CN108983030A - 一种基于轮切电阻的交流串入直流系统的故障定位装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于轮切电阻的交流串入直流系统的故障定位装置及方法，该装置包括多个交流电流互感器，控制器，轮切电阻和轮切开关；其中所述多个交流电流互感器安装于直流系统的各个支路；直流母线正极、负极经相同轮切电阻和轮切开关接地；控制器控制轮切开关的闭合和断开。该交流电流互感器采集各个支路电阻轮切状态下的交流电流，并将上述采集的交流电流传输给控制器；所述控制器对电阻轮切状态下的交流电流的幅值进行多次分析比较，从而确定交流串入直流系统的故障支路。本申请提出的装置和方法解决了传统直流选线装置对于交流串入直流系统无法准确定位到故障支路的问题，在工程上具有较高的实用价值。

Description

一种基于轮切电阻的交流串入直流系统的故障定位装置及 方法
技术领域
本发明属于电力自动化技术领域，涉及电厂及变电站直流系统接地故障自动选线领域，具体来说是基于轮切电阻的交流串入直流系统的故障定位装置。
背景技术
发电厂、变电站的直流系统是由蓄电池组与浮充电装置并联供给直流负荷的运行系统，主要是为控制回路、信号回路、继电保护自动装置、断路器分合操作等提供可靠稳定的不间断电源。由于分支网络多、所接设备多等因素构成了庞大而复杂的直流电源网络，客观上增加了查找直流接地故障的难度。
正常情况下直流系统的正极、负极对地均为绝缘的，系统中有一点发生接地时，一般情况下并不影响直流系统运行，但当出现两点及两点以上接地时，就会造成正负极短路，开关和保护回路误动、拒动现象。
发电厂、变电站二次系统由直流系统和交流系统组成，正常运行时，两系统相互不连通，由于各种原因，例如交直流回路共用电缆、端子排潮湿凝露、雨水侵入、交直流电缆破损、误碰、误接线等，造成交流串入直流时，对交流回路的影响一般局限在该交流回路内，但却危及到全站的直流系统以及直流回路，造成保护出口中间继电器误动跳闸或引发直流熔丝熔断造成全站保护拒动事故。
传统的直流绝缘监测装置对于交流串入直流系统的故障很难觉察，因此，研究基于轮切电阻的交流串入直流系统的故障定位装置是十分重要的。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于轮切电阻的交流串入直流系统的故障定位装置及方法。针对交流串入直流系统后的交流电流幅值变化，用于判断交流串入的支路。由于直流系统的正极与负极对地存在分布电容，交流信号会在分布电容中形成通路。对于串入交流的故障支路，其交流电流在电阻轮切状态下的电流幅值是变化的；而对于非故障支路，在电阻轮切状态下，根据电容隔直通交的特性，其交流电流的幅值是不变的。这样就可以通过比较电阻轮切状态各个支路的交流电流的幅值变化情况来确定交流串入的支路。同一支路电阻轮切状态下交流电流的幅值发生变化的支路是交流串入的支路。
用于实现上述目的的技术方案如下：
一种基于轮切电阻的交流串入直流系统的故障定位装置，该装置包括多个交流电流互感器，控制器，轮切电阻和轮切开关。其中所述多个交流交流电流互感器安装于直流系统的各个支路，直流母线正极、负极经相同轮切电阻和轮切开关接地，控制器控制轮切开关的闭合和断开。该交流电流互感器采集各个支路电阻轮切状态下的交流电流，并将上述采集的交流电流传输给控制器；所述控制器对电阻轮切状态下的交流电流的幅值进行多次分析比较，从而确定交流串入直流系统的故障支路。对于串入交流的故障支路，其交流电流在电阻轮切状态下的电流幅值是变化的；而对于非故障支路，在电阻轮切状态下，根据电容隔直通交的特性，其交流电流的幅值是不变的。
一种基于轮切电阻的交流串入直流系统的故障定位方法，该方法包括以下步骤：(1)在直流系统的各个支路加装多个交流电流互感器；(2)在直流母线正极、负极和接地之间加装轮切电阻和轮切开关；(3)在直流系统中增加控制器；(4)该交流电流互感器采集各个支路电阻轮切状态下的交流电流，并将上述采集的交流电流传输给控制器；(5)所述控制器控制轮切开关的闭合和断开，并对所述采集的交流电流的幅值进行多次分析比较，从而确定交流串入直流系统的故障支路。同一支路电阻轮切状态下交流电流的幅值发生变化的支路是串入交流的故障支路，幅值不发生变化的支路是非故障支路。
本发明的有益效果在于：通过比较电阻轮切状态下各个支路的交流电流的幅值就能很容易确定交流串入直流系统的故障支路，这种基于轮切电阻的交流串入直流系统的故障定位装置解决了传统直流选线装置对于交流串入直流系统无法选出故障支路的问题，在工程上具有较高的实用价值。
附图说明
图1是变电站直流系统示意图；
图2是负载1在K1闭合K2断开时的等效电路图；
图3是负载1在K2闭合K1断开时的等效电路图；
图4是负载2在K1闭合K2断开时的等效电路图；
图5是负载2在K2闭合K1断开时的等效电路图。
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
图1为变电站直流系统示意图，该系统包括但不限于蓄电池组，轮切电阻，轮切开关，VAC充电装置，告警装置和N个负载。其中交流220V电压从直流支路负载2的正极串入直流系统，其余负载都处于正常运行状态。直流母线正极、负极分别连接轮切电阻，具有相同阻值(10kΩ-30kΩ)的轮切电阻经各自的轮切开关装置K1和K2接地。
下面以负载1和负载2为例，利用轮切开关K1和K2的开关闭合状态，分析如何确定交流信号串入正极母线所在的分支。
当轮切开关K1闭合、轮切开关K2断开时，负载1相应的等效电路如图2所示，其中RL1为负载1电阻，R为图1所示轮切电阻R，Uz为直流电源220V，C为正负母线及其他各支路的等效对地电容。则负载1的出口电流I1如式(1)所示：
当轮切开关K2闭合、轮切开关K1断开时，负载1相应的等效电路如图3，其中相应的标记与图2中相应的标记相同，此时负载1的出口电流I1如式(2)所示：
比较式(1)和式(2)，由于两种情况下电源均为直流电源，不存在交流信号，且电容隔直流，所以负载1的出口电流I1在轮切开关K1K2交替打开闭合过程中没有发生变化，因此可以判定为是正常线支路。
当轮切开关K1闭合、轮切开关K2断开时，负载2相应的等效电路如图4所示，其中RL2为负载2的电阻，R为图1所示的轮切电阻R，Uz为直流电源220V，C为正负母线及其他各支路的等效对地电容，U为串入直流母线的交流信号，则负载2的出口电流I2如式(3)所示：
当轮切开关K2闭合、轮切开关K1断开时，负载2相应的等效电路如图5所示，其中相应的标记与图4中相应的标记相同，此时负载2的出口电流I2如式(4)所示：
比较式(3)和式(4)，由于两种情况下电源均串入了交流电源，且电容具备隔直通交的特性，在两种开关状态下，负载2的出口电流I2是发生变化的，因此可以判定为是故障线支路。
基于上述原理，本发明提出了基于轮切电阻的交流串入直流系统的故障定位装置和方法。其中交流电流互感器1～交流电流互感器n安装于直流系统的各个支路，控制器控制K1和K2轮切开关的闭合、断开，交流电流互感器将采集的交流电流I1～In通过导线传输给控制器。控制器利用“基于轮切电阻的方法”进行综合判断，选出交流串入直流系统的故障直流支路。这种基于轮切电阻的交流串入直流系统的故障定位装置和方法解决了传统直流选线装置对于交流串入直流系统无法选出故障支路的问题，在工程上具有较高的实用价值。
以上所述仅为本发明的一种实施案例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于轮切电阻的交流串入直流系统的故障定位装置，其特征在于：该装置包括多个交流电流互感器，控制器，轮切电阻和轮切开关；其中所述多个交流电流互感器安装于直流系统的各个支路；直流母线正极、负极经相同轮切电阻和轮切开关接地；控制器控制轮切开关的闭合和断开。
2.如权利要求1所述的一种基于轮切电阻的交流串入直流系统的故障定位装置，其特征在于：所述多个交流电流互感器采集各个支路电阻轮切状态下的交流电流，并将上述采集的交流电流传输给控制器；所述控制器对电阻轮切状态下的交流电流的幅值进行多次分析比较，从而确定交流串入直流系统的故障支路。
3.根据权利要求2所述的一种基于轮切电阻的交流串入直流系统的故障定位装置，其特征在于：同一支路电阻轮切状态下交流电流的幅值发生变化的支路是串入交流的故障支路，幅值不发生变化的支路是非故障支路。
4.如权利要求1所述的一种基于轮切电阻的交流串入直流系统的故障定位装置，其特征在于：所述轮切电阻的阻值范围是10kΩ-30kΩ。
5.一种基于轮切电阻的交流串入直流系统的故障定位方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)在直流系统的各个支路加装交流电流互感器；
(2)在直流母线正极、负极和接地之间加装相同的轮切电阻和轮切开关；
(3)在直流系统中增加控制器；
(4)所述交流电流互感器采集各个支路电阻轮切状态下的交流电流，并将上述采集的交流电流传输给控制器；
(5)所述控制器控制轮切开关的闭合和断开，并对所述采集的交流电流的幅值进行多次分析比较，从而确定交流串入直流系统的故障支路。
6.根据权利要求5所述的一种基于轮切电阻的交流串入直流系统的故障定位方法，其特征在于：其中步骤(5)中确定故障支路的规则为：同一支路电阻轮切状态下交流电流的幅值发生变化的支路是串入交流的故障支路，幅值不发生变化的支路是非故障支路。
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