CN1120671A - 直流系统漏电流在线巡回监测方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直流系统对地漏电流的监测方法及监测装置，利用直流传感器安装在直流支路入口，直接对直流系统各支路漏电流进行无接触检测，对各支路漏电状况进行长期不间断监测。本装置由直流传感器，微机监测仪和激磁功率源三部分组成，监测支路可多达128路，装置体积小，安装方便，对漏电流的检测准确、灵敏度高、分辨率可达0.1mA。

Description

直流系统漏电流在线巡回监测方法及其装置

本发明属于直流系统漏电流在线巡回监测的方法及其装置。

发电厂和变电站的直流系统为其控制，保护，信号和自动装置提供电源，直流系统的安全连续运行对保证发电、供电有着极大的重要性。直流系统为浮空的不接地系统，如果发生两点同时接地可能引起上述装置误动作，造成事故。长期实时监测直流系统的对地漏电流状况，将接地(两点接点)故障隐患提前消除，避免因两点接地所能带来的危害。以及如何及时准确地排除直流系统接地故障，是长期以来人们急需解决的问题。

近年来，国内外对直流系统接地故障的检测进行了很多研究，并相继研制了一些实用装置。例如在直流母线上加一低频信号源，然后用带有放大电路的钳形电流表检测母线上各支路的低频电流，当某一支路的电流增加，大于设定值时即认为该支路发生接地故障。与此相似的还有在直流母线与地之间交替地加入二个不同频率的低频电压信号、通过便携式电流探头探测各支路电流，利用微机对电流信号进行采样、处理、计算，指示出二种不同频率的电流幅值和比值，决定故障线路。

由于在大型发电厂，变电站直流系统支路数很多，有的多达数千条以上，因此使得上述检测方法受到限制，而且向直流系统叠加信号源，同样给直流系统的安全稳定运行带来了一个不稳定因素，一般发电厂，变电站不敢随便选用该类装置，尽管一些装置分别采用不同的措施力图解决多支路和长期稳定性问题，例如将便携式电流表改用交流互感器安装到每条支路，另外在叠加信号源时附加很多保护电路，但上述装置需要在检测过程中反复调整，只有在发生接点信号后，才可投入，而且操作复杂，影响检测速度，而且还是很难满足方便、安全、准确及长期运行的要求。

本发明的目的是，主要解决上述装置的不足，提出一种能实时在线监测直流系统各支路对地漏电流的方法和实用装置。

本方法由专用的直流传感器安装到直流系统各支路入口，该直流传感器是利用磁饱和法的谐波型磁调制器，通过磁调制原理将直流系统支路对地漏电流，即支路差流信号调制为交流信号，再由微机判别仪根据各传感器的输出信号反映出各支路的对地漏电流。通过信号处理电路对信号进行拾取，处理，最后由微机作出判别。

该发明的原理是：

设正负母线对地电压为U⁺，U^-，支路n的对地电阻为R_k，支路负载为LD_n，C₁、C₂为两个结构尺寸相同，磁特性一致的铁芯，其上分别绕有交流澈磁绕组W_e。两绕线铁芯构成直流传感器，澈磁信号由PT提供。将直流传感器套在直流支路的入口处，正、负支路同时穿入直流传感器的磁芯中。铁芯C₁、C₂两个澈磁绕组的接法应使其中一个铁芯上直流信号(差流信号)和交流澈磁绕组产生的磁通方向一致(如铁芯C₁)，而在另一个铁芯上直流信号与交流澈磁绕组产生的磁通方向恰好相反(如铁芯C₂)。在该电路中，交流激磁电压为对称方波，而由o、b两端引出信号电压，用以检测铁芯中的恒定磁通。

由于方波对称U_ao＝U_oc，所以 $U_{\mathrm{ob}}=U_{\mathrm{ab}}-U_{\mathrm{ao}}=U_{\mathrm{ab}}-\frac{1}{2}{U}_{\mathrm{ao}}$ 或 $U_{\mathrm{ob}}=U_{\mathrm{ab}}-\frac{1}{2}(U_{\mathrm{ab}}+U_{\mathrm{bc}})=\frac{1}{2}(U_{\mathrm{ab}}+U_{\mathrm{bo}})=\frac{1}{2}\frac{d({\mathrm{\φ}}_1-{\mathrm{\φ}}_2)}{\mathrm{dt}}$ 由此可知，由o、b两端引出的电压，可以反映两个磁芯中磁通的差别。

上述结构中，当直流信号I_o＝i₁－i₂＝0时，即支路无接地时，两个铁芯上的磁通完全相等，这时φ₁＝φ₂， $U_{\mathrm{ob}}=\frac{1}{2}\frac{d({\mathrm{\φ}}_1-{\mathrm{\φ}}_2)}{\mathrm{dt}}=0$

当直流电流I₀＝i₁－i₂＝i_s时即支路对地漏直流为i_s时，在恒定磁势作用下，铁芯C₁中的恒定磁势与交流激励磁势方向一致，而在铁芯C₂中方向恰恰相反，因此φ≠φ₂，于是 $U_{\mathrm{ob}}=\frac{1}{2}\frac{d({\mathrm{\φ}}_1-{\mathrm{\φ}}_2)}{\mathrm{dt}}$ ≠0。U_ob中二次谐波分量与I₀＝i₁－i₂＝i_s成正比。即支路接地时或绝缘变差时，支路两根线出现差流，传感器检测出这个电流差值，从而探测出支路对地漏电流，解决漏电流的无接触检测问题。

将多个探头分别安装在各支路的入口处，由开关信号控制巡回检测每一个探头的输出信号，经计算机采样、处理、判断，即可检测出每一条直流支路的漏电流情况。该装置既可用于故障定位(支路定位)，也可用于长期监测，将故障防止于发生之前。

本发明有如下特点：(1)对直流系统各支路直流漏电流实现无接触检测，从而可判断各支路接地或绝缘状况；(2)实现多支路巡回监测，避免操作的复杂性；(3)对直流系统各支路对地漏电流实现不间断实时监测，并根据电流监测值，在漏电流值超过设立值时，给出报警，指出接地或绝缘情况差的支路。本发明不受直流系统母线电压的影响，不需一条一条支路依次查找，能够准确探测出接地或绝缘差的线路，并反映其绝缘程度。

本发明和装置的优点在于不向直流系统叠加信号源，消除了直流系统引入误动作的不安全因素，直接对直流以系统漏电流进行无接触检测。另外此装置可以长期不间断运行，实时监测直流系统漏电流情况，防止两点接地故障的发生，也可以在接地故障发生后，应用本装置直接查找接地支路，并检测其漏电流大小。传感器及装置体积小，安装方便，准确，灵敏度高，一次安装可一劳永逸。

图一：装置传感器，及传感器安装原理图；

图二：装置结构示意图；

图三：微机判别仪方框图；

图四：专用激磁信号源方框图；

图五：专用激磁信号源原理图；

以下结合附图对本装置实施例作详细说明。

根据本方法制成的巡回监测装置由三部分组成、分别是：直流传感器1，专用交流激磁信号源2及微机监测仪3。直流传感器由两个环形磁芯C₁、C₂及绕组W_e组成。其信号由17输出端输出，激磁信号由28、29输入端输入。在直流系统的支路入口处，安装有专用的直流传感器1，直流传感器1的输入端28、29与交流激磁信号源2的输出端26、27相联接，其输出端17与微机监测仪3相联接。

所说的专用直流传感器1为两个结构尺寸相同，磁特性一致的铁芯C₁、C₂，在其铁芯C₁、C₂上分别绕有交流澈磁绕组W_e，两个交流澈磁绕组串联联接，其联接点b为信号输出端17，两个端点为信号输入端28、29，直流支路的正负支路同时穿入直流传感器的铁芯中。

专用交流激磁信号源由振荡电路23，分频30，开关控制电路24，功放电路25组成，其中，振荡电路产生高频信号经216分频得一低频方波信号，由D触发器平衡输出，经跟随器进入功放电路25，功率放大后的信号由输出端26、27输出。功放电路25由晶体管Q₁、Q₂、Q₃、Q₄组成达林顿式结构，R₃、R₄为限流电阻，C₅、R₅组成吸收回路，T为脉冲变压器，提供平衡功率输出。

所说的振荡电路的组成形式为：放大器A₁、电容器C、放大器A₂、晶体振荡器J依次串联成一个回路，在电容器C与晶体振荡器J的两端分别接有两个电阻R₁和R₂；所说的分频电路由2¹⁶分频电路与D触发器串联组成；所说的功放电路由4个三极晶体管Q₁、Q₂、Q₃、Q₄组成达林顿式结构，在三极管Q₁、Q₂的发射极与Q₃、Q₄的基极之间分别串有限流电阻R₃、R₄，三极管Q₃、Q₄的集电极分别与脉冲变压器T的输入端相联接，脉冲变压器T的输出端构成交流激磁信号源的输出端26、27。

微机监测仪3由多路选择器4，模拟信号处理，计算机系统及电源部分组成。由直流传感器1输出的信号送到多路选择器4选择，经前置放大器5放大及阻抗变换，经带通滤波器6滤波，经相敏解调电路7解调，再经低通滤器和直流放大器8后进入A/D转换器9。计算机系统由单片机10，程序存贮器11，带掉电保护的数据存贮器12，并行接口13，数码显示器14，小键盘15，开关量输入、输出电路16组成，并行输出19与多路选择器4和激磁信号源中的开关控制电路24相联接，并对其进行控制。电源部分由电源变压器20，整流器21及稳压器22组成。

整个系统的工作过程是由微机监测仪控制依次巡回检测每条支路对应的直流传感器的输出信号，经计算机进行数据处理，指示出对应支路的漏电流值，如果某支路(或某些支路)接地漏电流超过设定值，则计算机监测仪给出声光报警，并显示故障支路号，及漏电流值，由数码管15显示。

Claims (10)

1.一种直流系统漏电流在线巡回监测方法为，在直流系统各支路入口处，安装专用的直流传感器，利用磁饱和法的谐波型磁调制器，通过磁调制原理将直流支路对地漏电流，即直流支路差流信号调制为交流信号，由微机监测仪根据直流传感器的输出信号反映出直流支路的对地漏电流信号，然后通过信号处理电路对信号进行拾取、处理，最后由微机作出判别。

2.根据权利要求1所说的监测方法，其特征在于，所说的专用直流传感器为两个结构尺寸相同，磁特性一致的铁芯C₁、C₂，在其铁芯上分别绕有交流激磁绕组W_e，两个绕线铁芯构成直流传感器，直流支路的正负支路同时穿入直流传感器的铁芯中，所说的直流传感器的澈磁信号由交流澈磁信号源提供，铁芯C₁、C₂上两个澈磁绕组的接法为，其中一个铁芯上直流信号和交流澈磁绕组产生的磁通方向一致(如铁芯C₁)，而在另一个铁芯上直流信号与交流激磁绕组产生的磁通方向相反(如铁芯C₂)。

3.根据权利要求2所说的监测方法，其特征在于，加在直流传感器上的交流澈磁电压为对称方波，当直流支路对地漏电流i_s＝0时，两个铁芯C₁、C₂上的磁通完全相等即φ₁＝φ₂；当直流支路对地漏电流i_s≠0时，两个铁芯C₁、C₂上的磁通φ₁≠φ₂，则直流传感器检测到该电流差值信号 $U_{\mathrm{ob}}=\frac{1}{2}\frac{d({\mathrm{\φ}}_1-{\mathrm{\φ}}_2)}{\mathrm{dt}}\≠0,$ 且U_ob与i_s成正比。

4.根据权利要求1所说的监测方法，其特征在于，当直流系统有多个支路时，在各支路入口处，各装一个直流传感器，微机监测仪根据各直流支路的对地漏电流信号，依次进行巡回检测。

5.一种直流系统漏电流在线巡回监测装置，其特征在于，在直流系统的支路入口处，安装有专用的直流传感器，直流传感器的输入端与交流澈磁信号源相联接，其输出端与微机监测仪相联接。

6.根据权利要求5所说的监测装置，其特征在于，所说的专用直流传感器为两个结构尺寸相同，磁特性一致的铁芯C₁，C₂，在其铁芯上分别绕有交流激磁绕组W_e，两个交流激磁绕组串联联接，其联接点为信号输出端，两个端点为信号输入端，直流支路的正负支路同时穿入直流传感器的铁芯中。

7.根据权利要求5所说的监测装置，其特征在于，所说的交流澈磁信号源由振荡电路、分频电路、开关控制电路、功放电路依次联接组成。

8.根据权利要求书7所说的监测装置，其特征在于，所说的振荡电路的组成形式为：放大器A₁、电容器C、放大器A₂、晶体振荡器依次串联成一个回路，在电容器C与晶体振荡器的两端分别接有两个电阻R₁和R₂；所说的分频电路由2¹⁶分频电路与D触发器串联组成；所说的功放电路由三极晶体管Q₁、Q₂、Q₃、Q₄组成达林顿式结构，在三极管Q₁、Q₂的发射极与Q₃、Q₄的基极之间分别串有限流电阻R₃、R₄，三极管Q₃、Q₄的集电极分别与脉冲变压器T的输入端相联接，脉冲变压器T的输出端构成交流激磁信号源的输出端。

9.根据权利要求5所说的监测装置，其特征在于，所说的微机监测仪的组成形式为多路开关选择器与前置放大器联接，前置放大器与带通滤波器、相敏解调电路、低通滤波器和直流放大器、A/D转换器依次串联后与计算机系统联接；计算机系统包括单片机、程序存贮器、掉电保护的数字存贮器、并行接口、数码显示器、小键盘和开关量输入、输出电路，并行接口的输出与多路选择器相联接，来自直流传感器输出端的信号线与微机监测仪中多路选择器相联接。

10.按照权利要求5、8、9所说的监测装置，其特征在于，当直流系统支路数大于1时，在每条直流系统支路入口各装有一个直流传感器，每条支路中的直流传感器输出端都与微机监测仪中的多路选择器相联接。

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