CN113777525A - 一种短时间断性直流接地故障查找方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种短时间断性直流接地故障查找方法及系统，所述方法通过监测直流母线对地电压变化波形和馈线的电流特征波形，结合两种波形判定是否存在直流接地发生。所述系统包括查找主机、电流特征波形采集模块、钳形互感器CT和用户端；所述电流特征波形采集模块配合钳形互感器CT检测馈线电流特征波形、选线并上传查找主机，所述查找主机检测直流母线对地电压变化波形，并结合接收的电流特征波形确定直流接地故障是否发生，并将告警结果发送到用户端。本发明能对短时间断性直流接地故障发现和选线，并将故障信息传输到手机用户，从而能够快速的开展故障排查处理工作，进一步提升直流系统的稳定性、可靠性。

Description

一种短时间断性直流接地故障查找方法及系统

技术领域

本发明涉及电力系统故障检测领域，尤其涉及一种短时间断性直流接地故障查找方法及系统。

背景技术

目前变电站直流系统的接地故障依赖于绝缘监测装置进行监测，目前的绝缘监测装置所使用的原理多为平衡桥加切换桥的方式进行绝缘监测，该原理告警选线时间长。DL/T1392-2014在5.5.1.2中规定直流系统对地绝缘故障报警响应时间应不大于100S，在5.5.1.3中规定支路选线响应时间不大于180S。可见直流绝缘监测装置对于稳定的接地故障(大于3分钟)绝缘监测装置完全可以满足现场需要，并且可以进行定位。而对于短时间断性的接地故障(小于100S)这一种很特殊的接地故障，存在时间短，接地消失后，系统绝缘完全恢复正常。当直流母线对地电压偏低时，逐个扫描CT，一般需要数分钟，而此时接地故障可能已恢复，以至于选不出对应馈线。若接地时间达到秒级，目前绝缘装置有可能发出告警信号，但不能准确进行支路选线。而对于毫秒级的短时间断性绝缘故障，目前绝缘监测装置无法发出告警信号。

因此，直流系统短时间断性绝缘故障对于运行人员查找接地一直是一件非常困难的事情，经常出现人员到达现场接地已没有任何相关设备提供详细信息，而使得接地查找无从下手。这类接地经常出现又消失，又得查找往往花费很多的时间，有些甚至持续几年时间也未能查出。

而目前的便携式直流接地查找设备，主要是对一直稳定存在于系统中直流接地故障，直流系统正负极对地电压发生偏移的故障查找。而短时间断性绝缘故障是指发生直流接地故障时间极短，故障发生后，绝缘即时恢复正常。因此用现有的便携式直流接地查找设备无法查找短时间断性绝缘故障。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种短时间断性直流接地故障查找方法及系统，所述方法通过监测直流母线对地电压变化波形和馈线的电流特征波形，结合两种波形判定是否存在直流接地发生。所述系统包括查找主机、电流特征波形采集模块、钳形互感器CT和用户端；所述电流特征波形采集模块配合钳形互感器CT检测馈线电流特征波形、选线并上传查找主机，所述查找主机检测直流母线对地电压变化波形，并结合接收的电流特征波形确定直流接地故障是否发生并将告警用户端。实现对短时间断性直流接地故障发现和选线，从而能够快速的开展故障排查处理工作，进一步提升直流系统的稳定性、可靠性。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种短时间断性直流接地故障查找方法，包括以下步骤：

S1：在直流母线上加载交流信号；

S2：监测直流母线对地电压变化波形并存储；

S3：监测馈线的电流特征波形；

S4：计算及判断是否发生短时间断性直流接地故障。

进一步的，所述电流特征波形包括直流漏电流特征波形或者交流电流特征波形。

进一步的，所述计算及判断是否发生短时间断性直流接地故障，是指当检测到馈线的电流特征波形后检查对应直流母线对地电压变化波形是否存在；若存在则表示发生短时间断性直流接地故障，若不存在则表示没有发生短时间断性直流接地故障。

一种短时间断性直流接地故障查找系统，用于实施以上所述的短时间断性直流接地故障查找方法，包括查找主机、若干电流特征波形采集模块、若干钳形互感器CT和若干用户端；所述电流特征波形采集模块与若干所述钳形互感器CT连接，所述查找主机分别与若干所述用户端和若干所述电流特征波形采集模块连接。

进一步的，所述电流特征波形采集模块配合所述钳形互感器CT用于检测支路或馈线电流特征波形、对信号进行处理和选线，并将数据上传查找主机。

进一步的，所述查找主机用于检测直流母线对地电压变化波形，结合电流特征波形采集模块上传的电流特征波形确定短时间断性直流接地故障的位置，并将告警结果发送到用户端。

进一步的，所述查找主机与用户端和电流特征波形采集模块的连接均采用GPRS通信连接，以形成一个GPRS检测网络。

进一步的，所述查找主机内部设有直流母线电压采样电路和交流电流采样电路。

进一步的，所述直流母线电压采样电路包括输入模块、负反馈模块和输出模块；所述负反馈模块分别与输入模块和输出模块连接。

进一步的，所述交流电流采样电路包括感应电路、一级放大电路、二级放大电路和滤波输出电路，所述一级放大电路分别与感应输入电路和二级放大电路连接，所述滤波输出电路和二级放在电路连接。

本发明提供一种短时间断性直流接地故障查找方法及系统，所述方法通过监测直流母线对地电压变化波形和馈线的电流特征波形，结合两种波形判定是否存在直流接地发生。所述系统包括查找主机、电流特征波形采集模块、钳形互感器CT和用户端；所述电流特征波形采集模块配合钳形互感器CT检测馈线电流特征波形、选线并上传查找主机，所述查找主机检测直流母线对地电压变化波形，并结合接收的电流特征波形确定直流接地故障是否发生，并将告警结果发送到用户端。本发明能对短时间断性直流接地故障发现和选线，并将故障信息传输到手机用户，从而能够快速的开展故障排查处理工作，进一步提升直流系统的稳定性、可靠性。

附图说明

图1为一种短时间断性直流接地故障查找方法的直流系统模拟电路图；

图2为一种短时间断性直流接地故障查找方法流程图；

图3为各检测点检测到的波形曲线比对图；

图4为一种短时间断性直流接地故障查找系统的结构示意图；

图5为一种直流母线电压采样电路图；

图6为一种交流电流采样电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，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他实施例，都属于本公开保护的范围。

实施例一

如图1所示为一种短时间断性直流接地故障查找方法的直流系统模拟电路图，如图中所示直流电源的正极直流母线与电阻R17的一端、电阻R19的一端和电容C9的一端连接，负极直流母线与电阻R18的一端、电阻R20的一端、电容C10的一端连接，电阻R17的另一端、电阻R18的另一端、电阻R19的另一端、电阻R20的另一端、电容C9的另一端和电容C10的另一端接地；其中电阻R17与电阻R18的的阻值相等，表示直流系统的正负极绝缘电阻；电容C9和电容C10相等，表示直流系统对地电容；电阻R19和电阻R20的阻值相等，表示短时间断性直流接地故障查找系统内的平衡桥电阻。直流电源的负极直流母线与开关K0的一端连接，开关K0的另一端与接地电阻R0的一端连接，电阻R0的另一端接地。负载的两端分别与正、负极直流母线连接；直流漏电流传感器CT1或交流电流传感器CT2的两端分别接在馈线上，以检测馈线的直流漏电电流信号和交流电流信号；在直流电源的正极直流母线上还接入一个示波器，以检测正极直流母线电压信号的变化情况；在直流电源的正负极直流母线上还接入一个交流流号，以向直流系统内加载交流信号。

如图2所示为所述短时间断性直流接地故障查找方法流程图，包括以下步骤：

S1：在直流母线上加载交流信号；

S2：用示波器观察直流母线对地电压变化波形并存储；

S3：使用直流漏电流传感器CT1或者交流电流传感器CT2监测馈线的电流特征波形；

S4：用开关K0通断模拟短时间断性直流接地故障的发生及消失；

S5：计算及判断是否发生短时间断性直流接地故障。

具体实施中，所述用开关K0通断模拟短时间断性直流接地故障的发生及消失的时间曲线如图3中的k曲线所示。

具体实施中，所述用示波器观察直流母线对地电压变化波形，电压变化波形图如图3中的V+曲线所示；在短时间断性负极接地发生时，正极直流母线电压因为电容C9和电容C10的作用会逐渐上升直到稳定，而稳定的电压值与平衡桥电阻R19或者电阻R20以及接地电阻R0相关。

具体实施中，使用直流漏电流传感器CT1监测馈线的电流特征波形，电流特征波形如图3中的CT1曲线所示；所述直流漏电流传感器CT1上检测到的电流变化是由于刚开始电容C9、电容C10容量最高时放电，漏电流短时间达到最大值，随着电容容量慢慢减少，变化电流随后会有一个逐渐下降的过程。

具体实施中，使用交流电流传感器CT2监测馈线的电流特征波形，电流特征波形图如图3中的CT2曲线所示；从CT2曲线可以看出一开始接地发生时交流电流会产生一个正向的脉冲后马上产生一个较小的反向脉冲，接地消失时会产生一个反向的脉冲。

具体实施中，所述计算及判断是否发生短时间断性直流接地故障，是指当直流漏电流传感器CT1或者交流电流传感器CT2检测到电流特征波形后检查对应直流母线对地电压变化波形是否存在，以此来判定是否存在短时间断性直流接地发生；若存在则表示发生短时间断性直流接地故障，若不存在则表示没有发生短时间断性直流接地故障。

实施例二

如图4所示一种短时间断性直流接地故障查找系统的结构示意图，所述系统包括查找主机、若干电流特征波形采集模块、若干钳形互感器CT和若干用户端，本实例中，所述钳形互感器CT采用高集成度钳形电流互感器，所述用户端采用手机端。所述电流特征波形采集模块与若干所述钳形互感器CT连接，所述查找主机分别与若干用户端和若干电流特征波形采集模块连接。

具体实施中，本实施中所述钳形互感器CT与电流特征波形采集模块的连接采用有线连接，所述查找主机与用户端和电流特征波形采集模块的连接采用GPRS通信连接，形成一个GPRS检测网络，以简化现场布线、优化传输效率。所述查找主机在整个GPRS网络中是核心设备，负责建立网络中心，起到数据集中分析及结果中转的作用。

具体实施中，所述电流特征波形采集模块配合钳形互感器CT用于检测支路漏电流信号，两者在完成支路电流检测后对信号进行处理且选线，并以GPRS的方式将接地电流特征波形上传至查找主机，所述查找主机用于检测直流母线对地电压变化波形。通过检测支路电流的特征波形，并结合检测直流母线电压的特征波形来确定短时间断性直流接地故障的位置，然后将数值和波形等参数通过查找主机的显示界面显示出来，还将告警结果发送到用户端。

具体实施中，所述查找主机的显示界面使用VB语言设计。

具体实施中，所述查找主机内部设有直流母线电压采样电路和交流电流采样电路。

实施例三

如图5为一种直流母线电压采样电路图，所述直流母线电压采样电路包括输入模块、负反馈模块和输出模块，所述负反馈模块分别与输入模块和输出模块连接。

所述输入模块包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、二极管D3和光耦OPT1，所述电阻R1的一端分别与二极管D3的阴极、光耦OPT1的发射极正极连接，所述电阻R2的一端分别与二极管D3的正极、光耦OPT1的发射极阴极连接，所述光耦OPT1的接收端C极接电源，所述光耦OPT1的接收端E极与电阻R3的一端连接后作为输入模块的输出端与负反馈模块连接，所述电阻R1和电阻R2的另一端作为输入模块的输入端与直流母线连接，所述电阻R3的另一端与信号地连接。所述输入模块使用直流母线的电压信号经过工作在线性放大状态的光耦OPT1，实现对输入电压进行隔离。

所述负反馈模块包括运算放大器U1A、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C1和光耦OPT2；所述运算放大器U1A的同相输入端与输入模块的输出端相连，运算放大器U1A的反相输入端与电容C1的一端、电阻R4的一端相连，运算放大器U1A的输出端与电容C1的另一端、光耦OPT2的发射极正极相连；所述光耦OPT2的发射极负极与电阻R5的一端相连后作为负反馈模块的输出端与输出模块连接，光耦OPT2的接收端C极与电源相连，光耦OPT2的接收端E级与电阻R4的另一端、电阻R6的一端相连；所述电阻R5的另一端接信号地，所述电阻R6的另一端接地。所述负反馈模块通过使用运算放大器U1A和光耦OPT2形成了一个电压负反馈，当运算放大器U1A的同相输入端电压高于运算放大器U1A的反相输入端电压时，运算放大器U1A的输出端电压升高，使光耦OPT2的接收端E级的输出电流增加，运算放大器U1A的反相输入端电压升高，最终使运算放大器U1A的同相输入端与反相输入端电压相等，以保证输出和输入成线性关系。

所述输出模块包括电阻R7、电阻R8、运算放大器U2A、电容C2、二极管D1和二极管D2,所述电阻R7的一端作为输出模块的输入端与负反馈模块的输出端相连，所述运算放大器U2A的同相输入端与电阻R7的另一端连接，所述运算放大器U2A的输出端与反相输入端、电阻R8的一端连接，所述电阻R8的另一端与电容C2的一端连接后作为输出模块的输出端，所述电容C2的另一端与二极管D2的正极连接后接地，所述二极管D2的阴极与二极管D1的正极连接，所述二极管D1的阴极接入电源。

具体实施中，所述电阻R3阻值和电阻R6的阻值相等。

具体实施中，光耦OPT1和光耦OPT2采用同类型光耦。

具体实施中，通过调整电阻R1、电阻R2和电阻R5的阻值配合以选择合适的反馈电压。

实施例四

如图6为一种交流电流采样电路图，所述交流电流采样电路包括感应电路、一级放大电路、二级放大电路和滤波输出电路，所述一级放大电路分别与感应输入电路和二级放大电路连接，所述滤波输出电路和二级放在电路连接。

所述感应电路包括电流互感器TA、二级管D4、二级管D5和电阻R1，所述电流互感器TA的一次绕组进、出端子作为交流电流采样电路的输入端lin与待测支路连接，电流互感器TA二次绕组的一端接地、另一端与二级管D4的正极和二级管D5的负极连接后作为感应电路的第一输出端，所述二级管D4的阴极与二级管D5的正极、电阻R9的一端连接后作为感应电路的第二输出端，所述电阻R9的另一端接入电源。所述感应电路用于电流信号隔离放大，同时二级管D11和二级管D12起到检测稳压作用。

所述一级放大电路包括电阻R10、电阻R11、电阻R12、电容C3、电容C4、电容C5和运算放大器U3A；所述电阻R11的一端与感应电路的第一输出端连接，另一端与电容C4的一端、电阻R12的一端、运算放大器U3A的反相输入端连接；所述电阻R10的一端与电容C3的一端、运算放大器U3A的同相输入端连接后接入感应电路的第二输出端，另一端与电容C3的另一端相接后接入地端；所述运算放大器U3A的输出端与电容C4的另一端、电阻R12的另一端和电容C5的一端连接，所述电容C5的另一端作为一级放大电路的输出端。所述一级放大电路的放大倍数为R12/R11，并且经过电容C3，过滤掉直流成分输入二级放大电路。

所述二级放大电路包括电阻R13、电阻R14、电容C6、电容C7、运算放大器U4A，所述电阻R13的一端作为二级放大电路的输入端与一级放大电路的输出端连接，所述电阻R13的另一端与电容C7的一端、电阻R14的一端、运算放大器U4A的反向输入端连接，所述运算放大器U4A的输出端与电容C7的另一端、电阻R14的另一端连接后作为二级放大电路的输出端，所述运算放大器U4A的同向输入端与电容C6的一端连接后接入电源，所述电容C6的另一端作为二级放大电路的反馈输入端。所述二级放大电路的放大倍数为R14/R13。

所述滤波输出电路包括电阻R15、电阻R16和电容C8，所述电阻R15的一端作为滤波输出电路的输入端与二级放大电路的输出端连接，所述电阻R15的另一端与电阻R16的一端、电容C8的一端连接后作为滤波输出电路的输出端，所述电阻R16的另一端接电，所述电容C8的另一端与二级放大电路的反馈输入端连接。所述滤波输出电路的输出端作为交流电流采样电路的输出端ADC。

本发明提供一种短时间断性直流接地故障查找方法及系统，所述方法通过监测直流母线对地电压变化波形并进行存储，同时也监测馈线的电流特征波形；当直流漏电流传感器CT1或者交流电流传感器CT2检测到馈线的电流特征波形后检查对应直流母线对地电压变化波形是否存在，以此来判定是否存在短时间断性直流接地发生。所述系统包括查找主机、若干电流特征波形采集模块、若干钳形互感器CT和若干用户端；所述电流特征波形采集模块配合所述钳形互感器CT用于检测支路或者馈线漏电流特征波形、对信号进行处理和选线，并将数据上传查找主机；所述查找主机检测直流母线对地电压变化波形并结合电流特征波形采集模块上传的电流特征波形确定短时间断性直流接地故障是否发生和发生位置，并将告警结果发送到用户端。本发明能对短时间断性直流接地故障告警和选线以及有效查找导致短时间断性直流接地故障的故障点，通过手机短信功能将故障信息第一时间传输到手机用户，从而能够快速的开展故障排查处理工作，进一步提升直流系统的稳定性、可靠性。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种短时间断性直流接地故障查找方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在直流母线上加载交流信号；

S2：监测直流母线对地电压变化波形并存储；

S3：监测馈线的电流特征波形；

S4：计算及判断是否发生短时间断性直流接地故障。

2.根据权利要求1所述的短时间断性直流接地故障查找方法，其特征在于，所述电流特征波形包括直流漏电流特征波形或者交流电流特征波形。

3.根据权利要求1所述的短时间断性直流接地故障查找方法，其特征在于，所述计算及判断是否发生短时间断性直流接地故障，是指当检测到馈线的电流特征波形后检查对应直流母线对地电压变化波形是否存在；若存在则表示发生短时间断性直流接地故障，若不存在则表示没有发生短时间断性直流接地故障。

4.一种短时间断性直流接地故障查找系统，其特征在于，用于实施权利要求1至3任一项所述的短时间断性直流接地故障查找方法，包括查找主机、若干电流特征波形采集模块、若干钳形互感器CT和若干用户端；所述电流特征波形采集模块与若干所述钳形互感器CT连接，所述查找主机分别与若干所述用户端和若干所述电流特征波形采集模块连接。

5.根据权利要求4所述的短时间断性直流接地故障查找系统，其特征在于，所述电流特征波形采集模块配合所述钳形互感器CT用于检测支路或馈线电流特征波形、对信号进行处理和选线，并将数据上传查找主机。

6.根据权利要求4所述的短时间断性直流接地故障查找系统，其特征在于，所述查找主机用于检测直流母线对地电压变化波形，结合电流特征波形采集模块上传的电流特征波形确定短时间断性直流接地故障的位置，并将告警结果发送到用户端。

7.根据权利要求4所述的短时间断性直流接地故障查找系统，其特征在于，所述查找主机与用户端和电流特征波形采集模块的连接均采用GPRS通信连接，以形成一个GPRS检测网络。

8.根据权利要求4至7任一项所述的短时间断性直流接地故障查找系统，其特征在于，所述查找主机内部设有直流母线电压采样电路和交流电流采样电路。

9.根据权利要求8所述的短时间断性直流接地故障查找系统，其特征在于，所述直流母线电压采样电路包括输入模块、负反馈模块和输出模块；所述负反馈模块分别与输入模块和输出模块连接。

10.根据权利要求8所述的短时间断性直流接地故障查找系统，其特征在于，所述交流电流采样电路包括感应电路、一级放大电路、二级放大电路和滤波输出电路，所述一级放大电路分别与感应输入电路和二级放大电路连接，所述滤波输出电路和二级放在电路连接。

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