CN101750540B - 一种变电站直流系统寄生回路的检测方法 - Google Patents
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Abstract
一种变电站直流系统寄生回路的检测方法，属电测量领域。其在直流系统电源输出回路上设电流传感器，用传感器来测量系统差流，传感器次级作为有源振荡器电感线圈，用脉冲计数器对有源振荡器振荡频率进行测量，并将测量结果送入微处理器电路进行逻辑比较，当有源振荡器振荡频率的变化达到预设定值时，微处理器电路即发出告警信号；若两路电源输出回路上同时出现告警信号，断开其中一路直流电源，若该两路电源输出回路告警信号同时消失，则判定该两个电源输出回路之间存在有寄生回路。其通过测量有源振荡器的振荡频率，来实现直流系统寄生回路故障的检测功能，无论同源还是异源寄生回路，都可以作出告警。可广泛用于变配电系统直流系统监测领域。
Description
技术领域
本发明属于电测量领域，尤其涉及一种用于变配电系统中直流供电系统电故障的检测方法。
背景技术
直流系统的安全运行是变电站保护及控制系统的保障，是继电保护设备能够发挥正常作用的生命线，其重要性不言而喻。
而直流系统中的一个重大隐患便是寄生回路。
寄生回路的危害程度是非常大的，轻则使设备运行处于不正常工作状态，为运行人员提供错误信息，从而对正常运行操作和故障处理带来困难；重则引起继电保护误动或拒动，酿成大面积停电事故甚至设备损坏。
1994年电力部颁布《继电保护及安全自动装置反事故措施》，明确直流熔断器的配置要求，第一就是要消除寄生回路。可见，对直流寄生回路必须予以重视，要尽量消除。
寄生回路产生的原因有多种，主要有回路设计不合理，或实际设备与二次回路不配套，或施工不规范以及设备内部问题等多方面原因。正因为寄生回路原因相当复杂，往往无法单纯用正常的整组试验方法发现。
现在的寄生回路检查方法还是要依靠工作人员严格按照继保原理对回路进行检查，再考虑到变电站不可能随时随地停电，排查的过程就会变得非常的复杂。
据调查统计，在某市输变电公司下属的80余座变电站中，存在不同类型寄生回路的就有18个。
根据电源的不同，可以把寄生回路分为两种：同电源(如图1所示)和不同电源(如图2所示)。
目前的寄生回路的检测方法及存在的问题；
1、直流拉偏法：
在确定某一变电站直流系统是否接地时，可以采用直流拉偏的方法查找不同电源之间的寄生回路。
此种方法就是在检查两组直流系统的绝缘电阻在基本正常的情况下，在“一段”直流系统负对地接一10K电阻，这时测量“一段”直流母线负对地电压，同时测量“二段”母线负对地电压，如果“二段”母线负对地电压维持原电压不变，则二组直流系统不存在寄生回路。
如果二段直流母线负对地电压同时下降，且负对地电压与“一段”母线负对地电压相等或相近，则二组直流系统存在寄生回路。
这种方法只能确定异电源的直流系统母线是否存在寄生回路，而不能确定寄生回路的准确位置，且此方法只能用于异电源直流系统的寄生回路查找。
2、直流钳形电流表法：
在确定直流系统存在寄生回路时，要确定其准确位置，需要用到直流钳形电流表测电源正负极差流的方法。
若某一回路存在寄生回路时，正极流出和负极流入的电流就会存在差流，由钳形电流表的指示即可查找到寄生回路存在的准确位置。
此方法的缺点在于，现在的钳形电流表的分辨率大于2mA，当寄生回路中间串有大电阻时，寄生回路的电流将小于2mA，此时就不能查找到寄生回路所在的位置，且此方法需要工作人员对所有回路进行逐一检查，需耗费大量的人力资源。
3、直接拉路法：
此方法就是对所有的负载之一进行拉路检查，逐一断开各负载电源检查寄生回路，检查拉掉的回路是否还有其他电源存在，即可找到寄生回路的存在。
但此方法对于电压等级较高，回路较多的变配电站无疑是大海捞针，而且需要花费很长的时间和人力，所以此方法的缺点非常明显。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种变电站直流系统寄生回路的检测方法。其利用监测频率变化量的方式来监测寄生回路的存在，现场工作人员只需检查相应告警灯的指示状况即可发现寄生回路存在的位置，所测频率来源于传感器的二次线圈，未在直流系统中并入接地电阻，无论是同电源还是异电源的寄生回路，都可以作出可靠告警，可以实现分布式安装，可以更好的准确定位寄生回路所在的位置。
本发明的技术方案是：提供一种变电站直流系统寄生回路的检测方法，其特征是：在直流系统的正、负电源输出回路上设置由磁灵敏元件制成的电流传感器，利用电流传感器来测量流经传感器的系统差流，传感器的次级作为有源LC振荡器的电感线圈，当流经传感器的电流发生变化时，引起传感器二次线圈电感值L的变化，导致有源LC振荡器的振荡频率f发生变化，采用脉冲计数器对有源振荡器的振荡频率f进行测量，并将测量结果送入微处理器电路进行逻辑比较/判断，当有源LC振荡器振荡频率的变化达到预设定值时，微处理器电路即发出告警信号；当两路电源输出回路上同时出现告警信号时，断开其中一路的直流电源后，若该两路电源输出回路的告警信号同时消失，则判定该两个电源输出回路之间存在有寄生回路。
具体的，本检测方法包括下列内容：
A、在直流系统正、负输出回路上分别设置电流传感器，来测量流经电流传感器的正、负输出回路差流；
B、与电流传感器对应地设置一有源LC振荡器，所述电流传感器的次级作为对应有源LC振荡器的电感线圈；
C、直流系统正常运行时，通过一脉冲计数器采集此时有源LC振荡器的固有振荡频率f，并送入微处理器电路，初始化为基准频率f0；
D、微处理器电路记录并存储基准频率f0；
E、脉冲计数器继续采集有源LC振荡器的振荡频率f1，并送入微处理器电路；
F、微处理器电路对有源LC振荡器的振荡频率f1和基准频率f0进行比较/分析；
G、若df/dt的计算值大于第一设定值D1，执行第I步，否则，返回第E步；
H、若有源LC振荡器的振荡频率f1和基准频率f0之差大于第二设定值D2，且持续时间大于第三设定值D3时，执行第I步，否则，返回第E步；
I、微处理器电路输出触发信号到触发器；
J、触发器输出信号，启动告警电路，输出告警信号；
K、当两路电源输出回路上同时出现告警信号时，断开其中一路的直流电源后，若该两路电源输出回路的告警信号同时消失，则判定该两个电源输出回路之间存在有寄生回路。
具体的，所述的第一设定值D1为
所述的第二设定值D2为f1-f0＞200Hz；所述的第三设定值D3为T＞100ms。
进一步的，所述的微处理器电路在每次断电重启后，均通过脉冲计数器采集此时有源LC振荡器的固有振荡频率f，初始化为基准频率f0，。
当流经所述传感器的回路差流ΔI＝I+-I-＝IR≠0时，若
且Δf＝f1-f0＞200Hz并持续100ms以上时，则所述的微处理器电路判定该传感器所在的直流回路出现寄生回路故障，所述的微处理器电路输出触发信号，导致触发器电路翻转，输出告警信号。
更进一步的，在所述直流系统的多个电源输出回路上分别对应设置一个传感器，每个传感器对应一个有源LC振荡器，各传感器的次级分别作为对应有源LC振荡器的电感线圈；对应于每个有源LC振荡器，分别对应设置一个脉冲计数器、微处理器电路、触发器和告警电路。
所述的脉冲计数器采集有源LC振荡器的振荡频率f1、微处理器电路对有源LC振荡器的振荡频率f1和基准频率f0进行比较/分析和微处理器电路输出触发信号到触发器是实时进行的。
所述的脉冲计数器按下列方式对有源LC振荡器振荡频率的测量结果进行计算：
所测结果＝测量频率×标度+偏置频率设定
其中，标度为Hz或10KHz，偏执频率设定为10KHz。
与现有技术比较，本发明的优点是：
1.利用监测频率的变化量来监测寄生回路，所以可以克服由于钳形电流表分辨率过高带来的影响；
2.所测的频率来源于传感器的二次线圈，无需在直流系统中并入接地电阻，可以避免由此带来的隐患；
3.现场工作人员只需检查各个告警灯的指示状况即可发现寄生回路存在的位置，大大降低了工作人员逐一“拉路”操作所带来的人力浪费；
4.无论是同电源还是不同电源(也称为异电源)的寄生回路，都可以作出可靠告警，从而克服了拉偏法只能对异电源检测的局限性；
5.可以实现分布式安装，可以更好的准确定位寄生回路所在的位置。
附图说明
图1是同电源寄生回路示意图；
图2是异电源寄生回路示意图；
图3为本发明检测方法示意方框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
图1中，负载回路R1和负载回路R2的电源同取自电源回路E，称之为同电源回路。
在正常情况下，流经负载回路R1的电流I+＝I-，同样，流经负载回路R2的电流I’+＝I’-。
当负载回路R1和负载回路R2之间存在寄生回路(此时称为同电源寄生回路)时(图中用R代表)，则流经负载回路R1的电流I+不再与I-相等，I+＝IR+I-。
同样，流经负载回路R2的电流I’+不再与I’-相等。
寄生回路是直流系统中的一个重大隐患。
寄生回路的危害程度是非常大的，轻则使设备运行处于不正常工作状态，为运行人员提供错误信息，从而对正常运行操作和故障处理带来困难；重则引起继电保护“误动”或“拒动”，酿成大面积停电事故甚至造成设备损坏。
所以，对直流寄生回路必须予以重视，要尽量消除。
图2中，负载回路R1和负载回路R2的电源取自不同的电源回路E1和E2，称之为异电源回路。
此时当负载回路R1和负载回路R2之间存在寄生回路时，称为异电源寄生回路或不同电源寄生回路。
其余同图1。
图3中，本检测方法包括下列内容：
A、在直流系统正、负输出回路上设置电流传感器，来测量流经电流传感器的正、负输出回路差流；
B、与电流传感器对应地设置一有源LC振荡器，所述电流传感器的次级作为对应有源LC振荡器的电感线圈；
C、直流系统正常运行时，通过一脉冲计数器采集此时有源LC振荡器的固有振荡频率f，并送入微处理器电路，初始化为基准频率f0；
D、微处理器电路记录并存储基准频率f0；
E、脉冲计数器继续采集有源LC振荡器的振荡频率f1，并送入微处理器电路；
F、微处理器电路对有源LC振荡器的振荡频率f1和基准频率f0进行比较/分析；
G、若df/dt的计算值大于
执行第I步，否则，返回第E步；
H、若有源LC振荡器的振荡频率f1和基准频率f0之差f1-f0＞200Hz，且持续时间T＞100ms时，执行第I步，否则，返回第E步；
I、微处理器电路输出触发信号到触发器；
J、触发器输出信号，启动告警电路，输出告警信号；
K、当两路电源输出回路上同时出现告警信号时，断开其中一路的直流电源后，若该两路电源输出回路的告警信号同时消失，则判定该两个电源输出回路之间存在有寄生回路。
由于不同的直流负载可能产生的f0有所不同，故脉冲计数器及微处理器电路会对每次断电重启后的基准频率进行检测，从而保证该回路有源LC振荡器的基准频率的正确性和实时性。
本方法是通过测量有源LC振荡器的振荡频率，来实现直流系统寄生回路故障检测功能的，其主要由磁灵敏元件制成的传感器来测量流经传感器的系统差电流，传感器的次级作为有源LC振荡器的电感线圈，由于电磁平衡原理可知，当流经传感器的电流发生变化时，磁环的磁通势必发生变化，进一步引起二次线圈电感值L的变化，由振荡器的频率
可知，当L值发生变化时，其频率f势必发生变化，当频率的变化达到门槛值时，即发出告警信号；当两路电源输出回路上同时出现告警信号时，断开其中一路的直流电源后，若该两路电源输出回路的告警信号同时消失，则判定该两个电源输出回路之间存在有寄生回路。
采用本检测方法，当直流系统存在寄生回路时，直流监视装置会立即发出告警信号，解决了现今无直流系统寄生回路监测装置的空白。
换句话说，当直流系统正常运行时，流经直流检测端子的差流ΔI＝I+-I-＝0，此时有源LC振荡器的固有频率被初始化为基准频率f0，此数值会被保存在微处理器电路的寄存器中。
由于不同的直流负载可能产生的f0有所不同，故脉冲计数器及微处理器电路会对每次断电重启后的基准频率进行检测，从而保证该回路有源LC振荡器的基准频率的正确性和实时性。
当所检测线路发生寄生回路故障时，势必引起流过检测端子产生差电流，ΔI＝I+-I-＝IR，当IR达到门槛值时，就对振荡器的固有频率引起足够大的变化。
通过脉冲计数器的检测，可以检测到正常运有源LC振荡器行的固有频率f0和寄生回路故障的故障频率fR两个不同的频率，并发送至微处理器。
微处理器对两个频率进行分析，由
时，且Δf＞100Hz并持续100ms以上时，即输出触发信号到触发器。
当触发器得到触发信号时，即可触发启动报警输出；当两路电源输出回路上同时出现告警信号时，断开其中一路的直流电源后，若该两路电源输出回路的告警信号同时消失，则判定该两个电源输出回路之间存在有寄生回路。
更具体的，采用本方法，可以在直流系统的多个输出回路上分别对应设置一个传感器，每个传感器对应一个有源LC振荡器，各传感器的次级分别作为对应有源LC振荡器的电感线圈；对应于每个有源LC振荡器，分别对应设置一个脉冲计数器、微处理器电路、触发器和报警装置。
更进一步地，所述的脉冲计数器按下列方式对有源LC振荡器振荡频率的测量结果进行计算：
所测结果＝测量频率×标度+偏置频率设定
其中，标度为Hz或10KHz，偏执频率设定为10KHz。
上述脉冲计数器采集有源LC振荡器的振荡频率f1、微处理器电路对有源LC振荡器的振荡频率f1和基准频率f0进行比较/分析和微处理器电路输出触发信号到触发器是实时进行的。
采用集成化技术和贴片元件，完全可以将上述电路集成在一个较小的壳体中，制成与接线端子排大小相似的集成式接线端子，在该集成式接线端子的上、下端，分别与直流系统的输出回路、负载的输入回路进行连接，即可构成带有正常运行/寄生回路故障指示的智能集成化且带有监测功能的接线端子排。
利用上述方式制成的监测端子，可以分布式地安装于直流系统的各个末端回路，现场工作人员只需检查各个端子的告警灯的指示，即可迅速发现存在寄生回路的两个回路的位置。
更具体的，在上述技术方案中，脉冲计数器可采用通用的频率计数器即可。
频率是单位时间内信号发生周期变化的次数。如果我们能在给定的时间内对信号波形计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测信号的频率。
频率计数器首先获得相对稳定与准确的时间，同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路识别的脉冲信号，然后通过计数器计算这一段时间间隔内的脉冲个数，将所得数据记录并输出。
所测结果＝测量频率×标度+偏置设定
其中，标度为Hz或10KHz，偏执频率设定为10KHz。
触发器可采用集成JK触发器，为与门输入模式，在触发器接收到输入信号全为1时，触发器输出为高电平，使告警灯亮。
由于传感器(实际上就是一个微型电流互感器)、有源LC振荡器电路、脉冲计数器电路、通过脉冲计数来测量被测对象的频率以及微处理器电路和触发器电路均为现有技术，其具体工作原理、元件选择以及连接方式在此不再叙述。
本领域的普通技术人员，在掌握了本发明解决问题的思路和方法之后，完全可以不经过创造性的劳动，再现本发明的技术方案、技术效果和发明目的。
由于本发明利用监测频率的变化量来监测寄生回路，所以可以克服由于钳形电流表分辨率过高带来的影响，其所测的频率来源于传感器的二次线圈，无需在直流系统中并入接地电阻，可以避免由此带来的隐患，现场工作人员只需检查各个告警灯的指示状况即可发现寄生回路存在的位置，大大降低了工作人员逐一“拉路”操作所带来的人力浪费，且无论是同电源还是不同电源(也称为异电源)的寄生回路，都可以作出可靠告警，从而克服了拉偏法只能对异电源检测的局限性，还可以实现分布式安装，可以更好的准确定位寄生回路所在的位置。
本发明可广泛用于电力系统/变配电系统的直流系统监测/保护领域。
Claims (7)
1.一种变电站直流系统寄生回路的检测方法，其特征是所述的检测方法包括下列内容：
A、在至少两路直流系统正、负输出回路上分别设置电流传感器，来测量流经电流传感器的正、负输出回路差流；
B、与各电流传感器分别对应地设置一有源LC振荡器，所述电流传感器的次级作为对应有源LC振荡器的电感线圈；
C、直流系统正常运行时，通过一脉冲计数器采集此时有源LC振荡器的固有振荡频率f，并送入微处理器电路，初始化为基准频率f0；
D、微处理器电路记录并存储基准频率f0；
E、脉冲计数器继续采集有源LC振荡器的振荡频率f1，并送入微处理器电路；
F、微处理器电路对有源LC振荡器的振荡频率f1和基准频率f0进行比较/分析；
G、若df/dt的计算值大于第一设定值D1，执行第I步，否则，返回第E步；
H、若有源LC振荡器的振荡频率f1和基准频率f0之差大于第二设定值D2，且持续时间大于第三设定值D3时，执行第I步，否则，返回第E步；
I、微处理器电路输出触发信号到触发器；
J、触发器输出信号，启动告警电路，输出告警信号；
K、当两路电源输出回路上同时出现告警信号时，断开其中一路的直流电源后，若该两路电源输出回路的告警信号同时消失，则判定该两个电源输出回路之间存在有寄生回路。
2.按照权利要求1所述的变电站直流系统寄生回路的检测方法，其特征是所述的第一设定值D1为 所述的第二设定值D2为f1-f0＞200Hz；所述的第三设定值D3为T＞100ms。
3.按照权利要求1所述的变电站直流系统寄生回路的检测方法，其特征是所述的微处理器电路在每次断电重启后，均通过脉冲计数器采集此时有源LC振荡器的固有振荡频率f，初始化为基准频率f0。
4.按照权利要求1所述的变电站直流系统寄生回路的检测方法，其特征是当所述的直流系统正常运行时，流经所述传感器的回路差流ΔI＝I+-I-＝0，此时有源LC 振荡器的固有振荡频率f被微处理器电路初始化为基准频率f0，并存储在微处理器电路的寄存器中。
5.按照权利要求1所述的变电站直流系统寄生回路的检测方法，其特征是在所述直流系统的多个电源输出回路上分别对应设置一个电流传感器，每个电流传感器对应一个有源LC振荡器，各电流传感器的次级分别作为对应有源LC振荡器的电感线圈；对应于每个有源LC振荡器，分别对应设置一个脉冲计数器、微处理器电路、触发器和告警电路。
6.按照权利要求1所述的变电站直流系统寄生回路的检测方法，其特征是所述的脉冲计数器采集有源LC振荡器的振荡频率f1、微处理器电路对有源LC振荡器的振荡频率f1和基准频率f0进行比较/分析和微处理器电路输出触发信号到触发器是实时进行的。
7.按照权利要求1所述的变电站直流系统寄生回路的检测方法，其特征是所述的脉冲计数器按下列方式对有源LC振荡器振荡频率的测量结果进行计算：
所测结果＝测量频率×标度+偏置频率设定
其中，标度为Hz或10KHz，偏置频率设定为10KHz。
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