CN114252813B - 变电站直流系统双段母线互窜检测装置的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变电站直流系统双段母线互窜检测装置的检测方法，包括：确定是否发生互窜故障；确定互窜类型；计算异极互窜电阻大小；计算同极互窜电阻大小：判断同极互窜属于正‑正互窜还是正‑负互窜前，需要使两段母线电压U₁和U₂不相等，若U₁>U₂,当U_1p>U_1n则发生负‑负连接，R_f＝(U_1n‑U_2n)/I_n，当U_1p<U_1n则发生正‑正互窜，R_f＝(U_1p‑U_2p)/I_n；U₁<U₂时则相反；式中，U_1p、U_1n分别为一段母线正对地电压和负对地电压，U_2p、U_2n分别为二段母线正对地和负对地电压，I_n为支路漏电流值。本发明能够及时发现互窜故障，避免造成对直流系统的损害；本发明能够检测故障点，方便进行故障排查；本发明能够计算互窜电阻大小，能够定量得表示直流系统的运行状况。

Description

变电站直流系统双段母线互窜检测装置的检测方法

技术领域

本发明涉及电力监控技术领域，尤其是一种变电站直流系统双段母线互窜检测装置的检测方法。

背景技术

变电站直流系统为断路器分合闸及二次回路继保设备、故障照明等重要负载提供直流电源。系统主回路一般由交流电源、充电装置、蓄电池组、降压装置、直流母线以及馈线部分组成，其监控系统又由主监控、绝缘监测装置、交流监测装置、蓄电池巡检装置等组成。

由于整个直流电源系统网络构成复杂、线路分支多，因此在实际运行中容易发生由误接线、误操作、装置性能下降等情况导致的绝缘接地、直流互窜等故障。如不能及时排查，将会给直流系统内设备带来极大危害，影响直流系统乃至整个变电站的安全运行。其中，两段直流母线分列运行是变电站的常用直流电源模式，较单一直流系统结构更加复杂，也更易引起直流互窜故障。

现有技术一般采用外接仪表测试或由绝缘监测系统检测，但是存在接线复杂、缺少直流互窜检测功能、互窜故障误报等问题。如何及时准确判定故障类型、定位故障点、计算互窜电阻是目前研究的技术难点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够确定互窜类型、确定发生互窜故障支路并且计算互窜电阻大小的变电站直流系统双段母线互窜检测装置的检测方法。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种变电站直流系统双段母线互窜的检测装置的检测方法，该方法包括下列顺序的步骤：

(1)确定是否发生互窜故障：闭合第一检测桥的继电器K₁或继电器K₂，检测二段母线正负对地电压是否平衡，若不平衡则确定发生直流互窜故障；

(2)确定互窜类型；

(3)计算异极互窜电阻大小；

(4)计算同极互窜电阻大小：判断同极互窜属于正-正互窜还是正-负互窜前，需要使两段母线电压U₁和U₂不相等，若U₁>U₂,当U_1p>U_1n则发生负-负连接，R_f＝(U_1n-U_2n)/I_n，当U_1p<U_1n则发生正-正互窜，R_f＝(U_1p-U_2p)/I_n；U₁<U₂时则相反；式中，U_1p、U_1n分别为一段母线正对地电压和负对地电压，U_2p、U_2n分别为二段母线正对地和负对地电压，I_n为支路漏电流值。

所述步骤(2)具体是指：确定互窜故障属于异极发生电气连接还是同极发生电气连接，具体方法为通过记录闭合第一检测桥的继电器K₁或继电器K₂的前后母线正负对地电压,计算系统对地电阻：

当闭合继电器K₁时，系统对地电阻的计算公式如下：

式中，R_p为母线正对地电阻，R_n为母线负对地电阻大小，U_p、U_pp分别为闭合继电器K₁前和闭合继电器K₁后母线正对地电压，R₃为检测桥电阻；U_n为闭合继电器K₁前母线负对地电压；

当闭合继电器K₂时系统对地电阻的计算公式如下：

式中，U_n、U_nn分别为闭合继电器K₂前和闭合继电器K₂后母线负对地电压，R₄为检测桥电阻，U_p为闭合K₂前母线正对地电压；

当R_p大于平衡桥电阻R₁时，则表示一段母线正和二段母线负发生异极电气连接，同理R_n大于平衡桥电阻R₂时，则表示一段母线负和二段母线正发生电气连接；

在步骤(1)确定发生互窜故障的前提下，步骤(2)计算出R_p、R_n均小于平衡桥电阻时，确定两段母线发生同极电气连接；确定同极连接为正-正连接还是负-负连接，需要两段直流系统电压U₁≠U₂，若U₁>U₂,当U_1p>U_1n则发生负-负连接，当U_1p<U_1n则发生正-正连接，U₁<U₂时则相反。

所述步骤(3)具体是指：当异极单极互窜时，计算公式如下：

式中，U_1p、U_1n分别为一段母线正对地电压和负对地电压，U_2p、U_2n分别为二段母线正对地和负对地电压，I_n为支路漏电流值；

当正-负、负-正互窜同时发生时，通过闭合第一检测桥计算互窜电阻，计算公式如下：

式中，R_f1和R_f2分别为正-负互窜电阻和负-正互窜电阻，U_1p、U_1n、U_2p、U_2n、I_n分别为闭合继电器K₁或继电器K₂前一段母线正、负对地电压、闭合继电器K₁或继电器K₂前二段母线正、负对地电压、闭合继电器K₁或继电器K₂前支路漏电流，U_1pp、U_1nn、U_2pp、U_2nn、I_nn分别为闭合继电器K₁或继电器K₂后一段母线正、负对地电压、闭合继电器K₁或继电器K₂后二段母线正、负对地电压、闭合继电器K₁或继电器K₂后支路漏电流；通过上述公式计算出互窜电阻小于限定值的支路即为故障支路。

所述变电站直流系统双段母线互窜的检测装置包括：

平衡桥，用于常态下维持母线正负对地电压的平衡，包括第一平衡桥和第二平衡桥；

检测桥，用于改变母线正负对地电阻大小，从而改变母线正负对地电压大小，包括第一检测桥和第二检测桥；

电压测量模块，用于提供母线电压数据；

漏电流测量模块，用于提供支路漏电流数据；

微控制器，用于控制检测桥投切、整合数据并计算结果，分为一段母线主机微控制器、多个一段母线从机微控制器、二段母线主机微控制器、多个二段母线从机微控制器；

所述一段母线主机微控制器的输入端与第一电压测量模块的输出端相连，一段母线主机微控制器的输出端与第一检测桥的开关相连，第一检测桥和第一平衡桥并联于一段母线的两端，一段母线从机微控制器的输入端与第一漏电流测量模块的输出端连接，一段母线主机微控制器与一段母线从机微控制器双向通讯；所述二段母线主机微控制器的输入端与第二电压测量模块的输出端相连，二段母线主机微控制器的输出端与第二检测桥的开关相连，第二检测桥和第二平衡桥并联于二段母线的两端，二段母线从机微控制器的输入端与第二漏电流测量模块的输出端连接，二段母线主机微控制器与二段母线从机微控制器双向通讯；一段母线主机微控制器与二段母线主机微控制器之间双向通讯；

所述第一检测桥由继电器K₁、继电器K₂、电阻R₃和电阻R₄组成，继电器K₁、继电器K₂为第一检测桥的开关，所述第一平衡桥由电阻R₁和电阻R₂组成，所述第二检测桥由继电器K₃、继电器K₄、电阻R₅和电阻R₆组成，继电器K₃、继电器K₄为第二检测桥的开关，所述第二平衡桥由电阻R₇和电阻R₈组成；电阻R₁和电阻R₃的一端并联，电阻R₁和电阻R₂串联，电阻R₃依次与继电器K₁、继电器K₂、电阻R₄串联；电阻R₅和电阻R₇的一端并联，电阻R₇和电阻R₈串联，电阻R₅依次与继电器K₃、继电器K₄、电阻R₆串联；

所述电阻R₁和电阻R₂的阻值相等，所述电阻R₃和电阻R₄的阻值相等，所述电阻R₅和电阻R₆的阻值相等，所述电阻R₇和电阻R₈的阻值相等。

由上述技术方案可知，本发明的有益效果为：第一，本发明能够及时发现互窜故障，避免造成对直流系统的损害；第二，本发明能够检测故障点，方便进行故障排查；第三，本发明能够计算互窜电阻大小，能够定量得表示直流系统的运行状况。

附图说明

图1为本装置的结构原理框图；

图2为本发明的方法流程图；

图3为图1中第一检测桥、第一平衡桥、第二检测桥、第二平衡桥的电路示意图；

图4为开关闭合后检测电路示意图；

图5为正-负互窜电路示意图；

图6为负-正互窜电路示意图；

图7为正-负、负-正互窜同时发生电路示意图；

图8为正-负、负-正互窜同时发生闭合开关后电路示意图；

图9为负-负互窜电路示意图；

图10为正-正互窜电路示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种变电站直流系统双段母线互窜的检测装置，包括：

平衡桥，用于常态下维持母线正负对地电压的平衡，包括第一平衡桥2和第二平衡桥4；

检测桥，用于改变母线正负对地电阻大小，从而改变母线正负对地电压大小，包括第一检测桥1和第二检测桥3；

电压测量模块，用于提供母线电压数据；

漏电流测量模块，用于提供支路漏电流数据；

微控制器，用于控制检测桥投切、整合数据并计算结果，分为一段母线主机微控制器、多个一段母线从机微控制器、二段母线主机微控制器、多个二段母线从机微控制器；

所述一段母线主机微控制器的输入端与第一电压测量模块的输出端相连，一段母线主机微控制器的输出端与第一检测桥1的开关相连，第一检测桥1和第一平衡桥2并联于一段母线的两端，一段母线从机微控制器的输入端与第一漏电流测量模块的输出端连接，一段母线主机微控制器与一段母线从机微控制器双向通讯；所述二段母线主机微控制器的输入端与第二电压测量模块的输出端相连，二段母线主机微控制器的输出端与第二检测桥3的开关相连，第二检测桥3和第二平衡桥4并联于二段母线的两端，二段母线从机微控制器的输入端与第二漏电流测量模块的输出端连接，二段母线主机微控制器与二段母线从机微控制器双向通讯；一段母线主机微控制器与二段母线主机微控制器之间双向通讯。

所述第一检测桥1由继电器K₁、继电器K₂、电阻R₃和电阻R₄组成，继电器K₁、继电器K₂为第一检测桥1的开关，所述第一平衡桥2由电阻R₁和电阻R₂组成，所述第二检测桥3由继电器K₃、继电器K₄、电阻R₅和电阻R₆组成，继电器K₃、继电器K₄为第二检测桥3的开关，所述第二平衡桥4由电阻R₇和电阻R₈组成；电阻R₁和电阻R₃的一端并联，电阻R₁和电阻R₂串联，电阻R₃依次与继电器K₁、继电器K₂、电阻R₄串联；电阻R₅和电阻R₇的一端并联，电阻R₇和电阻R₈串联，电阻R₅依次与继电器K₃、继电器K₄、电阻R₆串联。

所述电阻R₁和电阻R₂的阻值相等，所述电阻R₃和电阻R₄的阻值相等，所述电阻R₅和电阻R₆的阻值相等，所述电阻R₇和电阻R₈的阻值相等。

如图2所示，本方法包括下列顺序的步骤：

(1)确定是否发生互窜故障：闭合第一检测桥1的继电器K₁或继电器K₂，检测二段母线正负对地电压是否平衡，若不平衡则确定发生直流互窜故障；

(2)确定互窜类型；

(3)计算异极互窜电阻大小；

(4)计算同极互窜电阻大小：判断同极互窜属于正-正互窜还是正-负互窜前，需要使两段母线电压U₁和U₂不相等，若U₁>U₂,当U_1p>U_1n则发生负-负连接，R_f＝(U_1n-U_2n)/I_n，当U_1p<U_1n则发生正-正互窜，R_f＝(U_1p-U_2p)/I_n；U₁<U₂时则相反；式中，U_1p、U_1n分别为一段母线正对地电压和负对地电压，U_2p、U_2n分别为二段母线正对地和负对地电压，I_n为支路漏电流值。

所述步骤(2)具体是指：确定互窜故障属于异极发生电气连接还是同极发生电气连接，具体方法为通过记录闭合第一检测桥1的继电器K₁或继电器K₂的前后母线正负对地电压,计算系统对地电阻：

当闭合继电器K₁时，系统对地电阻的计算公式如下：

式中，R_p为母线正对地电阻，R_n为母线负对地电阻大小，U_p、U_pp分别为闭合继电器K₁前和闭合继电器K₁后母线正对地电压，R₃为检测桥电阻；U_n为闭合继电器K₁前母线负对地电压；

当闭合继电器K₂时系统对地电阻的计算公式如下：

式中，U_n、U_nn分别为闭合继电器K₂前和闭合继电器K₂后母线负对地电压，R₄为检测桥电阻，U_p为闭合K₂前母线正对地电压；

当R_p大于平衡桥电阻R₁时，则表示一段母线正和二段母线负发生异极电气连接，同理R_n大于平衡桥电阻R₂时，则表示一段母线负和二段母线正发生电气连接；

在步骤(1)确定发生互窜故障的前提下，步骤(2)计算出R_p、R_n均小于平衡桥电阻时，确定两段母线发生同极电气连接；确定同极连接为正-正连接还是负-负连接，需要两段直流系统电压U₁≠U₂，若U₁>U₂,当U_1p>U_1n则发生负-负连接，当U_1p<U_1n则发生正-正连接，U₁<U₂时则相反。

所述步骤(3)具体是指：当异极单极互窜时，计算公式如下：

式中，U_1p、U_1n分别为一段母线正对地电压和负对地电压，U_2p、U_2n分别为二段母线正对地和负对地电压，I_n为支路漏电流值；

当正-负、负-正互窜同时发生时，通过闭合第一检测桥1计算互窜电阻，计算公式如下：

式中，R_f1和R_f2分别为正-负互窜电阻和负-正互窜电阻，U_1p、U_1n、U_2p、U_2n、I_n分别为闭合继电器K₁或继电器K₂前一段母线正、负对地电压、闭合继电器K₁或继电器K₂前二段母线正、负对地电压、闭合继电器K₁或继电器K₂前支路漏电流，U_1pp、U_1nn、U_2pp、U_2nn、I_nn分别为闭合继电器K₁或继电器K₂后一段母线正、负对地电压、闭合继电器K₁或继电器K₂后二段母线正、负对地电压、闭合继电器K₁或继电器K₂后支路漏电流；通过上述公式计算出互窜电阻小于限定值的支路即为故障支路。

以下结合图3至图10对本发明做进一步的说明。

(1)确定是否发生互窜故障。如图3所示，记录二段母线电压U_2p、U_2n，闭合继电器K₁如图4所示，U_1p大于等于U_1n时闭合继电器K₁，否则闭合继电器K₂，这样可以维持母线电压平衡，若二段母线正负对地电压U_2pp、U_2nn相较于U_2p、U_2n发生超过测量误差的变化，则可以确定两段母线发生了互窜。

(2)确定互窜类型：计算一段母线绝缘电阻，具体步骤是：如图3所示，记录电压U_1p、U_1n，若U_1p>＝U_1n，闭合继电器K₁，如图4所示，记录电压U_1pp、U_1nn通过公式计算得到R_1p、R_1n，同理若U_1p<U_1n，闭合继电器K₂，通过公式/>得到R_1p、R_1n。如果R_1p>R₁,则表示一段母线正与二段母线负有电气连接，R_1n>R₂，则表示一段母线负与二段母线正有电气连接。R_1p>R₁或R_1n>R₂时都属于异极互窜，执行步骤(3)。若(1)步骤确定发生互窜故障后(2)步骤检测R_1p、R_1n都小于R₁和R₂时，则确定为同极互窜，执行步骤(4)。

(3)计算异极互窜电阻大小：步骤(2)算出为正-负互窜的情况如图5所示，计算一段母线各支路互窜电阻R_f＝(U_1p+U_2n)/I_n，当R_f小于限定值时确定该支路发生互窜故障，二段母线同理可算出互窜支路。负-正互窜的情况如图6所示，R_f＝(U_1n+U_1p)/I_n。当单支路正-负，负-正同时发生时如图7所示，此时记录U_1p、U_1n、U_2p、U_2n以及各支路漏电流值I_n，闭合继电器K₁，如图8，此时记录U_1pp、U_1nn、U_2pp、U_2nn以及漏电流值I_nn，则可得/>

(4)计算同极互窜电阻大小。判断同极互窜属于正-正互窜还是正-负互窜前，需要使两段母线电压U₁和U₂不相等，若U₁>U₂,当U_1p>U_1n则发生负-负连接，R_f＝(U_1n-U_2n)/I_n，如图9所示，当U_1p<U_1n则发生正-正互窜，R_f＝(U_1p-U_2p)/I_n，如图10所示，U₁<U₂时则相反。

综上所述，本发明能够及时发现互窜故障，避免造成对直流系统的损害；本发明能够检测故障点，方便进行故障排查；本发明能够计算互窜电阻大小，能够定量得表示直流系统的运行状况。

Claims (3)

1.一种变电站直流系统双段母线互窜检测装置的检测方法，其特征在于：该方法包括下列顺序的步骤：

(1)确定是否发生互窜故障：闭合第一检测桥的继电器K₁或继电器K₂，检测二段母线正负对地电压是否平衡，若不平衡则确定发生直流互窜故障；

(2)确定互窜类型；

(3)计算异极互窜电阻大小；

(4)计算同极互窜电阻大小：判断同极互窜属于正-正互窜还是正-负互窜前，需要使两段母线电压U₁和U₂不相等，若U₁>U₂,当U_1p>U_1n则发生负-负连接，R_f＝(U_1n-U_2n)/I_n，当U_1p<U_1n则发生正-正互窜，R_f＝(U_1p-U_2p)/I_n；U₁<U₂时则相反；式中，U_1p、U_1n分别为一段母线正对地电压和负对地电压，U_2p、U_2n分别为二段母线正对地和负对地电压，I_n为支路漏电流值；

所述步骤(3)具体是指：当异极单极互窜时，计算公式如下：

式中，U_1p、U_1n分别为一段母线正对地电压和负对地电压，U_2p、U_2n分别为二段母线正对地和负对地电压，I_n为支路漏电流值；

当正-负、负-正互窜同时发生时，通过闭合第一检测桥计算互窜电阻，计算公式如下：

式中，R_f1和R_f2分别为正-负互窜电阻和负-正互窜电阻，U_1p、U_1n、U_2p、U_2n、I_n分别为闭合继电器K₁或继电器K₂前一段母线正、负对地电压、闭合继电器K₁或继电器K₂前二段母线正、负对地电压、闭合继电器K₁或继电器K₂前支路漏电流，U_1pp、U_1nn、U_2pp、U_2nn、I_nn分别为闭合继电器K₁或继电器K₂后一段母线正、负对地电压、闭合继电器K₁或继电器K₂后二段母线正、负对地电压、闭合继电器K₁或继电器K₂后支路漏电流；通过上述公式计算出互窜电阻小于限定值的支路即为故障支路。

2.根据权利要求1所述的变电站直流系统双段母线互窜检测装置的检测方法，其特征在于：所述步骤(2)具体是指：确定互窜故障属于异极发生电气连接还是同极发生电气连接，具体方法为通过记录闭合第一检测桥的继电器K₁或继电器K₂的前后母线正负对地电压,计算系统对地电阻：

当闭合继电器K₁时，系统对地电阻的计算公式如下：

式中，R_p为母线正对地电阻，R_n为母线负对地电阻大小，U_p、U_pp分别为闭合继电器K₁前和闭合继电器K₁后母线正对地电压，R₃为检测桥电阻；U_n为闭合继电器K₁前母线负对地电压；

当闭合继电器K₂时系统对地电阻的计算公式如下：

式中，U_n、U_nn分别为闭合继电器K₂前和闭合继电器K₂后母线负对地电压，R₄为检测桥电阻，U_p为闭合K₂前母线正对地电压；

当R_p大于平衡桥电阻R₁时，则表示一段母线正和二段母线负发生异极电气连接，同理R_n大于平衡桥电阻R₂时，则表示一段母线负和二段母线正发生电气连接；

在步骤(1)确定发生互窜故障的前提下，步骤(2)计算出R_p、R_n均小于平衡桥电阻时，确定两段母线发生同极电气连接；确定同极连接为正-正连接还是负-负连接，需要两段直流系统电压U₁≠U₂，若U₁>U₂,当U_1p>U_1n则发生负-负连接，当U_1p<U_1n则发生正-正连接，U₁<U₂时则相反。

3.根据权利要求1所述的变电站直流系统双段母线互窜检测装置的检测方法，其特征在于：所述变电站直流系统双段母线互窜检测装置包括：

平衡桥，用于常态下维持母线正负对地电压的平衡，包括第一平衡桥和第二平衡桥；

检测桥，用于改变母线正负对地电阻大小，从而改变母线正负对地电压大小，包括第一检测桥和第二检测桥；

电压测量模块，用于提供母线电压数据；

漏电流测量模块，用于提供支路漏电流数据；

微控制器，用于控制检测桥投切、整合数据并计算结果，分为一段母线主机微控制器、多个一段母线从机微控制器、二段母线主机微控制器、多个二段母线从机微控制器；

所述一段母线主机微控制器的输入端与第一电压测量模块的输出端相连，一段母线主机微控制器的输出端与第一检测桥的开关相连，第一检测桥和第一平衡桥并联于一段母线的两端，一段母线从机微控制器的输入端与第一漏电流测量模块的输出端连接，一段母线主机微控制器与一段母线从机微控制器双向通讯；所述二段母线主机微控制器的输入端与第二电压测量模块的输出端相连，二段母线主机微控制器的输出端与第二检测桥的开关相连，第二检测桥和第二平衡桥并联于二段母线的两端，二段母线从机微控制器的输入端与第二漏电流测量模块的输出端连接，二段母线主机微控制器与二段母线从机微控制器双向通讯；一段母线主机微控制器与二段母线主机微控制器之间双向通讯；

所述第一检测桥由继电器K₁、继电器K₂、电阻R₃和电阻R₄组成，继电器K₁、继电器K₂为第一检测桥的开关，所述第一平衡桥由电阻R₁和电阻R₂组成，所述第二检测桥由继电器K₃、继电器K₄、电阻R₅和电阻R₆组成，继电器K₃、继电器K₄为第二检测桥的开关，所述第二平衡桥由电阻R₇和电阻R₈组成；电阻R₁和电阻R₃的一端并联，电阻R₁和电阻R₂串联，电阻R₃依次与继电器K₁、继电器K₂、电阻R₄串联；电阻R₅和电阻R₇的一端并联，电阻R₇和电阻R₈串联，电阻R₅依次与继电器K₃、继电器K₄、电阻R₆串联；

所述电阻R₁和电阻R₂的阻值相等，所述电阻R₃和电阻R₄的阻值相等，所述电阻R₅和电阻R₆的阻值相等，所述电阻R₇和电阻R₈的阻值相等。