CN111142043A - 谐振接地回路故障检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种谐振接地回路故障检测系统，所述谐振接地回路包括电感L1和电容CL，电感L1的一端连接于中性点，电感L1的另一端通过电容CL接地，所述检测系统包括交流电源、直流电源、电子开关Q2、电子开关Q3、谐振检测模块、电压检测模块、模数转换电路、控制器以及授时电路；能够对谐振接地回路的接地状态、电感和电容的性能是否下降做出准确判断，从而及时进行告警，利于电力工作人员做出准确的处理措施，确保变电系统稳定运行。

Description

谐振接地回路故障检测系统

技术领域

本发明涉及一种电力故障检测系统，尤其涉及一种谐振接地回路故障检测系统。

背景技术

谐振接地回路广泛应用于电力系统的中性点接地，比如变压器的中性点接地，谐振接地回路用于防止中性点偏磁等故障，因此，谐振接地回路是否良好严重关系到变电系统的稳定性，现有技术中，对于谐振回路的故障判断一般均是判断接地状态是否良好，但是，对于谐振回路中的电感和电容的故障判断却无法准确判断，从而导致电感和电容在性能下降后仍然工作，从而导致最终中性点的接地性能不能满足变电设备的需求。

因此，亟需提出一种新的技术方案对上述技术问题加以解决。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种谐振接地回路故障检测系统，能够对谐振接地回路的接地状态、电感和电容的性能是否下降做出准确判断，从而及时进行告警，利于电力工作人员做出准确的处理措施，确保变电系统稳定运行。

本发明提供的一种谐振接地回路故障检测系统，所述谐振接地回路包括电感L1和电容CL，电感L1的一端连接于中性点，电感L1的另一端通过电容CL接地，所述检测系统包括交流电源、直流电源、电子开关Q2、电子开关Q3、谐振检测模块、电压检测模块、模数转换电路、控制器以及授时电路；

所述交流电源的输出端通过电子开关Q2连接于电感L1与中性点的公共连接点，所述直流电源的输出端通过电子开关Q3连接于电感L1和电容CL之间的公共连接点，所述电子开关Q2和电子开关Q3由控制器控制；

所述谐振检测电路，其输入端与电感L1电磁耦合连接，其输出端与模数转换电路的输入端连接，所述模数转换电路的输出端与控制器的信号输入端连接，所述谐振检测电路用于检测谐振接地回路输出的交流信号幅值；

所述充电检测电路，其输入端连接于电感L1和电容CL之间的公共连接点，其第一输出端与控制器的输入端连接，其第二输出端与控制器连接，其第一输出端用于向控制器发出计时截止信号，所述第二输出端用于向控制器输出电容CL的电压判断信号；

所述控制器与授时电路通信连接，所述控制器与模数转换电路的输出端连接，所述控制器根据电压判断信号、交流信号幅值判断接地谐振接地回路的故障状态。

进一步，所述谐振检测电路包括检测线圈L2、第一滤波电路和第二滤波电路；

所述检测线圈L2与电感L1电磁耦合连接，所述电感L2的一端接地，另一端与第一滤波电路的输入端连接，第一滤波电路的输出端与第二滤波电路的输入端连接，第二滤波电路的输出端与模数转换电路的输入端连接。

进一步，所述第一滤波电路包括电感L3和电容C1；电感L3的一端与检测线圈L2连接，电感L3的另一端通过电容C1接地，电容C1和电感L3之间的公共连接点作为第一滤波电路的输出端。

进一步，所述第二滤波电路包括电容C2、电容C3、电容C4、电阻R2、电阻R3、电阻R1、电容C5以及运放U1；

电容C2的一端作为第二滤波电路的输入端，电容C2的另一端通过电容C4与运放U1的反相端连接，电容C2和电容C4的公共连接点通过电容C3和电阻R2并联后接地，运放U1的同相端通过电阻R3接地，运放U1的同相端通过电容C5和电阻R1并联后与运放U1的输出端连接，运放U1的输出端作为第二滤波电路的输出端。

进一步，所述充电检测电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、三极管Q1、三极管Q4、三极管Q5、光耦OC1、电容CJ和二极管D1；

三极管Q5的集电极作为充电检测电路的第一输入端连接于电感L1和电容CL之间的公共连接点，三极管Q5的发射极与三极管Q1的集电极连接，三极管Q1的集电极通过电阻R10和电阻R9串联后接地，电阻R10和电阻R9之间的公共连接点通过电阻R8与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的基极通过电阻R7接地，三极管Q1的发射极通过电阻R5接地，三极管Q1的发射极通过电阻R4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的光敏三极管的发射极接地，光耦OC1的光敏三极管的集电极通过电阻R6与电源VCC连接，二极管D1的负极连接于光耦OC1的光敏三极管的集电极，二极管D1的正极作为充电检测电路的输出端；

三极管Q4的集电极连接于三极管Q1的集电极和电阻R10之间的公共连接点，三极管Q4的发射极通过电容CJ接地；三极管Q6的发射极连接于三极管Q1和电阻R10之间的公共连接点，三极管Q6的集电极与直流电源的输出端连接，三极管Q4、三极管Q5和三极管6的基极与分别与控制器的控制输出端连接。

进一步，所述电子开关Q2和电子开关Q3为半导体开关器件。

进一步，所述授时电路为UBX-G6010-ST-TM芯片。

进一步，所述控制器为STM32F103C8T6芯片。

进一步，所述模数转换电路为ADC0808芯片。

本发明的有益效果：通过本发明，能够对谐振接地回路的接地状态、电感和电容的性能是否下降做出准确判断，从而及时进行告警，利于电力工作人员做出准确的处理措施，确保变电系统稳定运行。

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为本发明的谐振检测电路、充电检测电路原理图。

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：

本发明提供的一种谐振接地回路故障检测系统，所述谐振接地回路包括电感L1和电容CL，电感L1的一端连接于中性点，电感L1的另一端通过电容CL接地，所述检测系统包括交流电源、直流电源、电子开关Q2、电子开关Q3、谐振检测模块、电压检测模块、模数转换电路、控制器以及授时电路；

所述交流电源的输出端通过电子开关Q2连接于电感L1与中性点的公共连接点，所述直流电源的输出端通过电子开关Q3连接于电感L1和电容CL之间的公共连接点，所述电子开关Q2和电子开关Q3由控制器控制；

所述谐振检测电路，其输入端与电感L1电磁耦合连接，其输出端与模数转换电路的输入端连接，所述模数转换电路的输出端与控制器的信号输入端连接，所述谐振检测电路用于检测谐振接地回路输出的交流信号幅值；

所述充电检测电路，其输入端连接于电感L1和电容CL之间的公共连接点，其第一输出端与控制器的输入端连接，其第二输出端与控制器连接，其第一输出端用于向控制器发出计时截止信号，所述第二输出端用于向控制器输出电容CL的电压判断信号；

所述控制器与授时电路通信连接，所述控制器与模数转换电路的输出端连接，所述控制器根据电压判断信号、交流信号幅值判断接地谐振接地回路的故障状态；其中，所述电子开关Q2和电子开关Q3为半导体开关器件，比如三极管、MOS管，本实施例中采用三极管，所述授时电路为UBX-G6010-ST-TM芯片，所述控制器为STM32F103C8T6芯片；所述模数转换电路为ADC0808芯片，上述芯片均为现有技术，本领域技术人员根据各芯片的引脚说明进行线路搭建即可，在此不加以赘述，交流电源采用采用现有的交流信号发生器，比如脉冲发生器，直流电源采用现有的直流电路，比如通过将市电进行整流、滤波然后通过LM78xx系列的芯片进行稳压产生，需要说明的是，交流信号的频率按照谐振回路的电感和电容在初始状态下谐振频率输出交流信号，电感和电容的初始状态即出厂时的额定状态，通过本发明，能够对谐振接地回路的接地状态、电感和电容的性能是否下降做出准确判断，从而及时进行告警，利于电力工作人员做出准确的处理措施，确保变电系统稳定运行；为了即使做出预警，系统还可以设置监控单元，该监控单元设置于监控中心，监控单元由监控主机、报警器以及显示器组成，监控主机与控制器通信连接，比如CAN总线通信连接，R485串行通信总线连接。

本实施例中，所述谐振检测电路包括检测线圈L2、第一滤波电路和第二滤波电路；

所述检测线圈L2与电感L1电磁耦合连接，所述电感L2的一端接地，另一端与第一滤波电路的输入端连接，第一滤波电路的输出端与第二滤波电路的输入端连接，第二滤波电路的输出端与模数转换电路的输入端连接。

具体地：所述第一滤波电路包括电感L3和电容C1；电感L3的一端与检测线圈L2连接，电感L3的另一端通过电容C1接地，电容C1和电感L3之间的公共连接点作为第一滤波电路的输出端，其中，第一滤波电路为无源滤波电路，用于进行初级过滤，滤出干扰信号。

所述第二滤波电路包括电容C2、电容C3、电容C4、电阻R2、电阻R3、电阻R1、电容C5以及运放U1；

电容C2的一端作为第二滤波电路的输入端，电容C2的另一端通过电容C4与运放U1的反相端连接，电容C2和电容C4的公共连接点通过电容C3和电阻R2并联后接地，运放U1的同相端通过电阻R3接地，运放U1的同相端通过电容C5和电阻R1并联后与运放U1的输出端连接，运放U1的输出端作为第二滤波电路的输出端，第二滤波电路为一个有源带通滤波电路，用于进行精密过滤，只允许交流信号所在频率的信号通过，从而利于准确识别出交流信号的幅值。

本实施例中，所述充电检测电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、三极管Q1、三极管Q4、三极管Q5、光耦OC1、电容CJ和二极管D1；

三极管Q5的集电极作为充电检测电路的第一输入端连接于电感L1和电容CL之间的公共连接点，三极管Q5的发射极与三极管Q1的集电极连接，三极管Q1的集电极通过电阻R10和电阻R9串联后接地，电阻R10和电阻R9之间的公共连接点通过电阻R8与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的基极通过电阻R7接地，三极管Q1的发射极通过电阻R5接地，三极管Q1的发射极通过电阻R4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的光敏三极管的发射极接地，光耦OC1的光敏三极管的集电极通过电阻R6与电源VCC连接，二极管D1的负极连接于光耦OC1的光敏三极管的集电极，二极管D1的正极作为充电检测电路的输出端；

三极管Q4的集电极连接于三极管Q1的集电极和电阻R10之间的公共连接点，三极管Q4的发射极通过电容CJ接地；三极管Q6的发射极连接于三极管Q1和电阻R10之间的公共连接点，三极管Q6的集电极与直流电源的输出端连接，三极管Q4、三极管Q5和三极管6的基极与分别与控制器的控制输出端连接，通过上述结构，一方面，三极管Q1、电阻R10、电阻R9、电阻R8、电阻R7以及电阻R5组成一个稳压式检测电路，从而用于准确得出电容CL的端电压，利于故障的准确判断，其中，电容CJ的性能参数与电容CL初始状态下性能参数相同。

以下进一步对本发明控制器判断故障的原理进行描述：

控制器判断谐振接地回路的故障具体步骤如下：

控制器控制电子开关Q3导通，同时控制三极管Q5导通，电子开关Q2以及三极管Q6、三极管Q4截止，在控制器向电子开关Q3输出控制信号的同时记录此时的时刻点T1；

电子开关Q3和电子开关Q5导通后，向电容CL充电，三极管Q1由于在电阻R10、电阻R9以及电阻R8的限压作用，三极管Q1不导通，当电容CL电压升高，且电阻R10和电阻R9的分压达到三极管Q1的导通电压时，三极管Q1导通，此时，光耦OC1导通，向控制器输出一个低电平信号，控制器接收到该低电平信号时的时刻点T2，并记录电容CL的充电时间T2-T1；

控制器在接收到光耦OC1输出低电平时，控制三极管Q3截止，然后间隔设定时间后，控制三极管Q5截止，使得电容CL储存的电量经过电阻R10、电阻R9的回路完全放电；

控制器控制三极管Q6和三极管Q4同时导通，且控制器记录向三极管Q4和三极管Q6输出控制命令的时刻点T3；

三极管Q6和三极管Q4导通后，向电容CJ充电，三极管Q1由于在电阻R10、电阻R9以及电阻R8的限压作用，三极管Q1不导通，当电容CJ电压升高，且电阻R10和电阻R9的分压达到三极管Q1的导通电压时，三极管Q1导通，此时，光耦OC1导通，向控制器再次输出一个低电平信号，控制器接收到该低电平信号时的时刻点T4，控制器记录电容CJ的充电时间T4-T3；

控制器比较T2-T1和T4-T3的差值，如果差值在设定的阈值范围内，表明电容CL正常，否则，电容CL故障，这是由于：电容在充电过程中，随着充电电量的上升而电压升高，当前容器性能正常，那么其充电时间会基本按照电容的充电性能曲线上升，电压上升的过程较长，当电容性能下降，即储存电荷的能力也随之下降，那么在充电过程中储存电压的能力下降，电容的电压上升较快，因此，通过上述的时间对比过程，即可完成电容器的故障判断，判断完成后，控制器控制电子开关Q3、三极管Q4、三极管Q5以及三极管Q6均截止。

然后控制器控制电子开关Q2导通，此时，交流信号流经谐振回路，谐振检测电路的检测线圈会感应出一个交流信号，该交流信号通过第一滤波电路、第二滤波电路滤波后再经二极管D2整流后输入到模数转换电路中，然后通过模数转换电路处理后输入至控制器，控制器识别出交流信号的幅值，控制器根据交流信号的幅值进行谐振接地回路的故障进一步判断：

当幅值为0时，表明谐振回路接地或者线路连接存在故障；

当幅值为A写与交流电源输出电压幅值差值大于设定阈值时，如果电容器正常下，表明电感存在故障；

该判断依据为：谐振回路在谐振过程中其阻抗最小，信号的衰减也为最小，电压，此时，检测线圈所检测的交流信号的幅值与交流电源输出交流信号的幅值相等，考虑到电感L1和检测垫圈L2之间的电磁耦合因素，那么，在谐振回路谐振时，检测线圈输出交流信号的幅值与交流电源输出的幅值具有差值，但是，该差值应该在设定范围内，如果超过设定范围，在电容正常下，电感存在故障，其中，交流电源的信号频率f为：

L为电感L1的电感值，C为电容CL的电容值。

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 (9)

1.一种谐振接地回路故障检测系统，所述谐振接地回路包括电感L1和电容CL，电感L1的一端连接于中性点，电感L1的另一端通过电容CL接地，其特征在于：所述检测系统包括交流电源、直流电源、电子开关Q2、电子开关Q3、谐振检测模块、电压检测模块、模数转换电路、控制器以及授时电路；

所述交流电源的输出端通过电子开关Q2连接于电感L1与中性点的公共连接点，所述直流电源的输出端通过电子开关Q3连接于电感L1和电容CL之间的公共连接点，所述电子开关Q2和电子开关Q3由控制器控制；

所述谐振检测电路，其输入端与电感L1电磁耦合连接，其输出端与模数转换电路的输入端连接，所述模数转换电路的输出端与控制器的信号输入端连接，所述谐振检测电路用于检测谐振接地回路输出的交流信号幅值；

所述充电检测电路，其输入端连接于电感L1和电容CL之间的公共连接点，其第一输出端与控制器的输入端连接，其第二输出端与控制器连接，其第一输出端用于向控制器发出计时截止信号，所述第二输出端用于向控制器输出电容CL的电压判断信号；

所述控制器与授时电路通信连接，所述控制器与模数转换电路的输出端连接，所述控制器根据电压判断信号、交流信号幅值判断接地谐振接地回路的故障状态。

2.根据权利要求1所述谐振接地回路故障检测系统，其特征在于：所述谐振检测电路包括检测线圈L2、第一滤波电路和第二滤波电路；

所述检测线圈L2与电感L1电磁耦合连接，所述电感L2的一端接地，另一端与第一滤波电路的输入端连接，第一滤波电路的输出端与第二滤波电路的输入端连接，第二滤波电路的输出端与模数转换电路的输入端连接。

3.根据权利要求2所述谐振接地回路故障检测系统，其特征在于：所述第一滤波电路包括电感L3和电容C1；电感L3的一端与检测线圈L2连接，电感L3的另一端通过电容C1接地，电容C1和电感L3之间的公共连接点作为第一滤波电路的输出端。

4.根据权利要求2所述谐振接地回路故障检测系统，其特征在于：所述第二滤波电路包括电容C2、电容C3、电容C4、电阻R2、电阻R3、电阻R1、电容C5以及运放U1；

电容C2的一端作为第二滤波电路的输入端，电容C2的另一端通过电容C4与运放U1的反相端连接，电容C2和电容C4的公共连接点通过电容C3和电阻R2并联后接地，运放U1的同相端通过电阻R3接地，运放U1的同相端通过电容C5和电阻R1并联后与运放U1的输出端连接，运放U1的输出端作为第二滤波电路的输出端。

5.根据权利要求1所述谐振接地回路故障检测系统，其特征在于：所述充电检测电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、三极管Q1、三极管Q4、三极管Q5、光耦OC1、电容CJ和二极管D1；

三极管Q5的集电极作为充电检测电路的第一输入端连接于电感L1和电容CL之间的公共连接点，三极管Q5的发射极与三极管Q1的集电极连接，三极管Q1的集电极通过电阻R10和电阻R9串联后接地，电阻R10和电阻R9之间的公共连接点通过电阻R8与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的基极通过电阻R7接地，三极管Q1的发射极通过电阻R5接地，三极管Q1的发射极通过电阻R4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的光敏三极管的发射极接地，光耦OC1的光敏三极管的集电极通过电阻R6与电源VCC连接，二极管D1的负极连接于光耦OC1的光敏三极管的集电极，二极管D1的正极作为充电检测电路的输出端；

三极管Q4的集电极连接于三极管Q1的集电极和电阻R10之间的公共连接点，三极管Q4的发射极通过电容CJ接地；三极管Q6的发射极连接于三极管Q1和电阻R10之间的公共连接点，三极管Q6的集电极与直流电源的输出端连接，三极管Q4、三极管Q5和三极管6的基极与分别与控制器的控制输出端连接。

6.根据权利要求1所述谐振接地回路故障检测系统，其特征在于：所述电子开关Q2和电子开关Q3为半导体开关器件。

7.根据权利要求1所述谐振接地回路故障检测系统，其特征在于：所述授时电路为UBX-G6010-ST-TM芯片。

8.根据权利要求1所述谐振接地回路故障检测系统，其特征在于：所述控制器为STM32F103C8T6芯片。

9.根据权利要求1所述谐振接地回路故障检测系统，其特征在于：所述模数转换电路为ADC0808芯片。

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