CN110514946B - 一种高安全性的直流接地试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高安全性的直流接地试验装置。为了克服原有技术的安全性不高，不能修正人工的误操作等问题，本发明采用平衡电桥，包括接入在母线与地之间的两个相同的桥臂，桥臂包括依次连接有能受控自动复位的开关、保护装置、可调电阻和用于测量的表计；所述测量表计和开关都与控制器相连。该装置能够在判断出电路过流或者短路时迅速做出反应；在人工操作误操作时，能够提醒工作人员，并自动回复到安全位置，提高安全性。

Description

一种高安全性的直流接地试验装置

技术领域

本发明涉及一种直流接地试验装置，尤其涉及一种高安全性的直流接地试验装置。

背景技术

直流电源系统是电力系统变电站中为站内各控制设备如断路器、继电保护装置、自动装置及其它一、二次设备等提供电源的低压直流不间断供电系统；当直流系统发生直流接地时，会严重影响设控制设备的安全运行，可能会引起控制设备误动作等，需要及时发现、排除；为了检测直流系统的对地绝缘情况，变电站装有直流绝缘检测装置。

为了保证直流绝缘检测装置使用过程的安全，一般的装置采用熔断丝或者继电器作为保护用的保险装置，但是熔断丝熔断需要过流升温，在升温到熔断温度之前可能烧坏耐热性不高的精密元件，从而存在安全隐患；在人工检测时，上次检测之后没有将直流绝缘检测装置的阻值调到最大，或是调整错误，调到了最小，又或是因为时间的原因有所损耗，以上的情况下，可调电阻的阻值都偏小，如果工作人员不注意直接使用，会造成设备元件烧坏或者引起短路问题，安全性不高。

例如，一种在中国专利文献上公开的“一种FU自保护直流偏磁接地装置”，其公告号“CN 208174259U”，包括隔离开关G1、保护型熔丝FU、放电阻尼器RL、电容器C、高速涡流开关K0和可控硅SCR；所述隔离开关G1的进线端与变压器的中性点连接，隔离开关G1的出线端与保护型熔丝FU的进线端相连接，保护型熔丝FU的出线端分别与高速涡流开关K0的进线端、放电阻尼器RL的进线端相联，放电阻尼器RL的出线端与电容器C的进线端相联，高速涡流开关K0的出线端与电容器C的出线端共地，可控硅SCR并联在高速涡流开关K0的两端。使用保护型熔丝FU来保护整个电路，在过流时，保护型熔丝FU断开，但是，在保护型熔丝FU因为过流而温度上升时，其他的元件可能因为过流升温而被烧毁，设备的安全性不高。

发明内容

本发明主要解决原有技术安全性不高；无法修正人工操作时误操作等的问题；提供一种高安全性的直流接地试验装置，能够在判断出电路过流或者短路时迅速做出反应；在人工操作误操作时，能够提醒工作人员，并自动回复到安全位置，提高安全性。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

本发明包括用于检测的平衡电桥，平衡电桥包括两个相同的桥臂，平衡电桥的第一桥臂设置在正母线CM+和地DD之间，第二桥臂设置在负母线CM-与地DD之间；桥臂在母线与地DD之间依次连接有能受控自动复位的开关、过流保护装置、可调电阻和用于测量的表计；所述测量表计和开关都与控制器相连。使用平衡电桥法测试变电站中的直流电设备是否接地，绝缘性是否完好；使用过流保护装置和能受控自动回复的开关相配合，进一步加强了对使用安全性的保障；使用能受控自动回复的开关，在人工操作有误操作时，控制器能根据表计的数据判断出是否是处于正常状态，如果不是，则自动复位开关，使其处于初始的悬空状态，桥臂的直流接地模拟电阻部分不接入工作，保证了桥臂中的电气元件的安全。

作为优选，所述的开关为单刀三掷的旋钮开关；所述旋钮开关的中间触点连接欧姆表，欧姆表与平衡电桥的桥臂并联；旋钮开关的一侧触点悬空，另一侧触点连接电压表，所述电压表与桥臂并联，母线或地与节油电压表的触点相连。选用单刀三掷的旋钮开关，能够切换“电阻输出”、“电压测量”和“电阻测量”不同功能；在需要测试直流设备是否接地，绝缘性是否完好时，把旋钮旋至电压测量档，电压表测量显示的是桥臂电阻上的电压值；把连接欧姆表的触点设置在中间，悬空的触点和接电压表的触点连接在两侧，在使用时，旋钮开关从悬空处经过欧姆档旋转至电压档；为了保证在人工使用电压档测量之前的电阻值适当，在电压档之前先经过欧姆档，避免上次测量后的阻值调整有误，或是电阻元件损耗实际值变小，防止短路问题的出现，还能够提升测量结果的精准度。

作为优选，所述的旋钮开关内部设置有齿轮，齿轮与适配的齿条啮合，齿条末端设置有磁铁块，齿条末端插入设置在齿条套中；齿条套底部设置有电磁铁，齿条套底部设置有一个用于穿线的小孔。旋钮开关用齿轮、齿条作为传动机构，通过齿条末端的磁铁被通电的电磁铁所吸引带动齿条运动，从而使得旋钮随着齿轮一起转动，复位。该结构简单，能够完成开关自动复位的功能，在出现危险之前提前恢复原位，或是恢复原位后锁定，进一步加强了设备的安全性。

作为优选，所述的齿条末端设置有凸起的限位环，所述限位环与齿条套内壁贴合；所述齿条套插入齿条的一端设置有凸起的限位挡板，限位挡板与限位环之间形成限位槽。齿条的限位环与齿条套的限位挡板之间的限位槽是齿条的行程空间，限位挡板限定了齿条运动的最远距离，防止齿条跑出齿条套外，使其在电磁铁的吸引范围内活动，此外，也限制了旋钮开关的旋转角度，使其不会在无用的空间旋转，造成空间浪费。

作为优选，所述的测量表计与A/D转换模块相连接，A/D转换模块与控制器相连；所述的控制器还连接有电磁铁。测量表计包括电流表、电压表和欧姆表，测量表计使用数字式的测量表计，A/D转换模块将模拟量的测量数值转换为数字量的测量值，将转换后的数字量测量值传输到控制器，控制器根据程序，与相对应的阈值相比较，并对电磁铁做出相对应的控制。控制过程更简单、反应快，能快速做出相应。

作为优选，所述的保护装置包括过流保护继电器和熔断丝。除了控制器控制的能自动复位的开关作为保护措施以外，还有其他的保护装置，保护采用过流保护继电器和熔断丝，分别对过流和短路采取了双保险，使得使用更加安全。

作为优选，所述的可调电阻包括粗调电阻和细调电阻。可调电阻包括粗调电阻和细调电阻，粗调电阻为波段开关切换，细调电阻是电位器调节，两者配合，使得可调电阻的变化精度有所提升，两个桥臂的电阻能在最大程度上接近，增强测量的精度。

作为优选，所述的可调电阻还包括精细电阻。增加精细电阻，使得两个桥臂的电阻值更加接近完全相同，进一步增强测量的准确性，微小的接地或是绝缘性减弱也能检测出来。

本发明的有益效果是：

1.使用旋钮式的单刀三掷的开关，欧姆档置于中间，悬空位和电压档置于两侧，绝缘性检测时经过欧姆档，使用前检测装置的自测更加完善，使用更加安全。

2.旋钮开关通过齿轮齿条配合磁铁块与电磁铁做到复位开关的复位，保证了操作的安全，人工有误操作时，能够及时纠错，修复错误，保障设备和人员安全；

3.除了能受控自动复位的开关，还有过流保护继电器和熔丝，多重保护，避免过流或者短路情况的出现。

附图说明

图1是本发明的一种平衡电桥电路原理连接结构框图；

图2是本发明的一种旋钮开关的结构示意图。

图中1.旋钮开关，2.齿轮，3.齿条，4.齿条套，5.磁铁块，6.电磁铁。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

本实施例的一种高安全性的直流接地试验装置，如图1所示，包括平衡电桥，平衡电桥是一个双桥臂的电桥电路，所述桥臂为直流接地模拟电阻部分；所述直流接地模拟电阻部分包括以此连接单刀三掷的开关、过流保护继电器、熔断丝、粗调电阻、细调电阻和电流表，并联的欧姆表和电压表。

在正母线CM+与地DD之间，设置有第一桥臂，正母线CM+与图中单刀三掷开关S1中的右端触点相连，开关S1的右端触点连接第一电压表的一端，第一电压表的另一端与地DD相连，开关S1的中间触点连接第一欧姆表的一端，第一欧姆表的另一端与地DD相连，开关S1的左端触点悬空；开关S1与过流保护继电器K1的一端相连，过流保护继电器K1的另一端与熔断丝FU1的一端相连，熔断丝FU1的另一端与粗调电阻R1的一端相连，粗调电阻R1的另一端与细调电阻R2的一端相连，细调电阻R2与第一电流表的一端相连，第一电流表的另一端与地DD相连。

内置锂电池，在无市电的情况下给电压表、电流表、欧姆表提供电源，电池连续供电时间≥8小时。

在地DD与负母线CM-之间，设置有第二桥臂，地DD与图中单刀三掷开关S2中的右端触点相连，开关S2的右端触点连接第二电压表的一端，第二电压表的另一端与负母线CM-相连，开关S2的中间触点连接第二欧姆表的一端，第二欧姆表的另一端与负母线CM-相连，开关S2的左端触点悬空；开关S2与过流保护继电器K2的一端相连，过流保护继电器K2的另一端与熔断丝FU2的一端相连，熔断丝FU2的另一端与粗调电阻R3的一端相连，粗调电阻R3的另一端与细调电阻R4的一端相连，细调电阻R4与第二电流表的一端相连，第二电流表的另一端与负母线CM-相连。

所述的粗调电阻R1和R3为波段开关，波段开关电阻输出范围为10Ω~122kΩ，11档调节，分别为0、2.5kΩ、5kΩ、10kΩ、15kΩ、20kΩ、25kΩ、35kΩ、50kΩ、70kΩ、100kΩ；所述的细条开关R2和R4为电位器调节，电位器调节输出的电阻范围为0~22kΩ。

正母线CM+的电压值为+110V，负母线的电压值为-110V，在测试是否存在直流接地时，将平衡电桥的两个桥臂的阻值都相等，图中的R+为正母线CM+对地DD的电阻，在一般情况下，正母线CM+的绝缘性良好，没有接地，对地电阻R+的电阻阻值接近无限大，同理，负母线CM-在一般情况下对地电阻CM-的阻值也是无限大。

以正母线CM+与地DD之间桥臂的直流接地模拟电阻部分为例，当开关S1置与悬空的触点时，处于“电压测量”状态，桥臂的可调电阻部分没有接入电路，第一电压表显示的理论上的值为正母线CM+对地DD的电压值，第一电压表与第二电压表的显示值相同；当开关S1拨到中间触点，处于“电阻测量”状态，接通第一欧姆表，形成一个回路，此时第一欧姆表测量的阻值是可调电阻的阻值，为之后的测量做提前准备；再往后拨联通第一电压表，处于“电阻输出”状态，第一电压表测量经过可调电阻分压后的正母线CM+与地DD之间的电压值，可以检测出是否存在绝缘性变差或是直流接地的情况，如果两个电压表与电流表的数值相差较大，说明有一段的线路绝缘性变差或是直流接地了。如果电流表的数值大于20mA则发出超出阈值范围，过流保护继电器K1动作并保持，内置蜂鸣器发出警报，通过复位按钮复位。

如图2所示，单刀三掷的旋钮开关1内部设置包括齿轮2、与齿轮2啮合的齿条3，齿条3的末端插入设置在齿条套4内；齿轮2设置在与三个触点对称的范围内，简化了结构，使得制作简单，利用率高，避免了不必要的浪费。齿条3的末端设置有凸起的限位环，限位环与齿条套4的内壁相贴合，图中齿条套4的左侧设置有凸起的限位挡板，限位挡板与纤维环之间形成了限位槽，齿条4的行程范围为限位槽的长度，当齿条3的末端与齿条套4的底部接触时，旋钮开关1置于第一触点，当限位环在齿条套4中间位置时，旋钮开关1置于第二触点，当限位环与限位挡板接触时，旋钮开关1置于第三触点；齿条3末端设置有磁铁块5，齿条套4底部设置有电磁铁，齿条套的底部设置有小孔，用于穿线，当控制器发出复位信号时，使得电磁铁通电，吸引磁铁块，使旋钮开关恢复到处于第一触点的状态。

当旋钮开关处于第一触点时，处于“电压测量”状态，控制器通过A/D转换模块读取两个电压表的数值，如果两个电压表V1和V2的数值差距不大，则没有相应，如果两个电压表V1和V2的数值差距大于阈值，说明有一端母线的绝缘性变差，或者一端存在着直流接地，则控制器控制电磁铁6通电，电磁铁6吸引磁铁块5，使得旋钮开关1一直处于悬空的第一触点，锁死，人工不能进行其他操作，避免了接下去操作过流的可能性；且控制器控制蜂鸣器警告，LED灯闪烁，声光警告工作人员。

当旋钮开关处于第二触点时，处于“电阻测量”状态，控制器通过A/D转换模块读取两个欧姆表Ω1和Ω2的数值，可以供工作人员调节电阻的大小，如果两个欧姆表的数值小于阈值如1000Ω，说明在接下来接入母线时，可能会有过流的情况，电气元件会被烧毁，则控制器控制电磁铁6通电，产生磁场，吸引磁铁块5，使旋钮开关1处于悬空的第一触点，避免了过流，电气元件被烧毁的可能；且控制器控制蜂鸣器警告，LED灯闪烁，声光警告工作人员。如果上次检测过后，工作人员误把可调电阻调到最小而非最大，或者电阻元件有所损耗时，则在经过欧姆档时，会自动复位到悬空状态，保护电路，避免短路。

当旋钮开关处于第三触点时，处于“电阻输出”状态，控制器通过A/D转换模块读取两个电压表V1、V2和两个电流表A1、A2的数值，如果此时电流表的读数大于20mA，说明该段的母线绝缘性变差，存在一定的安全隐患，则控制器控制电磁铁6通电，吸引磁铁块5，使得旋钮开关1处于悬空的第一触点状态，同时控制过流保护继电器断开，蜂鸣器警告，提醒工作人员，双保险，保证变电站设备的安全，排除绝缘性变差的安全隐患，此外还能多重保障直流接地试验装置的安全使用。

Claims (5)

1.一种高安全性的直流接地试验装置，包括用于检测的平衡电桥，平衡电桥包括两个相同的桥臂，其特征在于平衡电桥的第一桥臂设置在正母线和地之间，第二桥臂设置在负母线与地之间；桥臂在母线与地之间依次连接有能受控自动复位的开关、保护装置、可调电阻和用于测量的表计；所述测量表计和开关都与控制器相连；

所述的开关为单刀三掷的旋钮开关（1）；所述旋钮开关（1）的中间触点连接欧姆表，欧姆表与平衡电桥的桥臂并联；旋钮开关（1）的一侧触点悬空，另一侧触点连接电压表，所述电压表与桥臂并联，母线或地与接有电压表的触点相连接；

所述旋钮开关（1）内部设置有齿轮（2），齿轮（2）与适配的齿条（3）啮合，齿条末端设置有磁铁块（5），齿条（3）末端插入设置在齿条套（4）中；齿条套（4）底部设置有电磁铁（6），齿条套（4）底部设置有一个用于穿线的小孔；所述的齿条（3）末端设置有凸起的限位环，所述限位环与齿条套（4）内壁贴合；所述齿条套（4）插入齿条（3）的一端设置有凸起的限位挡板，限位挡板与限位环之间形成限位槽；

齿轮设置在与三个触点对称的范围内；当齿条的末端与齿条套的底部接触时，旋钮开关置于一侧触点，当限位环在齿条套中间位置时，旋钮开关置于中间触点，当限位环与限位挡板接触时，旋钮开关置于另一侧触点；

当旋钮开关处于一侧触点时，处于“电压测量”状态，控制器通过A/D转换模块读取两个电压表的数值；

当旋钮开关处于中间触点时，处于“电阻测量”状态，控制器通过A/D转换模块读取两个欧姆表的数值；

当旋钮开关处于另一侧触点时，处于“电阻输出”状态，控制器通过A/D转换模块读取两个电压表和两个电流表的数值。

2.根据权利要求1所述的一种高安全性的直流接地试验装置，其特征在于所述的测量表计与A/D转换模块相连接，A/D转换模块与控制器相连；所述的控制器还连接有电磁铁（6）。

3.根据权利要求1所述的一种高安全性的直流接地试验装置，其特征在于所述的保护装置包括过流保护继电器和熔断丝。

4.根据权利要求1所述的一种高安全性的直流接地试验装置，其特征在于所述的可调电阻包括粗调电阻和细调电阻。

5.根据权利要求4所述的一种高安全性的直流接地试验装置，其特征在于所述的可调电阻还包括精细电阻。

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