CN101738568A - 分布式直流接地故障检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电故障的探测装置，尤其涉及一种传输线中的故障探测装置。本发明的分布式直流接地故障检测装置，包括直流供电回路，直流供电回路的各支路上设有接地检测装置，接地检测装置包括隔离电源与检测子机，直流电源正负母线通过隔离电源与各支路连接；检测子机的一端与隔离电源连接，另一端通过数据传输总线与直流检测主机连接通信。本装置的分布式直流接地系统判断故障的准确性都高于集中式直流接地系统，可广泛应用在各种电力系统中。

Description

分布式直流接地故障检测装置

技术领域

本发明涉及一种电故障的探测装置，尤其涉及一种传输线中的故障探测装置。

背景技术

发电厂和变电站的直流系统比较复杂，它需要供电给动力、事故照明、控制、信号、继电保护及自动装置、交流不间断电源等，对发电厂和变电站的可靠运行起着极为重要的作用。直流系统发生一点接地，若查找不及时，就可能出现第二点接地。直流系统发生两点接地故障后，便可能构成接地短路，造成继电保护、信号、自动装置误动或拒动，或造成直流保险熔断，使保护及自动装置、控制回路失去电源。直接危胁一次设备的安全，因而电力系统对直流系统的可靠性有很高的要求。直流系统是蓄电池组与浮充电装置并联供给直流负荷的运行系统。正常情况下，直流电源的正、负母线对地是绝缘的，当回路发生一点接地时，在一般情况下并不影响直流系统的运行。但当回路发生两点或多点接地时，就会造成正负级短路，开关与保护误动或拒动。此外，在特殊情况下，一点接地也可能造成保护误动作。直流系统接地故障经常发生，对于运行环境差，运行时间长的设备，发生故障的机会更多，而且往往会同时出现几个接地点，查找起来显得非常困难。

目前变电站绝缘监测常用的方法是：

1.平衡电桥法：平衡电桥法的依据是惠斯顿电桥平衡原理，平衡电桥法的缺点是只能检测整个直流系统的绝缘状况，若正负母线分别对地发生平衡式接地，该法无法检测。即使是能报警，也无法确定是哪条支路发生了直流接地故障，给故障排除带来了困难。

2.不平衡电桥法：不平衡电桥法是在平衡电桥法的基础上发展而来，目的是解决平衡电桥法无法检测直流系统平衡式接地故障，但同样无法确定是哪条支路发生了直流接地故障。

3.信号寻迹法：信号寻迹法又叫交流检测法。如图1，根据注入电压信号频率的不同可以分为低频信号注入法和变频信号注入法两种。该法在不平衡电桥法的基础上增加交流信号来确定发生直流接地的支路。工作过程是：直流系统正常工作时，装置数字显示母线电压，监测直流系统正、负母线绝缘状况。当直流系统发生接地时(一般接地电阻R约为20KΩ)，装置自动启动报警之后产生低频信号，向电网注入低频信号，并通过套在每个支路上的电流互感器I1，I2，I3，I4，I5，I6等检测各支路的电流信号；无故障支路低频信号为零，故互感器输出为零；对于发生接地故障的支路，通过安装于每一支路上的传感器接收这一低频交流信号，检测装置可通过该信号的大小计算接地电阻的大小。此时电流互感器为交流电流互感器。该法的主要缺点是易受到支路电容的影响和电流互感器精度及环网、纹波干扰的影响，引起误判。例如：假定注入信号频率为1HZ，所有交流电流互感器的误差为0；通讯电源支路发生直流接地故障，接地电阻为20KΩ，直流检测装置本来应该报此支路发故障，但若信号回路虽未发生直流接地故障，但却对地有10uf的分布电容，其等效内阻为16KΩ，因此，检测装置误报信号回路发生直流接地故障，或误报通讯电源支路和信号回路同时发生直流接地故障，给故障排除带来困难。不难想到，当电流互感器及其相关调理电路发生漂移时，也会引起误判，因此该类装置需定期校准。

4.漏电流法：该法克服分布电容引起的误判。如图2所示，直流漏电流传感器穿套在各支路的正负导线上，由于通过传感器的负载电流大小相等，方向相反，产生的磁场相互抵消，因而传感器的二次侧输出为零；传感器二次侧反映的是正负极对地漏电流的矢量和。直流系统正常工作时，装置数字显示母线电压，监测直流系统正、负母线绝缘状况。当直流系统发生接地时(一般接地电阻R＜20KΩ)，传感器输出一个电压，微机检测装置可据此判断。但这种方法同样不能检测正负母线的绝缘程度同等下降的情况，需在母线上通过两个电阻R0和开关K来解决这一问题。这又在一个更高的层次上回到了问题的原点-平衡电桥法不能解决平衡式接地故障。直流漏电流传感器同样会受到环网、纹波干扰的影响，当电流互感器及其相关调理电路发生漂移时，也会引起误判，因此该类装置需定期校准。如2003年5月7日授权公告的中国专利，公告号为CN2549477Y，其公开了一种直流系统接地故障检测装置，接地检测电路的支路漏电检测电路是在直流系统的各支路上装一只霍尔传感器，直流电源正负母线经直流断路器后，分别从霍尔传感器的中间穿过。其仍然存在上述缺陷。

综上所述，四种检测方法各有优缺点，且都不能100％的确保支路直流接地的定位，而且当其他支路发生直流接地时，可能会引起微机保护采用的开关量或遥信等误动。

发明内容

本发明的技术效果能够克服上述缺陷，提供一种分布式直流接地故障检测装置，各支路之间的直流电源彼此隔离，任一支路发生直流接地现象不会引起其它支路误动和误报警。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：其包括直流供电回路，直流供电回路的各支路上设有接地检测装置，接地检测装置包括隔离电源与检测子机，直流电源正负母线通过隔离电源与各支路连接；检测子机的一端与隔离电源连接，另一端通过数据传输总线与直流检测主机连接通信。

由于集中式的巡回检测装置难以适应具有复杂拓扑关系的直流回路，因此解决问题的关键是将拓扑关系由复杂变为简单。其方法就是在各直流支路上加装隔离电源，各支路所用电源为隔离后的直流电源。在隔离电源之后的每条支路上加装一套直流接地检测子机。各检测子机将检测结果通过RS485总线送到分布式直流检测主机，供显示和分析。

直流电源母线与数据传输总线之间设置一检测子机。数据传输总线采用RS485形式。检测子机包括不平衡电桥、隔离放大器、A/D转换器、CPU，不平衡电桥输入与隔离电源输出连接，其输出通过隔离放大器与A/D转换器、CPU连接；A/D转换器与CPU之间相连进行数据转换；CPU分别连接数据传输总线、状态指示灯。隔离放大器采用隔离运放器或光耦隔离放大器。

各支路之间的直流电源彼此隔离，任一支路发生直流接地现象不会引起其它支路的误动和误报警。例如当照明回路发生直流接地现象，由于隔离电源的存在，不会影响信号回路，也不会影响分合闸回路。当检测子机检测到直流接地现象，既不需要向直流系统注入信号，也不需要直流或交流传感器来检测信号，就能准确定位故障支路即为该检测子机所在的支路，这是由分布式结构所决定的，不受直流系统分布电容的影响，也不受环网、纹波干扰。每条支路上，检测子机从该支路的隔离电源上取电，无论是隔离电源发生故障，还是检测子机发生故障，结果都是和分布式直流检测主机通讯异常，分布式直流检测主机可据此判定该支路隔离电源或检测子机异常，起到了设备自检的目的。

当变电站分合闸回路较多，用户不愿或不能使用隔离电源将分合闸回路直流电源隔离时，可以采用分布式与集中式相结合的混合式直流接地检测。

隔离电源可以直接产生检测子机所需的各种工作电压，也可以用另外一个隔离电源产生检测子机所需的各种工作电压。

目前，微机保护采用的开关量输入电源一般分为弱电和强电两种。采用弱电作为开关量输入电源的微机保护一般都采用24V，而变电站直流系统一般为220V或110V，这在客观上就要求必须采用逆变电源实现变压和隔离的目的。而采用强电(110V以上)作为开关量输入电源的微机保护理论上可以直接采用变电站的直流电源。这种应用方式在某些直流系统接地的情况下会引起微机保护的开关量输入误动，因此存在很大的弊病。微机保护开关量输入电源和变电站直流电源存在直接电联系是开关量误动的根本原因。因此，设法将微机保护开关量输入电源与变电站直流电源隔离是彻底解决该问题的关键。但是，加装逆变电源隔离后却会导致变电站绝缘监测系统无法对该支路进行监视。因此，如何解决这一矛盾直接关系到微机保护和远动系统的可靠性。特别是对于电压等级比较高的变电站，这一点显得尤为重要。

本装置的分布式直流接地系统判断故障的准确性都高于集中式直流接地系统，可广泛应用在各种电力系统中。

附图说明

图1为现有技术中信号寻迹法电路示意图；

图2为现有技术中漏电流法电路示意图；

图3为本发明实施例1分布式直流接地电路图；

图4为本发明实施例1检测子机工作原理图；

图5为本发明实施例2混合式直流接地电路图；

图6为本发明实施例3检测子机工作原理图。

具体实施方式

实施例1

本装置包括直流供电回路，直流供电回路的各支路上设有接地检测装置，接地检测装置包括隔离电源与检测子机，直流电源正负母线通过隔离电源与各支路连接；检测子机的一端与隔离电源输出连接，另一端通过数据传输总线与直流检测主机连接通信。

直流电源母线与数据传输总线之间设置一检测子机。数据传输总线采用RS485形式。检测子机包括不平衡电桥、隔离运放器、A/D转换器、CPU，不平衡电桥输入与隔离电源连接，输出通过隔离运放器分别与A/D转换器、CPU连接；A/D转换器与CPU之间通信；CPU分别连接数据传输总线、状态指示灯。

检测子机1检测范围为直流母线，检测子机2检测照明回路，检测子机3检测通讯电源，检测子机4检测信号回路，检测子机5检测附属回路，检测子机N-1检测分合闸回路，检测子机N检测其它回路。各检测子机将检测结果通过RS485总线送到分布式直流检测主机，供显示和分析。

隔离后的母线电压直接加到不平衡电桥上，无论隔离后的母线电压对地电阻是否平衡，在其取样电阻上都有相应的电压输出，隔离运放器A1和A2将该电压隔离放大后，分别将信号送入A/D转换器，CPU读取A/D转换器的数据，然后进行计算和分析，分析结果通过运行及状态指示灯显示出来。RS485数据传输总线的功能是和外部设备通讯，包括上传检测子机本身的测量数据和接收下传命令，包括检测子机的地址码等。当有接地故障发生时，可通过运行及状态指示电路指示出来，也可通过无源接点输出接到综自设备作为遥信信号上传，或通过RS485口上传。

实施例2

当变电站分合闸回路较多，用户不愿或不能使用隔离电源将分合闸回路直流电源隔离时，可以采用分布式与集中式相结合的混合式直流接地检测，其它同实施例1。

实施例3

隔离电源1产生隔离的母线直流电压，隔离电源2产生检测子机所需的各种工作电压，即检测子机所用供电直流电源与该支路的隔离直流供电电源通过两个不同的隔离电源分别供电。其它同实施例1。

Claims (7)

1.一种分布式直流接地故障检测装置，包括直流供电回路，其特征在于直流供电回路的各支路上设有接地检测装置，接地检测装置包括隔离电源与检测子机，直流电源正负母线通过隔离电源与各支路连接；检测子机的一端与隔离电源连接，另一端通过数据传输总线与直流检测主机连接通信。

2.根据权利要求1所述的分布式直流接地故障检测装置，其特征在于直流电源母线与数据传输总线之间设置一检测子机。

3.根据权利要求1或2所述的分布式直流接地故障检测装置，其特征在于数据传输总线采用RS485形式。

4.根据权利要求1或2所述的分布式直流接地故障检测装置，其特征在于检测子机包括不平衡电桥、隔离放大器、A/D转换器、CPU，不平衡电桥输入端与隔离电源输出端连接，不平衡电桥输出端通过隔离放大器分别与A/D转换器、CPU连接；A/D转换器与CPU相连；CPU分别连接数据传输总线、状态指示灯。

5.根据权利要求4所述的分布式直流接地故障检测装置，其特征在于隔离放大器采用隔离运放器或光耦隔离放大器。

6.根据权利要求4所述的分布式直流接地故障检测装置，其特征在于检测子机与隔离后的直流供电回路的该支路通过同一个隔离电源供电或通过两个不同的隔离电源分别供电。

7.根据权利要求1所述的分布式直流接地故障检测装置，其特征在于直流供电回路采用分布式直流接地故障检测装置与集中式直流接地故障检测装置结合方式。

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