CN113608065B - 一种多直流系统环网故障监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多直流系统环网故障监测装置及方法，装置包括若干直流系统、第一绝缘监测装置、第二绝缘监测装置和若干第三绝缘监测装置，所述第一绝缘监测装置、第二绝缘监测装置和第三绝缘监测装置环网连接，用于对各个所述直流系统进行监测；所述第一绝缘监测装置控制所述第二绝缘监测装置和第三绝缘监测装置并接收二者的监测结果；所述第二绝缘监测装置接收到启动命令后将测量时间广播给每个所述第三绝缘监测装置，所述第二绝缘监测装置和第三绝缘监测装置按照测量时间开始测量。本发明解决了庞大的多直流系统绝缘故障、环网故障监测困难的问题，提升其系统稳定性，保障了电力的安全生产。

Description

一种多直流系统环网故障监测装置及方法

技术领域

本发明涉及直流系统的辅助设备，尤其是一种多直流系统环网故障监测装置及方法。

背景技术

站用直流系统是变电站二次设备的主要电源，用来保障电力安全生产。而最常用的110kV--500kV变电站直流系统一般设计为两套独立直流系统，二者互为备用，在监测其环网故障时只需采用两套直流系统环网故障监测装置。

而电厂、换流站等庞大的直流系统中需要设计多套直流系统，从排列组合的角度分析，在对其进行环网故障监测时，n套(n大于等于2)直流系统可能发生的故障类型有N种，其中具有环网故障类型众多、故障复杂的特点。若采用现有的两套直流系统环网故障监测装置监测此类庞大的直流系统，将大大增加检修人员的故障排查工作难度，无法保证此类庞大的直流系统的电力安全生产。

发明内容

为解决上述技术问题的至少之一，本发明的目的在于：提供一种多直流系统环网故障监测装置及方法，从而减少检修人员的工作难度，保障电力生产安全。

第一方面，本发明实施例提供了：

一种多直流系统环网故障监测装置，包括若干直流系统、第一绝缘监测装置、第二绝缘监测装置和若干第三绝缘监测装置，

所述第一绝缘监测装置、第二绝缘监测装置和第三绝缘监测装置环网连接，用于对各个所述直流系统进行监测；

所述第一绝缘监测装置控制所述第二绝缘监测装置和第三绝缘监测装置并接收二者的监测结果；

所述第二绝缘监测装置接收到启动命令后将测量时间广播给每个所述第三绝缘监测装置，所述第二绝缘监测装置和第三绝缘监测装置按照所述测量时间开始测量。

进一步，所述第一绝缘监测装置、第二绝缘监测装置和第三绝缘监测装置包括监测主机、若干选线模块和CT传感器，所述选线模块采集所述CT传感器的特征信号，传输给监控主机对所述多直流系统的绝缘故障进行计算。

进一步，所述第一绝缘监测装置运行人机交互线程、通信线程、测量线程、数据分析线程和定时测量线程；

所述人机交互线程显示主运行页面，并根据所述主运行页面的案件信息发送控制信息；

所述通信线程根据所述控制信息对所述第一绝缘监测装置的各通信接口进行数据收发；

所述测量线程根据所述控制信息采集电压，若电压有异动则测试是否存在环网，若有环网则进行环网故障的选线定位；若无环网则进行绝缘故障的计算和选线定位；

所述数据分析线程分析通信线程接收的第二绝缘监测装置和第三绝缘监测装置的数据与寄存器中的数据，判断所述第一绝缘监测装置为正常运行还是环网测量状态；若为正常运行，则将寄存器中的电压值与前一次电压值进行比较，若无偏移则继续正常运行，若有偏移则启动环网测量；若处于所述环网测量状态，则将寄存器中的电压值与启动环网测量前的电压值进行比较，若有偏移则认为存在环网故障，若无偏移则不存在环网；

所述定时测量线程根据控制信息设置定时启动监测功能，读取时钟时间与预设时间对比，到达预设时间则启动测量，测量所述多直流系统是否存在环网，若存在环网则进行环网选线，若不存在环网则启动测量两极接地故障，若无接地故障则返回读取时钟时间和预设时间对比；若有接地故障则进行绝缘故障选线。

进一步，所述第二绝缘监测装置和第三绝缘监测装置运行人机交互线程、通信线程、测量线程、执行命令线程；

所述执行命令线程根据第一绝缘监测装置的命令启动第二绝缘监测装置和第三绝缘监测装置。

进一步，所述监测主机包括：

CPU，与所述CPU连接的选线特征信号单元、电压采集单元、显示单元、通信单元及对时单元；

所述选线特征信号单元，用于将所述CPU控制变化的电子负载投入所述多直流系统从而产生特征信号电流，所述特征信号电流传输至所述选线模块；

所述电压采集单元，用于实时检测所述多直流系统的对地电压和采集电压数据；

所述显示单元，用于实现监测主机的人机交换功能；

所述通信单元，用于实现监测主机内部和外部的通信。

进一步，所述监测主机还包括装置电源、对时单元和告警单元；

所述装置电源包括开关电源模块、隔离电源模块、稳压电源芯片和外围电路；

所述对时单元，用于保持多个所述监测主机的时钟一致；

所述告警单元，包括告警输出电路和LED指示故障电路。

进一步，所述选线特征信号单元包括D/A转换电路、隔离放大电路、运算放大电路、功率放大电路。

进一步，所述电压采集单元包括平衡桥电路、切换桥电路、分压电路、电压隔离放大电路、运算放大电路和A/D转换电路。

第二方面，本发明实施例提供了：一种多直流系统环网故障监测方法，应用所述的多直流系统环网故障监测装置，包括以下步骤：

第一绝缘监测装置启动环网测量，命令第二绝缘监测装置启动测量；

所述第二绝缘监测装置向所述第三绝缘监测装置广播测量时间；

所述第三绝缘监测装置按照测量时间启动测量；

所述第二绝缘监测装置和第三绝缘监测装置将测量结果发送至所述第一绝缘监测装置，所述第一绝缘监测装置判断是否存在环网故障。

进一步，所述监测方法还包括以下步骤：

当判断存在所述环网故障时，则存储所述环网故障；

当判断不存在所述环网故障时，则判断所述第三绝缘监测装置是否为最后一台，若是则结束环网监测；

若不是，则所述第三绝缘监测装置启动测量并广播测量时间，所述第二绝缘监测装置和所述第三绝缘监测装置按照测量时间进行测量并将测量结果传输给所述第一绝缘监测装置；

所述第一绝缘监测装置判断是否存在环网故障，若存在则存储所述环网故障。

进一步，所述监测方法还包括，当所述多直流系统存在环网故障时，对所述环网故障进行分组，由每组环网故障对应的第二绝缘监测装置或第三绝缘监测装置进行环网选线得出选线结果，同组内的其他第二绝缘监测装置或第三绝缘监测装置直接采用所述选线结果。

本发明实施例的有益效果是：本发明提供了一种多直流系统环网故障的检测装置及方法，通过对每个直流系统配备一套独立的绝缘监测装置，将其中一套绝缘监测装置设置为主机运行模式，其余绝缘监测主机设置为分级运行模式，其中分机运行模式的第一个绝缘监测装置通知其与绝缘监测装置启动测量，从而实现对多直流系统环网故障进行统一控制测量，同时各个绝缘监测装置具有独立的测试、选线功能，解决了庞大的多直流系统绝缘故障、环网故障监测困难的问题，提升其系统稳定性，保障了电力的安全生产。

附图说明

图1为根据本发明实施例提供的一种多直流系统环网故障的检测装置的电路原理图；

图2为根据本发明实施例提供的绝缘监测装置的结构示意图；

图3为根据本发明实施例提供的监测主机的结构示意图；

图4为根据本发明实施例提供的第一绝缘监测装置的运行流程图；

图5为根据本发明实施例提供的第二绝缘监测装置或第三绝缘监测装置的运行流程图；

图6为根据本发明实施例提供的一种多直流系统环网故障监测方法的流程图；

图7为根据本申请实施例提供的环网故障分组选线流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例对本发明进行进一步的说明。

参照图1，本实施例公开了一种多直流系统环网故障的检测装置，每个直流系统对应一个绝缘监测装置，绝缘监测装置包括环网连接的第一绝缘监测装置、第二绝缘监测装置和若干第三绝缘监测装置，用于对各个直流系统进行监测；第一绝缘监测装置控制第二绝缘监测装置和第三绝缘监测装置并接收二者的监测结果；第二绝缘监测装置接收到启动命令后将测量时间广播给每个第三绝缘监测装置，第二绝缘监测装置和第三绝缘监测装置按照测量时间开始测量。从图1可知，所有绝缘监测装置之间通过RS485进行通信，由工作于主机模式的第一绝缘监测装置统一控制测量的运行，第二绝缘监测装置和第三绝缘监测装置工作于分机模式。各个绝缘监测装置具备独立测试、选线的功能。

通过改进绝缘监测装置来构建庞大的系统，优化绝缘监测装置的运算方法，建立庞大的绝缘监测主分机系统，其中第一绝缘监测装置为主机，第二绝缘监测装置和第三绝缘监测装置为分机，通过主机控制分机的测量方式，测试分析多直流系统的环网故障。

参见图2，在一些实施例中，第一绝缘监测装置、第二绝缘监测装置和第三绝缘监测装置包括监测主机、若干选线模块和CT传感器，选线模块采集CT传感器的特征信号，传输给监控主机对直流系统的绝缘故障进行计算。其中监测主机的功能是监测故障、控制装置、运算、人机交互、通信等；选线模块是采集CT传感器感应的特征信号，传输给监测主机计算支路绝缘故障；CT传感器用于感应特征信号。其中，监测主机与选线模块之间通过RS485进行通信。

本实施例的绝缘监测装置采用一个选线模块对应一个CT传感器的设置方式，便于监测到故障后迅速定位故障。

参见图3，在一些实施例中，监测主机包括以下部件：

CPU，其选用T(意法半导体)公司的STM32F407ZGT6单片机进行设计，该单片机主要资源有：

内核：ARM-Cortex-M工作频率：168MHZ；

空间：ROM(flash):1M字节RAM:192K字节；

定时器：14个(2个基本定时器、10个通用定时器、2个高级定时器)；

通讯接口：3个SPI通讯接口、3个IIC通讯接口、4个USART(同步串口)、2个UART(异步串口)、2个USB通讯接口、2个CAN通讯接口、2个IIS音频通讯接口、1个SDIO通讯接口、以太网。

可通过芯片丰富CPU的资源从而满足直流系统绝缘故障在线监测装置主机故障分析、人机交互、数据通信等需求。

选线特征信号单元包括D/A转换电路、隔离放大电路、运算放大电路、功率放大电路，选线特征信号单元用于将CPU控制变化的电子负载投入直流系统从而产生特征信号电流，特征信号电流传输至选线模块。

电压采集单元包括平衡桥电路、切换桥电路、分压电路、电压隔离放大电路、运算放大电路、A/D转换电路组成，用于实时检测直流系统的对地电压和采集电压数据；从而实现-300V——300V的电压采集运算。

显示单元选用7寸工业触控屏，用于实现监测主机的人机交换功能；

通信单元设计了5路相互独立的485通信接口电路、1路CAN通信接口电路和1路RJ-45通信接口电路，从而满足设备内部通信、设备与外部设备通信需求。

在一些实施例中，还包括装置电源、对时单元和告警单元，装置电源由开关电源模块、隔离电源模块、稳压电源芯片及其外围电路组成，其中开关电源模块把高压输入(90-250V)电压转换为低压电源(12V和5V)，绝缘监测装置功率器件的工作电源为12V、模拟电路工作电源为5V、数字电路工作电压为3.3V，其中与高压连接的部分模拟电路的电源还需隔离和稳压处理，因此设置了隔离电源模块和稳压电源芯片，多个隔离电源模块和稳压电源芯片的设置实现了多组5V和3.3V电源设计，从而满足绝缘监测装置的各功能单元电子元件的工作需求。

对时单元设计了B码对时电路，保障每台绝缘监测装置的时钟高度一致，确保准确计算环网故障。

告警单元包括告警输出电路和5路LED指示故障电路，告警输出电路为具有4路具备常开和常闭节点的告警输出电路。

通过在庞大的绝缘监测装置系统建立内部对时机制，保障所控制设备动作与测量时刻保持高度一致，确保环网故障检测准确性。

参见图4，在一些实施例中，作为主机的第一绝缘监测装置运行人机交互线程、通信线程、测量线程、数据分析线程和定时测量线程；

人机交互线程显示主运行页面，并根据主运行页面的案件信息发送控制信息；主运行页面时刻扫描按键信息，有按键信息输入时，处理案件信息并更新设置和/或更新显示。

通信线程根据控制信息对第一绝缘监测装置的各通信接口进行数据收发。具体地，第一绝缘监测装置通电后，首先完成通信接口初始化；之后按要求给各接口程序设计进行收发数据处理；发送接口完成数据发送后继续对各通信接口进行扫描。接收接口的接收数据完成时需进行校验核对，当校验通过时存储数据，校验异常或错误时将数据丢弃处理。通过这种及时丢弃校验错误的数据和存储校验通过的数据的数据处理方式，可以释放存储空间，使系统运行速度加快。

测量线程根据控制信息实时采集电压，若判断电压有偏移则启动测环网，若有环网则进行环网故障的选线定位；若无环网则进行绝缘故障的计算和选线定位。具体地，第一绝缘监测装置通电后，首先对各I/O口进行初始化，对AD接口进行AD转换，然后进行电压采集；若采集到的电压有异动或偏移则启动测试环网；若测试到具有有环网故障则进行环网故障选线定位；若无环网，则计算绝缘故障，对绝缘故障进行选线定位。

数据分析线程分析通信线程接收的第二绝缘监测装置和第三绝缘监测装置(分机)的数据与寄存器中的数据，判断第一绝缘监测装置为正常运行还是环网测量状态；若为正常运行，则将寄存器中的电压值与前一次电压值进行比较，若无偏移则继续正常运行，若有偏移则启动环网测量；若处于环网测量状态，则将寄存器中的电压值与启动环网测量前的电压值进行比较，若有偏移则认为存在环网故障，并进行环网选线，若无偏移则不存在环网，保持正常运行监测电压。

定时测量线程根据控制信息设置定时启动监测功能，读取时钟时间与预设时间对比，到达预设时间则启动测量，测量多直流系统是否存在环网，若存在环网则进行环网选线，若不存在环网则启动测量两极接地故障，若无接地故障则返回读取时钟时间和预设时间对比；若有接地故障则进行绝缘故障选线。

参见图5，在一些实施例中，做为分机的第二绝缘监测装置和第三绝缘监测装置运行人机交互线程、通信线程、测量线程、执行命令线程。

人机交互线程显示主运行页面，并根据主运行页面的案件信息发送控制信息；主运行页面时刻扫描按键信息，有按键信息输入时，处理案件信息并更新显示。

通信线程根据控制信息对第一绝缘监测装置的各通信接口进行数据收发。具体地，第一绝缘监测装置通电后，首先完成通信接口初始化；之后按要求给各接口程序设计进行收发数据处理；接收数据完成时需进行校验核对，当校验通过时存储数据，检验错误时将数据丢弃处理。

测量线程首先对各I/O口进行初始化，对AD接口进行AD转换进行电压采集；若电压有异动则将异动回馈给第一绝缘监测装置(主机)。

执行命令线程根据第一绝缘监测装置(主机)的命令启动第二绝缘监测装置和第三绝缘监测装置(分机)。参见图5，执行命令线程接收到主机命令后，依据主机命令进行启动切换桥电阻测量环网、直接采集电压测量环网、启动特征信号对环网选线、直接对环网进行选线、测绝缘电阻操作，从而实现系统的对直流系统绝缘故障进行检测。具体地，启动切换桥电阻测量环网还包括启动切换桥后测量电压，将测得的电压值回复给主机；直接采集电压测量环网测量电压后将测量结果回复给主机；启动特征信号对环网选线，选定支路后启动信号执行选线，将测得的故障支路回复给主机；直接对环网进行选线时，执行选线后将测得的故障支路回复给主机；测量绝缘电阻时启动切换桥测量电阻，判断是否接地，若无接地则返回执行命令解析命令的步骤，若有接地则启动接地选线，完成选线后结束流程。

参见图6，本实施例公开了一种多直流系统环网故障监测方法，包括以下步骤：

第一绝缘监测装置启动环网测量，命令第二绝缘监测装置启动测量；

第二绝缘监测装置向第三绝缘监测装置广播测量时间；

第三绝缘监测装置按照测量时间启动测量；

第二绝缘监测装置和第三绝缘监测装置将测量结果发送至第一绝缘监测装置，第一绝缘监测装置判断是否存在环网故障。

在一些实施例中，多直流系统环网故障监测方法还包括以下步骤：

当判断存在环网故障时，则存储环网故障；

当判断不存在环网故障时，则判断第三绝缘监测装置是否为最后一台，若是则结束环网监测；

若不是，则第三绝缘监测装置启动测量并广播测量时间，第二绝缘监测装置和所有第三绝缘监测装置按照测量时间进行测量并将测量结果传输给第一绝缘监测装置；

第一绝缘监测装置判断是否存在环网故障，若存在则存储环网故障。

通过主机控制从机的测试方式，轮询测试和分析多直流系统环网故障。

如此，可测量多直流系统内任意组合的直流系统间环网故障。通过每次启动切换桥测量电压判断环网故障，同时对环网故障进行有效分组。

在一些实施例中，参见图7，多直流系统环网故障监测方法还包括，当多直流系统存在环网故障时，由于庞大的多直流系统可能同时存在多种直流系统间的不同环网类型，因此根据环网类型对环网故障进行分组，由每组环网故障对应的首台绝缘监测装置进行环网选线得出选线结果，同组内的其他绝缘监测装置直接采用选线结果。这种将环网故障进行分组的方法可以使同类环网故障迅速完成环网选线，可提高测量效率。

对于上述方法实施例中的步骤先后，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种多直流系统环网故障监测装置，其特征在于，包括若干直流系统、第一绝缘监测装置、第二绝缘监测装置和若干第三绝缘监测装置，

所述第一绝缘监测装置、第二绝缘监测装置和第三绝缘监测装置环网连接，用于对各个所述直流系统进行监测；

所述第一绝缘监测装置控制所述第二绝缘监测装置和第三绝缘监测装置并接收二者的监测结果；

所述第二绝缘监测装置接收到启动命令后将测量时间广播给每个所述第三绝缘监测装置，所述第二绝缘监测装置和第三绝缘监测装置按照所述测量时间启动测量；

所述第一绝缘监测装置、第二绝缘监测装置和第三绝缘监测装置包括监测主机、若干选线模块和CT传感器，所述选线模块采集所述CT传感器的特征信号，传输给监控主机对所述多直流系统的绝缘故障进行计算；

所述第一绝缘监测装置运行人机交互线程、通信线程、测量线程、数据分析线程和定时测量线程；

所述人机交互线程显示主运行页面，并根据所述主运行页面的案件信息发送控制信息；

所述通信线程根据所述控制信息对所述第一绝缘监测装置的各通信接口进行数据收发；

所述测量线程根据所述控制信息采集电压，若电压有异动则测试是否存在环网，若有环网则进行环网故障的选线定位；若无环网则进行绝缘故障的计算和选线定位；

所述数据分析线程分析通信线程接收的第二绝缘监测装置和第三绝缘监测装置的数据与寄存器中的数据，判断所述第一绝缘监测装置为正常运行还是环网测量状态；若为正常运行，则将寄存器中的电压值与前一次电压值进行比较，若无偏移则继续正常运行，若有偏移则启动环网测量；若处于所述环网测量状态，则将寄存器中的电压值与启动环网测量前的电压值进行比较，若有偏移则认为存在环网故障，若无偏移则不存在环网；

所述定时测量线程根据控制信息设置定时启动监测功能，读取时钟时间与预设时间对比，到达预设时间则启动测量，测量所述多直流系统是否存在环网，若存在环网则进行环网选线，若不存在环网则启动测量两极接地故障，若无接地故障则返回读取时钟时间和预设时间对比；若有接地故障则进行绝缘故障选线；

所述第二绝缘监测装置和第三绝缘监测装置运行人机交互线程、通信线程、测量线程、执行命令线程；

所述执行命令线程根据第一绝缘监测装置的命令启动第二绝缘监测装置和第三绝缘监测装置。

2.根据权利要求1所述的多直流系统环网故障监测装置，其特征在于，所述监测主机包括：

CPU，与所述CPU连接的选线特征信号单元、电压采集单元、显示单元、通信单元及对时单元；

所述选线特征信号单元，用于将所述CPU控制变化的电子负载投入所述多直流系统从而产生特征信号电流，所述特征信号电流传输至所述选线模块；

所述电压采集单元，用于实时检测所述多直流系统的对地电压和采集电压数据；

所述显示单元，用于实现监测主机的人机交换功能；

所述通信单元，用于实现监测主机内部和外部的通信。

3.根据权利要求2所述的多直流系统环网故障监测装置，其特征在于，所述监测主机还包括装置电源、对时单元和告警单元；

所述装置电源包括开关电源模块、隔离电源模块、稳压电源芯片和外围电路；

所述对时单元，用于保持多个所述监测主机的时钟一致；

所述告警单元，包括告警输出电路和LED指示故障电路。

4.根据权利要求2所述的多直流系统环网故障监测装置，其特征在于，所述选线特征信号单元包括D/A转换电路、隔离放大电路、运算放大电路、功率放大电路。

5.根据权利要求2所述的多直流系统环网故障监测装置，其特征在于，所述电压采集单元包括平衡桥电路、切换桥电路、分压电路、电压隔离放大电路、运算放大电路和A/D转换电路。

6.一种多直流系统环网故障监测方法，应用于如权利要求1所述的多直流系统环网故障监测装置，其特征在于包括以下步骤：

第一绝缘监测装置启动环网测量，命令第二绝缘监测装置启动测量；

所述第二绝缘监测装置向所述第三绝缘监测装置广播测量时间；

所述第三绝缘监测装置按照测量时间启动测量；

所述第二绝缘监测装置和第三绝缘监测装置将测量结果发送至所述第一绝缘监测装置，所述第一绝缘监测装置判断是否存在环网故障。

7.根据权利要求6所述的多直流系统环网故障监测方法，其特征在于，所述监测方法还包括以下步骤：

当判断存在所述环网故障时，则存储所述环网故障；

当判断不存在所述环网故障时，则判断所述第三绝缘监测装置是否为最后一台，若是则结束环网监测；

若不是，则所述第三绝缘监测装置启动测量并广播测量时间，所述第二绝缘监测装置和所述第三绝缘监测装置按照测量时间进行测量并将测量结果传输给所述第一绝缘监测装置；

所述第一绝缘监测装置判断是否存在环网故障，若存在则存储所述环网故障。