CN110673001A - 基于断路器位置状态监测的绝缘监测装置及绝缘监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于断路器位置状态监测的绝缘监测装置及绝缘监测方法，绝缘监测装置包括两个平衡电阻，分别连接于直流母线的正极与地之间、直流母线的负极与地之间；至少一个切换电阻，切换电阻连接于直流母线的正极与地之间和/或连接于直流母线的负极与地之间；两个母线电压采集电路分别用于采集母线的正极对地电压以及母线的负极对地电压；漏电流采集器用于采集连接在支路电路中的电流互感器的漏电流信号；断路器位置状态采集器用于采集连接在支路电路中的断路器的位置状态信号；绝缘监测主机分别连接母线电压采集电路、漏电流采集器和断路器位置状态采集器。本发明的绝缘监测装置及卷圆监测方法，充分利用断路器的状态信息，辅助判断高阻接地。

Description

基于断路器位置状态监测的绝缘监测装置及绝缘监测方法
技术领域
本发明属于直流系统的绝缘监测技术领域，具体涉及一种基于断路器位置状态监测的绝缘监测装置及绝缘监测方法。
背景技术
电力电缆作为传输电能的主要手段之一，其可靠性具有重要的意义。同时因为电缆设计、生产、安装和维护等很多影响因素，由电缆损坏带来的停电事故也越来越多，是电网安全运行的重要隐患之一。一旦电缆发生击穿现象，必须进行长时间断电维护，给经济带来严重损失，而且会扰乱广大居民和企业的正常生产生活秩序。
通过持续性的监测电缆绝缘状况，然后根据监测数据来判断对电缆进一步的检修和维护的必要性，这就是所谓的状态检修。在线监测不但可以减少对全部电缆定期进行检修的劳动量，减少了试验成本，避免使一些良好电缆加速老化等，而且可以对不停的监测电缆绝缘状态，提前发现故障隐患，减少事故的突然发生带来的危害。同时，进行在线监测可以随时的对电缆的电气参量就行检测，这样就形成了一个全面的历史数据库，为日后电缆的大修提供了依据。
但现有的绝缘监测装置存在灵敏度不足的问题，特别是多个支路高阻接地时，导致总体绝缘降低较大，而因为每个支路的绝缘电阻均高于绝缘监测装置的灵敏度，因此现有的绝缘监测装置无法找出故障点。现场频繁因为此类事件而烦恼。
现有一种方法，就是每次停电时，都断开断路器，然后监测直流系统母线电压的变化情况，如果母线电压有细微变化，则可能该支路存在高阻接地，此时再用摇表，检测该支路的绝缘情况。但该方法工作量大，工作繁琐。因此如果能将该工作集成到现有的绝缘监测装置上，则可大幅度降低人员的工作量。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有的绝缘监测装置的母线对地电阻计算灵敏，而支路对地电阻受限于漏电流传感器的精度，对于高阻接地，难以准确找出故障点，本发明提供一种基于断路器位置状态监测的绝缘监测装置及绝缘监测方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
基于断路器位置状态监测的绝缘监测装置，包括：
两个平衡电阻，分别连接于直流母线的正极与地之间、直流母线的负极与地之间；
至少一个切换电阻，所述切换电阻连接于直流母线的正极与地之间和/或连接于直流母线的负极与地之间；
两个母线电压采集电路，分别用于采集母线的正极对地电压以及母线的负极对地电压；
漏电流采集器，用于采集连接在支路电路中的电流互感器的漏电流信号；
断路器位置状态采集器，用于采集连接在支路电路中的断路器的位置状态信号；
绝缘监测主机，分别连接母线电压采集电路、漏电流采集器和断路器位置状态采集器。
可选地，所述的切换电阻设置有一个，连接于直流母线的负极与地之间。
可选地，所述的漏电流采集器为漏电流传感器。
利用所述的基于断路器位置状态监测的绝缘监测装置的绝缘监测方法，包括：
S1.母线电压采集电路实时监测直流母线对地电压，计算直流母线对地电阻，当直流母线对地电阻低于设定值时，进行支路巡检，支路上的漏电流采集器输出漏电流信号，以找出支路故障；
S2.利用断路器位置状态采集器监测断路器位置变化信息，支路n断路器投切前直流母线正极等效电阻为R正1，负极母线等效电阻R负1；支路n断路器投切后，直流母线正极等效电阻为R正2，负极母线等效电阻R负2；如果直流母线系统母线对地电压在设定时间内波动大于设定值，则投切切换电阻，投切前直流母线对地电压U1+和U1-,投切后，直流母线对地电压为U2+和U2-,则：
Figure BDA0002257870720000031
Figure BDA0002257870720000032
Figure BDA0002257870720000034
其中，R正n为支路n的正极对地电阻，R负n为支路n的负极对地电阻，通过公式(1)-(4)计算出R正n和R正n，从而判断高阻接地支路n。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、利用支路断路器状态变化前后母线对地电压变化，找出高阻接地支路；
2、利用直流母线对地电压变化，计算出支路接地电阻，大幅度提高支路绝缘电阻的准确度；
3、将断路器位置状态接入了绝缘监测装置，将其数据和直流母线对地电压，母线对地电阻等复合运用，达到找出高阻接地的效果，使其数据得到真正利用。
附图说明
图1是本发明的绝缘监测装置电路图；
图2是本发明的母线电压采集电路的原理框图。
附图标记：R1、R3-取样电阻，R2、R4-分压电阻，R5、R6-平衡电阻，R7-切换电阻，CT1、CT2、CT3...CTn-电流互感器，K1、K2、K3...Kn-断路器，U1、U2-母线电压采集电路,101-绝缘监测主机,102-断路器位置状态采集器,103-漏电流采集器。
具体实施方式
参照图1，本发明的基于断路器位置状态监测的绝缘监测装置，包括两个母线电压采集电路U1、U2，母线电压采集电路U1、U2分别用于采集母线的正极对地电压以及母线的负极对地电压。母线电压采集电路U1、U2参照图2，主要包括取样电阻、光电隔离器、放大电路、AD采样单元和MCU处理器，可以实时采样监测直流电源系统的安全运行，能检测0V至300V以内的正负母线对地电压范围。直流系统母线电压分别经过分压电阻R2、R4分压，取样电阻R1、R3采样，再经过隔离线性光耦的放大倍数为8倍，进行光电隔离再输入至放大电路和滤波电路，经过放大电路和滤波电路处理后，由AD采样单元进行采样并进行AD转换，AD采样单元采用的是12位AD芯片采样，型号为TLC2543，基准电压为2.5V；12位的AD转换芯片的分辨率为0.6mV；通过对分压电阻、以及放大电路选择合理的参数，电阻R1、R2参数分别为1000k/1W,680欧姆/0.5W；由于隔离线性光耦为8倍放大关系，放大电路的放大倍数选取为1.5倍，所以保证了300V的母线对地电压经过电路处理后在AD采样处信号的有效峰峰值不大于2.5V，计算公式：300V*0.68/(1000+0.68)*8*1.5＝2.446V<2.5V，那么按照理想比例的情况下有效值为0.1V的直流电压信号在AD采样处的信号有效值为0.815mV，计算公式：1000*0.1V*2.446V/300V＝0.815mV，因此0V-300V的直流电压信号，对于分辨率为0.6mV的AD采样芯片来说是完全可以捕捉到的。通过上述的检测原理可以计算出直流系统母线对地电压的大小。
绝缘监测装置还包括两个平衡电阻R5、R6和一个切换电阻R7，两个平衡电阻R5、R6分别连接于直流母线的正极与地之间、直流母线的负极与地之间；切换电阻R7连接于直流母线的负极与地之间，通过在直流母线上连接平衡电阻R5、R6以及切换电阻R7。当然，也可以在直流母线的正极与地之间连接另一个切换电阻，但是正极容易引起保护误动作，所以连接正极的切换电阻，根据实际需要选择使用。本实施例中通过两个平衡电阻R5、R6和一个连接负极母线的切换电阻R7，能够利用不平衡电桥法原理，计算出直流母线对地电阻，从而能够实现对直流母线对地电阻的实时监控，当超过设定数值时，则发出报警信号，开始支路巡检，以进一步判断哪个支路存高阻接地。不平衡电桥法的计算方法，为本领域的公知常识，所以在这里不做过多赘述。
绝缘监测装置还包括漏电流采集器103、断路器位置状态采集器102和绝缘监测主机101，漏电流采集器103一般选用精度较高的漏电流传感器，漏电流传感器连接在支路电路中的电流互感器CT1、CT2、CT3...CTn的漏电流信号；断路器位置状态采集器102用于采集连接在支路电路中的断路器K1、K2、K3...Kn的位置状态信号，断路器K1、K2、K3...Kn的位置状态信号可通过现有技术的检测电路来实现，本实施例中不做过多赘述；绝缘监测主机101分别连接母线电压采集电路U1、U2、漏电流采集器103和断路器位置状态采集器102。漏电流采集器103一般包括放大器、AD采样单元等，当支路存在高阻接地时，则穿套在该支路的电流互感器会感应出电流信号，经过放大后进入AD采样，从而能够计算出该支路的接地阻抗，然后判断出是哪个支路存在高阻接地。
由于漏电流传感器的精度问题，如果无法找出故障支路时，则利用断路器位置状态采集器102监测断路器位置变化信息进行计算判断：
具体地，支路n断路器投切前直流母线正极等效电阻为R正1，负极母线等效电阻R负1；支路n断路器投切后，直流母线正极等效电阻为R正2，负极母线等效电阻R负2；如果直流母线系统母线对地电压在设定时间内波动大于设定值，则投切切换电阻R7，投切前直流母线对地电压U1+和U1-,投切后，直流母线对地电压为U2+和U2-,则：
Figure BDA0002257870720000061
Figure BDA0002257870720000062
Figure BDA0002257870720000063
Figure BDA0002257870720000064
其中，R正n为支路n的正极对地电阻，R负n为支路n的负极对地电阻，由于R正1、R负1、U1+、U1-、U2+、U2-为可计算得知的，则通过公式(1)-(4)计算出R正n和R正n，从而判断高阻接地支路n。
本发明的直流母线系统的绝缘监测方法，通过监控断路器位置变化信息，能够在漏电流传感器精度问题无法检测出支路故障时，能够利用支路断路器状态变化前后母线对地电压变化，从而找出高阻接地支路，准确度显著提高。

Claims (4)

1.基于断路器位置状态监测的绝缘监测装置，其特征在于，包括：
两个平衡电阻，分别连接于直流母线的正极与地之间、直流母线的负极与地之间；
至少一个切换电阻，所述切换电阻连接于直流母线的正极与地之间和/或连接于直流母线的负极与地之间；
两个母线电压采集电路，分别用于采集母线的正极对地电压以及母线的负极对地电压；
漏电流采集器，用于采集连接在支路电路中的电流互感器的漏电流信号；
断路器位置状态采集器，用于采集连接在支路电路中的断路器的位置状态信号；
绝缘监测主机，分别连接母线电压采集电路、漏电流采集器和断路器位置状态采集器。
2.根据权利要求1所述的基于断路器位置状态监测的绝缘监测装置，其特征在于，所述的切换电阻设置有一个，连接于直流母线的负极与地之间。
3.根据权利要求1所述的基于断路器位置状态监测的绝缘监测装置，其特征在于，所述的漏电流采集器为漏电流传感器。
4.利用权利要求1-3所述的基于断路器位置状态监测的绝缘监测装置的绝缘监测方法，其特征在于，包括：
S1.母线电压采集电路实时监测直流母线对地电压，计算直流母线对地电阻，当直流母线对地电阻低于设定值时，进行支路巡检，支路上的漏电流采集器输出漏电流信号，以找出支路故障；
S2.利用断路器位置状态采集器监测断路器位置变化信息，支路n断路器投切前直流母线正极等效电阻为R正1，负极母线等效电阻R负1；支路n断路器投切后，直流母线正极等效电阻为R正2，负极母线等效电阻R负2；如果直流母线系统母线对地电压在设定时间内波动大于设定值，则投切切换电阻，投切前直流母线对地电压U1+和U1-,投切后，直流母线对地电压为U2+和U2-,则：
Figure FDA0002257870710000021
Figure FDA0002257870710000022
Figure FDA0002257870710000024
其中，R正n为支路n的正极对地电阻，R负n为支路n的负极对地电阻，通过公式(1)-(4)计算出R正n和R正n，从而判断高阻接地支路n。
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