CN111736096B - 一种直流开关柜框架绝缘监测与定位系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直流开关柜框架绝缘监测与定位系统，包括若干个牵引变电所，每个牵引变电所中并列设置的若干单个直流开关柜，若干单个直流开关柜内贯穿安装有贯通式框架接地母排，每个单个直流开关柜内的框架接地母排上均设置有框架泄漏电量监测单元，每个牵引变电所中均设置有站级信号监测与定位单元，线路综合监控中心用于实时汇总采集全线各牵引变电所内直流开关柜的框架绝缘情况，实时预判框架绝缘泄漏位置，根据大数据得到绝缘薄弱站点，并分工况提前指导检修。本发明实现了对单体直流开关柜框架绝缘泄漏电流和方向的实时在线监测，快速预判框架绝缘泄漏点，可提前预判框架“预泄漏状态”，提前预警并通知运维人员提前检修处理。

Description

一种直流开关柜框架绝缘监测与定位系统
技术领域
本发明属于直流开关柜技术领域，具体涉及一种直流开关柜的框架绝缘监测与定位系统。
背景技术
直流设备发生框架泄漏故障时，全所直流断路器将立即全部分闸并退出运行，故障排查或开关倒闸将导致故障变电所和左右邻所供电区段失电，导致相应供电区间一定时间地中断运营；若中断运行发生于高架或隧道内且时间较长，将存在乘客疏导的情况；若晚间停电无法排查处理完故障将危害系统及设备恢复供电和安全运行。
传统检修手段：晚间停电后人工对全排列开关柜设备绝缘进行逐一检查，耗时费力，某些隐性的故障甚至需要多次排查才能处理完毕。现有直流开关柜单点接地和绝缘安装方案下框架泄漏保护方案存在盲点，即仅检测是否有框架泄漏，不负责处理检查处理故障。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种直流开关柜框架绝缘监测与定位系统，包括若干个牵引变电所，每个牵引变电所中并列设置的若干单个直流开关柜，所述若干单个直流开关柜内贯穿安装有贯通式框架接地母排，每个所述单个直流开关柜内的框架接地母排上均设置有框架泄漏电量监测单元，用于实时监测单个直流开关柜的框架绝缘泄漏电流，并高频率采集和记录框架绝缘泄漏方向，每个牵引变电所中均设置有站级信号监测与定位单元，用于采集本牵引变电所的框架泄漏电量监测单元的电量数据，对异常工况提前预判，并将运算过滤后的数据实时上传至线路综合监控中心，所述线路综合监控中心用于实时汇总采集全线各牵引变电所内直流开关柜的框架绝缘情况，实时预判框架绝缘泄漏位置，根据大数据得到绝缘薄弱站点，并分工况提前指导检修。
更进一步的，在所述框架泄漏电量监测单元的连接线路上设置有熔断器F1，所述熔断器F1用于使单个直流开关柜内设备故障不危害整个直流母线的供电安全。
更进一步的，在所述框架泄漏电量监测单元的连接线路上设置有供电防护模块，用于在直流开关柜一次系统或供电故障时，本单个直流开关柜内的故障不传递到其他开关柜内。
更进一步的，所述框架泄漏电量监测单元至站级信号监测与定位单元的通讯端口采用光电隔离的端口，用于在直流开关柜一次系统或设备通讯线路绝缘失效故障时，不影响系统通讯设备和网络的安全。
更进一步的，所述站级信号监测与定位单元还用于对全所的框架绝缘泄漏监测数据进行存档，形成数据报表和历史故障曲线归档文件。
更进一步的，所述线路综合监控中心还用于对全线的框架绝缘泄漏监测数据进行存档，形成数据报表和历史故障曲线归档文件。
更进一步的，站级信号监测与定位单元的预判方法包括：
步骤1：信道初始化；
步骤2：检测各开关柜信道数据状态；若正常，则进入步骤3；若异常，则转入步骤1；
步骤3：与预设判断阀值进行AI模糊运算比较，确认泄漏工况；
根据定期框架泄漏平均数据和历史处置操作，更新三种工况的判断阀值，即Setting1、Setting2；
步骤3：分工况处理。
更进一步的，步骤3中，按以下情况分工况处理；
(1)正常工况：Data_x<Setting1；
各开关柜内的框架泄漏电量监测单元未检测到异常泄漏信号，相关开关柜绝缘安装良好；
(2)单个直流开关柜框架绝缘泄漏工况：Setting1≤Data_x≤Setting2；
若单个直流开关柜发生了框架绝缘泄漏，因为牵引变电所内外线路金属钢构或者接地网存在弥散电流，可能发生弥散电流经过该“框架绝缘泄漏点”串入直流开关柜框架/接地排的情况，此时该泄漏点直流开关柜和泄漏电流流经开关柜内的框架泄漏电量监测单元监测到细微的泄漏电流，通过信道标识生成故障报警信号；站级信号监测与定位单元根据该数据辩识故障泄漏点，指导设备运维人员准确地处理故障；
(3)直流开关柜正极母排对框架放电工况：Data_x＞Setting2；
若发生直流开关柜正极母排对框架绝缘失效和放电的故障，极端故障工况为主母线与框架直接碰触，此时直流开关柜主回路将直接对系统地进行放电以平衡电压差；此时该泄漏点直流开关柜和泄漏电流流经开关柜内的框架泄漏电量监测单元监测到极大的泄漏电流，通过信道标示生成故障报警信号；站级信号监测与定位单元根据该数据辩识故障点并生成“主回路绝缘失效故障状态”报警信息，指导设备运维人员准确地处理故障。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明实现了对单体直流开关柜框架绝缘泄漏电流和方向的实时在线监测；直流开关设备框架泄漏故障发生时，系统根据各单体设备的框架电流幅值和方向，经过AI模糊运算快速预判框架绝缘泄漏点；当直流开关设备框架绝缘性能降低但未完全失效时，高精度的故障监测系统将根据细微的泄漏电量提前预判框架“预泄漏状态”，提前预警并通知运维人员提前检修处理，避免故障的成形或扩大。本发明可彻底解决该业内困扰设备供方和使用方多年的系统性难题，快速高效地判别直流开关柜框架绝缘泄漏点和危害程度，有效地提醒和指导运维人员精准地排除故障恢复供电。
附图说明
图1是牵引变电所全排列直流开关柜框架绝缘泄漏监测实施方案图；
图2是电路原理图；
图3是站级信号监测与定位单元的预判方法流程图。
图中标记：1、主母排；2、框架接地母排；3、框架泄漏电量检测单元。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明的直流开关柜框架绝缘监测与定位系统包括：框架泄漏电量监测单元，信号采集单元，站级直流系统框架绝缘监测与定位系统，线路综合直流系统框架绝缘监测与定位系统。其中：
1、高精度框架泄漏电量监测单元：
1)实时监测单体直流开关柜的框架绝缘泄漏电流；
2)高频率采用并记录框架绝缘泄漏方向。
2、信号采集单元，采集各个泄漏电量监测单元的电量数据，并实现分析处理和数据归档，通过定义的通讯端口，以现场总线、以太网电口、以太网光口或无线通讯的方式传输至上级控制系统。
3、站级直流系统框架绝缘监测与定位系统，实时监测单个牵引变电所内直流开关柜的框架绝缘情况，对异常工况提前预警，故障发生后快速分析框架绝缘泄漏位置；对全所的框架绝缘泄漏监测数据进行存档，形成数据报表和历史故障曲线归档文件，并提供友好的人机交互界面，相关数据实时上传至线路监控中心系统。
4、线路综合直流系统框架绝缘监测与定位系统，实时采集全线各牵引变电所内直流开关柜的框架绝缘情况，汇总并实时提供预警信息和框架绝缘泄漏位置；对全线的框架绝缘泄漏监测数据进行存档，形成数据报表和历史故障曲线归档文件；对线路直流开关柜的框架绝缘泄漏数据进行汇总分析，根据大数据得出绝缘薄弱站点，提供应急处置预案，智能化指导运维人员提前处置检修，提升系统的稳定性。
本发明的直流开关柜框架绝缘监测与定位系统的实施方案如图1所示，其电路原理如图2所示。
如图2所示，直流开关柜正极柜排列设置单独的高精度框架泄漏电量监测单元U10E1，采用母排贯穿安装方式，实时监测单个直流开关柜框架对地电流泄漏情况，并将实时数据上传到信号采集单元U10K1；信号采集单元U10K1将整个排列直流开关柜的框架泄漏电流进行运算过滤后上传至站级监控主机，从而搭建变电站级的直流系统框架绝缘监测与定位系统。
该U10E1泄漏电量监测单元设置于单个直流开关柜的母线室内的“全排列贯通式框架接地母排”，因为其特殊的安装位置，对该监测单元的供电回路和通讯回路设置了隔离和安全防护措施，以确保直流牵引供电系统中一次系统和二次系统的完全隔离：
(1)F1熔断器用于保护单体设备或单个开关柜内设备故障不会危害整个直流母线的供电安全；
(2)设置U10E2和U10F1供电防护模块，确保直流开关柜一次系统或供电故障时，本开关柜间隔内的故障不会传递到其他开关柜内；
(3)U10E1泄漏电量监测单元至信号采集单元U10K1的通讯端口采用光电隔离的端口，确保单个确保直流开关柜一次系统或设备通讯线路绝缘失效故障时不会影响系统通讯设备和网络的安全；
在线路监控中心设置专门的服务器，采集全线所有变电所内的“站级的直流系统框架绝缘监测与定位系统”数据，最终构建“线路综合直流系统框架绝缘监测与定位系统”。
站级监控主机具有AI模糊运算功能，可以根据客户预设定阀值、系统累积运行数据和客户操作习惯自动更新数据库，智能判断如下系统绝缘工作工况，并作出相应的逻辑判断和输出。站级信号监测与定位单元的预判方法如图3所示：
1、正常工况(工况1)
根据行业规范，牵引直流开关柜需采用绝缘方式安装且单点接地，在相关开关柜绝缘安装良好的情况下，各开关柜内的框架泄漏电量监测单元将无法检测到任何的异常泄漏信号；
2、单个直流开关柜框架绝缘泄漏工况：(工况2)
若单个直流开关柜发生了框架绝缘泄漏，因为牵引变电所内外线路金属钢构或者接地网存在弥散电流，可能发生弥散电流经过该“框架绝缘泄漏点”串入直流开关柜框架/接地排的情况，此时该泄漏点直流开关柜和泄漏电流流经开关柜内框架泄漏电量监测单元U10E1将监测到细微的泄漏电流，信号采集单元U10K1通过信道标识立即生成故障报警信号；站级监控主机和监控中心服务器将通过信号采集单元U10K1记录的数据，直接辩识故障泄漏点，指导设备运维人员准确地处理故障。
3、直流开关柜正极母排对框架放电工况：(工况3)
在某些特殊的工况下，可能发生直流开关柜正极母排对框架绝缘失效和放电的故障，极端故障工况为主母线与框架直接碰触，此时直流开关柜主回路将直接对系统地进行放电以平衡电压差；此时该泄漏点直流开关柜和泄漏电流流经开关柜内框架泄漏电量监测单元U10E1将监测到极大的泄漏电流，信号采集单元U10K1通过信道标示立即生成故障报警信号；站级监控主机和监控中心服务器将通过信号采集单元U10K1记录的数据，直接辩识故障点并生成“主回路绝缘失效故障状态”报警信息，指导设备运维人员准确地处理故障。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种直流开关柜框架绝缘监测与定位系统，其特征在于，包括若干个牵引变电所，每个牵引变电所中并列设置的若干单个直流开关柜，所述若干单个直流开关柜内贯穿安装有贯通式框架接地母排，每个所述单个直流开关柜内的框架接地母排上均设置有框架泄漏电量监测单元，用于实时监测单个直流开关柜的框架绝缘泄漏电流，并高频率采集和记录框架绝缘泄漏方向，每个牵引变电所中均设置有站级信号监测与定位单元，用于采集本牵引变电所的框架泄漏电量监测单元的电量数据，对异常工况提前预判，并将运算过滤后的数据实时上传至线路综合监控中心，所述线路综合监控中心用于实时汇总采集全线各牵引变电所内直流开关柜的框架绝缘情况，实时预判框架绝缘泄漏位置，根据大数据得到绝缘薄弱站点，并分工况提前指导检修；
所述站级信号监测与定位单元的预判方法包括：
步骤1：信道初始化；
步骤2：检测各开关柜信道数据状态；若正常，则进入步骤3；若异常，则转入步骤1；
步骤3：与预设判断阀值进行AI模糊运算比较，确认泄漏工况；
根据定期框架泄漏平均数据和历史处置操作，更新三种工况的判断阀值，即Setting1、Setting2；
步骤4：分工况处理；具体按以下情况分工况处理；
（1）正常工况：Data_x<Setting1；
各开关柜内的框架泄漏电量监测单元未检测到异常泄漏信号，相关开关柜绝缘安装良好；
（2）单个直流开关柜框架绝缘泄漏工况：Setting1≤Data_x≤Setting2；
若单个直流开关柜发生了框架绝缘泄漏，因为牵引变电所内外线路金属钢构或者接地网存在弥散电流，可能发生弥散电流经过该“框架绝缘泄漏点”串入直流开关柜框架/接地排的情况，此时该泄漏点直流开关柜和泄漏电流流经开关柜内的框架泄漏电量监测单元监测到细微的泄漏电流，通过信道标识生成故障报警信号；站级信号监测与定位单元根据该数据辩识故障泄漏点，指导设备运维人员准确地处理故障；
（3）直流开关柜主母线对框架放电工况：Data_x＞Setting2；
若发生直流开关柜主母线对框架绝缘失效和放电的故障，极端故障工况为主母线与框架直接碰触，此时直流开关柜主母线将直接对系统地进行放电以平衡电压差；此时该泄漏点直流开关柜内的框架泄漏电量监测单元和泄漏电流流经开关柜内的框架泄漏电量监测单元监测到极大的泄漏电流，通过信道标识生成故障报警信号；站级信号监测与定位单元根据该数据辩识故障点并生成“主回路绝缘失效故障状态”报警信息，指导设备运维人员准确地处理故障。
2.根据权利要求1所述的一种直流开关柜框架绝缘监测与定位系统，其特征在于，在所述框架泄漏电量监测单元的连接线路上设置有熔断器F1，所述熔断器F1用于使单个直流开关柜内设备故障不危害整个直流母线的供电安全。
3.根据权利要求1所述的一种直流开关柜框架绝缘监测与定位系统，其特征在于，在所述框架泄漏电量监测单元的连接线路上设置有供电防护模块，用于在直流开关柜一次系统或供电故障时，本单个直流开关柜内的故障不传递到其他开关柜内。
4.根据权利要求1所述的一种直流开关柜框架绝缘监测与定位系统，其特征在于，所述框架泄漏电量监测单元至站级信号监测与定位单元的通讯端口采用光电隔离的端口，用于在直流开关柜一次系统或设备通讯线路绝缘失效故障时，不影响系统通讯设备和网络的安全。
5.根据权利要求1所述的一种直流开关柜框架绝缘监测与定位系统，其特征在于，所述站级信号监测与定位单元还用于对全所的框架绝缘泄漏监测数据进行存档，形成数据报表和历史故障曲线归档文件。
6.根据权利要求1所述的一种直流开关柜框架绝缘监测与定位系统，其特征在于，所述线路综合监控中心还用于对全线的框架绝缘泄漏监测数据进行存档，形成数据报表和历史故障曲线归档文件。
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