CN105137363B - 一种用于变电站直流电源系统的在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于变电站直流电源系统在线监测装置，涉及变电站的继电保护及自动装置、远动通讯装置供电的直流电源系统及其保护，具体是一种具备接地故障自动巡检功能的在线监测装置，包括巡检控制模块，与所述巡检控制模块输出端连接的直流母线检测模块、直流支路检测模块和选线校核模块；根据故障前、后电流电压的状态量和接地电阻的计算量，以及三者的电气联系，进行故障特征辨识，采用基于逻辑事件驱动的自动巡检模式，将选线校核功能集成到具备接地巡检选线校核机制的变电站直流电源系统中，通过逻辑判断调用不平衡电桥模式来辨识零漂和故障支路，快速识别直流接地巡检装置的误选或漏选。

Description

一种用于变电站直流电源系统的在线监测装置

技术领域

本发明涉及为变电站的继电保护及自动装置、远动通讯装置供电的直流电源系统及其保护，具体涉及一种用于变电站直流电源系统的在线监测装置，特别是一种具备接地故障自动巡检功能的在线监测装置。

背景技术

直流电源系统是变电站内三大隐蔽工程之一，直流电源作为电力系统的重要组成部分，为一些重要常规负荷、继电保护及自动装置、远动通讯装置提供不间断供电电源，并提供事故照明电源。直流电源系统发生一点接地，不会产生短路电流，系统可以继续运行。但是，必须及时查找接地点并尽快消除接地故障，否则当发生另一点接地时，就有可能引起信号装置、继电保护及自动装置、断路器的误动作或拒绝动作，有可能造成直流电源短路，引起熔断器熔断，或快分电源开关断开，使设备失去操作电源，引发电力系统严重故障乃至事故。因此，不允许直流电源系统在一点接地情况下长时间运行，必须对直流电源系统进行在线监测，实现快速故障诊断和状态评估，迅速查找并排除接地故障，杜绝因直流电源系统接地而引起的电力系统故障。对直流电源系统进行在线监测的故障支路选线方法，主要分为交流法和直流电桥法。交流法也称为低频信号注入法，交流法利用交流信号和互感器测量的交流电流信号计算支路绝缘电阻值，不能定位正极或负极接地；此外，低频信号注入法会因系统分布电容过大而误选，且环网方式时会造成支路存在谐波环流，目前主要用于便携式接地电阻测试仪。中国发明专利“高抗干扰能力的直流电源系统接地故障检测方法”(发明专利号：ZL201310063104.2授权公告号：CN103091606B)公开了一种采用交流信号注入法监测直流电源系统的接地故障的检测方法，包括以下步骤：步骤一、每隔一段时间,在直流电源系统母线和大地之间注入频率低于工频的低频交流电流信号，步骤二、在确定的故障支路上测量获得电流信号，利用谐波提取单元，并采用加窗插值法获得电流信号中的各个频率分量的信号，步骤三、比对步骤一注入的低频交流电流信号和步骤二获取的电流信号中的各个频率分量的信号，确定注入的低频交流信号对应频率分量信号消失的地方，该处即为故障点。

直流电桥法不受分布电容影响，检测灵敏度较高，被微机绝缘检测仪广泛采用。中国发明专利申请“一种直流电源系统绝缘监测方法及其设备”(发明专利申请号：201310063104.2公开号：CN103018614A)公开了一种直流电源系统绝缘监测方法及其设备，用于解决现有技术中存在的直流电源系统的监测中支路巡检的过程耗时大，从而不能及时检测到故障支路的问题。本发明实施例的直流电源系统绝缘监测方法包括:在确定母线发生故障时，确定与发生故障的母线连接的支路的待检测极；其中，与支路的待检测极连接的母线的绝缘电阻值不大于第一阈值；对支路的待检测极进行检测。本发明实施例在母线发生故障时，通过确定与发生故障的母线连接的支路的待检测极，并对该支路的待检测极进行检测以确定故障支路，避免了每次在母线故障时，均需对各支路的正极和负极都进行巡检，从而大大缩短了检测故障支路的时间。

但是，上述技术方案均未涉及变电站直流接地巡检的选线校核，缺乏对多支路绝缘下降信息的校核，无法排除干扰信息，判别时可能发生误选或漏选。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于变电站直流电源系统的在线监测装置，所述的在线监测装置根据故障前、后电流电压的状态量和接地电阻的计算量，以及三者的电气联系，进行故障特征辨识，识别零漂支路和接地支路，在克服接地故障误选、漏选的同时，提高故障支路的查找速度。

为实现上述目的，本发明的方案是：一种用于变电站直流电源系统的在线监测装置，所述的在线监测装置用于对变电站直流电源系统的对地绝缘状态进行巡检监测，所述在线监测装置的电压检测输入端，用于连接变电站直流电源系统的正母线和负母线，所述的在线监测装置的支路漏电流检测输入端，用于连接直流电源系统的每一条直流支路，对各直流支路的漏电流进行采样，所述的直流支路用于连接常规负荷、继电保护及自动装置、远动通讯装置和事故照明装置；

所述的在线监测装置包括巡检控制模块，以及与所述巡检控制模块输出端连接的直流母线检测模块、直流支路检测模块和选线校核模块，所述的巡检控制模块用于控制直流母线检测模块、直流支路检测模块和选线校核模块的运行，所述的直流母线检测模块用于通过投切直流电源系统的直流电桥元件，检测计算正、负直流母线的对地绝缘电阻，对正母线或负母线的接地故障进行在线监测，所述的直流支路检测模块用于检测计算各直流支路的绝缘电阻，并比较各支路的绝缘电阻检测结果，选择确定发生接地故障的故障支路；所述的选线校核模块用于根据故障前后的电压、电流与电阻的关联逻辑进行故障特征辨识，避免故障支路的误选或漏选。

根据本发明所述的用于变电站直流电源系统的在线监测装置，所述的直流电桥元件包括两个平衡桥电阻、两个测试桥电阻，以及两个控制所述测试桥电阻接通状态的继电器切换开关，所述的两个平衡桥电阻分别固定在直流母线两端，所述的测试桥电阻通过继电器切换开关投切到直流母线上。

根据本发明所述的用于变电站直流电源系统的在线监测装置，母线接地电阻检测采用电桥法，大地点电压为零电势，满足公式：

U_n/R_b1+U_p/R_b2+U_n/R_L1+U_p/R_L2+U_n/R_x+U_p/R_y＝0

其中U_p、U_n为正母线和负母线电压；R_b1、R_b2为平衡桥电阻，它们是阻值相同的标准电阻；R_L1、R_L2为测试桥电阻，它们是阻值相同的标准电阻；平衡桥电阻和测试桥电阻数值的选取要考虑母线电阻的功率和漏电传感器的最大检测能力；R_x、R_y为待测接地电阻值。

根据本发明所述的用于变电站直流电源系统的在线监测装置，对母线接地电阻进行测量时通过继电器切换开关的接通和关断，根据测量得到的U_p、U_n计算出直流母线的对地绝缘电阻R_x、R_y，即：两个继电器切换开关各自闭合，分别得到：

U_n1/R_b1+U_p1/R_b2+U_n1/R_L1+U_n1/R_x+U_p1/R_y＝0

U_n2/R_b1+U_p2/R_b2+U_p2/R_L2+U_n2/R_x+U_p2/R_y＝0

从而计算得到R_x、R_y的值。

根据本发明所述的用于变电站直流电源系统的在线监测装置，所述的直流支路检测模块包括平衡电桥检测单元、不平衡电桥检测单元和故障支路判定单元，所述的平衡电桥检测单元采用平衡电桥模式，通过检测计算支路绝缘电阻，查找直流接地故障支路；所述的不平衡电桥检测单元采用不平衡电桥模式，通过投切测试桥电阻改变正负直流母线对地电压和支路总漏电流，检测计算各支路绝缘电阻，查找直流接地故障支路；所述的故障支路判定单元，用于比较各支路的绝缘电阻检测结果，选择确定发生接地故障的故障支路。

根据本发明所述的用于变电站直流电源系统的在线监测装置，所述的平衡电桥模式检测支路接地电阻时，首先判断直流支路总漏电流的方向，定位直流支路正极或负极绝缘降低，然后根据正母线对地电压或负母线对地电压，计算接地电阻值，具体为：

若判断直流支路总漏电电流I₀为负，则直流支路正母线对地电阻值为无穷大，直流支路负母线对地电阻值Rn＝Un/I₀；

若判断直流支路总漏电流I₀为正，则直流支路正母线对地电阻值Rp＝Up/I₀，直流支路负母线对地电阻值为无穷大。

根据本发明所述的用于变电站直流电源系统的在线监测装置，所述的不平衡电桥模式检测支路绝缘电阻时，需要通过投切测试桥电阻改变正母线对地电压、负母线对地电压和支路总漏电流，投入R_L2时，U_p、U_n、I₀分别取值U_p1、U_n1、I₁；投入R_L1时，U_p、U_n、I₀分别取值U_p2、U_n2、I₂，电流流出节点为正方向，R_y和R_x分别为某支路的正母线对地绝缘电阻值和负母线对地绝缘电阻值；从而有：

I₁-U_n1/R_x-U_p1/R_y＝0

I₂-U_n2/R_x-U_p2/R_y＝0

得到：

R_x＝(U_p1U_n2-U_p2U_n1)/(U_p1I₂-U_p2I₁)

R_y＝(U_p2U_n1-U_p1U_n2)/(U_n1I₂-U_n2I₁)

根据本发明所述的用于变电站直流电源系统的在线监测装置，所述选线校核模块的具体工作过程为：

S100：采用不平衡电桥模式检测计算母线接地电阻；

S200：采用平衡电桥模式进行支路接地巡检；

S220：判断漏电电流是否变化，若漏电电流无变化，判定该支路有零漂无故障；

否则，顺序执行步骤S240；

S240：判断漏电电流是否单调变化，若漏电电流不是单调变化，启动不平衡电桥模式；否则，顺序执行步骤S260；

S260：故障后电流减去故障前电流，再计算接地电阻，判断是否满足支路故障判据，若满足支路故障判据，判定该支路为故障支路；否则，启动不平衡电桥模式。

本发明达到的有益效果：本发明的用于变电站直流电源系统的在线监测装置能够根据故障前、后电流电压的状态量和接地电阻的计算量，以及三者的电气联系，进行故障特征辨识，采用自动巡检模式，可以有效兼顾平衡电桥的快速性和不平衡电桥的容错性，提高查找速度和容错水平，实现快速诊断并排除故障，既提高了工程现场的工作效率，又降低了盲目拉路所带来的风险。

本发明只需将选线校核功能集成到具备接地巡检选线校核机制的变电站直流电源系统中，通过逻辑判断动态调用不平衡电桥模式来辨识零漂和故障支路，相对于现有的定时调用不平衡电桥模式的自动巡检模式，可以快速识别直流接地巡检装置的误选或漏选，在不增加硬件成本的前提下提高巡检装置的性能。

附图说明

图1是母线接地电阻的不平衡电桥模式检测原理图；

图2是K1闭合状态的母线绝缘电阻测量电路图；

图3是K2闭合状态的母线绝缘电阻测量电路图；

图4是直流检测法支路检测原理图；

图5是基于平衡电桥模式的单支路接地等效电路图；

图6是基于不平衡电桥模式的单支路接地等效电路图；

图7是基于逻辑事件驱动的自动巡检模式的控制流程图；

图8是多支路接地的等效电路图；

图9是变电站直流电源系统对地绝缘在线监测装置的结构示意图。

具体实施方式

为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进行进一步地详细描述。

本发明所述的在线监测装置用于对变电站直流电源系统的对地绝缘状态进行巡检，如图4所示，所述在线监测装置的电压检测输入端，用于连接变电站直流电源系统的正母线+KM和负母线-KM，所述的在线监测装置的支路漏电流检测输入端，用于连接每一条直流支路，对各直流支路的漏电流进行采样，所述的直流支路用于连接常规负荷、继电保护及自动装置、远动通讯装置和事故照明装置。

所述的变电站直流电源系统的在线监测装置1的结构如图9所示，包括巡检控制模块10，以及与所述巡检控制模块输出端连接的直流母线检测模块11、直流支路检测模块和选线校核模块15，所述的在线监测装置包括巡检控制模块，以及与所述巡检控制模块输出端连接的直流母线检测模块、直流支路检测模块和选线校核模块，所述的巡检控制模块用于控制直流母线检测模块、直流支路检测模块和选线校核模块的运行，所述的直流母线检测模块用于通过投切直流电源系统的直流电桥元件，检测计算正、负直流母线的对地绝缘电阻，对正母线或负母线的接地故障进行在线监测，所述的直流支路检测模块用于检测计算各直流支路的绝缘电阻，并比较各支路的绝缘电阻检测结果，选择确定发生接地故障的故障支路；所述的选线校核模块用于根据故障前后的电压、电流与电阻的关联逻辑进行故障特征辨识，避免故障支路的误选或漏选。

所述的直流支路检测模块包括平衡电桥检测单元12，不平衡电桥检测单元13和故障支路判定单元14。所述的平衡电桥检测单元12采用平衡电桥模式，通过检测计算支路绝缘电阻，查找直流接地故障支路；所述的不平衡电桥检测单元13采用不平衡电桥模式，通过投切测试桥电阻改变正负直流母线对地电压和支路总漏电流，检测计算各支路绝缘电阻，查找直流接地故障支路；所述的故障支路判定单元14，用于比较各支路的绝缘电阻检测结果，选择确定发生接地故障的故障支路。

如图1所示，直流电桥元件包括两个阻值相同的标准电阻构成的平衡桥电阻Rb1、Rb2；两个阻值相同的标准电阻构成的测试桥电阻RL1、RL2；两个控制测试桥电阻接通状态的继电器切换开关K1、K2。

母线接地电阻检测原理采用电桥法，其原理如图1所示。其中U_p、U_n为正母线和负母线电压；R_b1、R_b2为平衡桥电阻，它们是阻值相同的标准电阻，分别固定在直流母线两端；R_L1、R_L2为测试桥电阻，它们是阻值相同的标准电阻，通过继电器投切到直流母线上；平衡桥电阻和测试桥电阻数值的选取要考虑母线电阻的功率和漏电传感器的最大检测能力。R_x、R_y为待测接地电阻值；图中大地点电压为零电势，满足公式：

U_n/R_b1+U_p/R_b2+U_n/R_L1+U_p/R_L2+U_n/R_x+U_p/R_y＝0

测量时通过切换开关K1、K2的接通和关断，从而根据测量得到的Un和Up来计算出直流母线对地绝缘电阻。

K1闭合时等效电路如图2所示。根据图2可得：

U_n1/R_b1+U_p1/R_b2+U_n1/R_L1+U_n1/R_x+U_p1/R_y＝0 (1)

K2闭合时等效电路如图3所示。从电路列出公式：

U_n2/R_b1+U_p2/R_b2+U_p2/R_L2+U_n2/R_x+U_p2/R_y＝0 (2)

由公式1、2联合得到Rx和Ry

R_x＝(U_n1*U_p2-U_n2*U_p1)/(A*U_p2-B*U_p1) (3)

R_y＝(U_n2*U_p1-U_n1*U_p2)/(A*U_n2-B*U_n1) (4)

其中：A＝-(U_n1/R_b1+U_p1/R_b2+U_n1/R_L1)，B＝-(U_n2/R_b1+U_p2/R_b2+U_p2/R_L2)。

从上式可知，影响R_x和R_y的因素为测量电压U_n1，U_n2，U_p1，U_p2和固定电阻R_b1、R_b2、R_L1、R_L2。所以只要考虑测量电压对接地电阻的影响即可。由于直流电压量值较大，较小的绝对值测量偏差不会引起较大的相对量变化，其测量可信度相对支路更高。

直流电桥法利用母线正极+KM对地电压、母线负极-KM对地电压和支路直流漏电流计算支路正负极对地绝缘接地电阻值，再结合支路绝缘报警整定值进行选线。

直流支路检测原理如图4所示，其中I1、I2对应1#支路和2#支路总漏电流。

平衡电桥测量法：

直流平衡电桥模式计算支路绝缘电阻时，首先判断支路总漏电流的方向，定位支路正极或负极绝缘降低，然后与正母线对地电压或负母线对地电压计算接地电阻值。结合图1和图4可得出单支路接地基于平衡电桥模式的等效电路如图5所示，其中I₀为支路总漏电电流，图中所示方向为参考方向。根据图5可求得正负母线对地电阻值：

I₀为负：正母线对地电阻值为无穷大，

负母线对地电阻值R_n＝U_n/I₀ (5)，

I₀为正：正母线对地电阻值R_p＝U_p/I₀ (6)，

负母线对地电阻值为无穷大。

不平衡电桥测量法：

直流不平衡电桥模式计算支路绝缘电阻时，同样使用正母线对地电压、负母线对地电压、支路直流总漏电流测量计算，但需要通过投切测试桥电阻改变正母线对地电压、负母线对地电压和支路总漏电流。

闭合K2(投入R_L2)时，支路等效电路如图6(a)所示，此时U_p、U_n、I₀分别取值U_p1、U_n1、I₁。闭合K1(投入R_L1)时，支路等效电路如图6(b)所示，此时U_p、U_n、I₀分别取值U_p2、U_n2、I₂。电流流出节点A为正方向，R_y和R_x分别为某支路的正母线对地绝缘电阻值和负母线对地绝缘电阻值。

根据图6(a)可得：

I₁-U_n1/R_x-U_p1/R_y＝0 (7)

根据图6(b)可得：

I₂-U_n2/R_x-U_p2/R_y＝0 (8)

联合式(7)和式(8)求解得：

R_x＝(U_p1U_n2-U_p2U_n1)/(U_p1I₂-U_p2I₁) (9)

R_y＝(U_p2U_n1-U_p1U_n2)/(U_n1I₂-U_n2I₁) (10)

如果R_y为无穷大，即负母线单极对地绝缘降低，通过(7)和(8)公式简化公式：

Rx＝(Un2-Un1)/(I2-I1) (11)

如果R_x为无穷大，即正母线单极对地绝缘降低，通过(7)和(8)公式简化公式：

Ry＝(Up2-Up1)/(I2-I1) (12)

当某极接地时，根据公式11和12会误报另外一极也存在相同的接地电阻。

直流漏电流传感器(互感器)为非接触式传感，依靠磁感线圈感应测试，测量对象信号微小，容易受外界干拢(如地磁干扰，互感器放置不同，零点漂移也不同)；直流漏电流传感器磁线圈剩磁；直流漏电流传感器检测电路如运放等的漂移(温漂、时漂等)均为直流，长时间运行后，使电流传感器存在零漂问题，所以根据公式9和10计算支路绝缘接地电阻值，容易产生误报支路。以下通过实施例分析选线误报或漏报的状态，详细说明本发明的变电站直流接地巡检的选线校核方法：

(1)直流漏电流传感器零漂对计算支路接地电阻的影响。如图4在实际220V系统时，不投切测试桥电阻下测量U_p、U_n

分别为176V、-44V，平衡法计算支路接地电阻如下：

1#支路零漂I₁₀＝2mA；R_y1＝176/2＝88KΩ

1#支路零漂I₁₀＝-2mA；R_x1＝-44/(-2)＝22KΩ

2#支路零漂I₂₀＝-2mA，即实测为-6.4mA，R_x2＝6.875KΩ

不平衡电桥模式通过差分量消除零漂影响。

(2)直流漏电流传感器中的磁线圈剩磁、信号干扰、采样电路不稳定出现测量电流跳变。例如某电站长年运行下某支路直流漏电流传感器检测实际直流漏电流有0.5mA的值跳变，同时支路绝缘电阻还没有达到报警值。以图4定为220V系统(支路绝缘报警为50KΩ)为例分析如下：

1#支路的负母线对地绝缘降低为60K，此时U_p、U_n分别为180V、-40V，I₁可能为-0.667mA、-1.167mA；即负母线对地绝缘电阻值对应为60KΩ和34KΩ，而2#支路负母线对地有一个10KΩ电阻，直接报警，可能同时带出1#支路的绝缘降低。

相同的条件，使用不平衡电桥推算，由于1#支路直流漏电流传感器的采样值跳变而误选，多选出1#支路。

通过以上两点分析，直流漏电流传感器采样零漂可以通过不平衡电桥模式解决，但对于常见的直流漏电流传感器采样跳变，即使是不平衡电桥模式也无法解决。此外，平衡电桥模式还不能检测正负母线绝缘电阻同时下降的情况，即存在动作死区问题。

故障支路的特征分析：

直流母线接地电阻计算精度高于支路，其优先级为最高。

在计算接地故障后进行选线时，不仅考虑接地电阻的绝对值，还要考虑故障前后电流电压等状态量的相对变化量——电压电流变化方向和变化大小符合真实接地。即根据电压大小和漏电电流大小的连续变化，分析电阻与电压、电流的关联逻辑来校核。通过电路推导，可得出如下特征：

(1)当某支路存在零漂电流或采样电流跳变时，即故障前零漂电流为漏电电流，故障前后漏电电流不变，其接地电阻和电压成线性变化，因为电压降低可能导致接地电阻变小而满足接地电阻门槛值，但应排除该支路为故障支路。

(2)绝缘较低的支路，存在较小漏电电流，其他支路接地时，电压降低，但相应本支路电流也减小，不会误选。

(3)没有零漂的支路存在接地故障时，漏电电流增大，对地电压降低，接地电阻随着电压加速变化。

(4)当某支路存在漏电电流时，故障前后漏电电流单调递增，则故障前后为同极绝缘下降，但存在误选的可能性。

(5)当某支路存在漏电电流时，故障前后漏电电流非单调递增，则需要分析故障前存在漏电一极在故障后的接地电阻变化情况来分析漏电电流是否是零漂。如果不是零漂，则是该支路另一极发生接地。如果是零漂，则需要做差流，避免漏选。

(6)对于正负母线绝缘电阻同时下降的情况，在目前的时间辨识度下，是能够区分两极接地的先后顺序的。其在平衡模式下的相应特征是，先报某一极接地，然后又不报故障接地。此时就需要切换至不平衡模式下查找接地电阻，避免漏选。

正常情况下，是无法区分(1)和(2)的小漏电电流是因为零漂还是因为绝缘降低导致的。所以不能根据支路存在漏电电流来判断该支路发生零漂。

通过以上分析，本发明根据故障前、后电流电压的状态量和接地电阻的计算量，以及三者的电气联系，进行故障特征辨识，提出了基于逻辑事件驱动的自动巡检模式。本发明的变电站直流电源系统的选线校核模块具体工作流程的一个实施例如图7所示，包括以下步骤：

S100：采用不平衡电桥模式检测计算母线接地电阻；

S200：采用平衡电桥模式进行支路接地巡检；

S220：判断漏电电流是否变化，若漏电电流无变化，判定该支路有零漂无故障；否则，顺序执行步骤S240；

S240：判断漏电电流是否单调变化，若漏电电流不是单调变化，启动不平衡电桥模式；否则，顺序执行步骤S260；

S260：故障后电流减去故障前电流，再计算接地电阻，判断是否满足支路故障判据，若满足支路故障判据，判定该支路为故障支路；否则，启动不平衡电桥模式。

基于归谬法校核：

根据电桥法的容错能力数学上分析可知：

1)平衡电桥模式相当于根已知2个变量，据1个方程式(5)或式(6)，求解1个未知量。当2个已知量只要有1个出错，则求解结果错误，根据单一时间断面的数据无法容错。

2)不平衡电桥模式相当于已知6个已知量，根据2个方程式(7)和式(8)，求解2个未知量。当其中1个未知量为无穷大(单极接地时)，相当于减少了1个未知量；此时若出现零漂，相当于增加1个新的未知量，此时又变成求解2个未知量，还是有解的。但若出现两极接地，同时又有零漂时，相当于2个方程求解3个未知量，不平衡电桥模式无解。

根据本发明的变电站直流电源系统的一个实施例，所述的选线校核模块15还包括归校核子模块，所述的归谬法校核子模块连接到直流母线检测模块11，根据直流接地巡检选线过程中求得的母线接地电阻，反向推算正、负母线电压的推算值；根据所述推算值与对应电压的实测值的差别，推断选线结果有误。所述的归谬法校核子模块执行以下归谬法校核的步骤：

S270：根据直流接地巡检选线过程中求得的母线接地电阻R_x和R_y，反向推算正、负母线电压的推算值U'_p和U'_n；

S272：将推算所得正、负母线电压推算值U'_p和U'_n，与对应的正、负母线电压实测值U_p和U_n进行比较，若U'_p和U'_n之中的任一项不同于其实测值，则判定选线过程中求得的支路中存在电桥法无法准确计算的特殊情况，所述的在线监测装置发出选线结果有误的警示信息。

根据本发明的具备接地巡检选线校核机制的变电站直流电源系统的一个优选实施例，所述的归谬法校核子模块还连接到故障支路判定单元14，根据直流接地巡检选线过程中求得的各支路的正、负母线对地电阻，计算负母线和正母线对地总电阻，反向推算正、负母线电压的推算值；根据所述推算值与对应电压的实测值的差别，推断选线结果有误。在所述的步骤S272之后还包括以下步骤：

S274：根据选线过程中求得的支路i的正、负母线对地电阻R_yi和R_xi，计算负母线对地总电阻R_xΣ＝R_x1//R_x2....R_xm//R_b1，正母线对地总电阻R_yΣ＝R_y1//R_y2....R_ym//R_b2，其中，i为从1到m的整数，m为变电站直流电源系统总的支路数；

S276：根据负母线对地总电阻R_xΣ和正母线对地总电阻R_yΣ，反向推算正、负母线电压的推算值U"_p和U"_n：

U″_p＝U*R_yΣ/(R_xΣ+R_yΣ) (13)

U"_n＝-U*R_xΣ/(R_xΣ+R_yΣ) (14)

其中，U"_p为正母线电压的推算值，U"_n为负母线电压的推算值，U为直流母线电压，R_xΣ为负母线对地总电阻，R_yΣ为正母线对地总电阻；

S278：将推算所得正、负母线电压推算值U"_p和U"_n，与对应的正、负母线电压实测值U_p和U_n进行比较，若U"_p和U"_n之中的任一项不同于其实测值，则判定选线过程中求得的m条支路中，至少有一路存在电桥法无法准确计算的特殊情况，所述的在线监测装置发出选线结果有误的警示信息。

采用归谬法进行校核的原理，首先假定所有支路接地电阻计算值为真，然后由计算出的接地电阻推算参与多接地支路的正、负母线电压的推算值U'_p、U'_n、U"_p和U"_n。若计算出值U'_p、U'_n、U"_p和U"_n与实测值U_p和U_n不同，则说明电桥法未能正确处理零漂电流。从式(13)和式(14)可知，m个支路中的任何一个支路的接地电阻计算错误，都将导致计算的母线电压与实测的母线电压不同，从而说明这些支路中存在平衡电桥模式或不平衡电桥模式无法准确计算的特殊情况，需要进一步采用其他方法对选线结果进行人工干预。

实施例效果分析

对上海某变电站2006年建成运行中的直流220V系统监测分析，实际电压243.5V，使用深圳奥特迅电力设备的微机绝缘监测仪WJY3000A，直流电源系统分出48路馈出回路。选出4路支路进行分析，选择支路分别为：

1#支路直流采样回路正常，无零漂，采样结果稳定性好，绝缘性好；

4#支路直流采样回路正常，无零漂，采样结果稳定性好，负母线绝缘电阻值降低；

17#路直流采样回路正常，有零漂，采样结果稳定性好，负母线绝缘电阻值降低；

33#路直流采样回路正常，无零漂，采样结果稳定性跳变大，负母线绝缘电阻值降低。

采用选线校核机制，对现场系统进行数据记录如表1至表3所示，表4和表5为定检实验数据，其中，表4为1#支路负母线对地接10K电阻负载的实验数据，表5为1#支路负母线直接接地的实验数据。在表1～表5中：R_Bp和R_Bn分别为平衡桥法计算正对地和负对地电阻值，R_Np和R_Nn分别为不平衡桥法计算正对地和负对地电阻值，单位KΩ。

表1 2014年6月10日记录数据

表2 2014年7月11日记录数据

表3 2014年8月10日记录数据

表4 2014年9月10日记录数据(定检试验1#负接10K)

表5 2014年9月10日记录数据(定检试验1#负母线直接接地实验)

通过表1～表5实验数据分析，表4数据选线为1#和33#，由于33#的直流传感器采样不稳定造成多选；表5与表4同样的结果。

使用选线校核机制结合表1～表5的数据，由于4#、17#、33#支路已经存在绝缘降低，使用数学统计算法分析变化趋势，变化率大的为优先提示信息。所以对表4提示1#支路为优先排查的支路；而同样分析表5，1#支路也是优先排查的支路。而本发明的选线校核方法对故障前后的数据分析和逻辑推导，可分析找出CT零漂大的直流传感器17#。基于本发明的选线校核方法对故障后的数据分析和推导，可挑选出33#支路存在采样跳变。校核完成后，形成相应的校核报告，告知运维人员17#存在零漂，33#存在采样跳变。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的技术方案，而并非用作为对本发明的限定，任何基于本发明的实质精神对以上所述实施例所作的变化、变型，都将落在本发明的权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于变电站直流电源系统的在线监测装置，其特征在于：所述的在线监测装置用于对变电站直流电源系统的对地绝缘状态进行巡检监测，所述在线监测装置的电压检测输入端，用于连接变电站直流电源系统的正母线和负母线，所述的在线监测装置的支路漏电流检测输入端，用于连接直流电源系统的每一条直流支路，对各直流支路的漏电流进行采样，所述的直流支路用于连接常规负荷、继电保护及自动装置、远动通讯装置和事故照明装置；

所述的在线监测装置包括巡检控制模块，以及与所述巡检控制模块输出端连接的直流母线检测模块、直流支路检测模块和选线校核模块，所述的巡检控制模块用于控制直流母线检测模块、直流支路检测模块和选线校核模块的运行，所述的直流母线检测模块用于通过投切直流电源系统的直流电桥元件，检测计算正、负直流母线的对地绝缘电阻，对正母线或负母线的接地故障进行在线监测，所述的直流支路检测模块用于检测计算各直流支路的绝缘电阻，并比较各支路的绝缘电阻检测结果，选择确定发生接地故障的故障支路；所述的选线校核模块采用基于逻辑事件驱动的自动巡检模式，根据巡检支路故障前、后电流电压的状态量和接地电阻的计算量，以及三者的电气联系，进行故障特征辨识，避免故障支路的误选或漏选。

2.根据权利要求1所述的用于变电站直流电源系统的在线监测装置，其特征在于，所述的直流电桥元件包括两个平衡桥电阻、两个测试桥电阻，以及两个控制所述测试桥电阻接通状态的继电器切换开关，所述的两个平衡桥电阻分别固定在直流母线两端，所述的测试桥电阻通过继电器切换开关投切到直流母线上。

3.根据权利要求1所述的用于变电站直流电源系统的在线监测装置，其特征在于，直流母线的对地绝缘电阻检测采用电桥法，大地点电压为零电势，满足公式：

U_n/R_b1+U_p/R_b2+U_n/R_L1+U_p/R_L2+U_n/R_x+U_p/R_y＝0

其中，U_p、U_n分别为正母线、负母线电压；R_b1、R_b2为平衡桥电阻，它们是阻值相同的标准电阻；R_L1、R_L2为测试桥电阻，它们是阻值相同的标准电阻；平衡桥电阻和测试桥电阻数值的选取要考虑母线电阻的功率和漏电传感器的最大检测能力；R_x、R_y为直流母线的对地绝缘电阻。

4.根据权利要求3所述的用于变电站直流电源系统的在线监测装置，其特征在于，对母线对地绝缘电阻进行测量时通过继电器切换开关的接通和关断，根据测量得到的U_p、U_n计算出直流母线的对地绝缘电阻R_x、R_y，即：两个继电器切换开关各自闭合，分别得到：

U_n1/R_b1+U_p1/R_b2+U_n1/R_L1+U_n1/R_x+U_p1/R_y＝0

U_n2/R_b1+U_p2/R_b2+U_p2/R_L2+U_n2/R_x+U_p2/R_y＝0

从而计算得到R_x、R_y的值；

其中，U_p1为投入测试桥电阻R_L2时的正母线电压，U_n1为投入测试桥电阻R_L2时的负母线电压；U_p2为投入测试桥电阻R_L1时的正母线电压，U_n2为投入测试桥电阻R_L1时的负母线电压。

5.根据权利要求4所述的用于变电站直流电源系统的在线监测装置，其特征在于，所述的直流支路检测模块包括平衡电桥检测单元、不平衡电桥检测单元和故障支路判定单元，所述的平衡电桥检测单元采用平衡电桥模式，通过检测计算支路绝缘电阻，查找直流接地故障支路；所述的不平衡电桥检测单元采用不平衡电桥模式，通过投切测试桥电阻改变正负直流母线对地电压和支路总漏电流，检测计算各支路绝缘电阻，查找直流接地故障支路；所述的故障支路判定单元，用于比较各支路的绝缘电阻检测结果，选择确定发生接地故障的故障支路。

6.根据权利要求5所述的用于变电站直流电源系统的在线监测装置，其特征在于，所述的平衡电桥模式检测支路绝缘电阻时，首先判断直流支路总漏电流的方向，定位直流支路正极或负极绝缘接地，然后根据正母线对地电压或负母线对地电压，计算绝缘电阻值，具体为：

若判断直流支路总漏电流I₀为负，则直流支路正母线对地电阻值为无穷大，直流支路负母线对地电阻值Rn＝Un/I₀；

若判断直流支路总漏电流I₀为正，则直流支路正母线对地电阻值Rp＝Up/I₀，直流支路负母线对地电阻值为无穷大。

7.根据权利要求5所述的用于变电站直流电源系统的在线监测装置，其特征在于，所述的不平衡电桥模式检测支路绝缘电阻时，需要通过投切测试桥电阻改变正母线对地电压、负母线对地电压和支路总漏电流，投入R_L2时，U_p、U_n、I₀分别取值U_p1、U_n1、I₁；投入R_L1时，U_p、U_n、I₀分别取值U_p2、U_n2、I₂，电流流出节点为正方向，R_y某支路的正母线对地绝缘电阻值，R_x为某支路的负母线对地绝缘电阻值；I₀为直流支路总漏电流；从而有：

I₁-U_n1/R_x-U_p1/R_y＝0

I₂-U_n2/R_x-U_p2/R_y＝0

得到：

R_x＝(U_p1U_n2-U_p2U_n1)/(U_p1I₂-U_p2I₁)

R_y＝(U_p2U_n1-U_p1U_n2)/(U_n1I₂-U_n2I₁)。

8.根据权利要求1所述的用于变电站直流电源系统的在线监测装置，其特征在于，所述选线校核模块的具体工作过程为：

S100：采用不平衡电桥模式检测计算直流母线的对地绝缘电阻；

S200：采用平衡电桥模式进行支路接地巡检；

S220：在对某一支路进行接地巡检时，判断该支路的漏电电流是否变化，若漏电电流无变化，判定该支路有零漂无故障；否则，顺序执行步骤S240；

S240：判断该支路漏电电流是否单调变化，若漏电电流不是单调变化，启动不平衡电桥模式；否则，顺序执行步骤S260；

S260：故障后电流减去故障前电流，再计算接地电阻，判断是否满足支路故障判据，若满足支路故障判据，判定该支路为故障支路；否则，启动不平衡电桥模式。