CN202421312U

CN202421312U - 监测交流电串入直流系统的装置

Info

Publication number: CN202421312U
Application number: CN2011205373791U
Authority: CN
Inventors: 南寅; 王雪楠; 王超
Original assignee: SHOURUI (BEIJING) INVESTEMENT ADMINISTRATION GROUP CO Ltd
Current assignee: SHOURUI (BEIJING) INVESTEMENT ADMINISTRATION GROUP CO Ltd
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2021-12-20

Abstract

本实用新型涉及一种监测交流电串入直流系统的装置，其装置包括：交流电量采集电路，用于提取串入到直流系统的交流电信号；采样信号调理电路，用于对提取的交流电信号进行调理，其输入接自交流电量采集电路的输出；AD转换器，用于将调理后的交流模拟电信号转换成数字信号，其输入接采样信号调理电路的输出；处理器，用于对AD转换器输出的数字信号进行运算，计算串入交流电压，并进行判断，在检测到交流电串入直流系统后，发出报警并记录直流母线的电压波形。本实用新型具有交流电串入直流系统监测功能，在检测到交流电串入直流系统后报警，并能记录直流母线的电压波形。

Description

监测交流电串入直流系统的装置

技术领域

本实用新型涉及监测交流电串入直流系统的装置，属于直流系统监控领域。

背景技术

在电力系统中，直流电源的可靠运行对系统的安全稳定起着十分重要的作用，直流系统一般都安装直流绝缘监测装置等监控装置。但是，由于交、直流电缆在长期运行中的磨损，或交、直流装置元器件的损坏，或人为操作的不慎，会导致交流电串入直流系统。近些年在发电厂和变电站发生的事故表明，交流电串入直流系统后，容易导致继电保护误动或断路器误跳，如《交流串入直流回路引起开关跳闸的原因分析》(继电器，2007年第14期)一文介绍了西柏坡发电厂220kV升压站中间开关跳闸的事故概况，并分析了交流电串入直流回路后对继电保护的影响，提出了方法措施；《220V工频交流混入直流控制回路造成的开关误跳问题分析》(山东电力技术，2009年第4期)一文介绍了莱芜电厂由于电弧引起的工频交流串入直流控制回路造成厂用备用电源开关误合闸的故障情况，通过试验、检查和分析找到了问题的原因，并采取相应的处理和防范措施；《交流窜入直流系统的分析》(直流电源技术，2011年第1期)一文对两所电厂由于交流串入直流系统引起的事故现象进行了分析和描述。

图1～图3为交流电串入直流系统的电路示意图，其中，图1为交流电通过直流母线正极和负极串入直流系统的示意图，即交流电的两极分别接到直流母线正极和负极，其表现为在直流电压上叠加一个交流电压；图2为交流电通过直流母线负极和大地串入直流系统的示意图，其表现为在直流母线负极和大地之间的直流电压上叠加一个交流电压；图3为交流电通过直流母线正极和大地串入直流系统的示意图，其表现为直流母线正极和大地之间的直流电压上叠加一个交流电压。在发电厂或变电站中，由于交流电一般是接地或通过消弧线圈接地，所以，图2和图3所示的交流电串入直流系统的故障较为常见。

交流电串入直流系统具有间歇性、隐蔽性等特点，事故发生后，往往带来较为严重的后果，目前市场上尚无可以及时检测交流电串入直流系统的装置，对交流电串入直流系统无法进行监测和报警。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种监测交流电串入直流系统的装置，该装置具有交流电串入直流系统监测功能，在检测到交流电串入直流系统后报警，并能记录直流母线的电压波形。

本实用新型采用以下解决方案。

一种监测交流电串入直流系统的装置，其特征在于包括：

交流电量采集电路，用于提取串入到直流系统的交流电信号；采样信号调理电路，用于对提取的交流电信号进行调理，其输入接自交流电量采集电路的输出；AD转换器，用于将调理后的交流模拟电信号转换成数字信号，其输入接采样信号调理电路的输出；处理器，用于对AD转换器输出的数字信号进行运算，计算串入交流电压，并进行判断，在检测到交流电串入直流系统后，发出报警并记录直流母线的电压波形。

所述的交流电量采集电路包括两个平衡电阻，两个平衡电阻分别连接在直流母线正极与地之间、直流母线负极与地之间。

所述的交流电量采集电路包括两个平衡电阻、至少两个由分压电阻和隔直电容串联组成的交流信号提取电路；两个平衡电阻分别连接在直流母线正极与地之间以及直流母线负极与地之间；若是一个交流信号提取电路，则该交流信号提取电路接在直流母线正极和大地之间或接在直流母线负极和大地之间；若是两个交流信号提取电路，则直流母线正极与大地之间及直流母线负极与大地之间各自连接一个交流信号提取电路。

所述的交流电量采集电路包括至少一个由隔直电容和交流电压互感器的初级串联组成的交流信号提取电路；若是一个交流信号提取电路，则该交流信号提取电路接在直流母线正极和大地之间或接在直流母线负极和大地之间；若是两个交流信号提取电路，则直流母线正极与大地之间及直流母线负极与大地之间各自连接一个交流信号提取电路；交流电压互感器的次级与采样信号调理电路连接。

由于本实用新型实时采集直流母线正极对地的电压和直流母线负极对地的电压，因此能够及时检测到串入直流系统中的交流电，发出报警信号，并通过记录直流母线电压波形，为故障排查提供依据。

附图说明

图1是交流电串入直流系统的电路示意图，该图所示交流电通过直流母线正极和负极串入。

图2是交流电串入直流系统的电路示意图，该图所示交流电通过直流母线负极和大地串入。

图3是交流电串入直流系统的电路示意图，该图所示交流电通过直流母线正极和大地串入。

图4是本实用新型所述的监测交流电串入直流系统的装置的原理框图。

图5是本实用新型所述的监测交流电串入直流系统的装置的实施实例1原理框图。

图6是本实用新型所述的监测交流电串入直流系统的装置的实施实例2原理框图。

图7是本实用新型所述的监测交流电串入直流系统的装置的实施实例3原理框图。

图8是本实用新型所述的监测交流电串入直流系统的装置的实施实例4原理框图。

图9是本实用新型所述的监测交流电串入直流系统的装置的实施实例5原理框图。

图10是本实用新型所述的监测交流电串入直流系统的装置的实施实例6原理框图。

图11是本实用新型所述的监测交流电串入直流系统的装置的实施实例7原理框图。

图12是本实用新型监测交流电串入直流系统的方法流程图。

具体实施方式

本实用新型涉及监测交流电串入直流系统的装置。

本实用新型的装置包括：

下面结合附图详细说明。

图4是本实用新型所述的监测交流电串入直流系统的装置的原理框图。该监测交流电串入直流系统的装置包括：交流电采集电路、采样信号调理电路、AD转换器、处理器。直流系统正极KM+、负极KM-以及大地接入装置，进入交流电采集电路，交流电采集电路负责对串入直流系统的交流电信号进行提取，并将提取的电信号输入至采样信号调理电路；采样信号调理电路对提取的交流信号进行隔离、放大、滤波等处理，将交流电信号处理成可以被AD转换器识别和处理的模拟信号；AD转换器将输入的模拟信号转换为可被处理器识别的数字信号，并输入给处理器；处理器对AD转换器输出的数字信号进行数字滤波、取均值或有效值等操作，计算出串入直流系统的交流电压，并与设定的电压值进行比较，当超过设定电压之后进行报警，并记录电压波形。

图5是本实用新型所述的监测交流电串入直流系统的装置的实施实例1的原理框图。图中，R1、R2为设置在装置中的平衡电阻，平衡电阻R1一端与直流系统正极KM+相连，另一端与大地相连；平衡电阻R2一端与直流系统负极KM-相连，另一端与大地相连；一般来讲，R1＝R2。交流电串入直流系统后，必将在原来的直流电压上叠加一个交流信号。该信号采集后，送入采样信号调理电路，通过降压、隔离、放大、滤波等处理，调理成可被AD转换器处理的模拟信号，AD转换器将模拟信号转换为数字信号，并传输给处理器，处理器对该信号进行差分滤波运算，去除直流分量，提取交流分量，并对交流分量进行均方根运算，获得该电信号的有效值。

上述进行差分滤波运算的算法如图12所示。图中u_n表示采集的第n个点的电压值，u_n+1表示采集的第n+1个点的电压值，f表示采集交流信号的频率，Δt表示两个采样点之间的时间间隔，u_x表示第x个点的电压值并且x大于n，Δu_x表示第x个点电压值与第x-1个点电压值之差，ΔU_ac表示通过差分数组计算得到的有效值，U_ac表示交流信号的有效值，A表示比例系数，U_aca表示交流报警门限值。在采集数据中第n+1个点的电压值与第n个点的电压值之差Δu_n构成差分数据，需要采集1/(f×Δt)+1个数据后构成第一个采样周期的差分数组分别为Δu₁、Δu₂……Δu_n，其中

Δu₁＝u₂-u₁

……

Δu_n＝u_n+1-u_n

然后，根据如下运算得到交流有效值U_ac。

Δ U_{ac} = \sqrt{\frac{Δ {u_{1}}^{2} + . . . . . . + Δ {u_{n}}^{2}}{n}}

U_ac＝A×ΔU_ac

在采集第(n+1)个点以后，每采集一点即进行有效值计算，在采集u_x(x为电压采集的序号，其值大于(n+1)))后，对计算得到的Δu_x-n、Δu_x-(n-1)……Δu_x进行如下运算得到交流有效值U_ac。

Δ U_{ac} = \sqrt{\frac{Δ {u_{x - n}}^{2} + Δ {u_{x - (n - 1)}}^{2} . . . . . . + Δ {u_{x}}^{2}}{n}}

U_ac＝A×ΔU_ac

在每个采样时间间隔Δt内，对计算得到的U_ac与设定的报警值U_aca进行比较，达到报警条件后实施报警，并对故障波形进行记录。

要计算有效值U_ac，需要一个完整周期的采样点，所以初始阶段需要达到一个完整的采样周期才能进行；而在后期，因为已经有至少一个周期的数据，故每采集一个点后(设序号为x)，即可删除其前面的第(x-n)个点，从而形成一个新的完整周期计算有效值，换言之，有效值的计算是实时的。

图6是本实用新型所述的监测交流电串入直流系统的装置的实施实例2原理框图。图中，R1、R2为设置在直流绝缘监测装置中的平衡电阻，在直流母线负极和地之间串接由电阻R3、电容C1、电阻R4串联组成的交流信号提取电路。由于电容具有隔断直流、通过交流的特点，串入直流系统的交流电会通过由电阻R3、电容C1和电阻R4构成的通路。电阻R3和电阻R4主要起分压作用，从通过分压后的压降较低的电阻上(图中为R3)取出电压进行信号调理，将经过调理的电压模拟信号送至AD转换器，可以通过直接采点计算串入到直流系统的交流电的有效值。

图7是本实用新型所述的监测交流电串入直流系统的装置的实施实例3原理框图。该实施实例与实施实例2基本一致，所不同的是，由电阻R3、电容C1、电阻R4串联组成的交流信号提取电路串接到直流母线正极和地之间。

图8是本实用新型所述的监测交流电串入直流系统的装置的实施实例4原理框图。图中，R1、R2为设置在直流绝缘监测装置中的平衡电阻，直流母线负极和地之间串接由电阻R3、电容C1、电阻R4串联组成的交流信号提取电路，在直流母线正极和地之间串接由电阻R5、电容C2、电阻R6串联组成的交流信号提取电路。该实施实例为实施实例2、实施实例3的累加形式，即交流电信号由直流系统正极和地、直流系统负极和地之间共同取出。

图9是本实用新型所述的监测交流电串入直流系统的装置的实施实例5原理框图。图中，电容C1和交流电压互感器T1的初级串联组成的交流信号提取电路连接到直流系统正极和地之间，相应地，电容C2和交流电压互感器T2的初级串联组成的交流信号提取电路连接到直流系统负极和地之间。电压互感器T1和电压互感器T2的次级连接至采样信号调理电路。当交流电串入到直流系统后，必定通过电容C1或C2与电压互感器T1或T2的初级形成回路，在电压互感器T1或T2的次级便会感应出相应比例的交流电信号，该电信号通过信号调理电路进行放大、滤波等处理，并将经过调理的电压模拟信号送至AD转换器。

图10是本实用新型所述的监测交流电串入直流系统的装置的实施实例6原理框图。图中，电容C1和交流电压互感器T1的初级串联组成的交流信号提取电路连接到直流系统正极和地之间。电压互感器T1的次级连接至采样信号调理电路。当交流电串入到直流系统后，会通过电容C1、电压互感器T1的初级形成回路，在电压互感器T1的次级便会感应出相应比例的交流电信号，该电信号通过信号调理电路进行放大、滤波等处理，并将经过调理的电压模拟信号送至AD转换器。

图11是本实用新型所述的监测交流电串入直流系统的装置的实施实例7原理框图。图中，电容C2和交流电压互感器T2的初级串联组成的交流信号提取电路连接到直流系统负极和地之间。电压互感器T2的次级连接至采样信号调理电路。当交流电串入到直流系统后，会通过电容C2与电压互感器T2的初级形成回路，在电压互感器T2的次级便会感应出相应比例的交流电信号，该电信号通过信号调理电路进行放大、滤波等处理，并将经过调理的电压模拟信号送至AD转换器。

Claims

1.一种监测交流电串入直流系统的装置，其特征在于包括：

交流电量采集电路，用于提取串入到直流系统的交流电信号；

采样信号调理电路，用于对提取的交流电信号进行调理，其输入接自交流电量采集电路的输出；

AD转换器，用于将调理后的交流模拟电信号转换成数字信号，其输入接采样信号调理电路的输出；

处理器，用于对AD转换器输出的数字信号进行运算，计算串入交流电压，并进行判断，在检测到交流电串入直流系统后，发出报警并记录直流母线的电压波形。

2.如权利要求1所述的监测交流电串入直流系统的装置，其特征在于：

3.如权利要求1所述的监测交流电串入直流系统的装置，其特征在于：

所述的交流电量采集电路包括两个平衡电阻、至少两个由分压电阻和隔直电容串联组成的交流信号提取电路；

两个平衡电阻分别连接在直流母线正极与地之间以及直流母线负极与地之间；

若是一个交流信号提取电路，则该交流信号提取电路接在直流母线正极和大地之间或接在直流母线负极和大地之间；

若是两个交流信号提取电路，则直流母线正极与大地之间及直流母线负极与大地之间各自连接一个交流信号提取电路。

4.如权利要求1所述的监测交流电串入直流系统的装置，其特征在于：

所述的交流电量采集电路包括至少一个由隔直电容和交流电压互感器的初级串联组成的交流信号提取电路；

若是两个交流信号提取电路，则直流母线正极与大地之间及直流母线负极与大地之间各自连接一个交流信号提取电路；

交流电压互感器的次级与采样信号调理电路连接。