CN101699701A - 隔离主直流系统分支电源一极接地故障电路结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种隔离主直流系统分支电源一极接地故障电路结构，其利用分路继电器使分路主、备电源二极管并列运行，确保电源可靠性，利用备用电源高主电源5V和正或负极短路继电器接点短路正或负极并列二极管，逼使点第n回路负或正极并列二极管截止；彻底分时隔离主直流系统每一分支回路电源一极接地故障，从而为每一分支回路对地绝缘电阻监测作隔离功能。其优点是：为每一分支回路高灵敏度和高精度测量对地绝缘电阻奠定基础，从而达到用全直流方法，全面的在线监测直流系统绝缘。
Description
技术领域
本发明涉及一种供电系统中隔离故障的电路结构，尤其是一种用于隔离主直流系统分支电源一极接地故障的电路结构。
背景技术
目前，公知的直流系统绝缘监测装置中进行绝缘监测和寻找接地故障有交流法和直流脉冲法，绝缘监测装置功能不能彻底隔离某一分支回路进行测量，从而造成测量误差太大等问题，且由此而引起的电力系统事故也时有发生。经分析主要有以下几个方面问题：1.直流系统绝缘大面积下降，多点同时接地时目前装置寻找故障点有困难。例如不同回路同极性2点及以上多点接地、不同回路不同极性2点及以上多点接地，找故障点有困难。因装置没有自动寻找到故障点，当人工寻找操作时造成全所停电的事故机率较大。2.目前装置基本是接地电阻≤15KΩ至7KΩ以下告警，而按《火力发厂变电所直流系统设计技术规定》(DL/5044-95)要求(绝缘电阻≥100KΩ)。3.目前许多装置测分支回路接地电阻是用1.5HZ或8HZ或12HZ的交流信号加在直流系统，通过传感器来测量。交流法的缺点是：3.1直流系统有许多抗干扰电容，而且电容量很大，对交流测试信号的分流很大。从原则上讲可以通过锁相法消去抗干扰电容的影响。3.2但负载有电感如继电器，继电器线圈还有电阻，实际上电感、电容、电阻会对交流信号产生谐振作用，会有一个等效电抗和等效电阻，等效电抗可以通过锁相法消去影响，但等效电阻是无法用锁相法消去影响的。因为等效接地电阻与接地电阻是同相的，没有相位差，锁相、鉴相技术对它没有用。4.今后发电厂和变电所的直流系统会越来越大和越来越复杂，抗干扰电容会越来越大，对直流监测系统的要求越来越高，交流法测量误差将更大，多点接地的机率将更高。以前所有的方法的共同缺点就是各分支回路无法彻底地与主直流系统隔离开来。5.在直流电上加测量交流电进行测量，会引起电磁污染，不符合规程要求。6.直流脉冲法虽没有电磁污染，但它是用标准图象和故障图象核对波形的方法，由于现场情况千变万化，综合分析的图象中有许多无法确定的因素，其精度和灵敏度更差。
生产现场急需解决绝缘大面积下降时，能掌握各支路的具体情况，进行针对性的状态检修。改变目前等直流系统绝缘告警后的故障处理。变被动为主动。
目前常规潜艇水下工作动力是用的蓄电池，海水盐雾经常会产生直流系统接地故障或绝缘大面积下降。急需高灵敏度的直流系统绝缘监测装置，变事故抢修为状态检修。真正做到安全第一，预防为主。
要解决高灵敏度：能测量绝缘电阻≥100KΩ。
要解决各种接地情况的故障寻找难题：1.单点接地、2.同回路二极二点接地、3.不同回路同极二点接地、4.不同回路不同极二点接地、5.不同回路不同极三点接地、6.不同回路不同极多点：四点及以上接地。
故障苗头刚发生时一般是分支回路一极接地，本发明可以用备用电源对其进行隔离，确保主直流系统电源的正常。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种隔离主直流系统分支电源一极接地故障电路结构，可以产生满足每一分支回路主、备电源不停电切换，为变电站或发电厂等直流系统，各分支回路正或负极高灵敏度、宽范围，例如500kΩ～0Ω的对地绝缘电阻监测作隔离功能；解决绝缘大面积下降时，能掌握各支路的具体情况，变事故抢修为状态检修；对各种复杂的接地情况均能寻找到故障支路。
按照本发明提供的技术方案，所述隔离主直流系统分支电源一极接地故障电路结构，对于每一负载的分支回路，在主直流电源负极母线和备直流电源负极母线之间串联第一二极管和第一继电器接点，所述第一二极管负极连接主直流电源负极母线，第一二极管正极通过第一继电器接点连接备直流电源负极母线；在主直流电源正极母线和备直流电源正极母线之间串联第二二极管和第二继电器接点，所述第二二极管正极连接主直流电源正极母线，第二二极管负极通过第二继电器接点连接备直流电源正极母线；
所述备直流电源的正、负极母线连接电源切换模块(MK1)的输出端，电源切换模块的输入端连接备直流电源；
主直流电源负极端子依次通过负极短路继电器常开接点、常闭接点连接备直流电源负极端子；主直流电源正极端子依次通过正极短路继电器常开接点、常闭接点连接备直流电源正极端子；
所述第一继电器和第二继电器分时控制主、备直流电源每一负载的分支回路的运行，主、备直流电源中电压高者供电。
所述正极短路继电器常开接点、常闭接点分时控制每一分支回路的第二二极管短路，造成每一分支回路的第一二极管截止，把被控分支回路的主、备直流电源负极隔离开来，同时把主、备直流电源的正极连接在一起；所述负极短路继电器常开接点、常闭接点分时控制每一分支回路的第一二极管短路，造成每一分支回路的第二二极管截止，把被控分支回路的主、备直流电源正极隔离开来，同时把主、备直流电源的负极连接在一起。
所述第一二极管连接在每一负载的支路与主直流电源负极母线连接通路上；所述第二二极管连接在每一负载的支路与主直流电源正极母线连接通路上。
本发明的优点是：结构安全、可靠；能满足不同电压等级每一分支回路分时隔离，由于隔离彻底，所以把各种复杂的接地情况全部化简为某一分支回路单极性接地情况，为全直流高灵敏和高精度监测直流系统绝缘提供了基础。没有电磁污染。
附图说明
图1是本发明电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。以下主、备直流电源简称主、备电源。
本发明利用备用电源彻底分时隔离主直流系统每一分支回路电源一极接地故障，从而为每一分支回路对地绝缘电阻监测，作隔离功能的电路结构。具体地说是采用分路继电器控制主、备电源通过二极管并列运行，谁电压高谁供电，测量时备用电源比主电源高5V，通过短路继电器Jdz-1、Jdf-2导通把某一分路主、备电源正极并列的一只二极管短路，主、备电源负极并列的一只二极管自然就关断，起到隔离支路负极性接地故障；通过短路继电器Jdz-2、Jdf-1导通把某一分路主、备电源负极并列的一只二极管短路，主、备电源正极并列的一只二极管自然就关断，起到隔离支路正极性接地故障。为每一分支回路高灵敏度和高精度测量对地绝缘电阻奠定基础，从而达到用全直流方法，全面的在线监测直流系统绝缘。当备用电源有故障时，备用电源电压降低，主电源自动投入，确保在线绝缘监测的过程不会引起直流系统电源断电。
如图所示：本发明主要采用主电源电压等于E，备用电源电压等于E+5V，计算机控制电源切换模块MK1把备用电源电压送到分路母线+UBF1～+UBF2、和-UBF1～+UBF2上，所述电源切换模块MK1采用隔离、跟随无冲击主、备电源切换的数控稳压电源，专利号为CN200510022538.3。第一分路继电器jf1-1、jf1-2、第二分路继电器jf2-1、jf2-2、……第n分路继电器jfn-1、jfn-2分时控制各分路主、备电源通过二极管并列运行，谁电压高谁供电，当备用电源有故障时，电压降低，主电源自动投入，确保在线绝缘监测的过程不会引起电源断电。通过正极短路继电器Jdz-1动作，把主、备电源正极并列的一只二极管短路，主、备电源负极并列的一只二极管自然就关断，起到隔离支路负极性接地故障。正极短路继电器dz-1复原后，又通过负极短路继电器Jdf-1动作把主、备电源负极并列的一只二极管短路，主备电源正极并列的一只二极管自然就关断，起到隔离支路正极性接地故障。
本发明电路元器件连接关系详细如下：
图1虚线的左侧由主电源E、主电源正极母线+UZ1～+UZ2、主电源负极母线-UZ1～-UZ2、主、备电源第1回路负极并列运行二极管D1-1、正极并列运行第1二极管D1-2；第2回路负极并列运行二极管D2-1、正极并列运行第2二极管D2-2、……、第n回路负极并列运行二极管Dn-1、正极并列运行第n二极管Dn-2、分路1、分路2、……、分路n、负载1、负载2、……、负载n、组成主直流系统；图1虚线的右侧由备电源E+5V、电源切换模块MK1、备电源正极母线+UBF1～+UBF2、备电源负极母线-UBF1～-UBF2、第1分路继电器接点Jf1-1、Jf1-2；第2分路继电器接点Jf2-1、Jf2-2；……、第n分路继电器接点Jfn-1、Jfn-2；正极短路继电器常开接点Jdz-1、常闭接点Jdf-2、负极短路继电器常开接点Jdf-1、常闭接点Jdz-2组成备直流系统。主、备直流系统共同组成隔离主直流系统分支电源一极接地故障电路。
其中，+UZ1是主直流电源正极端子，-UZ1是主直流电源负极端子。第一回路正极并列二极管D1-2，正极接在主电源正极母线a1点，负极接在分路1的fl12点，第一回路负极并列二极管D1-1负极接在主电源负极母线a2点，正极接在分路1的fl11点，负载1的一端接在分路1的并列二极管D1-2负极fl12点，负载1的另一端接在分路1的并列二极管D1-2正极fl11点。第二回路正极并列二极管D2-2正极接在主电源正极母线e1点，负极接在分路2的fl22点，第二回路负极并列二极管D2-1负极接在主电源负极母线e2点，正极接在分路2的fl21点，负载2的一端接在分路2的并列二极管D2-2负极fl22点，负载2的另一端接在分路2的并列二极管D1-2正极fl21点。……。第n回路正极并列二极管Dn-2正极接在主电源正极母线g1n点，负极接在分路n fln2点，第n回路负极并列二极管Dn-1负极接在主电源负极母线g2n点，正极接在分路n的fln1点，负载n的一端接在分路n的并列二极管Dn-2负极fln2点，负载n的另一端接在分路n的并列二极管Dn-1正极fln1点。第n路正极对地绝缘电阻Rfan一端接在分路n正极gzd1点，另一端接在地GND点。+UB是备直流电源正极端子，-UB是备直流电源负极端子。+UBF1～+UBF2是备电源正极母线、-UBF1～-UBF2是备电源负极母线。电源切换模块MK1输入d1端子接备用电源正极端子+UB，电源切换模块MK1输入d2端子接备用电源负极端子-UB，电源切换模块MK1输出端子c1点接在备电源正极母线上，电源切换模块MK1输出端子c2点接在备电源负极母线上。第一切换继电器接点Jqh1、第二切换继电器接点Jqh2是电源切换模块MK1中的电源切换接点，它合上时就把备用电源通过并列二极管与主电源并列运行。第一分路继电器接点Jf1-1一端接在第一回路负极并列二极管D1-1正极fl11点，另一端接在备电源负极母线-UBF1～-UBF2的b1点上，第一分路继电器接点Jf1-2一端接在第一回路正极并列二极管D1-2负极fl12点，另一端接在备电源正极母线+UBF1～+UBF2的b2点上。第二分路继电器接点Jf2-1一端接在第二回路负极并列二极管D2-1正极fl21点，另一端接在备电源负极母线-UBF1～-UBF2的f1点上，第二分路继电器接点Jf2-2一端接在第二回路正极并列二极管D2-2负极fl22点，另一端接在备电源正极母线+UBF1～+UBF2的f2点上。……第n分路继电器接点Jfn-1一端接在第n回路负极并列二极管Dn-1正极fln1点，另一端接在备电源负极母线-UBF1～-UBF2的hn1点上，第二分路继电器接点Jfn-2一端接在第n回路正极并列二极管Dn-2负极fln2点，另一端接在备电源正极母线+UBF1～+UBF2的hn2上。负极短路继电器接点Jdf-1和Jdz-2串联，其一端接在主电源负极端子-UZ2上，另一端接在备电源负极端子-UBF2上。正极短路继电器接点Jdz-1和Jd-2串联，其一端接在主电源正极端子+UZ2上，另一端接在备电源正极端子+UBF2上。
本发明工作原理和动作过程：
平时在计算机的控制下备用电源电压一直跟随主电源电压变化，始终保持等于主电源电压E加5V，在需要隔离主直流系统分支回路电源正极和负极时，先通过电源切换模块MK1的切换继电器接点Jqh1、Jqh2把E+5V电压送到备电源母线+UBF～+UBF2、-UBF1～UBF2上，要隔离第一分支回路时，合上第一回路继电器接点jfl1、jfl2，当要隔离分支回路电源正极时就控制负极短路继电器接点Jdf-1、Jdz-2动作，逼使正极并列二极管D1-2反向截止，把第一回路的负载切换到备用电源上，而且主、备用电源的正极是隔离的。当要隔离分支回路电源负极时，就控制正极短路继电器继电器接点Jdz-1、Jdf-2动作，逼使负极并列二极管D1-1反向截止，把第一回路的负载切换到备用电源上，而且主、备用电源的负极是隔离的。同理当要隔离第n分支回路时，合上第n回路继电器接点jfn1、jfn2，当要隔离分支回路电源正极时就控制负极短路继电器接点Jdf-1、Jdz-2动作，逼使正极并列二极管Dn-2反向截止，把第n回路的负载切换到备用电源上，而且第n回路主、备用电源的正极是隔离的。当要隔离第n回路分支回路电源负极时，就控制正极短路继电器接点Jdz-1、Jdf-2动作，逼使第n回路负极并列二极管Dn-1反向截止，把第n回路的负载切换到备用电源上，而且第n回路主、备用电源的负极是隔离的。若此时第n回路电源的某一极有接地故障就可以用上述的方法把故障点与主直流系统隔离开来。也就为每一分支回路高灵敏度和高精度测量对地绝缘电阻奠定基础。从而达到用全直流方法，全面的在线监测直流系统绝缘。
由上所述，本发明主要采用分路继电器jf1-1、jf1-2、jf2-1、jf2-2、……jfn-1、jfn-2分时控制主、备电源某一回路通过二极管并列运行，谁电压高谁供电。采用电源切换模块MK1和第n分路继电器接点控制第n回路主、备电源通过二极管并列运行，确保在线绝缘监测的过程不会引起电源断电。当要隔离第n分支回路正或负电极时就控制与负或正极短路继电器动作，逼使第n回路正或负并列二极管Dn-2或Dn-1反向截止，达到隔离的目的。这个分支回路电源的接地故障就可以用上述的方法把故障点与主直流系统隔离开来。也就为每一分支回路高灵敏度和高精度测量对地绝缘电阻奠定基础。从而达到用全直流方法，全面的在线监测直流系统绝缘。
本发明为变电站或发电厂等直流系统，各分支回路正极或负极高灵敏度宽范围例如500kΩ～0Ω的对地绝缘电阻监测提供隔离功能。当对地绝缘故障某一回路刚发生一极接地时，可进行隔离，从而暂时保证主直流系统正常的功能。为抢修争取时间。当备用电源有故障时，电压降低，主电源自动投入，确保在线绝缘监测的过程中，不会由于备用电源的原因引起电源断电。
Claims (3)
1.隔离主直流系统分支电源一极接地故障电路结构，其特征是：对于每一负载的分支回路，在主直流电源负极母线(-UZ1～-UZ2)和备直流电源负极母线(-UBF1～-UBF2)之间串联第一二极管(D1-1)和第一继电器接点(Jf1-1)，所述第一二极管(D1-1)负极连接主直流电源负极母线(-UZ1～-UZ2)，第一二极管(D1-1)正极通过第一继电器接点(Jf1-1)连接备直流电源负极母线(-UBF1～-UBF2)；在主直流电源正极母线(+UZ1～+UZ2)和备直流电源正极母线(+UBF1～+UBF2)之间串联第二二极管(D1-2)和第二继电器接点(Jf1-2)，所述第二二极管(D1-2)正极连接主直流电源正极母线(+UZ1～+UZ2)，第二二极管(D1-2)负极通过第二继电器接点(Jf1-2)连接备直流电源正极母线(+UBF1～+UBF2)；
所述备直流电源的正、负极母线(+UBF1～+UBF2、-UBF1～-UBF2)连接电源切换模块(MK1)的输出端，电源切换模块(MK1)的输入端连接备直流电源；
主直流电源负极端子(-UZ2)依次通过负极短路继电器常开接点(Jdf-1)、常闭接点(Jdz-2)连接备直流电源负极端子(-UBF2)；主直流电源正极端子(+UZ2)依次通过正极短路继电器常开接点(Jdz-1)、常闭接点(Jdf-2)连接备直流电源正极端子(+UBF2)；
所述第一继电器和第二继电器分时控制主、备直流电源每一负载的分支回路的运行，主、备直流电源中电压高者供电。
2.如权利要求1所述的隔离主直流系统分支电源一极接地故障电路结构，其特征是所述正极短路继电器常开接点(Jdz-1)、常闭接点(Jdf-2)分时控制每一分支回路的第二二极管(D1-2)短路，造成每一分支回路的第一二极管(D1-1)截止，把被控分支回路的主、备直流电源负极隔离开来，同时把主、备直流电源的正极连接在一起；所述负极短路继电器常开接点(Jdf-1)、常闭接点(Jdz-2)分时控制每一分支回路的第一二极管(D1-1)短路，造成每一分支回路的第二二极管(D1-1)截止，把被控分支回路的主、备直流电源正极隔离开来，同时把主、备直流电源的负极连接在一起。
3.如权利要求1所述的隔离主直流系统分支电源一极接地故障电路结构，其特征是，所述第一二极管连接在每一负载的支路与主直流电源负极母线连接通路上；所述第二二极管连接在每一负载的支路与主直流电源正极母线连接通路上。
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