CN110940928A - 一种电厂直流系统交流窜入定位检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电厂直流系统交流窜入定位检测装置，包括谐振滤波模块与调谐钳形电流表，所述谐振滤波模块包括工频滤波支路、变频滤波支路、感容判别电容、开关和NTC热敏电阻，调谐钳形电流表包括钳形电流表和设在钳形互感器上的调谐电路，调谐电路包括绕在钳形互感器上的第三绕组和与所述第三绕组串联的LC谐振电路，调谐钳形电流表依次检测直流系统上各个可能的支路，通过判别有无交流电流分量，找到故障支路。本发明可在短时间内查找到交流窜入的直流支路，能准确判断传入的交流是电阻性直接接入，还是电磁耦合窜入或电容耦合窜入，对于变频器引发的直流系统交流窜入问题也可具备快速查找能力；此外还能起到消除交流窜入直流隐患的作用。

Description

一种电厂直流系统交流窜入定位检测装置

技术领域

本发明涉及电力仪器仪表，特别涉及一种电厂直流系统交流窜入定位检测装置。

背景技术

交流窜入直流系统是一种常见的电厂二次系统电磁干扰，其原因较多，较常见的是二次工作人员误接线、交直流隔离的板卡损坏、保护装置插件绝缘不良、电缆屏蔽接地不合理、户外设备渗水等，使交流电源以直接或电磁耦合或电场耦合的形式窜入直流系统。由于电站110/220V直流均为不接地系统，一旦由于某种原因接地的交流分量窜入直流系统，就会使直流母线叠加上一个很大的对地交流电压，对于110V直流系统，正常对地电压为50-60V，一旦交流窜入，对地电压可能升高至交流220V左右，窜入直流系统的交流分量将通过各直流回路的电缆分布电容、母线对地电容施加在某些中间继电器上，造成开关误动的严重事故，此外由于交流分量可能与互感器电流电压同频，还可能对某些保护装置、自动化装置产生干扰，导致装置损坏、开关误动。此外因交流窜入的干扰，直流接地检测仪常常无法正确报警，给故障的检测带来不便。

二次直流系统在电站辅助设备中起着举足轻重的作用。近年来，电站直流系统交流窜入已造成多起严重事故，交流窜入直流系统会导致整个系统对地电压成交变状波动，其峰值可达直流系统正常对地电压的数倍，且持续时间长，该过电压不但容易击穿二次直流电源板卡初次级，还会通过电缆电容感应、寄生耦合等形式对厂站二次系统造成极大的事故隐患。近年来，因直流系统交流窜入发生的误跳闸事故接连发生，然而现有技术的交流窜入检测装置，仅能检测直流母线对地电压的交流成分，不具备交流窜入的来源定位检测功能，也不具备交流来源的属性，是电阻性直接接入，还是电磁耦合窜入，或是电容耦合窜入；另外随着高低压变频器在电厂中的普及，交流窜入很可能是变频器的低频交流导致，由于频率低，现有的依靠低频信号注入的直流接地检测装置完全无能为力，对于上述问题，现有技术毫无解决能力，对于突发的直流系统交流窜入问题，完全不具备快速定性定位的能力，导致电厂直流系统交流窜入的事故隐患始终悬而未决。

发明内容

本发明目的是：为克服现有技术技术存在的缺陷，本发明提供一种电厂直流系统交流窜入定位检测装置。

本发明的技术方案是：

一种电厂直流系统交流窜入定位检测装置，它包括一个谐振滤波模块与一个调谐钳形电流表，所述谐振滤波模块包括工频滤波支路、变频滤波支路、感容判别电容、开关和NTC热敏电阻，所述工频滤波支路和变频滤波支路相互并联，并联一端与所述谐振滤波模块的一个信号输入端通过所述NTC热敏电阻相连，并联另一端与谐振滤波模块的另一个信号输入端通过感容判别电容相连，所述开关与感容判别电容并联；所述谐振滤波模块的两个信号输入端分别连接直流系统的正或负极母线与地；所述调谐钳形电流表依次检测直流系统上各个可能的支路，通过判别有无交流电流分量，找到故障支路。

优选的，所述工频滤波支路包括工频谐振电容、工频谐振电感和工频电流表，工频谐振电容两端分别与工频谐振电感和工频电流表串联；所述变频滤波支路包括变频谐振电容、变频谐振电感、自耦调压器和变频电流表，所述变频谐振电容两端分别与变频电流表和自耦调压器的一次侧串联，变频谐振电感与自耦调压器的二次侧并联。

优选的，所述调谐钳形电流表由钳形电流表与设在钳形电流表的钳形互感器上的调谐电路组成，所述调谐电路由绕在钳形互感器上的第三绕组和与所述第三绕组串联的谐振电容与可变电感组成。

优选的，所述工频谐振电容与变频谐振电容为薄膜电容器，容量在2-20微法之间。

优选的，所述工频滤波支路，用于滤除50Hz的工频交流信号；所述变频滤波支路，通过改变自耦调压器二次侧电感元件的绕组变比，实现谐振频率连续可变，用于滤除频率可变的交流信号，检测变频器的输出信号。

优选的，所述感容判别电容，实现交流入侵属性的检测，当谐振滤波支路调谐至谐振时，断开开关，感容判别电容串入，此时通过观察电流表的谐振电流变化，就能区分传入的交流是通过电容还是电感窜入。

本发明的优点是：

1．本发明克服了现有技术无法检测直流系统交流窜入来源问题，可利用附带的钳形电流表无损检测，在短时间内查找到交流窜入的直流支路，进而快速寻找到故障位置；

2．本发明可有效检测交流窜入的属性，能准确判断传入的交流是电阻性直接接入，还是电磁耦合窜入，或是电容耦合窜入，从而为故障点的查找提供更有力的信息，即可以加快故障点的查找，又可以弄清故障成因，是绝缘不良还是电磁或电场耦合导致；

3．本发明可有效检测变频器交流输出信号窜入直流系统的问题，随着高低压变频器在电厂中的普及，交流窜入很可能是变频器的低频交流导致，由于频率低，现有的依靠低频信号注入的直流接地检测装置完全无能为力，加上变频器输出的低频交流信号为PWM调制波，其丰富的谐波会充当载波，通过多种耦合形式窜入直流系统，并发明借助连续可调的谐振滤波回路，对于变频器引发的直流系统交流窜入问题，也可具备快速查找能力；

4．本发明谐振滤波模块，能对窜入直流系统的交流分量形成基地的阻抗，从而令入侵的交流成分被滤除，使入侵的交流分量不能再通过直流母线继续传导到其他回路，从而将交流窜入直流导致的过电压以及可能的隐患降至最低，起到消除交流窜入直流隐患的作用。可见，本发明可以根本上解决现有技术所存在的不足，有力的克服直流系统交流窜入导致的一系列重大的隐患。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1是本发明谐振滤波模块的电路图；

图2是本发明调谐钳形电流表的电路结构图；

图3是本发明查找交流窜入直流的示意图；

图4是电厂直流系统交流窜入的等效电路；

图5是电厂直流系统交流窜入后设置谐振滤波支路的等效电路。

具体实施方式

本发明的一种电厂直流系统交流窜入定位检测装置，它包括一个谐振滤波模块1与一个调谐钳形电流表12，所述谐振滤波模块1的两个信号输入端分别连接直流系统的正或负极母线与地；所述调谐钳形电流表12依次检测直流系统上各个可能的支路，通过判别有无交流电流分量，找到故障支路。图3是本发明查找交流窜入直流的示意图。

如图1所示，所述谐振滤波模块1包括工频谐振电容2、工频谐振电感3、变频谐振电容4 、变频谐振电感5、自耦调压器6、工频电流表7、变频电流表8、感容判别电容9、开关10，工频谐振电容2与工频谐振电感3以及工频电流表7串联后一端与所述谐振滤波模块1的一个信号输入端相连，另一端与感容判别电容9的一端相连；变频谐振电容4自耦调压器6一次侧串联，再与变频电流表8串联后一端与谐振滤波模块1的一个信号输入端相连，另一端与感容判别电容9的一端相连，感容判别电容9的另一端与谐振滤波模块1的另一个信号输入端相连，变频谐振电感5与自耦调压器6的二次侧并联；开关10与感容判别电容9并联。

参看附图2，本发明的检测用钳表为调谐型钳表，通过附加的调谐回路，可使钳表对某一个特定频率的信号敏感，这样就可方便地对同时存在变频或工频干扰的直流系统，进行交流入侵来源检测，只需用该钳表对直流分屏各支路负荷电流进行钳夹测量，测到存在交流电流的即是故障支路，从而实现交流窜入的定位检测。

电厂直流系统交流窜入的等效电路如图4所示，其中U1为直流系统的直流电源电压，A与B点代表正负母线，R1与C1为直流系统对地分布电容与接地电阻，U2为窜入的交流电源，交流电源通过阻抗R2或容抗C2（电缆感应方式）加在直流系统大地与正或负之间，形成交流入侵。设U2=sinwt，根据电路原理，可得直流系统正负母线对地电压分别为：

由此可见，交流窜入后，直流系统对地过电压的大小与系统的阻抗参数均有关，系统对地绝缘电阻越大、分布电容越小，过电压幅值越大；同时交流入侵点的过渡阻抗越小，过电压幅值也越大，要降低该过电压幅值，需要降低直流系统对地绝缘、增大对地分布电容，但直流系统的这些参数并不能随意增大，如果在直流母线上设置谐振滤波支路，如图5所示，滤波支路调谐至工频谐振，也就是wL=1/wC3，忽略滤波支路的电阻，代入（1）、（2）可得：

由此可见，窜入的交流完全被谐振谐振电路吸收，直流系统对地电压只与系统电阻分量相关，当交流系统无过渡阻抗，金属性侵入直流系统时，直流系统也只表现为一般直流接地时的对地电压分布，窜入的交流过电压分量被消除。

本发明通过设置谐振滤波装置1，通过其信号输入端接在直流系统正负母线与大地之间，通过LC滤波支路的谐振滤波效果，一方面消除了传入的交流分量，另一方面，也使流入直流母线的交流入侵分量增大，同时使正常的直流支路的交流入侵分量降低到接近零，这样，通过一个钳形电流表，依次检测直流系统上各个可能的支路，通过判别有无交流电流分量，就能比较快速的找到故障支路。本发明设有两组不同的谐振滤波支路，一组为工频滤波支路，用于滤除50Hz的工频交流信号，另一组为变频滤波支路，通过调压器改变二次侧电感元件的绕组变比，实现谐振频率连续可变，用于滤除频率可变的交流信号，这样就能对变频器的输出信号，进行有效检测。本发明通过感容判别电容，实现交流入侵属性的检测，当谐振滤波支路调谐至谐振时，断开开关10 ，电容串入，此时通过观察电流表的谐振电流变化，就能区分传入的交流是通过电容还是电感窜入，从而帮助弄清楚窜入交流分量的属性。工频谐振电容2与变频谐振电容4为薄膜电容器，其容量在2-20微法之间，可进一步提升谐振电路的频率稳定性，同时不会给电厂直流系统增加过大的对地电容。NTC热敏电阻用于检测电路接入直流系统的瞬间，减缓电容器的充电冲击电流。

本发明克服了现有技术无法检测直流系统交流窜入来源问题，可利用附带的钳形电流表无损检测，在短时间内查找到交流窜入的直流支路，进而快速寻找到故障位置。

本发明可有效检测交流窜入的属性，能准确判断传入的交流是电阻性直接接入，还是电磁耦合窜入，或是电容耦合窜入，从而为故障点的查找提供更有力的信息，即可以加快故障点的查找，又可以弄清故障成因，是绝缘不良还是电磁或电场耦合导致。

本发明可有效检测变频器交流输出信号窜入直流系统的问题，随着高低压变频器在电厂中的普及，交流窜入很可能是变频器的低频交流导致，由于频率低，现有的依靠低频信号注入的直流接地检测装置完全无能为力，加上变频器输出的低频交流信号为PWM调制波，其丰富的谐波会充当载波，通过多种耦合形式窜入直流系统，并发明借助连续可调的谐振滤波回路，对于变频器引发的直流系统交流窜入问题，也可具备快速查找能力。

本发明谐振滤波模块，能对窜入直流系统的交流分量形成基地的阻抗，从而令入侵的交流成分被滤除，使入侵的交流分量不能再通过直流母线继续传导到其他回路，从而将交流窜入直流导致的过电压以及可能的隐患降至最低，起到消除交流窜入直流隐患的作用。可见，本发明可以根本上解决现有技术所存在的不足，有力的克服直流系统交流窜入导致的一系列重大的隐患。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电厂直流系统交流窜入定位检测装置，其特征在于，包括一个谐振滤波模块（1）与一个调谐钳形电流表（12），所述谐振滤波模块（1）包括工频滤波支路、变频滤波支路、感容判别电容（9）、开关（10）和NTC热敏电阻（17），所述工频滤波支路和变频滤波支路相互并联，并联一端与所述谐振滤波模块（1）的一个信号输入端通过所述NTC热敏电阻（17）相连，并联另一端与谐振滤波模块（1）的另一个信号输入端通过感容判别电容（9）相连，所述开关（10）与感容判别电容（9）并联；所述谐振滤波模块（1）的两个信号输入端分别连接直流系统的正或负极母线与地；所述调谐钳形电流表（12）依次检测直流系统上各个可能的支路，通过判别有无交流电流分量，找到故障支路。

2.根据权利要求1所述的电厂直流系统交流窜入定位检测装置，其特征在于，所述工频滤波支路包括工频谐振电容（2）、工频谐振电感（3）和工频电流表（7），工频谐振电容（2）两端分别与工频谐振电感（3）和工频电流表（7）串联；所述变频滤波支路包括变频谐振电容（4）、变频谐振电感（5）、自耦调压器（6）和变频电流表（8），所述变频谐振电容（4）两端分别与变频电流表（8）和自耦调压器（6）的一次侧串联，变频谐振电感（5）与自耦调压器（6）的二次侧并联。

3.根据权利要求2所述的电厂直流系统交流窜入定位检测装置，其特征在于，所述调谐钳形电流表（12）由钳形电流表（16）与设在钳形电流表的钳形互感器上的调谐电路组成，所述调谐电路由绕在钳形互感器上的第三绕组（13）和与所述第三绕组（13）串联的谐振电容（14）与可变电感（15）组成。

4.根据权利要求2所述的电厂直流系统交流窜入定位检测装置，其特征在于，所述工频谐振电容（2）与变频谐振电容（4） 为薄膜电容器，容量在2-20微法之间。

5.根据权利要求2所述的电厂直流系统交流窜入定位检测装置，其特征在于，所述工频滤波支路，用于滤除50Hz的工频交流信号；所述变频滤波支路，通过改变自耦调压器（6）二次侧电感元件的绕组变比，实现谐振频率连续可变，用于滤除频率可变的交流信号，检测变频器的输出信号。

6.根据权利要求5所述的电厂直流系统交流窜入定位检测装置，其特征在于，所述感容判别电容（9），实现交流入侵属性的检测，当谐振滤波支路调谐至谐振时，断开开关（10），感容判别电容（9）串入，此时通过观察电流表的谐振电流变化，就能区分传入的交流是通过电容还是电感窜入。

Images