CN204613374U - 一种电力系统的直流接地检测装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种电力系统的直流接地检测装置及系统，系统包括采集母线电压的电压互感器和霍尔电流传感器，设置直流接地检测装置、GPRS装置和上位机，所述直流接地检测装置包括输入电压比较电路、GPRS接口电路、电压信号转换电路以及处理器，电压信号转换电路经USB口连接霍尔电流传感器，电压互感器和电压信号转换电路的输出分别连接输入电压比较电路，输入电压比较电路的输出连接处理器，处理器的输出连接GPRS接口电路；GPRS接口电路连接GPRS装置，GPRS装置和上位机建立通信连接。本实用新型所提供装置可以用于对直流电源在电力设备运行中发生接地的情况进行监测，可靠性强、成本低，能够避免严重电力事故的发生。

Description

一种电力系统的直流接地检测装置及系统

技术领域

本实用新型涉及电力系统在线测量领域和继电保护监测结构与自动装置技术领域，具体涉及一种对直流系统中一点或多点长时间接地的监视与远程报警综合装置及系统。

背景技术

在电力系统中存在着许多信号装置、事故照明装置和电气设备的远距离操作以及继电保护操作，在电力、电信冶金与石化或者化工专业领域的设备供电电源一般都使用的是直流电源，直流电源也同时在大型的发电厂、水电站和超高压变电站、无人值守变电站，二次回路仪表，自动化装置的控制交流不停电电源等场合发挥着越来越重要的作用。

直流电源一般是由蓄电池组、充电设备、直流屏等设备组成。直流电源的稳定与否以及是否能够正常运行决定了一个企业是否可以安全与可靠地生产运营。因此，直流供电系统被人们成为企业的“中枢”。当直流系统发生一点接地故障时，一般情况下是不会立即产生危害性的后果的。

但是若是发生了两点或者多点间的同时接地时，则可能造成信号装置、控制回路和继电保护装置的误动作，导致断路器跳闸，或直接造成直流操作电源短路，从而引发严重的电力系统事故。所以，直流系统一般不会允许在一点后者多点长时间接地，或者在这种情况下使用设备。故必须使用设备对直流供电系统进行在线监视，一旦发现有接地故障，监控系统将立即发出信号，对电力运行人员进行通报，以便尽快将故障排查。但现有技术中尚未有出现相关设备。

实用新型内容

本实用新型主要是解决现有技术所存在的技术问题：提供了一种能够针对电力系统中的各类直流电源中的接地情况，对接地电阻值进行监测，保证电源的正常运行，并结合上位机、GPRS装置、LED显示设备等的一种改进的直流接地监测的装置和相应系统。

本实用新型还有一个目的是解决现有技术所存在的技术问题：提出了一种可以实时对发电厂或是各类大型用电设备的接地电流进行实时监测的装置和相应系统，以保证直流电源的输出质量及其可靠性，同时兼顾结构简单合理，具有较强的抗干扰能力。

本实用新型再有一目的是解决现有技术所存在的技术问题：通过单片机对输入的电压信息进行判断，同时通过LED屏幕对历史接地电流进行记录，可以方便维护人员进行故障分析。通过GPRS装置将故障信息无线传输到远方的控制中心，可供维护人员及时对各直流电源进行故障检修。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案提供一种电力系统的直流接地检测装置，包括输入电压比较电路、GPRS接口电路、电压信号转换电路以及处理器，电压信号转换电路经USB口连接霍尔电流传感器，采集母线电压的电压互感器和电压信号转换电路的输出分别连接输入电压比较电路，输入电压比较电路的输出连接处理器，处理器的输出连接GPRS接口电路。

而且，GPRS接口电路连接GPRS装置，GPRS装置和上位机建立通信连接。

而且，所述输入电压比较电路包括输入端口P1、输入端口P2和光耦U1、光耦U2、光耦U4、光耦U5、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5，输入端口P1连接采集母线电压的电压互感器，输入端口P2连接电压信号转换电路, 光耦U1、光耦U4经电阻R2、电阻R4连接，光耦U2、光耦U5经电阻R3、电阻R5连接，电阻R2、电阻R4的中点和电阻R3、电阻R5的中点分别接地，光耦U1处电压信号A、光耦U2处电压信号C、光耦U4处电压信号B、光耦U5处电压信号D分别接入处理器。

而且，设置直流电源电路，直流电源电路向处理器输出工作电压，所述直流电源电路包括依次连接的整流滤波单元、稳压单元和指示单元。

而且，所述GPRS信号转换电路包括串口U6，所述串口U6采用MAX232芯片，MAX232芯片的通讯口连接单片机的相应引脚。

而且，所述电压比较信号转换电路包括usb转串口芯片IC1，所述usb转串口芯片IC1采用CH341T芯片。

而且，所述处理器采用单片机U3，所述单片机U3采用AT89C51芯片。

本实用新型还相应提出一种电力系统的直流接地检测系统，包括采集母线电压的电压互感器和霍尔电流传感器，设置直流接地检测装置、GPRS装置和上位机，所述直流接地检测装置包括输入电压比较电路、GPRS接口电路、电压信号转换电路以及处理器，电压信号转换电路经USB口连接霍尔电流传感器，电压互感器和电压信号转换电路的输出分别连接输入电压比较电路，输入电压比较电路的输出连接处理器，处理器的输出连接GPRS接口电路；GPRS接口电路连接GPRS装置，GPRS装置和上位机建立通信连接。

而且，所述输入电压比较电路包括输入端口P1、输入端口P2和光耦U1、光耦U2、光耦U4、光耦U5、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5，输入端口P1连接采集母线电压的电压互感器，输入端口P2连接电压信号转换电路, 光耦U1、光耦U4经电阻R2、电阻R4连接，光耦U2、光耦U5经电阻R3、电阻R5连接，电阻R2、电阻R4的中点和电阻R3、电阻R5的中点分别接地，光耦U1处电压信号A、光耦U2处电压信号C、光耦U4处电压信号B、光耦U5处电压信号D分别接入处理器。

而且，设置直流电源电路，直流电源电路向处理器输出工作电压，所述直流电源电路包括依次连接的整流滤波单元、稳压单元和指示单元。

而且，所述GPRS信号转换电路包括串口U6，所述串口U6采用MAX232芯片，MAX232芯片的通讯口连接单片机的相应引脚。

而且，所述电压比较信号转换电路包括usb转串口芯片IC1，所述usb转串口芯片IC1采用CH341T芯片。

而且，所述处理器采用单片机U3，所述单片机U3采用AT89C51芯片。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：针对电力系统中的直流电源接地特性，可以通过比较基准电压与实际接地电压检测出直流电源电路是否存在两点接地或是多点接地，并结合单片机的判断功能将上传的信息送至监控中心，方便维护人员对所有的直流电源进行实时监控，保证各设备可以安全稳定地生产运行。本装置和相应系统同时具有可靠性强、成本低的特点。通过推广使用本实用新型所提供装置可以对直流电源在电力设备运行中发生接地的情况进行监测、判断和识别，避免严重电力事故的发生，避免了其生产经济损失。

附图说明

图1是本实用新型实施例的输入电压比较电路图。

图2是本实用新型实施例的直流电源电路示意图。

图3是本实用新型实施例的晶振电路图。

图4是本实用新型实施例的GPRS接口电路图。

图5是本实用新型实施例的复位电路图。

图6是本实用新型实施例的单片机AT89C51电路图。

图7是本实用新型实施例的电压信号转换电路。

图8是本实用新型实施例的总电路图。

具体实施方式

以下结合实施例及附图对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

电力系统的直流接地检测的系统，主要包括前置设备和远程部分：所述的前置设备主要包括电压采集部分、电桥选择部分；远程部分包括GPRS装置和上位机，上位机可以为移动终端设备或工控机等。

本实用新型实施例提供了电桥选择部分的设备，即一种电力系统的直流接地检测装置，：包括输入电压比较电路、GPRS接口电路、电压信号转换电路以及处理器，电压信号转换电路经USB口连接霍尔电流传感器，采集母线电压的电压互感器和电压信号转换电路的输出分别连接输入电压比较电路，输入电压比较电路的输出连接处理器，处理器的输出连接GPRS接口电路。GPRS接口电路连接GPRS装置，GPRS装置和上位机建立通信连接。

具体实施时，也可以全面提供电力系统的直流接地检测系统，包括采集母线电压的电压互感器和霍尔电流传感器，设置直流接地检测装置、GPRS装置和上位机。

参见图8，实施例的电路实现如下：

电压传感器接在电网的220V交流电输入处，经过电压传感器处理，其电压值传入图1的P1端；而霍尔电流传感器接在电网的输出端接地部分，霍尔电流传感器得到的电压经电压信号转换电路输入P2端，随时监测基准电压和接地电压，其信息通过处理器（单片机）处理，得出接地电压是否异常的信息，经GPRS装置传到监控中心进行紧急处理，因此可以实现对各电气元件的直流电源接地情况的监控，保证元件的正常工作同时提高运营管理效率。

参见图1，实施例的输入电压比较电路包括输入端口P1、输入端口P2和光耦U1、光耦U2、光耦U4、光耦U5、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5，输入端口P1连接采集母线电压的电压互感器，输入端口P2连接电压信号转换电路, 光耦U1、光耦U4经电阻R2、电阻R4连接，光耦U2、光耦U5经电阻R3、电阻R5连接，电阻R2、电阻R4的中点和电阻R3、电阻R5的中点分别接地，光耦U1处电压信号A、光耦U2处电压信号C、光耦U4处电压信号B、光耦U5处电压信号D分别接入处理器。每个光耦（Optoisolator1）包括发光二极管与光敏半导体管，具体地，输入端口P1、输入端口P2都有两个引脚（Header 2），输入端口P1的引脚2和输入端口P2的引脚1相连，光耦U1、光耦U2连接到该连接线上；输入端口P1的引脚1和输入端口P2的引脚2相连，光耦U4、光耦U5连接到该连接线上。P1中的电压信息由外部的电压互感器（HW-PTB456/7.07V型号）得到，P2输入的电压信号由外部的霍尔电流传感器（ACS758LCB-100B-PFF-T型号）得到。当P1或P2端有输入时，AB两端或是CD两端电压不为0，则此时接在两端的LED灯会发光，表示装置处于工作状态。

为提供工作电压，实施例设置直流电源电路，输入220V的交流电，在经过整流、滤波后变成符合负载额定电压大小的直流电，供单片机使用。参见图2，实施例的所述直流电源电路包括依次连接的整流滤波单元、稳压单元和指示单元。整流滤波单元包括依次连接的开关S1、变压器T1、熔断器F1、整流器D3、电容C2、电容C3、电容C4，开关S1连接变压器T1，变压器T1与电容C2并联，电容C3、电容C4分别与整流器D3并联。指示单元包括串联的发光管D5和电阻R1A。稳压单元包括稳压管芯片7805和稳压管D2、二极管D1、二极管D4、电阻R1C、电阻R1B、电阻R1D、三极管Q1、电容C7、电容C8、电容C9、电容C5，具体连接如下，

电阻R1C一端连接三极管Q1的发射极，一端接地；

电阻R1B一端连接三极管Q1的发射极，一端连接电容C7，电容C7的另一端接地；

二极管D1一端连接三极管Q1的发射极，一端连接三极管Q1的集电极；

电容C5一端连接三极管Q1的集电极，一端接地；

稳压管D2一端连接三极管Q1的集电极，一端连接电阻R1D，电阻R1D的另一端接地；

电容C8一端连接三极管Q1的基极，一端接地；

二极管D4一端经三极管Q1的基极与电容C8之间的中点，连接到电阻R1B和电容C7之间的中点，另一端连接电容C9，电容C9的另一端接地；

稳压管芯片7805的引脚1连接于二极管D4和电容C9之间，引脚3连接于三极管Q1的基极和电容C8之间。

参见图4，所述GPRS信号转换电路包括串口U6，所述串口U6采用MAX232芯片，MAX232芯片的通讯口（RXD、TXD）连接单片机的相应引脚。串口U6连接安装GPRS装置的接口J1，MAX232芯片的外围还设置了电容C14、C15、C16、C17、C18，可参见相关芯片使用说明书，本实用新型不予赘述。

参见图7，所述电压比较信号转换电路包括usb转串口芯片IC1，所述usb转串口芯片IC1采用CH341T芯片。霍尔电流传感器的电压经USB口（USB1）输入到usb转串口芯片IC1。CH341T芯片的外围还设置了电容C10、C11、C12、C13、晶振芯片Y2，可参见相关芯片使用说明书，本实用新型不予赘述。

参见图6，所述处理器采用单片机U3，所述单片机U3采用AT89C51芯片，用于监测输入信号，进行处理分析，并反馈给上位机。

处理器外围通常还设置晶振电路、复位电路、LED显示装置等。也可以扩展设置AD转换芯片接口，如接口P3（Header 8）。参见图3，晶振电路中芯片Y1的输出XTAL1、XTAL2连接到单片机，为单片机提供时钟信号。参见图5，复位电路包括电容C19、电阻R7、开关S2，电容C19、电阻R7串联，电容C19、开关S2并联，输出信号RST与单片机相连，提供复位作用。

根据实际情况，电压采集部分主要是利用电压互感器采集母线电压和霍尔电流传感器的定压，采集到的电压经电桥选择部分输入单片机后，将在单片机内进行比较处理，具体比较实现是现有技术，使用本实用新型所提供装置时本领域技术人员可自行设定实现方式，本实用新型只研究并要求保护硬件装置结构；最后将处理后的信息通过GPRS通讯模块上传给上位机，且同时根据LED显示模块上显示。维护人员可根据所上传的数据进行直流电源的维修检查。具体实施时，GPRS通讯模块通过光纤等远距离与监控中心的工控机相连，提供警示信号与同时获得直流电源接地事件记录。

本实用新型实施例中，电压互感器使用的是HW-PTB456/7.07V型号，霍尔电流传感器使用的是ACS758LCB-100B-PFF-T型号；单片机是美国ATMEL公司生产的低电压,高性能CMOS8位单片机AT89C51，所述显示单元包括爱优公司型号 为AY-0401的LED显示屏，GPRS单元采用EN3011 GPRS 采集终端；以上装置均可在市面上购买到。本领域技术人员可自行根据需要设置元件参数。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (13)

1.一种电力系统的直流接地检测装置，其特征在于：包括输入电压比较电路、GPRS接口电路、电压信号转换电路以及处理器，电压信号转换电路经USB口连接霍尔电流传感器，采集母线电压的电压互感器和电压信号转换电路的输出分别连接输入电压比较电路，输入电压比较电路的输出连接处理器，处理器的输出连接GPRS接口电路。

2.根据权利要求1所述电力系统的直流接地检测装置，其特征在于：GPRS接口电路连接GPRS装置，GPRS装置和上位机建立通信连接。

3.根据权利要求1或2所述电力系统的直流接地检测装置，其特征在于：所述输入电压比较电路包括输入端口P1、输入端口P2和光耦U1、光耦U2、光耦U4、光耦U5、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5，输入端口P1连接采集母线电压的电压互感器，输入端口P2连接电压信号转换电路, 光耦U1、光耦U4经电阻R2、电阻R4连接，光耦U2、光耦U5经电阻R3、电阻R5连接，电阻R2、电阻R4的中点和电阻R3、电阻R5的中点分别接地，光耦U1处电压信号A、光耦U2处电压信号C、光耦U4处电压信号B、光耦U5处电压信号D分别接入处理器。

4.根据权利要求1或2所述电力系统的直流接地检测装置，其特征在于：设置直流电源电路，直流电源电路向处理器输出工作电压，所述直流电源电路包括依次连接的整流滤波单元、稳压单元和指示单元。

5.根据权利要求1或2所述电力系统的直流接地检测装置，其特征在于：所述GPRS信号转换电路包括串口U6，所述串口U6采用MAX232芯片，MAX232芯片的通讯口连接单片机的相应引脚。

6.根据权利要求1或2所述电力系统的直流接地检测装置，其特征在于：所述电压比较信号转换电路包括usb转串口芯片IC1，所述usb转串口芯片IC1采用CH341T芯片。

7.根据权利要求1或2所述电力系统的直流接地检测装置，其特征在于：所述处理器采用单片机U3，所述单片机U3采用AT89C51芯片。

8.一种电力系统的直流接地检测系统，包括采集母线电压的电压互感器和霍尔电流传感器，其特征在于：设置直流接地检测装置、GPRS装置和上位机，所述直流接地检测装置包括输入电压比较电路、GPRS接口电路、电压信号转换电路以及处理器，电压信号转换电路经USB口连接霍尔电流传感器，电压互感器和电压信号转换电路的输出分别连接输入电压比较电路，输入电压比较电路的输出连接处理器，处理器的输出连接GPRS接口电路；GPRS接口电路连接GPRS装置，GPRS装置和上位机建立通信连接。

9.根据权利要求8所述电力系统的直流接地检测系统，其特征在于：所述输入电压比较电路包括输入端口P1、输入端口P2和光耦U1、光耦U2、光耦U4、光耦U5、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5，输入端口P1连接采集母线电压的电压互感器，输入端口P2连接电压信号转换电路, 光耦U1、光耦U4经电阻R2、电阻R4连接，光耦U2、光耦U5经电阻R3、电阻R5连接，电阻R2、电阻R4的中点和电阻R3、电阻R5的中点分别接地，光耦U1处电压信号A、光耦U2处电压信号C、光耦U4处电压信号B、光耦U5处电压信号D分别接入处理器。

10.根据权利要求8所述电力系统的直流接地检测系统，其特征在于：设置直流电源电路，直流电源电路向处理器输出工作电压，所述直流电源电路包括依次连接的整流滤波单元、稳压单元和指示单元。

11.根据权利要求8所述电力系统的直流接地检测系统，其特征在于：所述GPRS信号转换电路包括串口U6，所述串口U6采用MAX232芯片，MAX232芯片的通讯口连接单片机的相应引脚。

12.根据权利要求8所述电力系统的直流接地检测系统，其特征在于：所述电压比较信号转换电路包括usb转串口芯片IC1，所述usb转串口芯片IC1采用CH341T芯片。

13.根据权利要求8所述电力系统的直流接地检测系统，其特征在于：所述处理器采用单片机U3，所述单片机U3采用AT89C51芯片。