CN103558506A - 非注入式直流系统接地故障查找方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了非注入式直流系统接地故障查找方法及其装置，方法包括：根据直流系统的正负极对地电压的大小将可变电阻接在系统的相应位置，然后对可变电阻进行调节，从而产生系统所需的接地信号电流；采用钳形电流互感器测量直流负荷馈线中的正负极电流差值，并根据测量的结果判断直流负荷馈线是否存在接地故障；根据直流负荷馈线中的正负极电流差值是否产生突变来查找接地故障点的位置，从而对直流系统的接地故障进行定位。本发明的方法能够快速而准确查找到直流系统中各种接地故障的具体故障点，可大大减少直流电源系统接地故障的运行时间，降低直流电源系统接地故障的查找难度和减少维护人员的工作量。本发明可广泛应用于电力检测技术领域。
Description
技术领域
本发明属于电力检测技术领域，尤其是涉及非注入式直流系统接地故障查找方法及其装置。
背景技术
由蓄电池和充电管理设备供电的直流系统，广泛应用于电力，通信、铁路、化工等行业。为提高供电可靠性，直流系统设置为不接地系统，即允许一点接地故障短时间运行。而为避免两点接地引起保护误动，按有关规定要求，当出现一点接地故障时，须在24小时内处理完，即排除接地故障点，使直流系统恢复正常。因此，直流接地故障查找是直流系统运行维护人员的一项日常工作。
但是，目前的接地故障查找一般需要由经验丰富的维护人员来完成，查找速度慢，工作量大且无法准确查找到接地故障的具体故障点。尤其是若接地故障发生在查找环境差、风险高的雷雨季节，会大大加剧故障查找的难度。因此业内亟需一种能快速而准确地查找出具体故障点、工作量小和查找难度低的接地故障查找方法及其装置。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的一个目的是：提供一种能快速而准确地查找出具体故障点、工作量小和查找难度低的非注入式直流系统接地故障。
本发明的另一目的是提供一种能快速而准确地查找出具体故障点、工作量小和查找难度低的非注入式直流系统接地故障查找装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种非注入式直流系统接地故障查找方法，包括：
A、根据直流系统的正负极对地电压的大小将可变电阻接在系统的相应位置，然后对可变电阻进行调节，从而产生系统所需的接地信号电流；
B、采用钳形电流互感器测量直流负荷馈线中的正负极电流差值，并根据测量的结果判断直流负荷馈线是否存在接地故障；
C、根据直流负荷馈线中的正负极电流差值是否产生突变来查找接地故障点的位置，从而对直流系统的接地故障进行定位。
进一步，所述步骤A，其包括：
A1、判断直流系统的正极对地电压是否小于或等于负极对地电压，若是，则将可变电阻接在变电站大地与直流系统的负极之间，反之，则将可变电阻接于变电站大地与直流系统的正极之间；
A2、对可变电阻进行调节，从而使流经接地故障点的信号电流为1Hz以内的正弦波电流；
A3、再次对可变电阻进行调节，从而使直流系统的正负极对地电压变化幅值不大于直流系统母线电压的10%。
进一步，所述步骤B，其具体为：
采用钳形电流互感器测量直流负荷馈线中的正负极电流差值，并根据正负极差值电流的频率、相位和幅值判断直流负荷馈线是否存在接地故障。
本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是：非注入式直流系统接地故障查找装置，包括接地信号产生与控制单元、接地信号检测处理单元、正极连接线夹、负极连接线夹、大地连接线夹和设置在直流系统负荷馈线上的接地信号感应单元，所述接地信号产生与控制单元通过正极连接线夹与直流系统的正母线连接，所述接地信号产生与控制单元通过负极连接线夹与直流系统的负母线连接，所述接地信号产生与控制单元通过大地连接线夹与直流系统的接地端连接；所述接地信号感应单元与接地信号检测处理单元连接。
进一步，所述接地信号产生与控制单元包括主控单元、可变电阻、正极控制开关、负极控制开关、正极接线端子、大地接线端子和负极接线端子，所述主控单元分别连接有对地电压测量单元、母线电压测量单元和可变电阻控制单元，所述可变电阻控制单元与可变电阻连接，所述可变电阻控制单元还连接有显示单元；所述正极接线端子的一端与正极连接线夹连接，所述正极接线端子的另一端与正极控制开关的一端连接；所述负极接线端子的一端与负极连接线夹连接，所述负极接线端子的另一端与负极控制开关的一端连接；所述大地接线端子的一端与大地连接线夹连接，所述大地接线端子的另一端与可变电阻的一端连接；所述可变电阻的另一端与正极控制开关的另一端连接，所述可变电阻的另一端还与负极控制开关的另一端连接。
进一步，所述接地信号检测处理单元包括与接地信号感应单元连接的接地信号输入接口，所述输入接口依次连接有放大电路、微控器和显示单元。
进一步，所述接地信号感应单元为高灵敏度钳形电流互感器。
本发明的方法的有益效果是：根据测量直流负荷馈线中的正负极电流差值来判断和定位故障点，能够快速而准确查找到直流系统中各种接地故障的具体故障点，可大大减少直流电源系统接地故障的运行时间，降低直流电源系统接地故障的查找难度和减少维护人员的工作量，对预防直流电源系统接地故障所引起的保护误动和提高电力系统安全运行水平，具有显著作用。
本发明的系统的有益效果是：包括接地信号产生与控制单元、接地信号检测处理单元和设置在直流系统负荷馈线上的接地信号感应单元，能够快速、准确查找直流电源系统中各种接地故障的具体故障点，可大大减少直流电源系统接地故障的运行时间，降低直流电源系统接地故障的查找难度和减少维护人员的工作量，对预防直流电源系统接地故障所引起的保护误动和提高电力系统安全运行水平，具有显著作用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明一种非注入式直流系统接地故障查找方法的步骤流程图；
图2为本发明步骤A的流程图；
图3为本发明非注入式直流系统接地故障查找装置的原理框图；
图4为本发明的正负极绝缘电阻测量电路原理图；
图5为本发明的电压测量电路原理图；
图6为本发明产生接地信号电流的电路原理图。
具体实施方式
参照图1，一种非注入式直流系统接地故障查找方法，包括：
A、根据直流系统的正负极对地电压的大小将可变电阻接在系统的相应位置，然后对可变电阻进行调节，从而产生系统所需的接地信号电流；
B、采用钳形电流互感器测量直流负荷馈线中的正负极电流差值，并根据测量的结果判断直流负荷馈线是否存在接地故障；
C、根据直流负荷馈线中的正负极电流差值是否产生突变来查找接地故障点的位置，从而对直流系统的接地故障进行定位。
其中，系统的相应位置是指，变电站大地与直流系统的负极之间或变电站大地与直流系统的正极之间。
根据直流负荷馈线中的正负极电流差值是否产生突变来查找接地故障点的位置，其具体为：
当测量的直流馈线中的正负极电流差值产生突变时，表明直流馈线在该产生突变的测量点与上一次没有产生突变的测量点之间，此时则沿着该负载馈线继续查找下一产生突变的测量点，直至没有新产生突变的测量点为止，最终可得到接地故障点的位置（接地故障点位于最后一个产生突变的测量点与上一次没有产生突变的测量点之间）。
参照图2，进一步作为优选的实施方式，所述步骤A，其包括：
A1、判断直流系统的正极对地电压是否小于或等于负极对地电压，若是，则将可变电阻接在变电站大地与直流系统的负极之间，反之，则将可变电阻接于变电站大地与直流系统的正极之间；
A2、对可变电阻进行调节，从而使流经接地故障点的信号电流为1Hz以内的正弦波电流；
A3、再次对可变电阻进行调节，从而使直流系统的正负极对地电压变化幅值不大于直流系统母线电压的10%。
进一步作为优选的实施方式，所述步骤B，其具体为：
采用钳形电流互感器测量直流负荷馈线中的正负极电流差值，并根据正负极差值电流的频率、相位和幅值判断直流负荷馈线是否存在接地故障。
其中，正负极差值电流能反映直流负荷馈线中的正极电流与负极电流的差异。
参照图3，非注入式直流系统接地故障查找装置，包括接地信号产生与控制单元1、接地信号检测处理单元2、正极连接线夹4、负极连接线夹5、大地连接线夹6和设置在直流系统负荷馈线上的接地信号感应单元3，所述接地信号产生与控制单元1通过正极连接线夹4与直流系统的正母线连接，所述接地信号产生与控制单元1通过负极连接线夹5与直流系统的负母线连接，所述接地信号产生与控制单元1通过大地连接线夹6与直流系统的接地端连接；所述接地信号感应单元3与接地信号检测处理单元2连接。
参照图3，进一步作为优选的实施方式，所述接地信号产生与控制单元1包括主控单元、可变电阻RW、正极控制开关K1、负极控制开关K2、正极接线端子109、大地接线端子111和负极接线端子110，所述主控单元分别连接有对地电压测量单元、母线电压测量单元和可变电阻控制单元，所述可变电阻控制单元与可变电阻RW连接，所述可变电阻控制单元还连接有显示单元；所述正极接线端子1O9的一端与正极连接线夹4连接，所述正极接线端子109的另一端与正极控制开关K1的一端连接；所述负极接线端子110的一端与负极连接线夹5连接，所述负极接线端子110的另一端与负极控制开关K2的一端连接；所述大地接线端子111的一端与大地连接线夹6连接，所述大地接线端子111的另一端与可变电阻RW的一端连接；所述可变电阻RW的另一端与正极控制开关K1的另一端连接，所述可变电阻RW的另一端还与负极控制开关K2的另一端连接。
其中，可变支路（可变电阻所在的支路）、正极控制支路（由正极接线端子与正极控制开关构成的支路）和负极控制支路（由负极接线端子与负极控制开关构成的支路）为并联关系。
参照图3，进一步作为优选的实施方式，所述接地信号检测处理单元2包括与接地信号感应单元连接的接地信号输入接口204，所述输入接口204依次连接有放大电路、微控器和显示单元。
进一步作为优选的实施方式，所述接地信号感应单元2为高灵敏度钳形电流互感器。
本发明采用了高灵敏度钳形电流互感器，可感应10微安且频率低于1Hz的接地电流信号，能满足各种直流接地故障的查找要求。
下面结合具体的实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
本实施例为测量直流系统绝缘电阻的实施例。
参照图4，接地信号产生与控制单元，通过切换开关K1和K2来测量直流系统的对地电压，进而根据测量的对地电压计算出直流系统正负极的绝缘电阻R+、R-。
参照图5。接地信号产生与控制单元通过电阻分压，将直流系统母线电压及对地电压变换为0~5V低压，分别输入到母线电压测量单元及对地电压测量单元。对地电压的测量值用于计算正负极绝缘电阻。母线电压的测量值用于判断直流系统的母线电压是否符合运行要求。
根据正负极绝缘电阻值的大小，可以判断直流系统是否发生了接地故障，并判断接地故障是正极接地故障、负极接地故障或正负极同时接地故障。
实施例2
本实施例为测量直流系统对地电压中的工频交流电压的实施例。
参照图5，接地信号产生与控制单元通过电容隔直与电阻分压，对直流系统母线对地电压中的工频交流电压进行取样，并输入到母线对地交流电压测量单元。
根据对地直流系统对地电压中的工频交流电压值大小，可判断直流系统是否发生了交流窜入直流系统接地故障。
实施例3
本实施例为产生接地信号电流的实施例。
参照图6，接地信号产生与控制单元，通过可变电阻控制单元，对可变电阻RW进行控制，从而使直流系统对地电压V+、V-以正弦波方式发生变化。
直流系统对地电压V+、V-以正弦波方式变化过程中，将在正负极接地电阻R+、R-产生正弦波接地信号电流IR+、IR-，也将在正负极对地电容C+、C-产生正弦波接地信号电流IC+、IC-。
其中，接地电阻中正弦波接地信号电流的相位与对地电容中正弦波接地信号电流相差90°。本发明利用这一特征，来区分直流系统馈线支路中的接地信号电流是电阻性电流还是电容性电流，从而避免将存在较大电容性接地电流的支路误判为接地故障支路，更加准确和科学。
实施例4
本实施例为判断接地故障的具体故障点实施例。
参照图3，若在图中“A”点检测不到接地信号电流，则表明该负荷馈线没有接地故障；若在图中“B”点检测到有接地信号电流，表明该负荷馈线有接地故障，则沿该负荷馈线继续查找接地故障，若查找到图中“C”点时，接地信号电流消失，则说明该负荷馈线接地故障地点在图中“B”点与“C”点之间，进一步缩短有接地信号与没有接地信号测试点之间的距离，最终可查找到接地故障的具体位置。
与现有的技术相比，本发明非注入式直流系统接地故障查找方法及其装置，能有效地查找电缆、元件、蓄电池及交流窜入直流系统引起的各种接地故障，且能快速而准确地查找出接地故障的具体故障点，可减轻维护人员的劳动强度和提高系统的稳定性。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (7)
1.非注入式直流系统接地故障查找方法，其特征在于，包括：
A、根据直流系统的正负极对地电压的大小将可变电阻接在系统的相应位置，然后对可变电阻进行调节，从而产生系统所需的接地信号电流；
B、采用钳形电流互感器测量直流负荷馈线中的正负极电流差值，并根据测量的结果判断直流负荷馈线是否存在接地故障；
C、根据直流负荷馈线中的正负极电流差值是否产生突变来查找接地故障点的位置，从而对直流系统的接地故障进行定位。
2.根据权利要求1所述的非注入式直流系统接地故障查找方法，其特征在于，所述步骤A，其包括：
A1、判断直流系统的正极对地电压是否小于或等于负极对地电压，若是，则将可变电阻接在变电站大地与直流系统的负极之间，反之，则将可变电阻接于变电站大地与直流系统的正极之间；
A2、对可变电阻进行调节，从而使流经接地故障点的信号电流为1Hz以内的正弦波电流；
A3、再次对可变电阻进行调节，从而使直流系统的正负极对地电压变化幅值不大于直流系统母线电压的10%。
3.根据权利要求1所述的非注入式直流系统接地故障查找方法，其特征在于，所述步骤B，其具体为：
采用钳形电流互感器测量直流负荷馈线中的正负极电流差值，并根据正负极差值电流的频率、相位和幅值判断直流负荷馈线是否存在接地故障。
4.非注入式直流系统接地故障查找装置，其特征在于，包括接地信号产生与控制单元（1）、接地信号检测处理单元（2）、正极连接线夹（4）、负极连接线夹（5）、大地连接线夹（6）和设置在直流系统负荷馈线上的接地信号感应单元（3），所述接地信号产生与控制单元（1）通过正极连接线夹（4）与直流系统的正母线连接，所述接地信号产生与控制单元（1）通过负极连接线夹（5）与直流系统的负母线连接，所述接地信号产生与控制单元（1）通过大地连接线夹（6）与直流系统的接地端连接；所述接地信号感应单元（3）与接地信号检测处理单元（2）连接。
5.根据权利要求4所述的非注入式直流系统接地故障查找装置，其特征在于，所述接地信号产生与控制单元（1）包括主控单元、可变电阻（RW）、正极控制开关（K1）、负极控制开关（K2）、正极接线端子（109）、大地接线端子（111）和负极接线端子（110），所述主控单元分别连接有对地电压测量单元、母线电压测量单元和可变电阻控制单元，所述可变电阻控制单元与可变电阻（RW）连接，所述可变电阻控制单元还连接有显示单元；所述正极接线端子（1O9）的一端与正极连接线夹（4）连接，所述正极接线端子（109）的另一端与正极控制开关（K1）的一端连接；所述负极接线端子（110）的一端与负极连接线夹（5）连接，所述负极接线端子（110）的另一端与负极控制开关（K2）的一端连接；所述大地接线端子（111）的一端与大地连接线夹（6）连接，所述大地接线端子（111）的另一端与可变电阻（RW）的一端连接；所述可变电阻（RW）的另一端与正极控制开关（K1）的另一端连接，所述可变电阻（RW）的另一端还与负极控制开关（K2）的另一端连接。
6.根据权利要求4所述的非注入式直流系统接地故障查找装置，其特征在于，所述接地信号检测处理单元（2）包括与接地信号感应单元连接的接地信号输入接口（204），所述输入接口（204）依次连接有放大电路、微控器和显示单元。
7.根据权利要求4-6任一项所述的非注入式直流系统接地故障查找装置，其特征在于，所述接地信号感应单元（2）为高灵敏度钳形电流互感器。
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