專利名稱：分布式直流接地故障檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電故障的探測(cè)裝置，尤其涉及一種傳輸線中的故障探測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
發(fā)電廠和變電站的直流系統(tǒng)比較復(fù)雜，它需要供電給動(dòng)力、事故照明、控制、信號(hào)、 繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置、交流不間斷電源等，對(duì)發(fā)電廠和變電站的可靠運(yùn)行起著極為重要的 作用。直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地，若查找不及時(shí)，就可能出現(xiàn)第二點(diǎn)接地。直流系統(tǒng)發(fā)生兩點(diǎn) 接地故障后，便可能構(gòu)成接地短路，造成繼電保護(hù)、信號(hào)、自動(dòng)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)，或造成直流 保險(xiǎn)熔斷，使保護(hù)及自動(dòng)裝置、控制回路失去電源。直接危脅一次設(shè)備的安全，因而電力系 統(tǒng)對(duì)直流系統(tǒng)的可靠性有很高的要求。直流系統(tǒng)是蓄電池組與浮充電裝置并聯(lián)供給直流負(fù) 荷的運(yùn)行系統(tǒng)。正常情況下，直流電源的正、負(fù)母線對(duì)地是絕緣的，當(dāng)回路發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)， 在一般情況下并不影響直流系統(tǒng)的運(yùn)行。但當(dāng)回路發(fā)生兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地時(shí)，就會(huì)造成正負(fù) 級(jí)短路，開關(guān)與保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)。此外，在特殊情況下， 一點(diǎn)接地也可能造成保護(hù)誤動(dòng)作。直 流系統(tǒng)接地故障經(jīng)常發(fā)生，對(duì)于運(yùn)行環(huán)境差，運(yùn)行時(shí)間長的設(shè)備，發(fā)生故障的機(jī)會(huì)更多，而 且往往會(huì)同時(shí)出現(xiàn)幾個(gè)接地點(diǎn)，查找起來顯得非常困難。
目前變電站絕緣監(jiān)測(cè)常用的方法是 1.平衡電橋法平衡電橋法的依據(jù)是惠斯頓電橋平衡原理，平衡電橋法的缺點(diǎn)是 只能檢測(cè)整個(gè)直流系統(tǒng)的絕緣狀況，若正負(fù)母線分別對(duì)地發(fā)生平衡式接地，該法無法檢測(cè)。 即使是能報(bào)警，也無法確定是哪條支路發(fā)生了直流接地故障，給故障排除帶來了困難。
2.不平衡電橋法不平衡電橋法是在平衡電橋法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，目的是解決 平衡電橋法無法檢測(cè)直流系統(tǒng)平衡式接地故障，但同樣無法確定是哪條支路發(fā)生了直流接 地故障。 3.信號(hào)尋跡法信號(hào)尋跡法又叫交流檢測(cè)法。如圖l，根據(jù)注入電壓信號(hào)頻率的 不同可以分為低頻信號(hào)注入法和變頻信號(hào)注入法兩種。該法在不平衡電橋法的基礎(chǔ)上增加 交流信號(hào)來確定發(fā)生直流接地的支路。工作過程是直流系統(tǒng)正常工作時(shí)，裝置數(shù)字顯示 母線電壓，監(jiān)測(cè)直流系統(tǒng)正、負(fù)母線絕緣狀況。當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生接地時(shí)(一般接地電阻R約 為20K Q )，裝置自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警之后產(chǎn)生低頻信號(hào)，向電網(wǎng)注入低頻信號(hào)，并通過套在每個(gè)支 路上的電流互感器Il， 12， 13， 14， 15， 16等檢測(cè)各支路的電流信號(hào)；無故障支路低頻信號(hào) 為零，故互感器輸出為零；對(duì)于發(fā)生接地故障的支路，通過安裝于每一支路上的傳感器接收 這一低頻交流信號(hào)，檢測(cè)裝置可通過該信號(hào)的大小計(jì)算接地電阻的大小。此時(shí)電流互感器 為交流電流互感器。該法的主要缺點(diǎn)是易受到支路電容的影響和電流互感器精度及環(huán)網(wǎng)、 紋波干擾的影響，引起誤判。例如假定注入信號(hào)頻率為1HZ，所有交流電流互感器的誤差 為0 ;通訊電源支路發(fā)生直流接地故障，接地電阻為20KQ ，直流檢測(cè)裝置本來應(yīng)該報(bào)此支 路發(fā)故障，但若信號(hào)回路雖未發(fā)生直流接地故障，但卻對(duì)地有10uf的分布電容，其等效內(nèi) 阻為16KQ，因此，檢測(cè)裝置誤報(bào)信號(hào)回路發(fā)生直流接地故障，或誤報(bào)通訊電源支路和信號(hào) 回路同時(shí)發(fā)生直流接地故障，給故障排除帶來困難。不難想到，當(dāng)電流互感器及其相關(guān)調(diào)理電路發(fā)生漂移時(shí)，也會(huì)引起誤判，因此該類裝置需定期校準(zhǔn)。 4.漏電流法該法克服分布電容引起的誤判。如圖2所示，直流漏電流傳感器穿 套在各支路的正負(fù)導(dǎo)線上，由于通過傳感器的負(fù)載電流大小相等，方向相反，產(chǎn)生的磁場(chǎng)相 互抵消，因而傳感器的二次側(cè)輸出為零；傳感器二次側(cè)反映的是正負(fù)極對(duì)地漏電流的矢量 和。直流系統(tǒng)正常工作時(shí)，裝置數(shù)字顯示母線電壓，監(jiān)測(cè)直流系統(tǒng)正、負(fù)母線絕緣狀況。當(dāng) 直流系統(tǒng)發(fā)生接地時(shí)( 一般接地電阻R < 20K Q )，傳感器輸出一個(gè)電壓，微機(jī)檢測(cè)裝置可據(jù) 此判斷。但這種方法同樣不能檢測(cè)正負(fù)母線的絕緣程度同等下降的情況，需在母線上通過 兩個(gè)電阻R0和開關(guān)K來解決這一問題。這又在一個(gè)更高的層次上回到了問題的原點(diǎn)_平 衡電橋法不能解決平衡式接地故障。直流漏電流傳感器同樣會(huì)受到環(huán)網(wǎng)、紋波干擾的影響， 當(dāng)電流互感器及其相關(guān)調(diào)理電路發(fā)生漂移時(shí)，也會(huì)引起誤判，因此該類裝置需定期校準(zhǔn)。如 2003年5月7日授權(quán)公告的中國專利，公告號(hào)為CN2549477Y，其公開了一種直流系統(tǒng)接地 故障檢測(cè)裝置，接地檢測(cè)電路的支路漏電檢測(cè)電路是在直流系統(tǒng)的各支路上裝一只霍爾傳 感器，直流電源正負(fù)母線經(jīng)直流斷路器后，分別從霍爾傳感器的中間穿過。其仍然存在上述 缺陷。 綜上所述，四種檢測(cè)方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，且都不能100%的確保支路直流接地的定 位，而且當(dāng)其他支路發(fā)生直流接地時(shí)，可能會(huì)引起微機(jī)保護(hù)采用的開關(guān)量或遙信等誤動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)效果能夠克服上述缺陷，提供一種分布式直流接地故障檢測(cè)裝置， 各支路之間的直流電源彼此隔離，任一支路發(fā)生直流接地現(xiàn)象不會(huì)引起其它支路誤動(dòng)和誤 報(bào)警。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案其包括直流供電回路，直流供電回路 的各支路上設(shè)有接地檢測(cè)裝置，接地檢測(cè)裝置包括隔離電源與檢測(cè)子機(jī)，直流電源正負(fù)母 線通過隔離電源與各支路連接；檢測(cè)子機(jī)的一端與隔離電源連接，另一端通過數(shù)據(jù)傳輸總 線與直流檢測(cè)主機(jī)連接通信。 由于集中式的巡回檢測(cè)裝置難以適應(yīng)具有復(fù)雜拓?fù)潢P(guān)系的直流回路，因此解決問 題的關(guān)鍵是將拓?fù)潢P(guān)系由復(fù)雜變?yōu)楹唵?。其方法就是在各直流支路上加裝隔離電源，各支 路所用電源為隔離后的直流電源。在隔離電源之后的每條支路上加裝一套直流接地檢測(cè)子 機(jī)。各檢測(cè)子機(jī)將檢測(cè)結(jié)果通過RS485總線送到分布式直流檢測(cè)主機(jī)，供顯示和分析。
直流電源母線與數(shù)據(jù)傳輸總線之間設(shè)置一檢測(cè)子機(jī)。數(shù)據(jù)傳輸總線采用RS485形 式。檢測(cè)子機(jī)包括不平衡電橋、隔離放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、CPU，不平衡電橋輸入與隔離電源 輸出連接，其輸出通過隔離放大器與A/D轉(zhuǎn)換器、CPU連接；A/D轉(zhuǎn)換器與CPU之間相連進(jìn)行 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；CPU分別連接數(shù)據(jù)傳輸總線、狀態(tài)指示燈。隔離放大器采用隔離運(yùn)放器或光耦隔 離放大器。 各支路之間的直流電源彼此隔離，任一支路發(fā)生直流接地現(xiàn)象不會(huì)引起其它支路 的誤動(dòng)和誤報(bào)警。例如當(dāng)照明回路發(fā)生直流接地現(xiàn)象，由于隔離電源的存在，不會(huì)影響信號(hào) 回路，也不會(huì)影響分合閘回路。當(dāng)檢測(cè)子機(jī)檢測(cè)到直流接地現(xiàn)象，既不需要向直流系統(tǒng)注入 信號(hào)，也不需要直流或交流傳感器來檢測(cè)信號(hào)，就能準(zhǔn)確定位故障支路即為該檢測(cè)子機(jī)所 在的支路，這是由分布式結(jié)構(gòu)所決定的，不受直流系統(tǒng)分布電容的影響，也不受環(huán)網(wǎng)、紋波干擾。每條支路上，檢測(cè)子機(jī)從該支路的隔離電源上取電，無論是隔離電源發(fā)生故障，還是 檢測(cè)子機(jī)發(fā)生故障，結(jié)果都是和分布式直流檢測(cè)主機(jī)通訊異常，分布式直流檢測(cè)主機(jī)可據(jù) 此判定該支路隔離電源或檢測(cè)子機(jī)異常，起到了設(shè)備自檢的目的。 當(dāng)變電站分合閘回路較多，用戶不愿或不能使用隔離電源將分合閘回路直流電源 隔離時(shí)，可以采用分布式與集中式相結(jié)合的混合式直流接地檢測(cè)。 隔離電源可以直接產(chǎn)生檢測(cè)子機(jī)所需的各種工作電壓，也可以用另外一個(gè)隔離電 源產(chǎn)生檢測(cè)子機(jī)所需的各種工作電壓。 目前，微機(jī)保護(hù)采用的開關(guān)量輸入電源一般分為弱電和強(qiáng)電兩種。采用弱電作為 開關(guān)量輸入電源的微機(jī)保護(hù)一般都采用24V，而變電站直流系統(tǒng)一般為220V或110V，這在 客觀上就要求必須采用逆變電源實(shí)現(xiàn)變壓和隔離的目的。而采用強(qiáng)電(110V以上)作為開 關(guān)量輸入電源的微機(jī)保護(hù)理論上可以直接采用變電站的直流電源。這種應(yīng)用方式在某些直 流系統(tǒng)接地的情況下會(huì)引起微機(jī)保護(hù)的開關(guān)量輸入誤動(dòng)，因此存在很大的弊病。微機(jī)保護(hù) 開關(guān)量輸入電源和變電站直流電源存在直接電聯(lián)系是開關(guān)量誤動(dòng)的根本原因。因此，設(shè)法 將微機(jī)保護(hù)開關(guān)量輸入電源與變電站直流電源隔離是徹底解決該問題的關(guān)鍵。但是，加裝 逆變電源隔離后卻會(huì)導(dǎo)致變電站絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無法對(duì)該支路進(jìn)行監(jiān)視。因此，如何解決這 一矛盾直接關(guān)系到微機(jī)保護(hù)和遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性。特別是對(duì)于電壓等級(jí)比較高的變電站， 這一點(diǎn)顯得尤為重要。 本裝置的分布式直流接地系統(tǒng)判斷故障的準(zhǔn)確性都高于集中式直流接地系統(tǒng)，可 廣泛應(yīng)用在各種電力系統(tǒng)中。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中信號(hào)尋跡法電路示意圖； 圖2為現(xiàn)有技術(shù)中漏電流法電路示意圖； 圖3為本發(fā)明實(shí)施例1分布式直流接地電路圖； 圖4為本發(fā)明實(shí)施例1檢測(cè)子機(jī)工作原理圖； 圖5為本發(fā)明實(shí)施例2混合式直流接地電路圖； 圖6為本發(fā)明實(shí)施例3檢測(cè)子機(jī)工作原理圖。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例1 本裝置包括直流供電回路，直流供電回路的各支路上設(shè)有接地檢測(cè)裝置，接地檢 測(cè)裝置包括隔離電源與檢測(cè)子機(jī)，直流電源正負(fù)母線通過隔離電源與各支路連接；檢測(cè)子 機(jī)的一端與隔離電源輸出連接，另一端通過數(shù)據(jù)傳輸總線與直流檢測(cè)主機(jī)連接通信。
直流電源母線與數(shù)據(jù)傳輸總線之間設(shè)置一檢測(cè)子機(jī)。數(shù)據(jù)傳輸總線采用RS485形 式。檢測(cè)子機(jī)包括不平衡電橋、隔離運(yùn)放器、A/D轉(zhuǎn)換器、CPU，不平衡電橋輸入與隔離電源 連接，輸出通過隔離運(yùn)放器分別與A/D轉(zhuǎn)換器、CPU連接；A/D轉(zhuǎn)換器與CPU之間通信；CPU 分別連接數(shù)據(jù)傳輸總線、狀態(tài)指示燈。 檢測(cè)子機(jī)1檢測(cè)范圍為直流母線，檢測(cè)子機(jī)2檢測(cè)照明回路，檢測(cè)子機(jī)3檢測(cè)通訊 電源，檢測(cè)子機(jī)4檢測(cè)信號(hào)回路，檢測(cè)子機(jī)5檢測(cè)附屬回路，檢測(cè)子機(jī)N-l檢測(cè)分合閘回路，檢測(cè)子機(jī)N檢測(cè)其它回路。各檢測(cè)子機(jī)將檢測(cè)結(jié)果通過RS485總線送到分布式直流檢測(cè)主 機(jī)，供顯示和分析。 隔離后的母線電壓直接加到不平衡電橋上，無論隔離后的母線電壓對(duì)地電阻是否 平衡，在其取樣電阻上都有相應(yīng)的電壓輸出，隔離運(yùn)放器Al和A2將該電壓隔離放大后，分 別將信號(hào)送入A/D轉(zhuǎn)換器，CPU讀取A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行計(jì)算和分析，分析結(jié)果通 過運(yùn)行及狀態(tài)指示燈顯示出來。RS485數(shù)據(jù)傳輸總線的功能是和外部設(shè)備通訊，包括上傳檢 測(cè)子機(jī)本身的測(cè)量數(shù)據(jù)和接收下傳命令，包括檢測(cè)子機(jī)的地址碼等。當(dāng)有接地故障發(fā)生時(shí)， 可通過運(yùn)行及狀態(tài)指示電路指示出來，也可通過無源接點(diǎn)輸出接到綜自設(shè)備作為遙信信號(hào) 上傳，或通過RS485 口上傳。
實(shí)施例2 當(dāng)變電站分合閘回路較多，用戶不愿或不能使用隔離電源將分合閘回路直流電源 隔離時(shí)，可以采用分布式與集中式相結(jié)合的混合式直流接地檢測(cè)，其它同實(shí)施例1。
實(shí)施例3 隔離電源1產(chǎn)生隔離的母線直流電壓，隔離電源2產(chǎn)生檢測(cè)子機(jī)所需的各種工作 電壓，即檢測(cè)子機(jī)所用供電直流電源與該支路的隔離直流供電電源通過兩個(gè)不同的隔離電 源分別供電。其它同實(shí)施例l。
權(quán)利要求
一種分布式直流接地故障檢測(cè)裝置，包括直流供電回路，其特征在于直流供電回路的各支路上設(shè)有接地檢測(cè)裝置，接地檢測(cè)裝置包括隔離電源與檢測(cè)子機(jī)，直流電源正負(fù)母線通過隔離電源與各支路連接；檢測(cè)子機(jī)的一端與隔離電源連接，另一端通過數(shù)據(jù)傳輸總線與直流檢測(cè)主機(jī)連接通信。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式直流接地故障檢測(cè)裝置，其特征在于直流電源母線與 數(shù)據(jù)傳輸總線之間設(shè)置一檢測(cè)子機(jī)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的分布式直流接地故障檢測(cè)裝置，其特征在于數(shù)據(jù)傳輸總 線采用RS485形式。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的分布式直流接地故障檢測(cè)裝置，其特征在于檢測(cè)子機(jī)包 括不平衡電橋、隔離放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、CPU，不平衡電橋輸入端與隔離電源輸出端連接，不 平衡電橋輸出端通過隔離放大器分別與A/D轉(zhuǎn)換器、CPU連接；A/D轉(zhuǎn)換器與CPU相連；CPU 分別連接數(shù)據(jù)傳輸總線、狀態(tài)指示燈。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的分布式直流接地故障檢測(cè)裝置，其特征在于隔離放大器采用 隔離運(yùn)放器或光耦隔離放大器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的分布式直流接地故障檢測(cè)裝置，其特征在于檢測(cè)子機(jī)與隔離 后的直流供電回路的該支路通過同一個(gè)隔離電源供電或通過兩個(gè)不同的隔離電源分別供 電。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式直流接地故障檢測(cè)裝置，其特征在于直流供電回路采 用分布式直流接地故障檢測(cè)裝置與集中式直流接地故障檢測(cè)裝置結(jié)合方式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電故障的探測(cè)裝置，尤其涉及一種傳輸線中的故障探測(cè)裝置。本發(fā)明的分布式直流接地故障檢測(cè)裝置，包括直流供電回路，直流供電回路的各支路上設(shè)有接地檢測(cè)裝置，接地檢測(cè)裝置包括隔離電源與檢測(cè)子機(jī)，直流電源正負(fù)母線通過隔離電源與各支路連接；檢測(cè)子機(jī)的一端與隔離電源連接，另一端通過數(shù)據(jù)傳輸總線與直流檢測(cè)主機(jī)連接通信。本裝置的分布式直流接地系統(tǒng)判斷故障的準(zhǔn)確性都高于集中式直流接地系統(tǒng)，可廣泛應(yīng)用在各種電力系統(tǒng)中。
文檔編號(hào)G01R31/08GK101738568SQ200810160598
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2008年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月21日
發(fā)明者馮俊博, 李洪景 申請(qǐng)人:山東惠工儀器有限公司