CN101477180B - 微机直流监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微机直流监测装置，具有接地监测电路、支路接地测量电路、微机控制电路，接地监测电路通过正端子和负端子连接到直流系统正负母线，支路接地测量电路通过卡钳或者支路传感器连接到直流系统各支路，接地监测电路、支路接地测量电路均连接到微机控制电路。本发明是针对直流电源的安全运行而设计的，可以监测直流电源的接地、过压和欠压情况并告警，并能在线定点接地的支路位置，从而保证电网控制设备的安全运行。在分布电容较大的直流系统中，能准确的判断出接地支路。在线式监测，当支路有接地时能准确报出接地支路号，无须拉路停电，避免了因拉路导致电源中断造成的断路器无法动作。

Description

微机直流监测装置

技术领域：

本发明属于电力安全设备领域，具体的说是一种微机直流监测装置。

背景技术：

发电厂、变电站的直流系统是由蓄电池组与浮充电装置并联供给直流负荷的运行系统，主要是为控制回路、信号回路、继电保护自动装置、断路器分合操作等提供可靠稳定的不间断电源。

正常情况下正负对地均为绝缘的，系统中有一点发生接地时，一般情况下并不影响直流系统运行，但当出现两点及两点以上接地时，就会造成正负极短路，开关和保护回路误动、拒动现象。同时直流系统的故障可能会造成更大故障隐患。所以当发生接地时采用良好的仪器和准确的判定方法是十分重要的。

从现实直流系统接地的构成上归纳起来有以下几种：按接地极性分为正接地和负接地；按接地类型上分为直接接地(也称金属性接地)和间接接地(也称非金属性接地)，下面说明一下接地的危害。

(1)正接地的危害

由于断路器跳闸线圈均接负极电源，当发生系统正极接地时，正极经过大地，构成回路。如图1所示，当图中的A点和B点同时接地，相当于A、B两点通过大地相连接起来，中间继电器2J1动作生成断路器的跳闸。同理，当图中的A点和C点同时接地，和图中的A点、D点同时接地均可能造成断路器的跳闸。

(2)负极接地的危害

负极接地可能造成断路器的拒绝动作，如图1所示，当图中的B点，正点同时接地，B、E点通过地构成了回路，即B、E点相接将中间继电器2J1短接，此时，如果系统发生事故，保护动作由于中间继电器2J1被短接，2J1不工作，断路器不会动作，产生拒动现象，使事故越级扩大。同理，当图中的E点和C点同时接地和图中的E点和D点同时接地均可能生成断路器拒动现象。

目前直流电源接地的查找方法是“拉路法”。即手动对支路进行逐一拉闸，一旦直流母线的正负极对地电压平衡，就确定该回路出现接地。直流系统是个不间断电源，基于它的特殊性，人们不能随意停电。近年来随计算机的大量使用，微机保护同样也不允许人们随意断开直流电源。“拉路法”往往造成了控制回路或保护回路跳闸等事故。

目前市场上也出现了众多厂家的直流接地选线装置。一般以“信号注入法”、“霍尔传感器监测法”、“磁饱和监测法”三种原理设计生产的，但由于其测量精度不高、误报率较多、抗干扰能力差，特别是支路上分布电容很大时，根本无法正常工作。

发明内容：

本发明提供了一种微机直流监测装置，其目的是完成对直流电源的接地监测，并能在线定点接地的支路位置，最大限度的保证直流电源的正常、可靠运行。

本发明采用的技术方案：

微机直流监测装置，其特征在于：具有接地监测电路、支路接地测量电路、微机控制电路，接地监测电路通过正端子和负端子连接到直流系统正负母线，支路接地测量电路通过卡钳或者支路传感器连接到直流系统各支路，接地监测电路、支路接地测量电路均连接到微机控制电路。

所述的接地监测电路，其结构为正负端子之间，具有测量电阻R1、R2，以及可控制投入或退出的电阻R3、R4。

所述的支路接地测量电路，包括8路数据选择器4051、放大器LM324，设备本身产生的低频交流信号经过电阻R18、R19、R20后连接到放大器LM324的输入端，放大器LM324的输出端连接到8路数据选择器4051的一个通道，经过支路传感器测量的接地信号输入8路数据选择器4051的另一个通道。

所述的微机控制电路包括微机芯片ATMEGA128及其外围芯片，外围芯片包括：铁电存储器和实时时钟芯片FM3104，AD使用ATMEGA128内部AD。

本发明的设计思路：

(1)接地监测：根据平衡桥原理，在线监测直流正、负母线对地电阻，电原理如图2。

首先测量U+、U-，分别记作U1、U2。然后J1闭合，再次测量U+、U-，分别记作U3、U4。可得下式：

U1/U2＝R1//R+/R2//R-(1)

U3/U4＝R1//R+//R3/R2//R-(2)

联立(1)(2)，R1＝R2＝R3＝R4＝100K可得

R+＝100*(U2*U3-U1*U4)/U2*U3/(100-U2*U3-U1*U4/U2*U3)

R-＝100*(U2*U3-U1*U4)/U1*U3/(100-U2*U3-U1*U4/U1*U3)

(2)支路接地测量：根据相位比较原理，来测量各支路的接地情况，并有效的排除了分布电容的干扰。电原理图如图3。

A点连接的是设备本身产生的低频交流信号。B点连接的是经过支路传感器感觉的接地信号。A点信号在经过A2D放大器后。在D点会生产周期和A点相同的方波信号，U1为8路数据选择器，其真值表如表1：

控制端INH	选择端ABC	输出端
			0	000	X0
0	001	X1
			0	010	X2
0	011	X3
			0	100	X4

控制端INH	选择端ABC	输出端
			0	101	X5
0	110	X6
			0	111	X7
1	XXX	三态

表1

本电路中只使用了一个通道X0，当D点为高电平(1)时，C点与B点信号相通。当D点为低电平(0)时，C点与X1(0V)相通。当支路为电阻接地时，C点的波形如图(1)所示，在经过无源滤波后，产生一稳定的直流电压。表示该支路有接地，如果支路无接地，只是分布电容过大，交流信号会通过电容形成假接地，此时B点的信号与设备发出的信号相位差差90度。在经过U1选通后，在C点的波形如(2)所示，因为幅值相等，相位相反，在经过无源滤波后，输出的直流为0，表明该支路无接地。

最大值比较：在支路为直接接地时，此时感应的电压信号比较小，但电流很大。此时图3中的C点输出的信号比较弱，不容易判断支路是否有接地。对此，采用最大值比较的方法来判断接地。其方法是，直接测量B点的电流信号，当B点的电流信号大于直接接地整定值时，判定该支路有接地。

本发明的优点：

(1)本发明是针对直流电源的安全运行而设计的，可以监测直流电源的接地、过压和欠压情况并告警，并能在线定点接地的支路位置，从而保证电网控制设备的安全运行。在分布电容较大的直流系统中，能准确的判断出接地支路。

(2)在线式监测，当支路有接地时能准确报出接地支路号，无须拉路停电，避免了因拉路导致电源中断造成的断路器无法动作。

附图说明：

图1为正极接地危害示意图；

图2为接地监测电路结构示意图；

图3为支路接地测量电路结构示意图；

图4为本发明与系统的连接整体结构示意图。

具体实施方式：

参见图2-3：

微机直流监测装置1，其特征在于：具有接地监测电路、支路接地测量电路、微机控制电路，接地监测电路通过正端子和负端子连接到直流系统正负母线，支路接地测量电路通过卡钳或者支路传感器连接到直流系统各支路，接地监测电路、支路接地测量电路均连接到微机控制电路。

所述的接地监测电路，其结构为正负端子之间，具有测量电阻R1、R2，以及可控制投入或退出的电阻R3、R4。

所述的支路接地测量电路，包括8路数据选择器4051、放大器LM324，设备本身产生的低频交流信号经过电阻R18、R19、R20后连接到放大器LM324的输入端，放大器LM324的输出端连接到8路数据选择器4051的一个通道，经过支路传感器测量的接地信号输入8路数据选择器4051的另一个通道。

所述的微机控制电路包括微机芯片ATMEGA128及其外围芯片，外围芯片包括：铁电存储器和实时时钟芯片FM3104，AD使用ATMEGA128内部AD。

设备与系统的连接：

直流屏的电源是由约18节12V蓄电池组成的，如图4，微机直流监测装置1将直流屏电源的+KM、-KM由①、②端子接入设备，R0为微机直流监测装置的内部匹配电阻。母线上的支路信号由Z1、Z2-Zn接入微机直流监测装置1。Rg为发生接地的支路接地电阻。

Claims (1)

1.微机直流检测装置，其特征在于：具有接地检测电路、支路接地测量电路、微机控制电路，接地检测电路通过正端子和负端子连接到直流系统正负母线，支路接地测量电路通过卡钳或者支路传感器连接到直流系统各支路，接地检测电路、支路接地测量电路均连接到微机控制电路；所述的接地检测电路，其结构为正负端子之间，并联有测量电阻R1、R2串联组成的支路，以及可控制投入或退出的电阻R3、R4串联组成的支路；所述的支路接地测量电路，包括8路数据选择器4051、放大器LM324，设备本身产生的低频交流信号经过电阻R18、R19、R20后连接到放大器LM324的输入端，放大器LM324的输出端连接到8路数据选择器4051的一个通道，经过支路传感器测量的接地信号输入8路数据选择器4051的另一个通道；所述的微机控制电路包括微机芯片ATMEGA128及其外围芯片，外围芯片包括：铁电存储器和实时时钟芯片FM3104，AD使用ATMEGA128内部AD。

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