CN111077397B - 变电直流系统接地串扰检测预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种变电直流系统接地串扰检测预警系统，包括：所述接地检测电路，与直流系统的接地电阻RL并联，用于检测接地电阻RL的端电压变化状态，并输出接地故障检测信号；所述串扰检测电路，用于检测直流系统的接地回路的交流串扰信号，并输出串扰检测信号；故障判别电路，用于接收故障检测信号以及串扰检测信号，并根据故障检测信号和串扰检测信号输出判断信号；所述控制器，用于接收接地故障检测信号、串扰检测信号以及判断信号，并判断当前直流系统是否具有串扰和/或接地故障，当存在串扰和/或接地故障时输出告警信息，能够准确的判断区分出直流系统接地点的电位升高是接地故障引起还是串扰故障引起。

Description

变电直流系统接地串扰检测预警系统

技术领域

本发明涉及一种电力预警系统，尤其涉及一种变电直流系统接地串扰检测预警系统。

背景技术

直流系统是变电系统的极其重要的供电设备，用于断路器的分合闸操作、继电保护、自动装置等提供稳定直流电，因此，直流系统基本遍布整个电力系统的各个角落，但是，变电系统是一个复杂的系统，直流系统稳定性关系到整个电力系统的稳定性，直流系统的稳定性主要体现于接地稳定以及无串扰，但是，由于变电系统的复杂性，高压交流侧的高次谐波成分容易串扰进直流系统，从而容易造成设备误动，引起变电事故，另一方面，直流系统的接地可靠与否也将直接影响直流系统的稳定性，因此，对于直流系统的串扰和接地故障的检测预警就显得至关重要，但是，现有技术中，对于接地故障和串扰都是基于接地点进行检测，也就是说基于接地点的电位变化来判断接地故障以及串扰，然而，目前还没有一种有效的手段准确区分出到底是串扰引起的接地点电位升高还是串扰引起的接地点电位升高，从而不能准确预警。

因此，为了解决上述技术问题，亟需提出一种新的技术手段。

发明内容

本发明的目的是提供一种变电直流系统接地串扰检测预警系统，能够准确的判断区分出直流系统接地点的电位升高是接地故障引起还是串扰故障引起，从而能够进行准确的预警，利于电力工作人员做出准确的处理措施，确保直流系统以及整个变电系统的稳定运行。

本发明提供的一种变电直流系统接地串扰检测预警系统，包括接地检测电路、串扰检测电路、故障判别电路以及控制器；

所述接地检测电路，与直流系统的接地电阻RL并联，用于检测接地电阻RL的端电压变化状态，并输出接地故障检测信号；

所述串扰检测电路，用于检测直流系统的接地回路的交流串扰信号，并输出串扰检测信号；

故障判别电路，用于接收故障检测信号以及串扰检测信号，并根据故障检测信号和串扰检测信号输出判断信号；

所述控制器，用于接收接地故障检测信号、串扰检测信号以及判断信号，并判断当前直流系统是否具有串扰和/或接地故障，当存在串扰和/或接地故障时输出告警信息。

进一步，还包括上位主机，所述上位主机与控制器通信连接。

进一步，所述上位主机与控制器通过总线通信连接。

进一步，所述串扰检测电路包括变压器T1、二极管D1、电容C2、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电感L1、光耦OC1、可控硅Q1、指示灯LED、常开按钮开关S1、三极管Q2以及三极管Q3；

变压器T1的初级绕组的同名端连接于接地点，异名端通过接地电容CL接地，变压器T1的次级绕组的异名端接地，变压器T1的次级绕组的同名端与二极管D1的正极连接，二极管D1的负极通过电容C2接地，二极管D1的负极通过电感L1与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与光耦OC1的发光二极管的正极连接，光耦OC1的发光二极管的负极接地，光耦OC1的光敏三极管的集电极与电源VCC连接，光耦OC1的光敏三极管的发射极通过电阻R8接地，光耦QC1的发射极与可控硅Q1的控制极连接，可控硅Q1的正极通过电阻R5与电源VCC连接，可控硅Q1的负极与指示灯LED的正极连接，指示灯LED1的负极接地，可控硅Q1的正极与三极管Q2的基极连接，可控硅Q1的正极通过常开按钮开关S1接地，三极管Q2的发射极通过电阻R6与电源VCC连接，三极管Q2的集电极通过电阻R7与三极管Q3的基极连接，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的集电极通过电阻R9与电源VCC连接，三极管Q3的集电极作为串扰检测电路的输出端与故障判别电路的第二输入端连接。

进一步，所述接地检测电路包括电阻R1、电阻R2、继电器J1、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、比较器U1、三极管Q4、二极管D2以及电容C3；

所述电阻R1的一端作为接地检测电路的输入端连接于接地电阻RL与接地点的公共连接点，电阻R1的另一端通过电阻R2接地，电阻R1和电阻R2之间的公共连接点通过电阻R13与比较器U1的同相端连接，电阻R1和电阻R2之间的公共连接点通过电容C3接地，电阻R14的一端与电源VCC连接，电阻R14的另一端通过电阻R15接地，电阻R15和电阻R14之间的公共连接点与比较器U1的反相端连接，比较器U1的输出端通过电阻R12与三极管Q4的基极连接，三极管Q4的发射极接地，三极管Q4的集电极通过电阻R11与电源VCC连接，三极管Q4的集电极作为检测电路的第一输出端与故障判别电路的第一输入端连接，三极管Q4的集电极与二极管D2的负极连接，二极管D2的正极作为接地检测电路的第二输出端与控制器信号输入端连接，所述继电器的常开开关J1-K的一端连接于电阻RL与接地点之间的公共连接点，继电器的常开开关J1-K的另一端连接于接地电容CL与变压器T1的初级绕组之间的公共连接点，继电器根据控制器控制的继电器驱动电路控制断开或闭合。

进一步，所述故障判别电路包括电阻R10、二极管D3和二极管D4；

所述二极管D3和二极管D4的正极均通过电阻R10与电源VCC连接，二极管D3的负极作为故障判别电路的第一输入端，二极管D4的负极作为故障判别电路的第二输入端，电阻R10和二极管D3以及二极管D4的公共连接点作为故障判别电路的输出端。

进一步，所述继电器驱动电路包括三极管Q5和电阻R7；

三极管Q5的集电极与电源VCC连接，三极管Q5的发射极与电阻R17的一端连接，电阻R17的另一端通过继电器的线圈J1接地，三极管Q5的基极与控制器的控制输出端连接。

本发明的有益效果：通过本发明，能够准确的判断区分出直流系统接地点的电位升高是接地故障引起还是串扰故障引起，从而能够进行准确的预警，利于电力工作人员做出准确的处理措施，确保直流系统以及整个变电系统的稳定运行。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的电路原理图。

图3为本发明继电器驱动电路原理图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明做出进一步详细说明，如图所示：

本发明提供的一种变电直流系统接地串扰检测预警系统，包括接地检测电路、串扰检测电路、故障判别电路以及控制器；

所述接地检测电路，与直流系统的接地电阻RL并联，用于检测接地电阻RL的端电压变化状态，并输出接地故障检测信号；

所述串扰检测电路，用于检测直流系统的接地回路的交流串扰信号，并输出串扰检测信号；

故障判别电路，用于接收故障检测信号以及串扰检测信号，并根据故障检测信号和串扰检测信号输出判断信号；

所述控制器，用于接收接地故障检测信号、串扰检测信号以及判断信号，并判断当前直流系统是否具有串扰和/或接地故障，当存在串扰和/或接地故障时输出告警信息，其中，控制器采用现有的单片机，比如STM32F030K6T6芯片，当然，还可以采用其他芯片，这些芯片都是现有技术，可以直接从厂家采购获得其引脚功能说明以及外围电路说明，本领域技术人员根据该说明即可完成相应的电路搭建，在此不加以赘述，为了能够及时告知工作人员并进行相应的检修，本系统还包括上位主机，所述上位主机与控制器通信连接，所述上位主机与控制器通过总线通信连接，其中，总线可以采用CAN总线、RS485串行总线等，属于现有技术，在此不对其赘述。

本实施例中，在直流系统接地中，一般采用接地电容CL和接地电阻RL并联组成，接地电容CL用于串扰提供通路，接地电阻RL为直流提供通路；

为了准确检测出串扰信号，所述串扰检测电路包括变压器T1、二极管D1、电容C2、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电感L1、光耦OC1、可控硅Q1、指示灯LED、常开按钮开关S1、三极管Q2以及三极管Q3；

变压器T1的初级绕组的同名端连接于接地点，异名端通过接地电容CL接地，变压器T1的次级绕组的异名端接地，变压器T1的次级绕组的同名端与二极管D1的正极连接，二极管D1的负极通过电容C2接地，二极管D1的负极通过电感L1与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与光耦OC1的发光二极管的正极连接，光耦OC1的发光二极管的负极接地，光耦OC1的光敏三极管的集电极与电源VCC连接，光耦OC1的光敏三极管的发射极通过电阻R8接地，光耦QC1的发射极与可控硅Q1的控制极连接，可控硅Q1的正极通过电阻R5与电源VCC连接，可控硅Q1的负极与指示灯LED的正极连接，指示灯LED1的负极接地，可控硅Q1的正极与三极管Q2的基极连接，可控硅Q1的正极通过常开按钮开关S1接地，三极管Q2的发射极通过电阻R6与电源VCC连接，三极管Q2的集电极通过电阻R7与三极管Q3的基极连接，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的集电极通过电阻R9与电源VCC连接，三极管Q3的集电极作为串扰检测电路的输出端与故障判别电路的第二输入端连接，在直流系统无串扰以及无接地故障时，直流信号通过接地电阻RL接地，变压器T1的初级绕组相当于一个导线，由于接地电容CL的存在，直流不会从变压器T1的初级绕组、接地电容CL流过，当直流系统存在交流串扰时，则变压器T1的次级具有信号输出，二极管D1进行整流，电容C2用于滤波，电感L1用于防止电流突变，电阻R4用于限流分压，此时，光耦OC1导通，可控硅Q1导通，指示灯LED灯亮指示，此时，P型三极管Q2的基极电压被拉低，三极管Q2到导通，因此，三极管Q3也随之导通，向故障判别电路输出一个低电平，常开按钮开关S1用于手动关断可控硅Q1。

本实施例中，所述接地检测电路包括电阻R1、电阻R2、继电器J1、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、比较器U1、三极管Q4、二极管D2以及电容C3；

所述电阻R1的一端作为接地检测电路的输入端连接于接地电阻RL与接地点的公共连接点，电阻R1的另一端通过电阻R2接地，电阻R1和电阻R2之间的公共连接点通过电阻R13与比较器U1的同相端连接，电阻R1和电阻R2之间的公共连接点通过电容C3接地，电阻R14的一端与电源VCC连接，电阻R14的另一端通过电阻R15接地，电阻R15和电阻R14之间的公共连接点与比较器U1的反相端连接，比较器U1的输出端通过电阻R12与三极管Q4的基极连接，三极管Q4的发射极接地，三极管Q4的集电极通过电阻R11与电源VCC连接，三极管Q4的集电极作为检测电路的第一输出端与故障判别电路的第一输入端连接，三极管Q4的集电极与二极管D2的负极连接，二极管D2的正极作为接地检测电路的第二输出端与控制器信号输入端连接，所述继电器的常开开关J1-K的一端连接于电阻RL与接地点之间的公共连接点，继电器的常开开关J1-K的另一端连接于接地电容CL与变压器T1的初级绕组之间的公共连接点，继电器根据控制器控制的继电器驱动电路控制断开或闭合，当交流串扰是，交流的正向电压与原直流电压会叠加，接地点的电位会升高，当接地故障时，接地点的电位同样会升高，电阻R1和电阻R2组成分压检测，电阻R14和电阻R15组成一个基准电路，为比较器U1提供一个基准电压，该基准电压为接地正常也无串扰时接地点的电位，当比较器U1的同相端的电压等于反相端电压时，比较器U1输出低电平，三极管Q4截止，此时，二极管D2的正极和负极同时为高电平，控制器识别出当前为正常状态，当比较器U1的同相端电压大于反相端电压时，比较器U1输出高电平，三极管Q2导通，此时，二极管D2的负极电压被拉低，二极管D2的正极电压同样被拉低，控制器是被处当前可能存在接地故障，然后，控制器控制继电器的常开开关J1-K闭合，且该闭合时长为一个设定时间，变压器T1的初级绕组被短接，即使存在交流串扰信号，会直接通过电容CL接地，此时，如果比较器U1的同相端电压仍然高于反相端电压且比较器输出高电平，二极管D2的正极为低电平，控制器识别为当前为接地故障。

本实施例中，所述故障判别电路包括电阻R10、二极管D3和二极管D4；

所述二极管D3和二极管D4的正极均通过电阻R10与电源VCC连接，二极管D3的负极作为故障判别电路的第一输入端，二极管D4的负极作为故障判别电路的第二输入端，电阻R10和二极管D3以及二极管D4的公共连接点作为故障判别电路的输出端，其中，故障判断电路用于为控制器准确判断故障提供参考信号，当故障判别电路的第一输入端和第二输入端均为高电平信号时，故障判别电路才会输出高电平电路，此时，只要识别出该高电平，则表明直流接地正常，如串扰，当故障判别电路的输出低电平CON2时，如果二极管D2的信号CON1为高电平信号，此时，控制器则判断为当前直流系统中存在交流串扰信号，因此，控制器通过结合两个电平信号CON1、CON2以及在CON2为低电平时闭合开关J1-K后再判断CON1的电平信号，从而准确地得出当前直流系统的接地故障、串扰故障还是两者兼而有之。

本实施例中，所述继电器驱动电路包括三极管Q5和电阻R7；

三极管Q5的集电极与电源VCC连接，三极管Q5的发射极与电阻R17的一端连接，电阻R17的另一端通过继电器的线圈J1接地，三极管Q5的基极与控制器的控制输出端连接，继电器采用现有的直流继电器，通过上述结构，利于控制继电器动作，当三极管Q5导通时，继电器的线圈J1得电，继电器的开关J1-K闭合，三极管Q5截止，则继电器的线圈J1市电，开关J1-K断开。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种变电直流系统接地串扰检测预警系统，其特征在于：包括接地检测电路、串扰检测电路、故障判别电路以及控制器；

所述接地检测电路，与直流系统的接地电阻RL并联，用于检测接地电阻RL的端电压变化状态，并输出接地故障检测信号；

所述串扰检测电路，用于检测直流系统的接地回路的交流串扰信号，并输出串扰检测信号；

故障判别电路，用于接收故障检测信号以及串扰检测信号，并根据故障检测信号和串扰检测信号输出判断信号；

所述控制器，用于接收接地故障检测信号、串扰检测信号以及判断信号，并判断当前直流系统是否具有串扰和/或接地故障，当存在串扰和/或接地故障时输出告警信息；

所述串扰检测电路包括变压器T1、二极管D1、电容C2、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电感L1、光耦OC1、可控硅Q1、指示灯LED、常开按钮开关S1、三极管Q2以及三极管Q3；

变压器T1的初级绕组的同名端连接于接地点，异名端通过接地电容CL接地，变压器T1的次级绕组的异名端接地，变压器T1的次级绕组的同名端与二极管D1的正极连接，二极管D1的负极通过电容C2接地，二极管D1的负极通过电感L1与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与光耦OC1的发光二极管的正极连接，光耦OC1的发光二极管的负极接地，光耦OC1的光敏三极管的集电极与电源VCC连接，光耦OC1的光敏三极管的发射极通过电阻R8接地，光耦QC1的发射极与可控硅Q1的控制极连接，可控硅Q1的正极通过电阻R5与电源VCC连接，可控硅Q1的负极与指示灯LED的正极连接，指示灯LED的负极接地，可控硅Q1的正极与三极管Q2的基极连接，可控硅Q1的正极通过常开按钮开关S1接地，三极管Q2的发射极通过电阻R6与电源VCC连接，三极管Q2的集电极通过电阻R7与三极管Q3的基极连接，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的集电极通过电阻R9与电源VCC连接，三极管Q3的集电极作为串扰检测电路的输出端与故障判别电路的第二输入端连接。

2.根据权利要求1所述变电直流系统接地串扰检测预警系统，其特征在于：还包括上位主机，所述上位主机与控制器通信连接。

3.根据权利要求2所述变电直流系统接地串扰检测预警系统，其特征在于：所述上位主机与控制器通过总线通信连接。

4.根据权利要求1所述变电直流系统接地串扰检测预警系统，其特征在于：所述接地检测电路包括电阻R1、电阻R2、继电器J1、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、比较器U1、三极管Q4、二极管D2以及电容C3；

所述电阻R1的一端作为接地检测电路的输入端连接于接地电阻RL与接地点的公共连接点，电阻R1的另一端通过电阻R2接地，电阻R1和电阻R2之间的公共连接点通过电阻R13与比较器U1的同相端连接，电阻R1和电阻R2之间的公共连接点通过电容C3接地，电阻R14的一端与电源VCC连接，电阻R14的另一端通过电阻R15接地，电阻R15和电阻R14之间的公共连接点与比较器U1的反相端连接，比较器U1的输出端通过电阻R12与三极管Q4的基极连接，三极管Q4的发射极接地，三极管Q4的集电极通过电阻R11与电源VCC连接，三极管Q4的集电极作为检测电路的第一输出端与故障判别电路的第一输入端连接，三极管Q4的集电极与二极管D2的负极连接，二极管D2的正极作为接地检测电路的第二输出端与控制器信号输入端连接，所述继电器的常开开关J1-K的一端连接于电阻RL与接地点之间的公共连接点，继电器的常开开关J1-K的另一端连接于接地电容CL与变压器T1的初级绕组之间的公共连接点，继电器根据控制器控制的继电器驱动电路控制断开或闭合。

5.根据权利要求4所述变电直流系统接地串扰检测预警系统，其特征在于：所述故障判别电路包括电阻R10、二极管D3和二极管D4；

所述二极管D3和二极管D4的正极均通过电阻R10与电源VCC连接，二极管D3的负极作为故障判别电路的第一输入端，二极管D4的负极作为故障判别电路的第二输入端，电阻R10和二极管D3以及二极管D4的公共连接点作为故障判别电路的输出端。

6.根据权利要求4所述变电直流系统接地串扰检测预警系统，其特征在于：所述继电器驱动电路包括三极管Q5和电阻R7；

三极管Q5的集电极与电源VCC连接，三极管Q5的发射极与电阻R17的一端连接，电阻R17的另一端通过继电器的线圈J1接地，三极管Q5的基极与控制器的控制输出端连接。

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