CN105425068A - 一种变电站直流母线交流电压串入监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变电站直流母线交流电压串入监测装置，用于解决各个厂家的直流母线监测设备改造或更换方式不同，导致更换费用高，用时长的问题。该装置包括：交流电压采样模块、CPU控制模块以及告警模块依次顺序连接，交流电压采样模块包括将隔直电路、电压采样电路、电压跟随电路、整流电路、滤波电路以及AD转换电路依次顺序连接，AD转换电路的输出与CPU控制模块的输入相连接，隔直电路包括隔直电容，隔直电容串联在待测直流母线后端，电压采样电路包括电压互感器，电压互感器串联于隔直电路后端，用于对待测直流母线中的交流串入电压进行采样。上述装置能够对直流母线进行交流串入的监测报警。
Description
技术领域
本发明涉及变电站安全检测设备领域，尤其涉及一种变电站直流母线交流电压串入监测装置。
背景技术
在电力系统中，直流电源作为站内二次设备的保护、控制、信号电源，对设备的安全正常运行起着至关重要的作用，但是由于直流母线分支和接线头多，极易发生交流串入直流系统引起保护装置误动或拒动，或引起站内装置损坏。其中，直流母线是为变电站内继电保护、控制、信号、自动装置及操作等提供可靠的直流电源，一般为直流220伏(V)或直流110V。直流母线可靠与否是变电站安全运行的保证。交流串入用于指示交流分量侵入不接地直流电源系统的现象，使直流系统中含有一定幅值的交流分量，交流串入时极易引起保护装置误动、拒动，或装置损坏。
交流串入有以下三种形式：正母线(+KM)与负母线(-KM)之间、正母线(+KM)对地之间、负母线(-KM)对地之间。引起交流串入的交流串入的主要原因有以下几点：
(1)直流二次电缆绝缘损坏，导致交流电压单相或两相串入直流系统。
(2)在变电站新建、技改、大修等工作中，现场施工工作人员误将交直流混接。
(3)一些老旧变电站，户外端子箱交直流共用端子排，雨天端子箱进水导致交流间短路。
(4)二次电缆沟内交直流电缆并排放置，当交流二次电缆长度较长，且交直流电缆屏蔽层均未接地，导致对地电容过大，交流电压串至直流电缆。
2012年9月国家电网公司制定了《十八项电网重大反事故措施》中，其中，5.1.1.18条指出“严防交流串入直流故障出现”，15.7.20指条出“在运行和检修中应加强对直流系统的管理，严格执行有关规程、规定及反措，防止直流系统故障，特别要防止交流电压、电流串入直流回路，造成电网事故。”
现有变电站对直流母线的监测设备为直流绝缘监测装置，2012年9月《十八项电网重大反事故措施》制定之前的装置均无交流串入的监测功能，几乎都要进行改造或更换新设备才能具有交流串入监测功能，但变电站使用的直流绝缘监测设备厂家多，各个厂家的直流监测设备加入交流串入功能的方式不同，更换的费用高、短期内无法改造完成，会导致设备故障造成更大的损失。
发明内容
本发明实施例提供一种变电站直流母线交流电压串入监测装置，用以解决现有技术中存在直流母线监测设备需要改造或更换设备才可以具有交流串入的监测功能，但由于各个厂家的直流母线监测设备改造或更换方式不同，导致更换费用高，用时长的问题。
本发明实施例提供一种变电站直流母线交流电压串入监测装置，该装置包括：交流电压采样模块、中央处理器CPU控制模块以及告警模块；其中，交流电压采样模块、CPU控制模块以及告警模块依次顺序连接，交流电压采样模块包括隔直电路、电压采样电路、电压跟随电路、整流电路、滤波电路以及模数AD转换电路，隔直电路、电压采样电路、电压跟随电路、整流电路、滤波电路以及AD转换电路依次顺序连接，AD转换电路的输出与CPU控制模块的输入相连接，隔直电路包括隔直电容，隔直电容串联在待测直流母线后端，电压采样电路包括电压互感器，电压互感器串联于隔直电路后端，用于对待测直流母线中的交流串入电压进行采样。
较佳的，告警模块包括：发光二极管LED报警模块、遥信报警模块以及蜂鸣器报警模块；其中，LED报警模块通过光电耦合器使得遥信报警模块前端的三极管导通。
较佳的，该装置还包括：命令输入模块，其输出端与CPU控制模块相连接，用于向CPU控制模块发送指令信息；显示模块，其输入端与CPU控制模块相连接，用于显示待测直流母线中交流串入情况的监测信息；电源模块，其输出端连接交流电压采样模块，显示模块以及告警模块。
本发明有益效果包括：实现了对变电站直流系统交流电压串入的监测报警功能，大大提高了直流系统的运行可靠性，且各功能部分均为模块化设计，更换方便，且元器件耐压较高，满足安全稳定运行的要求。该装置采用站内直流系统供电，工作性能稳定，且装置具有自检故障告警功能，不会对站内其他运行设备造成影响。
附图说明
图1为本发明实施例中的变电站直流母线交流电压串入监测装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中的交流电压采样模块的电路图；
图3为本发明实施例中的报警模块中LED报警模块和遥信报警模块的电路图；
图4为本发明实施例中的蜂鸣器报警模块的电路图。
具体实施方式
为了给出一种专用的交流串入监测装置，价格低廉，兼容所有厂家的直流监测装置，短期内即可安装到各个变电站，对直流母线中交流串入进行准确监测并及时报警，防止保护的误动或拒动，大大提高变电站二次设备运行的可靠性的实现方案，本发明实施例提供了一种变电站直流母线交流电压串入监测装置，以下结合说明书附图对本发明的优选实施例进行说明。
参阅图1所示，本发明实施例提供一种变电站直流母线交流电压串入监测装置，该装置包括：交流电压采样模块、中央处理器CPU控制模块以及告警模块；其中，交流电压采样模块、CPU控制模块以及告警模块依次顺序连接，交流电压采样模块包括隔直电路、电压采样电路、电压跟随电路、整流电路、滤波电路以及模数AD转换电路，隔直电路、电压采样电路、电压跟随电路、整流电路、滤波电路以及AD转换电路依次顺序连接，AD转换电路的输出与CPU控制模块的输入相连接，隔直电路包括隔直电容，隔直电容串联在待测直流母线后端，电压采样电路包括电压互感器，电压互感器串联于隔直电路后端，用于对待测直流母线中的交流串入电压进行采样。
具体的，参阅图2所示，交流电压采样模块是对串入待测直流母线的交流电压进行采样，之后整流成直流分量。为防止直流母线的直流电压进入交流电压采样模块，在交流电压采样模块的第一个模块，隔直电路最前端串联隔直电容C0和C1，电压采样电路中，采用了双电压互感器构成差分电路，同时监视正母线与负母线，采用额定输出电流为毫安(mA)级的高精度电压互感器进行电压采样，将毫安级电流变换为电压，由高精度运算放大器进行电压跟随，运算放大器输出后经过整流器变为直流电压，直流电压输出后经过滤波电路输出至AD转换电路。经过实验，采用电压互感器，电压跟随的方式，在向直流系统中输入一定的交流电压，通过示波器观察输出端波形，波形显示交流电压的跟随效果好，无高次谐波，整流器输出后的直流分量无50赫兹(Hz)的交流分量，且该交流电压采样模块的输出电压与理论值相差较小，与输入电压之间基本成正比例关系，最大误差仅为百分之4.65，采样精度高，直流输出交流分量为0，无基波谐波分量，且输出与输入电压之间为线性关系，交流电压采样模块使用±12V直流电源。
CPU控制模块选用单片机STC89C52RC，其I/O数量可满足该装置的需要，易于编程，且外围电路设计简单，价格低廉。
上述告警模块共包括三部分：发光二极管LED报警模块、遥信报警模块以及蜂鸣器报警模块。参阅图3和图4所示，LED报警模块通过光电耦合器使得遥信报警模块前端的三极管导通，报警时LED灯发光报警。为满足接点工作电压为直流220V，选用驱动电压为24V直流电，接点工作电压250V的工业级固态继电器；当直流母线中有交流串入时，单片机I/O输出由高电平变为低电平时，光电隔离器U4导通，使三极管导通，驱动24V继电器动作实现遥信报警功能；LED灯告警，可直接通过单片机I/O输出驱动；图4中蜂鸣器报警，可通过一个三极管放大器导通，驱动蜂鸣器Speaker报警。+24V电压与+5V电压之间通过光电隔离器隔离，无电气联系。
变电站直流母线交流电压串入监测装置还包括：命令输入模块，其输出端与CPU控制模块相连接，用于向CPU控制模块发送指令信息，用于装置定值整定，程序菜单选择等功能；显示模块，其输入端与CPU控制模块相连接，用于显示待测直流母线中交流串入情况的监测信息；电源模块，其输出端连接交流电压采样模块，显示模块以及告警模块。
命令输入模块可以为键盘或按键。装置还包括将上述所有模块封装的外壳。
综上所述，本发明实施例提供的方案，实现了对变电站直流系统交流电压串入的监测报警功能，大大提高了直流系统的运行可靠性，且各功能部分均为模块化设计，更换方便，且元器件耐压较高，满足安全稳定运行的要求。该装置采用站内直流系统供电，在直流80-290V电压下均能正常工作，工作性能稳定，且装置具有自检故障告警功能，不会对站内其他运行设备造成影响。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (3)
1.一种变电站直流母线交流电压串入监测装置，其特征在于，所述装置包括：交流电压采样模块、中央处理器CPU控制模块以及告警模块；其中，交流电压采样模块、CPU控制模块以及告警模块依次顺序连接，交流电压采样模块包括隔直电路、电压采样电路、电压跟随电路、整流电路、滤波电路以及模数AD转换电路，隔直电路、电压采样电路、电压跟随电路、整流电路、滤波电路以及AD转换电路依次顺序连接，AD转换电路的输出与CPU控制模块的输入相连接，隔直电路包括隔直电容，隔直电容串联在待测直流母线后端，电压采样电路包括电压互感器，电压互感器串联于隔直电路后端，用于对待测直流母线中的交流串入电压进行采样。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，告警模块包括：发光二极管LED报警模块、遥信报警模块以及蜂鸣器报警模块；其中，LED报警模块通过光电耦合器使得遥信报警模块前端的三极管导通。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：命令输入模块，其输出端与CPU控制模块相连接，用于向CPU控制模块发送指令信息；显示模块，其输入端与CPU控制模块相连接，用于显示待测直流母线中交流串入情况的监测信息；电源模块，其输出端连接交流电压采样模块，显示模块以及告警模块。
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