CN113466739A - 一种直流系统瞬时接地监测记录仪及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流系统瞬时接地监测记录仪及方法，该直流系统瞬时接地监测记录仪包括控制模块、电压采集模块、电流采集模块、显示模块和告警模块，其中：控制模块的第一输入端与电压采集模块的输出端电性连接，控制模块的第二输入端与电流采集模块的输出端电性连接，控制模块与显示模块电性连接，告警模块与控制模块电性连接；控制模块用于对电压采集模块所采集的电压数据以及电流采集模块所采集的电流数据进行处理，判断各馈线支路是否存在接地故障，并且控制显示模块显示所对应的接地故障。本发明实施例通过电压采集模块及电流采集模块实时监测系统电压电流数据，能够快速有效判断瞬时接地故障，确定故障支路及告警。

Description

一种直流系统瞬时接地监测记录仪及方法

技术领域

本发明涉及直流电源系统监测领域，具体涉及一种直流系统瞬时接地监测记录仪及方法。

背景技术

直流电源系统是给变电站信号设备、自动装置、事故照明、应急电源及断路器分、合闸提供直流电源的电源系统。直流系统设计为不接地的独立系统，绝缘下降是导致直流系统故障的一大因素。而瞬时接地是指直流系统出现绝缘下降，并与接地体不可靠接触导致的短暂接地故障。目前为止，国内外对直流系统瞬时接地故障的研究及其匮乏，现有绝缘监测装置对瞬时接地故障也无法有效应对。

瞬时接地因其发生时间短、隐匿性高等特点，给瞬时接地故障的监测带来较高的技术难度。传统的拉路法也无法有效应对瞬时接地故障，工作人员到达现场时故障消失，又没有任何设备提供相关信息，导致瞬时接地故障的排除工作也变得尤为困难。

现阶段的绝缘监测装置多以平衡桥加切换桥的原理设计，在监测直流接地故障到告警和选线的响应时间较长。现有绝缘监测装置智能对接地时间大于3分钟的故障才能做到有效告警和选线，而对于发生时间小于100s短时间接地故障，不能告警或者有告警无法选线。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种直流系统瞬时接地故障监测记录仪及方法，能够有效判别发生瞬时接地故障的支路，并且记录故障发生的次数、时间和电压波形，有效提升工作效率。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种直流系统瞬时接地监测记录仪，其特征在于，所述直流系统瞬时接地监测记录仪包括控制模块、电压采集模块、电流采集模块、显示模块和告警模块，其中：

所述控制模块的第一输入端与所述电压采集模块的输出端电性连接，所述控制模块的第二输入端与所述电流采集模块的输出端电性连接，所述控制模块与所述显示模块电性连接，所述告警模块与所述控制模块电性连接；

所述控制模块用于对电压采集模块所采集的电压数据以及电流采集模块所采集的电流数据进行处理，判断各馈线支路是否存在接地故障，并且控制显示模块显示所对应的接地故障；

所述电压采集模块采用高阻抗电路实时采集母线上的电压数据；

所述电流采集模块采用霍尔效应原理采集各馈线支路的电流数据。

优选的，所述控制模块根据馈线支路故障电流同时根据电压故障的同步性判断瞬时接地故障，根据馈线支路故障电流信息对接地故障的进行定位。

优选的，所述控制模块采用STM32F103主控芯片。

优选的，所述高阻抗电路包括隔离放大器和运行放大器，其中：

接触器与所述隔离放大器的VIN端口连接，且所述接触器与所述隔离放大器的VIN端口连接电路上设置有高电阻；

所述运行放大器的正极接口与所述隔离放大器的VOUTP端连接，所述运行放大器的负极接口与所述隔离放大器的VOUTN端连接。

优选的，所述隔离放大器的型号为AMC1311。

优选的，所述电流采集模块采用零磁通式霍尔电流互感器；

零磁通式霍尔电流互感器包括副边补充线圈、磁芯和霍尔元件，所述副边补充线圈缠绕设置在所述磁芯上，所述霍尔元件设置在所述磁芯开口位置，所述霍尔元件与运算放大器电性一端电性连接，所述副边补充线圈一端通过半导体与所述运算放大器另一端电性连接；

所述各馈线支路中一个馈线支路设置在所对应的零磁通式霍尔电流互感器中。

优选的，所述直流系统瞬时接地监测记录仪还包括通信模块，所述通信模块与所述控制模块电性连接。

一种直流系统瞬时接地监测方法，所述直流系统瞬时接地监测方法，包括：

控制模块对告警模块、通信模块、电压采集模块、电流采集模块、显示模块传输电信号，判断是否故障；

若否，则电流采集模块通过霍尔效应原理采集直流电源系统的电流数据；

电压采集模块通过高抗阻电路采集直流电源系统电压数据；

控制模块根据电压数据及电流数据判断是否发生瞬时接地故障；

显示模块根据控制模块显示告警信息及故障信息。

优选的，所述控制模块对告警模块、通信模块、电压采集模块、电流采集模块、显示模块传输电信号，包括：

所述控制模块对所述告警模块、所述通信模块、所述电压采集模块、所述电流采集模块、所述显示模块传输电信号，所述控制模块向通信模块发送通信信号，所述控制模块根据反馈的电信号判断是否发生电源故障，所述控制模块根据反馈的通信信号判断是否发生通信故障；

若是，所述控制模块通过所述告警模块对设备进行故障告警，所述控制模块将故障信息传输至所述显示模块对进行故障显示。

优选的，所述控制模块根据电压数据及电流数据判断是否发生瞬时接地故障，包括：

所述控制模块根据馈线支路故障电流同时根据电压故障的同步性判断瞬时接地故障。

本发明实施例提供的一种直流系统瞬时接地监测记录仪及方法，电压采集模块通过高阻抗电路对直流电源系统的电压进行监测，精确采集数据；电流采集模块设置多个电流采集器，电流采集模块通过霍尔效应原理同时采集多个馈线支路的电流数据，实现高速采集，提升效率；本发明监测馈线支路故障电流同时根据电压故障的同步性判断瞬时接地故障，通过高速采样，实现理论数据信息数字化，通过控制模块实现瞬时接地故障判断、告警和定位功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的直流系统瞬时接地监测记录仪的结构示意图。

图2是本发明实施例提供的控制模块的芯片结构示意图。

图3是本发明实施例提供的接地故障的电压及电流变化示意图。

图4是本发明实施例提供的电压采集模块的电路示意图。

图5是本发明实施例提供的电流采集模块的结构示意图。

图6是本发明实施例提供的直流系统瞬时接地监测方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

图1示出了本发明实施例提供的直流系统瞬时接地监测记录仪的结构示意图，该直流系统瞬时接地监测记录仪包括控制模块103、电压采集模块101、电流采集模块102、显示模块104和告警模块105，其中：所述控制模块103的第一输入端与所述电压采集模块101的输出端电性连接，所述控制模块103的第二输入端与所述电流采集模块102的输出端电性连接，所述控制模块103与显示模块104电性连接，所述告警模块105与控制模块103电性连接；所述控制模块103用于对电压采集模块101所采集的电压数据以及电流采集模块102所采集的电流数据进行处理，判断各馈线支路是否存在接地故障，并且控制显示模块104显示所对应的接地故障；所述电压采集模块101采用高阻抗电路实时采集母线上的电压数据；所述电流采集模块102采用霍尔效应原理采集各馈线支路的电流数据；所述显示模块104用于显示所述控制模块103结果显示，该显示模块104是LCD显示屏；所述告警模块105用于对故障进行告警。具体的，电压采集模块与电流采集模块通过高速采样，直流系统瞬时接地监测记录仪实现理论数据信息数字化，控制模块103通过特定算法实现瞬时接地故障判断、告警和定位功能。

该直流系统瞬时接地监测记录仪还包括通信模块106，所述通信模块106与所述控制模块103电性连接，控制模块103通过通信模块106将检测的数据上传至数据库，以便数据的查询。

图2示出了本发明实施例提供的控制模块103的芯片结构示意图，控制模块103采用STM32F103主控芯片，该芯片的工作频率为72MHz，且具有并行LCD接口，较小的装置体积；控制模块103通过LCD接口与显示模块104电性连接，向显示模块104传输显示信息；该控制模块103具有16个外部中断，可以设置强大的逻辑功能和精确的优先级，对接地故障信息设置优先级，提升处理效率；内置高速存储器和丰富的I/O口，够快速采集和处理数据，并做出相应判断。

图3示出了本发明实施例提供的接地故障的电压及电流变化示意图，该控制模块设定特定算法，该特定算法原理：系统从t1时刻发生瞬时接地到t2时刻故障消失。t1时刻，接地一极电压V会发生改变，由于系统分布电容的存在，电压改变呈现曲线式的下降，到t2时刻，电压回复，电压呈曲线回升。而发生接地的支路会发生漏电电流，在t1时刻产生漏电电流，由于系统分布电容存在，漏电电流会呈曲线样下降直到趋于稳定，并且在t2时刻消失。其中电压V、漏电电流I大小由现场电压和漏电电阻决定。该控制模块103基于此原理对瞬时接地进行判断和选线。在正常运行时，设备通过电压采集模块101，实时获取电压信号，并把电压信号缓存。电流采集模块102采集到漏电流信号时，控制模块103将采集到的漏电信号，控制模块103通过对电压变化信号和漏电流信号的时间、数值进行比对。当漏电信号和电压变化信号的大小和时间出现如图3所示的一致性，则可判断发生瞬时接地，且存在漏电信号的支路为发生瞬时接地故障的支路。

图4示出了本发明实施例提供的电压采集模块101的电路示意图，电压采集模块101采用高阻抗电路，该高阻抗电路可以采集精确的实时电压数据，且对系统影响极小，不影响绝缘检测装置运行，该高阻抗电路包括隔离放大器和运行放大器，其中：接触器与隔离放大器的VIN端口连接，且接触器与隔离放大器的VIN端口连接电路上设置有高电阻；所述运行放大器的正极接口与所述隔离放大器的VOUTP端连接，所述运行放大器的负极接口与所述隔离放大器的VOUTN端连接。具体的，该隔离放大器的型号为AMC1311。电压采集模块101的输入端采用高阻值分压，将采集低压模拟信号同时保证母线对地绝缘状态；电压采集模块101采用隔离放大器，将强电跟弱电隔离，防止弱电电路被高压烧坏，具有较高抗磁干扰功能，以及输出差模信号可以抵抗一定强度的电磁和温度等干扰，能够准确监测电压故障。

图5示出了本发明实施例提供的电流采集模块102的结构示意图，电流采集模块102设置多个独立的电流采集器，所述电流采集模块102同时采集多个馈线支路的电流数据。电流采集模块102采用零磁通式霍尔电流互感器，电流采集模块102设置有多个零磁通式霍尔电流互感器，多个零磁通式霍尔电流互感器中的一个零磁通式霍尔电流互感器对应连接多个馈线支路中的一个馈线支路。零磁通式霍尔电流互感器包括副边补充线圈12、磁芯11和霍尔元件13，该副边补充线圈12缠绕设置在磁芯11上，霍尔元件13设置在磁芯11开口位置，该霍尔元件13与运算放大器14一端电性连接，所述副边补充线圈一端通过半导体15与所述运算放大器14另一端电性连接；所述各馈线支路中一个馈线支路设置在所对应的零磁通式霍尔电流互感器中，具体的，该磁芯11是一个圆形磁芯，馈线支路从磁芯11的圆中心穿过；所述零磁通式霍尔电流互感器监测电流时，其原理：被测电流Ip流过导体时产生初级磁场，使霍尔元件13产生霍尔电势，霍尔电势控制运算放大器14产生次级线圈电流Is，在磁芯11产生次级磁场，当初级磁场与次级磁场达到平衡时，Is就可以精确反映被测电流Ip。该零磁通霍尔电流互感器响具有应速度快，测量精度高等特点，能够检测瞬时接地故障发生时的电流变化，电流采样速率与电压采样一致，监测馈线支路故障电流同时根据电压故障的同步性判断瞬时接地故障。

本设计通过电压采集模块101和电流采集模块102实时监测系统电压电流数据，能够快速有效判断瞬时接地故障，确定故障支路和告警；电压采集模块101通过高阻抗电路对直流电源系统的电压进行实时监测，由隔离放大器抵抗电磁、温度的干扰，不影响直流系统绝缘装置运行，提升监测的准确性；电流采集模块通过霍尔效应原理对馈线支路的电流进行监测，可以处理磁场干扰，根据电流方向区分电容干扰；电压采样模块101采用高电阻电路，不影响直流系统绝缘装置运行；电流采样采用CT技术与直流系统无直接接触，设备不影响绝缘监察装置人工接地电阻阻值。

实施例2

图6示出了直流系统瞬时接地监测方法的流程示意图，该直流系统瞬时接地监测方法使用实施例1所述的直流系统瞬时接地监测记录仪；该直流系统瞬时接地监测记录仪与上述的功能、结构一致，在此不做累述；直流系统瞬时接地监测方法，包括：S1：控制模块对告警模块、通信模块、电压采集模块、电流采集模块、显示模块传输电信号，基于电信号反馈判断是否存在设备故障；

启动直流系统瞬时接地监测记录仪时，直流系统瞬时接地监测记录仪进行自检，所述控制模块对所述告警模块、所述通信模块、所述电压采集模块、所述电流采集模块、所述显示模块传输电信号，所述控制模块向通信模块发送通信信号，所述控制模块根据反馈的电信号判断是否发生电源故障，所述控制模块根据反馈的通信信号判断是否发生通信故障；

若是，所述控制模块通过所述告警模块对设备进行故障告警，所述控制模块将故障信息传输至所述显示模块对进行故障显示。

S2：若不存在设备故障时，则电流采集模块通过霍尔效应原理采集各馈线支路的电流数据；电压采集模块通过高抗阻电路采集母线上的电压数据；

若直流系统瞬时接地监测记录仪无故障，控制模块发送信号至电流采集模块采集电流数据，电流采集模块通过霍尔效应原理采集各馈线支路的电流数据，电流采集模块将采集的电流数据传输至控制模块；控制模块发送信号至电压采集模块采集电压数据，电压采集模块通过高抗阻电路采集母线上的电压数据，电压采集模块将采集的电压数据传输至控制模块。

S3：控制模块对电压采集模块所采集的电压数据以及电流采集模块所采集的电流数据进行处理，判断是否发生瞬时接地故障；

控制模块对电压数据及电流数据进行数据，控制模块根据馈线支路故障电流同时根据电压故障的同步性判断瞬时接地故障。

若发生了接地故障，控制模块根据馈线支路故障电流对接地故障的进行定位，控制模块将接地故障信息通过通信模块上传数据，并将接地故障数据传输至显示模块，控制模块传输告警信号至告警模块。

S4：显示模块根据控制模块的处理结果显示告警信息及故障信息。

显示模块根据控制模块所传输的数据显示相关信息。

若没发生接地故障，显示模块显示无故障，电压采集模块及电流采集模块继续采集电压电流数据，控制模块实时监测直流电源系统；若发生接地故障，显示模块显示接地故障、接地故障的馈线支路、故障时间，告警模块进行告警。

这里通过采集模块实时监测直流电源系统电压电流数据，能够快速有效判断瞬时接地故障，确定故障支路并进行告警。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、磁盘或光盘等。

另外，以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种直流系统瞬时接地监测记录仪，其特征在于，所述直流系统瞬时接地监测记录仪包括控制模块、电压采集模块、电流采集模块、显示模块和告警模块，其中：

所述控制模块的第一输入端与所述电压采集模块的输出端电性连接，所述控制模块的第二输入端与所述电流采集模块的输出端电性连接，所述控制模块与所述显示模块电性连接，所述告警模块与所述控制模块电性连接；

所述控制模块用于对电压采集模块所采集的电压数据以及电流采集模块所采集的电流数据进行处理，判断各馈线支路是否存在接地故障，并且控制显示模块显示所对应的接地故障；

所述电压采集模块采用高阻抗电路实时采集母线上的电压数据；

所述电流采集模块采用霍尔效应原理采集各馈线支路的电流数据。

2.根据权利要求1所述的直流系统瞬时接地监测记录仪，其特征在于，所述控制模块根据馈线支路故障电流同时根据电压故障的同步性判断瞬时接地故障，根据馈线支路故障电流信息对接地故障的进行定位。

3.根据权利要求1所述的直流系统瞬时接地监测记录仪，其特征在于，所述控制模块采用STM32F103主控芯片。

4.根据权利要求1所述的直流系统瞬时接地监测记录仪，其特征在于，所述高阻抗电路包括隔离放大器和运行放大器，其中：

所述电压采集模块的输入端与所述隔离放大器的VIN端口连接，且所述电压采集模块的输入端与所述隔离放大器的VIN端口连接电路上设置有高电阻；

所述运行放大器的正极接口与所述隔离放大器的VOUTP端连接，所述运行放大器的负极接口与所述隔离放大器的VOUTN端连接。

5.根据权利要求4所述的直流系统瞬时接地监测记录仪，其特征在于，所述隔离放大器的型号为AMC1311。

6.根据权利要求1所述的直流系统瞬时接地监测记录仪，其特征在于，所述电流采集模块采用零磁通式霍尔电流互感器；

所述零磁通式霍尔电流互感器包括副边补充线圈、磁芯和霍尔元件，所述副边补充线圈缠绕设置在所述磁芯上，所述霍尔元件设置在所述磁芯开口位置，所述霍尔元件与运算放大器一端电性连接，所述副边补充线圈一端通过半导体与所述运算放大器另一端电性连接；

所述各馈线支路中一个馈线支路设置在所对应的零磁通式霍尔电流互感器中。

7.根据权利要求1所述的直流系统瞬时接地监测记录仪，其特征在于，所述直流系统瞬时接地监测记录仪还包括通信模块，所述通信模块与所述控制模块电性连接。

8.一种直流系统瞬时接地监测方法，其特征在于，包括：

控制模块对告警模块、通信模块、电压采集模块、电流采集模块、显示模块传输电信号，基于电信号反馈判断是否存在设备故障；

若不存在设备故障时，则电流采集模块通过霍尔效应原理采集各馈线支路的电流数据；电压采集模块通过高抗阻电路采集母线上的电压数据；

控制模块对电压采集模块所采集的电压数据以及电流采集模块所采集的电流数据进行处理，判断是否发生瞬时接地故障；

显示模块根据控制模块的处理结果显示告警信息及故障信息。

9.根据权利要求8所述的直流系统瞬时接地监测方法，其特征在于，所述控制模块对告警模块、通信模块、电压采集模块、电流采集模块、显示模块传输电信号，基于电信号反馈判断是否存在设备故障包括：

所述控制模块对所述告警模块、所述通信模块、所述电压采集模块、所述电流采集模块、所述显示模块传输电信号，所述控制模块向通信模块发送通信信号，所述控制模块根据反馈的电信号判断是否发生电源故障，所述控制模块根据反馈的通信信号判断是否发生通信故障；

若是，所述控制模块通过所述告警模块对设备进行故障告警，所述控制模块将故障信息传输至所述显示模块对进行故障显示。

10.根据权利要求8所述的直流系统瞬时接地监测方法，其特征在于，所述控制模块对电压采集模块所采集的电压数据以及电流采集模块所采集的电流数据进行处理，根据电压数据及电流数据判断是否发生瞬时接地故障包括：

所述控制模块根据馈线支路故障电流同时根据电压故障的同步性判断瞬时接地故障。

Images