采样电阻Rs对电压功率源输出电流进行采样，将电流信号Io，转换为电压信号Vs；信号调理模块对电压信号Vs，进行滤波、放大，输出电压信号Vs′；电压信号Vs′通过比较电路模块与过流参考电压信号Vref进行比较，输出OC信号； FPGA模块检测OC信号，如检测OC信号持续为“0”，则FPGA模块识别电压功率源带载正常，控制电压功率源正常输出；如检测OC信号持续为“1”，则FPGA模块识别电压功率源输出短路或直流带载过流，FPGA模块执行电压功率源输出保护逻辑，即FPGA模块通过使能信号EN控制正电源模块、负电源模块停止输出，通过继电器控制信号PC控制继电器驱动模块使得输出保护继电器RJ接点断开；FPGA模块检测OC信号由“0”到“1”跳变时，FPGA模块开始计数，计数时长为t1，t1时刻之后FPGA模块开始检测OC信号电平，持续检测t2时间，在此时间内，如果检测到OC信号电平为‘1’，则FPGA模块识别电压功率源交流输出带载过流，FPGA模块执行电压功率源输出保护逻辑，即通过使能信号EN控制正电源模块、负电源模块停止输出，通过继电器控制信号PC控制继电器驱动模块使得输出保护继电器RJ接点断开；如果检测到OC信号电平为‘0’，则FPGA模块识别电压功率源输出带一定容量容性负载，控制电压功率源正常输出。

本发明能有效扩展电压功率源应用场景，可以解决继电保护测试设备电压功率源多种应用场合的需要，尤其是电压功率源输出带电容负载的适用性。

暂时没有比较成熟的方案替代本发明专利成果。本发明适用于用于变电站测试设备中继电保护测试类装置模拟功率源部分。

本发明将电流过载引入持续时间的参数，形成电流与时间关系曲线，避免了频繁过载造成的电源中断。

在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“ 中心”，“ 横向”、“ 纵向”、“ 长度”、“ 宽度”、“ 厚度”、“ 上”、“ 下”、“ 前”、“ 后”、“ 左”、“ 右”、 竖直”、“ 水平”、“ 顶”、“ 底”、“ 内”、“ 外”、“ 顺时针”、“ 逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，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、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“ 包括”和“ 具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行较详细的说明，但本发明不限于这里所述的特定实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等有效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。