CN203204114U - 一种基于开口检流器的直流接地报警器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于开口检流器的直流接地报警器，它包括：开口检流器，声光报警电路和信号检测处理模块，所述开口检流器安装在被测直流二次回路各支路的负载侧；开口检流器包括环状铁芯和缠绕在环状铁芯上的线圈，所述环状铁芯由两个半环状铁芯可拆卸组合在一起构成，两个半环状铁芯的端面之间形成第一缝隙和第二缝隙，第一缝隙的宽度大于第二缝隙的宽度，在第一缝隙中设置有磁阻传感器。本实用新型具有能够直接进行支路接地故障检测，检测精度，可靠性与安全性高，不需要断电安装并且设备体积较小便于安装的有益效果。

Description

一种基于开口检流器的直流接地报警器

技术领域

    本实用新型涉及一种直流接地报警器，具体是一种基于开口检流器的用于对多分支供电网络进行接地故障在线监测的直流接地报警器，属于电力技术领域。

背景技术

发电厂、变电站的直流系统是一个复杂的多分支供电网络，它主要为自动装置、继电保护屏、事故照明以及通讯电源等二次设备提供电源。直流系统的可靠性直接影响着整个电力系统的安全，而直流系统的故障以接地故障为主。目前发电厂和变电站的直流系统多采用110V或220V电源供电，正、负母线对地浮空，因此在直流系统发生一点接地故障时，由于没有形成对地回路，直流系统仍能保持正常运行，接地故障不易被察觉，但是，如果伴随其它一点或多点接地，将造成保护及控制回路的误动或拒动。

为了排查出具体的接地故障点，现有技术中通常采用的技术手段是：首先采用直流绝缘监测装置对直流系统进行监测，若监测发现接地故障后，再配合钳形漏电流查找仪或接地指示器来对各分支回路进行查找，以确定接地点发生在哪条分支回路，并且这种集散式的直流绝缘监测装置通常采用电桥平衡原理进行监测。因此现有技术的以上接地故障检测手段主要存在以下缺点：（1）由于采用集散式监测，因而只能判断整个系统的绝缘状况，不能直接确定具体接地点，必须进行拉路法才能逐一确定接地支路；（2）当接地故障发生在充电设备、蓄电池本身以及直流母线上，用拉路法很难找到接地点；（3）对于阴雨天气，两点及多点接地或者多点虚接地的绝缘不良等情况时，用拉路法很难找到接地点；（4）当直流系统的正、负极对地绝缘电阻处在均等下降的情况下，现有技术中使用的直流绝缘监测装置无法发出报警信号；（5）在使用相关仪器逐一排查各支路接地故障的过程中，若使用钳形漏电流查找仪进行排查，由于钳形漏电流查找仪采用差流监测原理，在查找接地点时需要手动方式逐路排查，并且对高阻接地无法监测，因此排查周期较长，且存在安全隐患；若使用接地指示器进行排查，由于需将接地指示器装置装在直流系统的分支回路上以定位接地点，而这种装置是闭口线圈，因此需要断电安装，而在设备运行期间却无法进行断电，并且即使在设备停运检修期内安装，由于控制柜内设备多且布线复杂，因此导致控制柜空间不足等问题出现。

此外，为了直接检测直流系统的接地故障发生的具体位置，现有技术中还存在可直接安装于直流二次回路各支路进行漏电流检测与报警的直流接地指示装置。但通常也存在如下缺陷：（1）现有技术中多采用霍尔传感器来检测分支回路漏电流引起的闭合环路内的磁场强度变化，由于霍尔元件的一些固有特性，很难满足如小电流检测等应用要求，并且当检测处理电路单纯对霍尔传感器信号放大时，由于信号信噪比较低，放大后的小电流信号会被淹没在背景噪声中，导致很难检测出目标信号；（2）现有技术中出现过的漏电流检测模块通常采用封闭铁芯（或者回形线圈）来实现聚合磁力线，由于封闭铁芯和回形线圈本身为一封闭结构，因此当使用该漏电流检测模块进行分支回路漏电流检测时为了让分支回路穿过闭合的封闭铁芯（或回形线圈）还必须断电安装，而在设备运行期间却无法进行断电，这就限制了这种结构的漏电流检测模块的应用。

实用新型内容

针对现有技术存在的上述不足，本实用新型的目的是：怎样提供一种能够直接进行支路接地故障检测，检测精度，可靠性与安全性高，不需要断电安装并且设备体积较小便于安装的基于开口检流器的直流接地报警器。

为了实现上述目的，本实用新型采用了以下的技术方案。

一种基于开口检流器的直流接地报警器，它包括：

开口检流器，用于检测直流二次回路各支路的漏电流所引起的磁场强度变化，并输出与所述磁场强度变化相对应的电信号；

声光报警电路，用于发出报警所用的光线和声音；

信号检测处理模块，用于对开口检流器输出的电信号进行检测，并判断所述直流二次回路各支路是否存在接地故障，如存在接地故障则启动声光报警电路；

其特征在于：

所述开口检流器安装在被测直流二次回路各支路的负载侧；开口检流器包括环状铁芯和缠绕在环状铁芯上的线圈，所述环状铁芯由两个半环状铁芯可拆卸组合在一起构成，两个半环状铁芯的端面之间形成第一缝隙和第二缝隙，第一缝隙的宽度大于第二缝隙的宽度，在第一缝隙中设置有磁阻传感器，磁阻传感器的设置方向垂直于第一缝隙的横截面；

所述信号检测处理模块包括单片机，所述磁阻传感器的输出信号依次通过放大电路和模数转换器发送至单片机的输入端口；单片机的输出端口依次通过数模转换器和功率放大电路向线圈加载初始化电流。

本直流接地报警器还包括显示电路、键盘输入电路和用于与检测主机进行数据通讯的通讯电路，所述显示电路、键盘输入电路和通讯电路均与单片机连接。

其中，所述第一缝隙宽度L1为3mm，所述第二缝隙宽度L2取值范围为： 0mm <L2≤0.2mm。所述的模数转换器精度为12位，数模转换器精度为16位。

相比现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

（1）本实用新型直流接地报警器直接安装于直流二次回路各支路的负载侧，与直流二次回路无直接连接，因此相比现有技术中必须使用拉路法才能逐一确定接地支路的检测方式，具有能直接确定具体接地故障点，且检测可靠性与安全性更高的有益效果。

（2）本实用新型使用开口检流器进行漏电电流检测，本实用新型的开口检流器采用磁阻传感器检测分支回路漏电流引起的封闭铁芯（或回形线圈）闭合环路内的磁场强度变化，因此与现有技术中采用霍尔传感器相比，克服了霍尔传感器不能检测极小电流并且检测输出信号的信噪比小的缺陷，具有检测精度高的有益效果；本实用新型开口检流器的环状铁芯由两个半环状铁芯可拆卸组合在一起构成，在安装时可将两个半环状铁芯拆开，套入分支回路后再将两个半环状铁芯合拢便完成了安装，因此相比现有技术中采用闭合铁芯（或回形线圈）的结构，具有不需要停电进行安装的有益效果。

（3）本实用新型直流接地报警器为分体式设备，直流接地报警器与检测主机可拆卸，因此具有设备体积小，便于在空间有限的控制柜内进行安装的有益效果。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图；

图2为本实用新型中的开口检流器结构示意图；

图3 为本实用新型直流接地报警器配置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示，一种基于开口检流器的直流接地报警器，它包括：

开口检流器1，用于检测直流二次回路各支路的漏电流所引起的磁场强度变化，并输出与所述磁场强度变化相对应的电信号；

声光报警电路2，用于发出报警所用的光线和声音；

信号检测处理模块3，用于对开口检流器1输出的电信号进行检测，并判断所述直流二次回路各支路是否存在接地故障，如存在接地故障则启动声光报警电路2；其中声光报警电路2和信号检测处理模块3构成了本实用新型的检测主机。

开口检流器1安装在被测直流二次回路各支路的负载侧。开口检流器的结构如图2所示，开口检流器1包括环状铁芯4和缠绕在环状铁芯4上的线圈5。环状铁芯4由两个半环状铁芯可拆卸组合在一起构成，具体地，可通过螺栓连接方式将两个半环状铁芯分别固定在检测主机外壳上从而实现二者的可拆卸组合。两个半环状铁芯的端面之间形成第一缝隙6和第二缝隙7，第一缝隙6的宽度大于第二缝隙7的宽度，在第一缝隙6中设置有磁阻传感器8，磁阻传感器8的设置方向垂直于第一缝隙6的横截面，横截面是第一缝隙4在宽度方向上的截面。具体地，磁阻传感器6的长度方向垂直于第一缝隙4的横截面，也即是磁阻传感器6的长度方向与环状铁芯4的径向垂直。

所述信号检测处理模块3包括单片机，所述磁阻传感器8的输出信号依次通过放大电路和模数转换器发送至单片机的输入端口；单片机的输出端口依次通过数模转换器和功率放大电路向线圈5加载初始化电流。

其中，第一缝隙的宽度L1设置为能够容纳磁阻传感器6的最小宽度，例如为3mm；第二缝隙的宽度L2取值范围可设置为：0mm<L2≤0.2mm。第一缝隙的宽度L1和第二缝隙的宽度L2越小越能减少磁场的能量损失。模数转换器精度为12位，数模转换器精度为16位。

整个直流接地报警器由系统电源模块进行供电。本直流接地报警器还包括显示电路、键盘输入电路和用于与检测主机进行数据通讯的通讯电路，显示电路、键盘输入电路和通讯电路均与单片机连接。

以下对本实用新型的安装配置和工作过程作进一步阐述：

如图3所示，多个相互独立的本实用新型直流接地报警器分别安装于被测直流二次回路各支路的负载侧，具体是采用标准卡轨式安装方式将开口式漏电流检测线圈卡在二次回路各支路的负载侧（例如：自动装置、继电保护屏、户外端子箱、事故照明以及通讯电源等）。

本实用新型通过在线检测该直流负载回路的漏电流（不平衡电流），是采用磁平衡原理进行检测的。具体检测过程为：信号检测处理模块中单片机的输出端口依次通过数模转换器和功率放大电路向线圈5加载初始化电流，以保持环状铁芯4的闭合环路内在没有漏电流的情况下为零磁通，具体电路连接为：线圈5的端头10与功率放大电路的输出端连接。

调节信号检测处理模块中模数转换器和放大电路构成的输入电路稳定在一个合适的范围内，保证磁阻传感器8工作在高灵敏度区，以及确保检测电路工作在较大的动态范围内，具体电路连接为磁阻传感器8的输出端9与放大电路的输入端连接。

磁阻传感器8检测被测分支回路漏电流引起的磁场强度的变化，并将这一磁场强度的变化转换为电信号后通过其输出端的送入信号检测处理模块3，由信号检测处理模块3最终确定检测的状态（有漏电流或者无漏电流），进而确定有无直流接地故障发生。

正常运行时，若无直流接地，穿过直流接地报警器的漏电流为零或小于设定报警阈值，本实用新型直流接地报警器不报警。

当通过本实用新型直流接地报警器供电的负载设备或电路出现直流接地或绝缘降低时，穿过本实用新型直流接地报警器的漏电流将超过报警阈值，此时声光报警电路2发出报警所用的光线和声音，具体为蜂鸣和灯光闪烁方式报警。运行人员即可以根据直流接地报警器指定的位置很快发现故障点，避免对其他正常支路的停电查找。

直流接地报警器的具体工作参数如下：

（1）工作温度：-10℃-50 ℃；

（2）储存温度：-40℃-85 ℃；

（3）相对湿度：≤95%(40±2 ℃)；

（4）监测电流类型：直流；

（5）监测灵敏度：接地电阻< 50千欧（国家规定25千欧）；

（6）报警阈值范围：1mA – 9mA（在此范围内能保证报警器的各项功能且不会误报警）；

（7）信号复归方式：手动；

（8）报警方式：声光报警；

（9）报警音量：≤60分贝。

直流接地报警器主要系统功能如下：

1、实时监测所在直流回路的直流漏电流，据此监视该回路直流对地绝缘状态以及接地故障情况；

2、具有越限报警功能，可以根据设备和运行条件的不同,通过拨码开关设置越限报警值;

3、具有多途径告警功能，报警时指示灯闪烁并伴有蜂鸣器鸣响，方便运行维护人员快速查找接地点；

4、具有信号复位功能，当电流越限报警后，即使电流又减小到低于越限值，报警灯和蜂鸣器并不关闭，需经人工手动复位后才关闭信号。

具体地，本实用新型具有如下优点：

1）体积小巧、结构简单。该直流接地报警器利用内置的单片机实现状态的检测和报警，不需要外部复杂的监视系统及接线。 

2）安装简单。采用标准卡轨式安装，无须停电,根据现场柜内空间可灵活选型报警器类型,快速简单。

3）各个直流接地报警器相互独立，可以根据系统的不同要求以及直流系统负载的增减灵活配置。

4）安全、可靠。直流接地报警器内组件与外部系统不存在电气连接，不对直流供电回路产生任何影响；采用大规模集成芯片设计，结构密封、抗干扰性能强，环境适应能力强。

5）检测灵敏度高。国家相关标准要求直流接地检测灵敏度为接地电阻为25千欧之内能够检测。而本实用新型可以达到50千欧，具有更高的检测灵敏度。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种基于开口检流器的直流接地报警器，它包括：

开口检流器（1），用于检测直流二次回路各支路的漏电流所引起的磁场强度变化，并输出与所述磁场强度变化相对应的电信号；

声光报警电路（2），用于发出报警所用的光线和声音；

信号检测处理模块（3），用于对开口检流器（1）输出的电信号进行检测，并判断所述直流二次回路各支路是否存在接地故障，如存在接地故障则启动声光报警电路（2）；

其特征在于：

所述开口检流器（1）安装在被测直流二次回路各支路的负载侧；开口检流器（1）包括环状铁芯（4）和缠绕在环状铁芯（4）上的线圈（5），所述环状铁芯（4）由两个半环状铁芯可拆卸组合在一起构成，两个半环状铁芯的端面之间形成第一缝隙（6）和第二缝隙（7），第一缝隙（6）的宽度大于第二缝隙（7）的宽度，在第一缝隙（6）中设置有磁阻传感器（8），磁阻传感器（8）的设置方向垂直于第一缝隙（6）的横截面；

所述信号检测处理模块（3）包括单片机，所述磁阻传感器（8）的输出信号依次通过放大电路和模数转换器发送至单片机的输入端口；单片机的输出端口依次通过数模转换器和功率放大电路向线圈（5）加载初始化电流。

2.根据权利要求1所述的一种基于开口检流器的直流接地报警器，其特征在于：本直流接地报警器还包括显示电路、键盘输入电路和用于与检测主机进行数据通讯的通讯电路，所述显示电路、键盘输入电路和通讯电路均与单片机连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于开口检流器的直流接地报警器，其特征在于：所述第一缝隙（6）的宽度L1为3mm，所述第二缝隙（7）的宽度L2取值范围为：0 mm <L2≤0.2mm。

4.根据权利要求3所述的一种基于开口检流器的直流接地报警器，其特征在于：所述的模数转换器精度为12位，数模转换器精度为16位。

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