CN105486984A - 一种基于动态电压源控制的直流接地查找方法及仪器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于动态电压源控制的直流接地查找方法及仪器，通过如下步骤：步骤一，检测正极母线电压幅值+U1与负极母线电压幅值-U2，并求和得和值电压U；步骤二，若正极母线电压幅值+U1与和值电压U比值的绝对值小于阈值K，则正极母线接地；若负极母线电压幅值-U2与和值电压U比值的绝对值小于阈值K，则负极母线接地；步骤三，向接地母线施加动态检测电压，所述动态检测电压为跟随直流系统实时电压而调整输出检测电压；步骤四，检测接地母线对应各支路接地电阻，确定超高电阻的支路后，停止施加动态检测电压。采用动态电压源控制，确保所加的信号幅值最大，测量灵敏度最高,有效防止直流系统母线对地电压超过危险值而导致继电器及保护的误动。

Description

一种基于动态电压源控制的直流接地查找方法及仪器
技术领域
本发明涉及电力故障检测领域，具体涉及一种基于动态电压源控制的直流接地查找方法及仪器。
背景技术
现有的直流接地查找仪，以及查找方法，是在厂站直流系统注入一个低频信号交变信号，低频信号从信号发生器流出,经过直流系统从接地点返回,如图1所示,然后用钳型电流探头逐点检测,对低频电流走向进行寻迹,首先找到接地支路,然后沿着该支路寻找接地点,根据接地点前后的低频电流出现的差别这一判据来确定接地点所在位置。
所述低频信号的频率一般较低0.1-5HZ，由于该频率较低，不会将该信号由分布电容传入保护、继电器的输入输出端，并且能抗系统分布电容对测试影响，提高其测试准确率。
所述低频信号控制方式：低频信号有以下两种方式，第一、注入低频信号以恒流方式控制，第二、采用改变其平衡电阻的方式使直流系统对地电压产生周期性变化，从而使接地支路产生周期性变化的电流。
低频信号采用恒流方式时，如申请号为：201010564152.6的发明专利《便携式直流接地故障查找仪》，通过CPU控制输出一定幅值大小固定频率电流信号，该信号可以采取固定频率，如申请号为：201010564152.6，也可以为多个频率，如专利号为93214324.5的《便携式直流接地电阻探测仪》。由于接地电阻范围较大，0～500KΩ,测量动态范围大，较难实现恒流电流，注入电流一般0.5mA～2mA和2～4.8mA两档变化。由于其以恒流源进行控制，当接地电阻较大时，产生的电压较高，导致继电器或者保护误动的风险。原因为：现反措、规范要求跳闸的继电器的动作功率大于5W，动作电压大于55％额定值，按照直流系统电压220V计算，则其动作电流为12.1mA，如果二次系统的所有继电器或者保护装置均按照此要求执行，则不存在任何问题，但现实是该反措只对直接跳闸的继电器做了规定，其他继电器，保护的开入没做要求，并且现实情况下，几乎所有的保护、测控开入均采用光耦开入，而光耦的额定电流较小，可达1.1mA，其动作电流更小。因此当该部分支路存在接地时，使用现有类型的便携式直流接地查找仪，发生多起保护、测控装置误动的现象。
以上两种类型的直流接地查找仪均没有对直流系统母线电压提出控制要求，现如今反措、规范对保护装置、继电器的动作电压均要求大于55％的额定电压，在特定条件下，存在直流系统母线对地电压超过危险值的情况，从而导致继电器、保护误动。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供了一种基于动态电压源控制的直流接地查找方法及仪器，有效防止应直流系统母线对地电压超过危险值而导致继电器及保护的误动。
为达到上述发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：
本发明的一种基于动态电压源控制的直流接地查找方法，包括如下步骤：
步骤S10，检测正极母线的电压幅值+U1与负极母线的电压幅值-U2，并将其求和得到和值电压U；
步骤S20，若正极母线的电压幅值+U1与和值电压U的比值的绝对值小于阈值K，则正极母线接地；若负极母线的电压幅值-U2与和值电压U的比值的绝对值小于阈值K，则负极母线接地；
步骤S30，向接地的母线施加动态检测电压，所述动态检测电压为跟随直流系统实时电压而调整输出的检测电压，该动态检测电压的最大幅值为：和值电压U的一半减去该母线的电压幅值后的绝对值；
步骤S40，检测接地的母线对应各支路的接地电阻，确定超高电阻的支路后，停止施加动态检测电压。
进一步，将所述步骤S10所测正极母线电压与负极母线电压求和得到和值电压U，根据和值电压U相比48V、110V、220V的差值判断直流电压属性，所述直流电压属性包括48V系统、110V系统和220V系统。
进一步，所述步骤S10的和值电压U相比110V的差值，若小于48V的20％，则判定直流电压属性为48V系统，反之若小于110V的20％，则判定直流电压属性为110V系统，反之若小于220V的20％，则判定直流电压属性为220V系统。
进一步，所述步骤S20的阈值K为0.3～0.5。
进一步，所述步骤S40中采用多档位的漏电流传感器或电流传感器原理的工具，，检测各个支路的电流，提高了检测精度，同时又保证了检测的范围。结合动态检测电压的即时电压幅值，得出各个支路的接地电阻。
进一步，所述步骤S40还包括检测输出电流，并保持其幅值不大于5mA。
本发明还公开一种基于动态电压源控制的直流接地查找仪器，包括有信号发生器和故障支路检测器，所述信号发生器与直流系统的正极母线、负极母线和地相连接，所述信号发生器包括有跟随直流系统实时电压而调整输出检测电压的动态电压源，所述故障支路检测器连接直流系统的待检测支路，还与信号发生器信号连接。
所述信号发生器还包括有：
直流系统属性判断模块，用于检测正极母线的电压幅值+U1与负极母线的电压幅值-U2，并将其求和得到和值电压U，根据和值电压U相比48V、110V、220V的差值判断直流系统属性；
接地极判断模块，用于判断正极母线和负极母线是否接地，若正极母线的电压幅值+U1与和值电压U的比值的绝对值小于阈值K，则正极母线接地；若负极母线的电压幅值-U2与和值电压U的比值的绝对值小于阈值K，则负极母线接地；
输出电压判断模块，用于检测直流系统母线的实时电压，从而调整动态电压源向接地的母线施加的检测电压。
进一步，所述直流系统属性的判断如下：所述步骤S10的和值电压U与48V相差小于20％，则判定直流电压属性为48V系统，反之与110V相差小于20％，则判定直流电压属性为110V系统，反之与220V相差小于20％，则判定直流电压属性为220V系统。
进一步，所述信号发生器与故障支路检测器的信号连接方式为无线连接，采用蓝牙、近场无线通信、移动无线通信或局域网无线通信等通信方式。
进一步，所述故障支路检测器采用多档位的漏电流传感器或电流传感器原理的工具，提高了检测精度，同时又保证了检测的范围。
附图说明
图1为直流系统接地点低频探测的原理图。
图2为本发明的一种基于动态电压源控制的直流接地查找方法的步骤示意图。
图3为本发明的一种基于动态电压源控制的直流接地查找仪器的结构示意图。
图4为本发明的一种基于动态电压源控制的直流接地查找仪器的工作流程意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。
实施例
请参阅图2，是本发明的基于动态电压源控制的直流接地查找方法的步骤示意图。
本发明实施例的基于动态电压源控制的直流接地查找方法，包括如下步骤：
步骤S10，检测正极母线的电压幅值+U1与负极母线的电压幅值-U2，并将其求和得到和值电压U；
步骤S20，若正极母线的电压幅值+U1与和值电压U的比值的绝对值小于阈值K，则正极母线接地；若负极母线的电压幅值-U2与和值电压U的比值的绝对值小于阈值K，则负极母线接地；
步骤S30，向接地的母线施加动态检测电压，所述动态检测电压为跟随直流系统实时电压而调整输出的检测电压，该动态检测电压的最大幅值为：和值电压U的一半减去该母线的电压幅值后的绝对值；
步骤S40，检测接地的母线对应各支路的接地电阻，确定超高电阻的支路后，停止施加动态检测电压。
上述步骤S30采用动态检测电压，无需退出直流系统绝缘在线监测系统，相比现有的便携式直流接地查找仪需要退出直流系统绝缘在线监测系统，可防止检测精度下降，和防止因直流系统平衡电阻消失而导致的直流母线对地电压变化过大以及由此引起的保护误动。
进一步，作为一个实施例，将所述步骤S10所测正极母线电压与负极母线电压求和得到和值电压U，根据和值电压U相比48V、110V、220V的差值判断直流电压属性，所述直流电压属性包括48V系统、110V系统和220V系统。上述步骤用于实现检测参数的完备性，便于检测员确定所检测直流电压属性，便于在测试报告中给出一个系统的参数。
进一步，对于直流属性的判断，方法如下：
所述步骤S10的和值电压U相比48V、110V、220V的差值，若小于48V的20％，则判定直流电压属性为48V系统，反之若小于110V的20％，则判定直流电压属性为110V系统，反之若小于220V的20％，则判定直流电压属性为220V系统。
进一步，作为一个实施例，所述步骤S20的阈值K为0.3～0.5，作为另一个实施例，阈值K优选0.47。根据直流系统正负对地电压的大小，实时控制输出电压到边界值，使得信号检测接地电阻的铃木度达到最高。即使在极端情况下，直流系统正(负)对地电压为和值电压U的47％，采用精度为10μA的钳表，以110V系统为例，其接地电阻的也可达330kΩ.远高于现有的接地查找仪而现有的高精度钳表精度可达1μA。
所述步骤S40中采用漏电流传感器或漏电流钳表，检测各个支路的电流，结合动态检测电压的即时电压幅值，得出各个支路的接地电阻。
所述动态检测电压可实现电流幅值控制不大于5mA，当电流幅值接近5mA时，上述所测漏电流已明显达到故障检测精度，因此无需再加大信号输出，同时也避免了仪器大功率的需求，也防止了所加信号过大而对直流系统产生不可预见的干扰。
请参看图3，为本发明的一种基于动态电压源控制的直流接地查找仪器的结构示意图。本发明所公开实施例的基于动态电压源控制的直流接地查找仪器，包括有信号发生器1和故障支路检测器(未图示)，所述信号发生器1与直流系统的正极母线M+、负极母线M-和地相连接，所述信号发生器1包括跟随直流系统实时电压而调整输出检测电压的动态电压源14，所述故障支路检测器连接直流系统的待检测支路(未图示)，其与信号发生器信号连接。
所述信号发生器1还包括有：
直流系统属性判断模块11，用于检测正极母线的电压幅值+U1与负极母线的电压幅值-U2，并将其求和得到和值电压U，根据和值电压U相比48V、110V、220V的差值判断直流系统属性；
接地极判断模块12，用于判断正极母线和负极母线是否接地，若正极母线的电压幅值+U1与和值电压U的比值的绝对值小于阈值K，则正极母线接地；若负极母线的电压幅值-U2与和值电压U的比值的绝对值小于阈值K，则负极母线接地；
输出电压判断模块13，用于检测直流系统母线的实时电压，从而调整动态电压源14向接地的母线施加的检测电压。
进一步，所述接地极判断模块12在确定直流系统的正极母线M+接地时，连通第一开关K1，使得正极母线M+与动态电压源14的输出端电性连接；所述接地极判断模块12在确定直流系统的负极母线M-接地时，连通第二开关K2，使得负极母线M-与动态电压源14的输出端电性连接。
进一步，所述动态电压源14与接地端之间串接有限流器15，用以保护动态电压源14免受直流系统正、负极母线M+、M-的高压影响而烧毁。
进一步，所述直流系统属性的判断如下：所述步骤S10的和值电压U与48V相差小于20％，则判定直流电压属性为48V系统，反之与110V相差小于20％，则判定直流电压属性为110V系统，反之与220V相差小于20％，则判定直流电压属性为220V系统。进一步，作为一个实施例，所述信号发生器1与故障支路检测器的信号连接方式为无线连接，采用蓝牙、近场无线通信、移动无线通信或局域网无线通信等通信方式。
进一步，所述故障支路检测器采用漏电流传感器或漏电流钳表，检测各个支路的电流。
进一步，所述故障支路检测器所采用的漏电流传感器为多档位的，或者可采用定制的故障支路检测器与信号发生器1之间进行实时通信，并自动测量阻值。采用上述故障之路检测器的好处如下：
首先，可采用简单的漏电流传感器。当无需自动测量接地电阻阻值时(一般查找直流系统接地时，一般只需找出故障支路即可，而对具体阻值不关心)，可以简单采取漏电流钳表。接地电阻阻值可以通过人工计算，查看信号发生器的输出电压，及钳表测试的电流，根据R＝U/I即可算出接地电阻的大小。
其次，采用多档位，找出超高电阻接地支路。当直流系统高阻接地时，为了安全，本专利的信号发生器输出的信号相对传统的直流接地查找仪较小。为了达到高阻接地故障查找要求，本专利采用多档位的故障支路监测器。其中一个档位精度较高但幅值较小，另一个精度稍微差点但幅值较大。即使按照现有的漏电流钳表FLUKE360，其采样精度达1μA，考虑到现场干扰，将其精度计算为10μA，信号发生器输出考虑极端情况，其输出电压只有5V(而现有的便携式直流接地查找仪，其输出最小也接近10V)，则该套系统也能检测出5V/10μA＝500KΩ的电阻，而一般现有的直流接地查找仪，只能检测0～99KΩ的接地电阻，而较好的也只能检测到0～200KΩ的接地电阻，而本专利由于采用多档位漏电流传感器，其采样精度可轻松达到0～500KΩ。
最后，故障支路检测器采用蓝牙等无线电技术与信号发生器连接，根据信号发生器的输出电压，检测到支路的电流幅值、方向，判断故障方向，接地阻值、接地电流波形、接地类型(电容、电阻、电感)。而传统的便携式接地查找仪，由于输出恒定，只需在检测开始前进行一次测定即可，而本专利的输出根据系统电压变化而变化，因此需要接地监测器与信号发生器进行动态链接，实时通信。
如图4所示，为本发明的一种基于动态电压源控制的直流接地查找仪器的工作流程意图。开始后，首先从流程上，仪器先开机自检设备是否正常，再初始化内部各模块；第二步，系统电压测量，是通过直流系统属性判断模块11对直流系统的正、负极母线M+、M-进行电压测量，从而得到和值电压U；第三步，控制电压计算，动态电压源的通过输出电压判断模块13进行计算得到输出检测电压的幅值；第四步，输出电压控制，具体为系统正、负对地电压测量，通过接地极判断模块12选通第一开关K1或第二开关K2，使得动态电压源14向接地的母线输出检测电压，再通过故障支路检测器确定接地支路；如果需要进一步测量，则重复第二步；第五步，通过故障支路检测器与信号发生器1通过无线模块传递数据，最后结束检测。
为了减少工作量，为了安全，可以在接入信号发生器1前，先用接地支路检测器检测故障所在支路。定位到故障支路所在的屏柜后，再接入信号发生器1，检测故障电缆。
本发明的一种基于动态电压源控制的直流接地查找方法及仪器，具有如下有益效果：
1、安全：可以确保直流系统电压负正对地电压比值(U―/U+)小于1.222，避免保护、继电器误动。
2、采用动态电压源控制方式，确保所加的信号幅值最大，测量灵敏度最高。
3、无论先接入系统再开机还是先开机再接入系统，均对系统无影响，避免人为误操作，引起保护误动。
4、无需退出直流系统绝缘在线检测系统，由于采用动态电压源控制的方式，直流系统绝缘在线检测系统的平衡电阻对该装置影响不大。反而本装置能降低绝缘在线检测系统对直流系统的影响。
5、可采用通用的漏电流钳表进行查找。提高作业的方便性。
6、灵敏度高，可测量0～500KΩ的接地电阻，而现有的仪器只能测量0～200KΩ的接地电阻。
上述实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于动态电压源控制的直流接地查找方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S10，检测正极母线的电压幅值+U1与负极母线的电压幅值-U2，并将其求和得到和值电压U；
步骤S20，若正极母线的电压幅值+U1与和值电压U的比值的绝对值小于阈值K，则正极母线接地；若负极母线的电压幅值-U2与和值电压U的比值的绝对值小于阈值K，则负极母线接地；
步骤S30，向接地的母线施加动态检测电压，所述动态检测电压为跟随直流系统实时电压而调整输出的检测电压，该动态检测电压的最大幅值为：和值电压U的一半减去该母线的电压幅值后的绝对值；
步骤S40，检测接地的母线对应各支路的接地电阻，确定超高电阻的支路后，停止施加动态检测电压。
2.根据权利要求1所述的基于动态电压源控制的直流接地查找方法，其特征在于：将所述步骤S10所测正极母线电压与负极母线电压求和得到和值电压U，根据和值电压U相比48V，110V，220V的差值判断直流电压属性，所述直流电压属性包括48V系统、110V系统和220V系统。
3.根据权利要求2所述的基于动态电压源控制的直流接地查找方法，其特征在于：所述步骤S10的和值电压U与48V相差小于20％，则判定直流电压属性为48V系统，反之与110V相差小于20％，则判定直流电压属性为110V系统，反之与220V相差小于20％，则判定直流电压属性为220V系统。
4.根据权利要求1所述的基于动态电压源控制的直流接地查找方法，其特征在于：所述步骤S20的阈值K范围为0.3～0.5。
5.根据权利要求1所述的基于动态电压源控制的直流接地查找方法，其特征在于：所述步骤S40中采用漏电流传感器或漏电流钳表，检测各个支路的电流，结合动态检测电压的即时电压幅值，得出各个支路的接地电阻。
6.根据权利要求5所述的基于动态电压源控制的直流接地查找方法，其特征在于：所述步骤S40还包括检测输出电流，并保持其幅值不大于5mA。
7.一种基于动态电压源控制的直流接地查找仪器，其特征在于，包括有信号发生器和故障支路检测器，所述信号发生器与直流系统的正极母线、负极母线和地相连接，所述信号发生器包括跟随直流系统实时电压而调整输出检测电压的动态电压源，所述故障支路检测器连接直流系统的待检测支路，还与信号发生器信号连接。
8.根据权利要求7所述的基于动态电压源控制的直流接地查找仪器，其特征在于，所述信号发生器还包括有：
直流系统属性判断模块，用于检测正极母线的电压幅值+U1与负极母线的电压幅值-U2，并将其求和得到和值电压U，根据和值电压U相比48V，110V，220V的差值判断直流系统属性；
接地极判断模块，用于判断正极母线和负极母线是否接地，若正极母线的电压幅值+U1与和值电压U的比值的绝对值小于阈值K，则正极母线接地；若负极母线的电压幅值-U2与和值电压U的比值的绝对值小于阈值K，则负极母线接地；
输出电压判断模块，用于检测直流系统母线的实时电压，从而调整动态电压源向接地的母线施加的检测电压。
9.根据权利要求8所述的基于动态电压源控制的直流接地查找仪器，其特征在于，所述直流系统属性的判断如下：所述步骤S10的和值电压U与48V相差小于20％，则判定直流电压属性为48V系统，反之与110V相差小于20％，则判定直流电压属性为110V系统，反之与220V相差小于20％，则判定直流电压属性为220V系统。
10.根据权利要求7所述的基于动态电压源控制的直流接地查找仪器，其特征在于，所述信号发生器与故障支路检测器的信号连接方式为无线连接，采用蓝牙、近场无线通信、移动无线通信或局域网无线通信等方式；所述故障支路检测器采用多档位的漏电流传感器或电流传感器原理的工具，检测各个支路的电流，提高了检测精度，同时又保证了检测的范围。
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Assignor: WUZHOU BUREAU, CSG EHV POWER TRANSIMISSION Co.

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Denomination of invention: A DC grounding search method and instrument based on dynamic voltage source control

Granted publication date: 20180327

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