CN102426320A - 高速检测直流接地故障的绝缘监测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速检测直流接地故障的绝缘监测仪，包括直流接地故障测试仪主机，直流接地故障测试仪主机的顶部安装挂钩和连接柱，连接柱通过连接件与直流接地故障测试仪主机连接；挂钩与挂杆活动连接，挂杆通过挂件与滑板连接固定；滑板上安装锁定套和压杆，锁定套上竖向开设锁定槽；连接柱上水平安装轴，轴的一端安装锁定块，锁定块与锁定槽配合，轴的另一端安装棘轮扳手，棘轮扳手和锁定块分别位于连接柱两侧；轴上安装棘轮，棘轮位于连接柱和棘轮扳手之间，连接柱上活动安装棘齿，棘齿与棘轮啮合，连接柱上安装弹簧片，弹簧片与棘齿接触使棘齿压紧棘轮；轴上安装扭簧。

Description

高速检测直流接地故障的绝缘监测仪

技术领域

本发明涉及一种高速检测直流接地故障的绝缘监测仪。 

背景技术

直流系统为变电站继电保护和自动装置、控制信号回路、远动装置及事故应急系统提供稳定可靠的工作电源，是保障变电站设备正常操作的决定条件。直流系统发生接地故障将直接危害变电站的安全稳定运行。直流系统绝缘监测仪便是及时检测直流系统是否发生接地故障的常用仪器。但是，在长期使用过程中发现，现有的直流系统绝缘监测仪存在安装维护不便的问题，定期检修不但费时费力，还存在影响电网正常运行的风险。其主要原因是：直流系统绝缘监测仪都是固定安装于机柜内，而机柜内装有众多其他电器设备和仪表，使得机柜内空间狭小、线路交错繁杂。若检修时不将直流系统绝缘监测仪由机柜内拆下取出，一方面，会因空间有限难以进行维修，另一方面也很难短时间内理清线路，在直流系统绝缘监测仪与其他设备连线或拆线时，极易出现接错或拆错线的情况，严重影响电力系统的运行安全；若将直流系统绝缘监测仪由机柜内拆下，则需要维修人员携带大量拆卸工具，一方面增加了维修人员携带物品的数量和重量，负担较重，且拆装时间较长，费时费力；另一方面，易在拆卸直流系统绝缘监测仪的过程中损伤同柜的其他仪器，或碰掉、碰松其他连接线路，影响电力系统正常运行。另外，由于上述拆卸和连线过程较为复杂繁琐，且维修风险较高，因此，需要维修人员具备丰富的拆装经验，从而，增加了企业培训员工的时间和资金成本。 

发明内容

本发明的目的是提供一种高速检测直流接地故障的绝缘监测仪，维修人员无须携带拆装工具便可将其由机柜内拆下，且操作过程简单，省时省力，同时，也不会影响其他设备，从而，可解决现有技术存在的问题。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：高速检测直流接地故障的绝缘监测仪，包括直流接地故障测试仪主机、直流接地故障测试仪主机的前面板上设有显示器、功能键、光标移动键、清屏键、确认键和数字键；直流接地故障测试仪主机的后面板上有主机/分机接口、故障报警输出、绝缘监测输入、启动开关、 CT接口、通讯接口、工作电源接口和保险，直流接地故障测试仪主机的顶部安装挂钩和连接柱，连接柱通过连接件与直流接地故障测试仪主机连接；挂钩与挂杆活动连接，挂杆通过挂件与滑板连接固定；滑板上安装锁定套和压杆，锁定套上竖向开设锁定槽；连接柱上水平安装轴，轴的一端安装锁定块，锁定块与锁定槽配合，轴的另一端安装棘轮扳手，棘轮扳手和锁定块分别位于连接柱两侧；轴上安装棘轮，棘轮位于连接柱和棘轮扳手之间，连接柱上活动安装棘齿，棘齿与棘轮啮合，连接柱上安装弹簧片，弹簧片与棘齿接触使棘齿压紧棘轮；锁定槽下端的下槽口的宽度大于锁定块的宽度且小于锁定块的长度，锁定槽的宽度大于锁定块的长度；压杆与棘轮扳手配合；轴上安装扭簧，扭簧的一端与棘轮扳手连接，另一端与连接柱连接。

为了进一步实现本发明的目的，还可以采用以下技术方案：所述连接柱上安装限位块，限位块与棘轮扳手配合为棘轮扳手限位。所述连接柱上安装防护罩，棘轮、扭簧、限位块、棘齿、棘轮扳手和弹簧片均位于防护罩内，防护罩上部开设透槽，棘轮扳手经透槽伸出防护罩外，透槽足够棘轮扳手在其内摆动。所述连接件由滑套和滑杆连接构成，滑杆与直流接地故障测试仪主机的顶部连接，滑杆上活动安装滑套，滑套与连接柱的下端部铰接。所述滑板上安装固定座，滑板的顶部设有滑块，固定座的底部设有燕尾槽，燕尾槽与滑块滑动配合；固定座的两侧各设有一块连接板。

本发明的优点在于：它装有特制的锁定机构，锁定机构将所述监测仪与机柜固定连接。拆卸时，维修人员无须使用工具，仅需用手将所述监测仪向上抬起，便可使锁定机构解锁，解锁后即可将所述监测仪取下。将所述监测仪再次上抬便可将锁定机构上锁，使监测仪与机柜重新连接固定，操作简便快捷。另外，它还可实现双频检测，通过电流幅值比较法，可避免分布电容的影响，不再误报接地支路，并且不再重复巡检无故障支路，大大降低了查找故障支路的时间。

附图说明

图1是本发明所述高速检测直流接地故障的绝缘监测仪的结构示意图；图2是直流接地故障测试仪主机的后视结构示意图；图3是图1的Ⅰ局部放大结构示意图；图4是沿图3A-A线的剖视放大结构示意图；图5是沿图3B-B线的剖视结构示意图；图6是存在分布电容及接地电阻时系统简图；图7是电阻RG与K值变化规律图，其中横坐标是电阻RG值，纵坐标是K值；图8是双频检测的直流系统绝缘监测仪检测流程图；图9是现有直流系统绝缘监测仪的工作原理图；图10是直流系统简图；图11是现有直流系统绝缘监测仪排查直流接地故障点的流程图，图中最右侧方框所代表的操作步骤是：当绝缘监测仪报出支路1故障时，检修人员拉开该支路1的负载1，监测仪重新对各个支路进行巡检，如果接地故障消除，表明接地故障发生在负载1上，如果故障不消除，恢复负载1，解开负载2，再次对各个支路进行巡检，直到找到故障点并维修完毕后结束。

附图标记：1显示器 2功能键　3光标移动键　4清屏键　5确认键　6数字键　7直流接地故障测试仪主机　8滑板 9固定座 10滑块 11燕尾槽　12滑套　13锁定套 14连接柱 15压杆 16锁定槽 17锁定块 18棘轮 19轴 20扭簧 21下槽口 22棘轮扳手 23棘齿 24弹簧片　25限位块　26连接板　27挂杆　28挂钩　29挂件　30滑杆　31主机/分机接口　32故障报警输出　33绝缘监测输入　34启动开关　35 CT接口　36通讯接口　37工作电源接口　38保险　39防护罩　40透槽。

具体实施方式

本发明所述的高速检测直流接地故障的绝缘监测仪，包括直流接地故障测试仪主机7、直流接地故障测试仪主机7的前面板上设有显示器1、功能键2、光标移动键3、清屏键4、确认键5和数字键6；直流接地故障测试仪主机7的后面板上有主机/分机接口31、故障报警输出32、绝缘监测输入33、启动开关34、 CT接口35、通讯接口36、工作电源接口37和保险38；直流接地故障测试仪主机7的顶部安装挂钩28和连接柱14，连接柱14通过连接件与直流接地故障测试仪主机7连接；挂钩28与挂杆27活动连接，挂杆27通过挂件29与滑板8连接固定；滑板8上安装锁定套13和压杆15，锁定套13和压杆15可与滑板8制成一体。如图3和图5所示，锁定套13上竖向开设锁定槽16，锁定槽16的下端是下槽口21。连接柱14上水平安装轴19，轴19可相对连接柱14旋转，轴19的一端安装锁定块17，锁定块17与锁定槽16配合，轴19的另一端安装棘轮扳手22，棘轮扳手22和锁定块17分别位于连接柱14两侧。棘轮扳手22往复摆动，可通过轴19带动锁定块17朝一个方向旋转，锁定块17每次转动角度为90度，从而，可实现锁定块17在竖向和横向两状态下循环切换。轴19上安装棘轮18，棘轮18位于连接柱14和棘轮扳手22之间，连接柱14上活动安装棘齿23，棘齿23可相对连接柱14摆动，棘齿23与棘轮18啮合。连接柱14上安装弹簧片24，弹簧片24与棘齿23接触使棘齿23压紧棘轮18。下槽口21的宽度大于锁定块17的宽度且小于锁定块17的长度，锁定槽16的宽度大于锁定块17的长度，以确保锁定块17竖直状态下可进出下槽口21，锁定块17横向状态下与下槽口21配合锁定。压杆15与棘轮扳手22配合。轴19上安装扭簧20，扭簧20的一端与棘轮扳手22连接，另一端与连接柱14连接。锁定套13、锁定块17、轴19、棘轮扳手22、棘轮18、压杆15和棘齿23连接构成锁定机构。如图1所示，显示器1可采用大屏幕液晶全中文显示，配有背光。按面板上除“清屏”键外的任意键，背光将自动开启两分钟内无键盘操作，背光自动关闭。四个功能键2在不同的菜单下，具有不同的功能，在显示器右侧对应的位置有提示。光标移动键3是光标上、下、左、右移动键清屏键4可在任意状态下，按清屏键可以初始化液晶显示器。确认键5可在设定参数完成后按“确认”键保存所设定的参数。数字键6包括10位数字和一位小数点。如图2所示，主机/分机接口31可以是DB9型插针式母座。作为主机时，该接口是与分机联结的RS485通讯接口；作为分机时，该接口是与第二段主机联结的RS485通讯接口。故障报警输出32可以是ME020-508-06P 型插座。作为主机时该接口才有效，为故障报警的空接点输出。绝缘监测输入33是MC020-508-10P型插座。直流系统母线监测采样输入接口。启动开关34为工作电源开关。 CT接口35是ME010-508-05P 型插座。CT接口有四个插座，每个插座内对应有独立的光电隔离电路，可接CT采集模块，四个插座功能相同可互换。通讯接口36是DR9型插针式公座。作为主机使用时用于与上位机集中监控器通讯，RS232接口；作为分机使用时用于与第一段主机通讯，RS485接口。工作电源接口37是ME010-508-02P型插座。工作电源一般取直流母线，上面接正极，下面接负极。保险38是工作电源回路保护熔断器。所述的直流接地故障测试仪主机7可与现有的直流接地故障测试仪电路和工作原理相同。

安装时，可将滑板8与安装所述高速检测直流接地故障的绝缘监测仪的机柜直接连接。

由滑板8上摘取直流接地故障测试仪主机7的步骤如下：

①如图5所示，起初锁定块17处于横向状态，由于锁定块17的长度大于下槽口21的宽度，因此，锁定块17无法由下槽口21向下移出锁定槽16外，此时锁定机构为锁紧状态，确保直流接地故障测试仪主机7牢固悬挂于滑板8底部。

②将直流接地故障测试仪主机7相对滑板8水平上移。一方面，使挂钩28与挂杆27脱离，另一方面，直流接地故障测试仪主机7带动棘轮扳手22相对压杆15上移的过程中，压杆15压动棘轮扳手22转动90度；棘轮扳手22通过轴19带动锁定块17转动90度呈竖直状态，棘齿23和棘轮18配合将锁定块17转动后的状态锁定。之后将直流接地故障测试仪主机7水平下移，由于锁定块17为竖直状态，锁定块17可由锁定槽16内脱出，使锁定机构为解锁状态。如图1所示，锁定块17由锁定槽16内脱出时，应将直流接地故障测试仪主机7的左端应相对右端向下倾斜，方可将锁定块17由锁定槽16内取出，此时，直流接地故障测试仪主机7的左端与滑板8分离。再将挂钩28由挂杆27上摘下，便可将直流接地故障测试仪主机7由滑板8上取下。直流接地故障测试仪主机7下移运程中，棘轮扳手22与压杆15分离后，棘轮扳手22在扭簧20的作用下反转复位，棘轮扳手22反转复位时不会带动轴19转动。

③将直流接地故障测试仪主机7重新挂装于滑板8的过程，与上述摘下的过程正好相反。当锁定块17插入锁定槽16后，压杆15会再次按压棘轮扳手22，棘轮扳手22通过轴19带动锁定块17转动90度，使锁定块17再次呈横向状态，棘齿23与棘轮18配合锁定锁定块17的位置。

如图3所示，所述连接柱14上安装限位块25，限位块25与棘轮扳手22配合为棘轮扳手22限位。确保棘轮扳手22每次复位后都位于压杆15下方，便于两者下一次配合。

为防止棘轮18、扭簧20、限位块25、棘齿23、棘轮扳手22和弹簧片24外露，受外界污染或损坏，如图3所示，所述连接柱14上安装防护罩39，棘轮18、扭簧20、限位块25、棘齿23、棘轮扳手22和弹簧片24均位于防护罩39内，防护罩39上部开设透槽40，棘轮扳手22经透槽40伸出防护罩39外，透槽40足够棘轮扳手22在其内摆动。

如图1所示，所述连接件由滑套12和滑杆30连接构成，滑杆30与直流接地故障测试仪主机7的顶部连接，滑杆30上活动安装滑套12，滑套12与连接柱14的下端部铰接。如图1所示，摘取直流接地故障测试仪主机7时，可仅将直流接地故障测试仪主机7的左端向上抬起，而无须将直流接地故障测试仪主机7整体水平上移，连接柱14一方面可相对直流接地故障测试仪主机7转动，另一方面，连接柱14和滑杆30可相对滑套12滑动，以确保连接柱14只能相对锁定套13竖向直线移动，简化锁定机构的解锁过程。

为进一步方便将直流接地故障测试仪主机7由滑板8上取下，如图1所示，所述滑板8上安装固定座9，滑板8通过固定座9与安装所述高速检测直流接地故障的绝缘监测仪的机柜连接。滑板8的顶部设有滑块10，固定座9的底部设有燕尾槽11，燕尾槽11与滑块10滑动配合。摘取直流接地故障测试仪主机7前，可先将滑板8由机柜内抽出，从而增大可操作的空间。滑板8与固定座9的配合，也是为了防止锁定机构失效无法解锁后，能够对方便锁定机构进行修复，以便确保将直流接地故障测试仪主机7由滑板8上取下。如图1所示，固定座9的两侧各设有一块连接板26，连接板26上设有孔，方便将固定座9与安装所述高速检测直流接地故障的绝缘监测仪的机柜连接。

现有的直流系统绝缘监测仪在长期使用过程中，除上述与其他设备连线和拆装检修不便外，还存在的以下问题：

1、检测受分布电容影响

　　现有直流系统绝缘监测仪的主机中配有超低频信号源，该信号源将超低频信号由母线接口注入直流系统。CT安装在母线的每个支路上。工作原理如图9所示，直流系统绝缘监测仪通过超低频信号源，在直流母线上注入超低频信号，通常信号频率是8Hz和4Hz两种，但出现接地时，低频信号从接地支路流出经大地，与信号源形成回路，根据漏电流的大小判断是否接地。

当支路2存在分布电容时，支路1发生接地故障时，则支路1上有i1信号电流，支路2也有i2信号电流通过。我们通过现场模拟实验，比较RG为20kΩ接地阻值与不同电容容量及频率时的容抗值（kΩ），如下表所示。可以看出，表中的容抗与20kΩ阻值相差甚远，i2的电流比i1电流大数倍以上，也就是说阻性电流值比容性电流值小很多，CT二次侧感应电流送给计算机是容性电流，主机判断是支路2接地，出现误判断。 

上述说明，当分布电容值较大时，检测灵敏度和分辨率将会降低，产生错误判断，使检修人员分不清哪条支路接地。遇到这种情况，检修人员只有拉开显示编号的这条支路，让装置再次对各个支路巡检方能确认真正接地支路，造成支路巡检时间变长。

2、重复巡检无故障支路

为了能够准确找出排查故障点时间长的原因，便需要详细了解排查直流接地故障点的流程。参照图10和图11，可得知现有的检测流程较为复杂繁琐。由于以上问题的存在导致查找接地支路时间变长，给电力系统的安全稳定运行带来了极大的危害。

现有一个频率信号检测存在的上述问题，可采用双频检测来解决，即超低频信号发生器发射两个不同的频率进行检测。

1、正常工作时，超低频信号发生器向直流系统注入2Hz的频率，当某支路有接地故障存在时，再向该支路注入4Hz的频率，通过所测得的两个电流的幅值大小来判断。

设信号源电压有效值为U，频率分别为f1和f 2。设某支路对地电容为C，如图6所示。

当频率为f1时流过支路的电流为

在信号源电压有效值不变的情况下，信号频率增加1倍（f 2）则支路电流为

用电流幅值比较法，由上式求出两种频率下电流有效值之比为

当f1 = 2Hz，C = 5uF，10uF，15uF，20uF时，利用MATLAB，我们给出了电阻RG与K值变化规律，如图7所示。RG值小则K值小，RG值接近0，K值接近1，即支路电流主要是电阻电流，不随电源频率变化而变化。RG→∞时，K≈2，支路不存在接地现象，主要存在容性电流。

当注入频率为2Hz，由K值公式可知，C=4uF，RG =20kΩ是绝缘监测仪的检测临界值显示器1，此时，K=1.58。绝缘监测仪检测出支路发生接地故障，此时向该支路注入4Hz的频率，且K

1.58时，才报出接地支路号，避免了受分布电容的影响。该装置不需要对各个传感器进行改造，大大降低了改造费用，极大地缩短了直流接地故障的消除时间，减轻了直流接地故障对电网设备的危害。

2、对现有直流系统绝缘监测仪的主机巡检程序进行优化，优化后的流程图如图所示。正常工作时，电源在开机位置，a绝缘监测仪通过内部电路向直流系统注入2Hz的频率，对各个支路进行巡检，b当支路电阻低于接地门限（20kΩ）时，c显示屏显示出接地支路号，检测出有接地故障发生，d如果故障消除，a绝缘监测仪进行下一次正常巡检；d故障没消除，e绝缘监测仪直接向该支路注入4Hz的频率进行检测，通过内部计算电路算出K值；f通过内部逻辑电路，判断K是否小于警戒值值（1.58），如果小于该值，c通过与后台的连接，发出声光报警，通过内部时钟芯片记录下发生故障的时间；等待检修人员到达现场处理。大于该值，则说明接地消失；a进行下一次巡检。

该装置缩短了绝缘监测仪的巡检时间，极大地提高了绝缘检测仪的工作效率，给继电保护人员提供了及时、有效、值得信赖的数据。

本发明未详尽描述的部分均为公知技术。

Claims (5)

1.高速检测直流接地故障的绝缘监测仪，包括直流接地故障测试仪主机（7），直流接地故障测试仪主机（7）的前面板上设有显示器（1）、功能键（2）、光标移动键（3）、清屏键（4）、确认键（5）和数字键（6）；直流接地故障测试仪主机（7）的后面板上有主机/分机接口（31）、故障报警输出（32）、绝缘监测输入（33）、启动开关（34）、 CT接口（35）、通讯接口（36）、工作电源接口（37）和保险（38），其特征在于：直流接地故障测试仪主机（7）的顶部安装挂钩（28）和连接柱（14），连接柱（14）通过连接件与直流接地故障测试仪主机（7）连接；挂钩（28）与挂杆（27）活动连接，挂杆（27）通过挂件（29）与滑板（8）连接固定；滑板（8）上安装锁定套（13）和压杆（15），锁定套（13）上竖向开设锁定槽（16）；连接柱（14）上水平安装轴（19），轴（19）的一端安装锁定块（17），锁定块（17）与锁定槽（16）配合，轴（19）的另一端安装棘轮扳手（22），棘轮扳手（22）和锁定块（17）分别位于连接柱（14）两侧；轴（19）上安装棘轮（18），棘轮（18）位于连接柱（14）和棘轮扳手（22）之间，连接柱（14）上活动安装棘齿（23），棘齿（23）与棘轮（18）啮合，连接柱（14）上安装弹簧片（24），弹簧片（24）与棘齿（23）接触使棘齿（23）压紧棘轮（18）；锁定槽（16）下端的下槽口（21）的宽度大于锁定块（17）的宽度且小于锁定块（17）的长度，锁定槽（16）的宽度大于锁定块（17）的长度；压杆（15）与棘轮扳手（22）配合；轴（19）上安装扭簧（20），扭簧（20）的一端与棘轮扳手（22）连接，另一端与连接柱（14）连接。

2.根据权利要求1所述的高速检测直流接地故障的绝缘监测仪，其特征在于：所述连接柱（14）上安装限位块（25），限位块（25）与棘轮扳手（22）配合为棘轮扳手（22）限位。

3.根据权利要求2所述的高速检测直流接地故障的绝缘监测仪，其特征在于：所述连接柱（14）上安装防护罩（39），棘轮（18）、扭簧（20）、限位块（25）、棘齿（23）、棘轮扳手（22）和弹簧片（24）均位于防护罩（39）内，防护罩（39）上部开设透槽（40），棘轮扳手（22）经透槽（40）伸出防护罩（39）外，透槽（40）足够棘轮扳手（22）在其内摆动。

4.根据权利要求1所述的高速检测直流接地故障的绝缘监测仪，其特征在于：所述连接件由滑套（12）和滑杆（30）连接构成，滑杆（30）与直流接地故障测试仪主机（7）的顶部连接，滑杆（30）上活动安装滑套（12），滑套（12）与连接柱（14）的下端部铰接。

5.根据权利要求1所述的高速检测直流接地故障的绝缘监测仪，其特征在于：所述滑板（8）上安装固定座（9），滑板（8）的顶部设有滑块（10），固定座（9）的底部设有燕尾槽（11），燕尾槽（11）与滑块（10）滑动配合；固定座（9）的两侧各设有一块连接板（26）。

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