CN204679557U - 判断交流信号串入直流系统的检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种判断交流信号串入直流系统的检测系统，包括控制母线、主机、馈出负载及电流检测装置；电流检测装置包括：根据巡检信号进行交流信号检测的磁环线圈；将交流信号进行放大的运放电路；将放大后的交流信号模数转换为交流电流分量值并输出的采样电路；主机包括：采集控制母线上交流电压值的采集电路；将交流电压值与一电压阈值进行比较并输出比较结果的比较电路；根据比较结果选择性地对每个电流检测装置发出巡检信号、使得每个电流检测装置对相对应的馈出负载进行交流电流分量值检测的巡检电路。本实用新型的判断交流信号串入直流系统的检测系统可判断出是否有交流信号串入直流系统，便于及时发现交流信号串入直流系统的情况。

Description

判断交流信号串入直流系统的检测系统

技术领域

本实用新型涉及直流系统绝缘检测装置，尤其涉及一种判断交流信号串入直流系统的检测系统。

背景技术

目前发电厂二次系统由直流系统和交流系统组成，正常运行两系统相互不连通，由于各种原因造成交流信号串入直流系统时，对交流系统内的交流回路的影响一般局限在该交流回路内，但对直流系统而言，却危及到全部的直流系统以及直流回路，容易造成保护出口中间继电器误运跳闸或引发直流熔丝熔断造成全部保护拒动事故。

常规的出口继电器动作电压以直流负对地电压为参考，动作电压为直流电压的55％-70％，不能防止交流串入的误动。省级电网近年由于交流串入直流引发的误动事故多次发生，为防止交流串入直流引发保护误动、拒动以及厂站全停的恶性事故发生，国家能源局关于印发《防止电力生产故障的二十五项重点要求(国能安全[2014]161号)》的通知中指出关于直流系统交流串入的检测。

厂站二次回路中常见交直流回路共存的设备包括：

保护屏：交流回路包括打印机电源和照明电源，采用交直流混合供电模式部分设备，如载波机、逆变器、GPS交直流转换电源；保护装置电源、操作箱控制电源等采用直流供电。

试验电源屏：该屏同时输出直流电源、交流电源供保护人员试验用。

主变冷却器端子箱：冷却器电源一般采用双交流供民模式，冷却器控制回路采用直流供电模式。主变过负荷启动风冷回路、过负荷闭锁调压回路，主变有载调压箱：有载调压电源为交流电源，主变档位遥信回路为直流回路，主变绕组温度补偿回路为交流回路，绕组温度高跳闸和报警回路为直流回路。

开关、刀闸端子箱：交流电源回路包括电气五防、刀闸操作电源、断路器储能电源、加热器电源；直流电源回路包括断路器操作电源、跳合闸回路、刀闸切换回路(含母线切换)等。

交流串入直流回路的常见原因：交直流回路共用电缆；端子排潮湿凝露、雨水侵入、交直流电缆破损、误碰、误接线等原因造成交直流串电；系统一次短路电流串入二次回路。

交流串入直流引发开关跳闸电路分析：

如图1所示，C1、C2分别为跳闸回路电缆的对地等效分布电容，C3为跳闸回路电缆之间的等效分布电容，C4为两条直流母线间的等效分布电容，K1为网控开关跳闸触点，K2为单元控制室开关跳闸触点，TJR为跳闸继电器线圈，AC为串入直流系统的等效交流电源。

在正常情况下，图1中不存在交流电源AC，网控跳闸触点K1闭合或单元控制室触点K2闭合，则跳闸继电器TJR动作，跳闸命令发出。在交流串入直流系统的故障情况下，由于跳闸回路电缆的长度较大(500m)和跳闸继电器的动作功率较小，交流电源经电缆对地分布电容C1、C2，使跳闸继电器动作。

结合图2中直流检测原理等效电路简述直流系统母线上正负对地交流电压检测原理：一、独立的交流电压检测原理，使用交流表直接对地检测，设计方便，实现原理简单，生产工芯简单。但存在很大问题，由于交流表使用针对交流电压表的测试范围，容易在直流和交流叠加情况下测量的交流不正确，其次，母线没有交流电压时，由微机绝缘监测仪启动不平衡桥或在不平衡桥检测时，容易产生交流信号，从而交流表检测显示有一定的交流电压值，实际没有，主要的原因是直流母线对地投入电阻导致直流对地电压变化而产生的。二、信号分离交流电压检测原理，原理设计时考虑有样交流信号并且信号测试范围，并考虑模数转换速度。采用软件方法直接从模数转换结果分离出交流信号量和直流信号量，解决了不平衡桥绝缘检测对交流检测的影响。

当前交流串入直流支路判断方法主要采样母线交流电压检测加母线支路绝缘报警结合。当母线检测交流电压超过报警值时，启动支路绝缘检测，如果支路绝缘检测存在接地报警时，则相应的支路报交流串入支路。此种方法容易产生误报，如果直流母线直接入交流信号，同时支路存相应的接地电阻，会误判断此支路交流串入。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种改进的判断交流信号串入直流系统的检测系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种判断交流信号串入直流系统的检测系统，包括控制母线及连接在所述控制母线上的主机、数个并联在所述控制母线上的馈出负载以及分别与每个所述馈出负载一一对应电连接以进行交流电流分量值I检测、并将检测的交流电流分量值I反馈至所述主机的电流检测装置；

其中，所述电流检测装置包括：

用于根据所述主机发出的巡检信号对相对应所述馈出负载进行交流信号检测的磁环线圈，且待检测电流的导线穿过所述磁环线圈；

与所述磁环线圈相连接、将所述交流信号进行放大的运放电路；

与所述运放电路相连接、用于将放大后的所述交流信号模数转换为所述交流电流分量值I并输出的采样电路；

所述主机包括：

与所述控制母线相连接、用于采集所述控制母线上交流电压值U的采集电路；

与所述采集电路相连接、用于将所述交流电压值U与一电压阈值Uo进行比较并输出比较结果、及用于将所述交流电流分量值I与一电流阈值Io进行比较并输出判断结果的比较电路；

与所述比较电路相连接、根据所述比较结果选择性地对每个所述电流检测装置发出所述巡检信号、使得每个所述电流检测装置对相对应的所述馈出负载进行交流电流分量值I检测的巡检电路。

优选地，所述电流阈值Io通过公式(1)算出：

$\mathrm{Io}=\frac{\mathrm{Ux}}{\mathrm{Rb}}......\left(1\right)$

其中，Ux为设定交流电压报警值，Rb为所述直流系统主机的平衡桥电阻值；

若所述交流电流分量值I＞Io，则判断有交流信号串入所述直流系统；若所述交流电流分量值I≤Io，则判断无交流信号串入所述直流系统。

优选地，所述设定交流电压报警值Ux为10-15V。

优选地，所述交流电流分量值I的精度≤0.05mA。

优选地，所述主机还包括一在所述交流电压值U超过所述电压阈值Uo时发出报警信号的报警电路。

实施本实用新型的有益效果是：本实用新型的判断交流信号串入直流系统的检测系统可判断出是否有交流信号串入直流系统，便于及时发现交流信号串入直流系统的情况。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是现有技术中交流信号串入直流电源系统中的等效电路图；

图2是现有技术中直流电源系统的直流检测原理等效电路图；

图3是本实用新型一些实施例中判断交流信号串入直流系统的检测系统模块示意图；

图4是图3中电流检测装置和主机的逻辑示意图；

图5是本实用新型一些实施例中判断交流信号串入直流系统的检测系统原理示意图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

图3示出了本实用新型一些实施例中判断交流信号串入直流系统的检测系统，可广泛应用电力、石油、化工、铁路、煤炭等行业的发电厂和变电站，以及通信领域等。该检测系统用于判断直流系统中是否串入了交流系统中的交流信号，交流串入方式包括直接接入和电容耦入。其中，交流直接窜入表示控制母线KM对地绝缘电阻也相应降底；交流电容耦入表示控制母线KM对地绝缘电阻不产生变化。

该检测系统包括控制母线KM、主机20、数个馈出负载30及数个电流检测装置10，其中，主机20连接在控制母线KM上，数个馈出负载30并联在控制母线KM上，数个电流检测装置10与数个馈出负载30一一对应电连接，从而对每个馈出负载30检测交流电流分量值I，并将交流电流分量值I反馈至主机20。

控制母线KM用于提供电源，其具有正端KM+和负端KM-。

主机20连接在控制母线KM上从而获取电源，具体地，一端连接在正端KM+，另一端连接负端KM-。结合图4所示，主机20包括采集电路21、比较电路22、巡检电路23和报警电路24。

其中，采集电路21与控制母线KM相连接，用于采集控制母线KM上交流电压值U。具体地，一端连接在正端KM+，另一端连接负端KM-。作为选择，采集电路21还检测控制母线KM的绝缘电阻值。

比较电路22与采集电路21相连接，用于将交流电压值U与一电压阈值Uo进行比较并输出比较结果。在一些实施例中，作为选择，主机20还可包括一报警电路24，其与比较电路22相连接。当比较电路22比较出交流电压值U超过电压阈值Uo时，报警电路24发出报警信号。作为选择，报警电路24的报警方式可以为多种，如蜂鸣、语音报警、振动报警等等。作为选择，报警电路24可以设置也可以不设置。

并且，比较电路22还用于将交流电流分量值I与一电流阈值Io进行比较并输出判断结果。具体地，电流阈值Io通过公式(1)算出：

$\mathrm{Io}=\frac{\mathrm{Ux}}{\mathrm{Rb}}......\left(1\right)$

其中，Ux为设定交流电压报警值，Rb为直流系统主机20的平衡桥电阻值。若交流电流分量值I＞Io，则判断有交流信号串入直流系统；若交流电流分量值I≤Io，则判断无交流信号串入直流系统。作为选择，设定交流电压报警值Ux为10-15V。优选地，设定交流电压报警值Ux为12V。在一些实施例中，当Ux为12V，Rb为30K时，Io＝12/30000＝0.4mA；在一些实施例中，当Ux为12V，Rb为60K时，Io＝12/60000＝0.2mA；在一些实施例中，当Ux为10V，Rb为60K时，Io＝10/30000＝0.167mA。

巡检电路23与比较电路22相连接，用于根据比较结果选择性地对每个电流检测装置10发出巡检信号，使得每个电流检测装置10对相对应的馈出负载30进行交流电流分量值I检测。

作为选择，采集电路21、比较电路22、巡检电路23和报警电路24可各自为硬件电路形式，即三者分别为由电子元器件组成的电路实现相应功能的硬件电路。作为选择，采集电路21、比较电路22、巡检电路23和报警电路24也可以集成于一芯片上，通过软件方式实现相应功能。

馈出负载30连接在控制母线KM上从而获取电源，具体地，一端连接在正端KM+，另一端连接负端KM-。馈出负载30的数量为数个，数个馈出负载30之间相互并联于控制母线KM上。

电流检测装置10与馈出负载30一一对应电连接以进行交流电流分量值I检测，并将检测到的交流电流分量值I反馈至主机20。优选地，电流检测装置10通过RS485或RS232与主机20相连接。电流检测装置10包括磁环线圈11、运放电路12和采样电路13。

其中，磁环线圈11用于根据主机20发出的巡检信号对相对应馈出负载30进行交流信号检测，且待检测电流的导线穿过磁环线圈11。优选地，磁环线圈11为非接触式检测，检测原理为磁通感应原理，可以由磁环线圈11直接感应出相关的交流电流，即互感器功能，此功能针对交流微小的电流。

运放电路12与磁环线圈11相连接，用于将磁环线圈11检测到的交流信号进行放大。

采样电路13与运放电路12相连接，用于将放大后的交流信号模数转换为交流电流分量值I并输出至主机20。优选地，交流电流分量值I的精度≤0.05mA。

作为选择，运放电路12和采样电路13可各自为硬件电路形式，即二者分别为由电子元器件组成的电路实现相应功能的硬件电路。作为选择，运放电路12和采样电路13也可以集成于一芯片上，通过软件方式实现相应功能。

以下对本实用新型一些实施例中判断交流信号串入直流系统的检测系统的工作原理进行说明。

结合图3至图5所示，判断交流信号串入直流系统的检测方法包括如下步骤：

步骤S1中，首先采集电路21分别连接控制母线的正端KM+和KM-，从而采集直流系统中控制母线KM两端的交流电压值U，并向外输出该交流电压值U。作为选择，采集电路21可实时采集，也可依照一定频率定时采集。

步骤S2中，比较电路22与采集电路21相连接并从采集电路21获取交流电压值U，比较电路22判断交流电压值U是否超过一电压阈值Uo，若是，则执行步骤S3，若否，返回步骤S1。作为选择，本步骤中，一些实施例中若交流电压值U超过电压阈值Uo，则还发出报警信号。

步骤S3中，当比较电路22判比较出交流电压值U超过电压阈值Uo的比较结果后，将比较结果传送至巡检电路23，巡检电路23根据该比较结果对每个电流检测装置10发出巡检信号，从而启动支路交流电流巡检，使得每个电流检测装置10对相对应的馈出负载30进行交流电流分量值I检测。磁环线圈11根据主机20发出的巡检信号对相对应馈出负载30进行交流信号检测，运放电路12将磁环线圈11检测到的交流信号进行放大，采样电路13将放大后的交流信号模数转换为交流电流分量值I并输出至比较电路22。馈出负载30为数个，且均并联在控制母线KM上。优选地，交流电流分量值I的精度≤0.05mA。

步骤S4中，比较电路22判断每一馈出负载30上的交流电流分量值I是否超过一电流阈值Io并输出判断结果：若是，则判断有交流信号串入直流系统；若否，则判断未串入。在一些实施例中，比较电路22还可连接至一显示装置，将判断结果发送至显示装置，显示装置可将判断结果通过画面、声音等形式显示出来。

优选地，步骤S4中，电流阈值Io通过公式(1)算出：

$\mathrm{Io}=\frac{\mathrm{Ux}}{\mathrm{Rb}}......\left(1\right)$

其中，Ux为设定交流电压报警值，Rb为直流系统主机20的平衡桥电阻值。若交流电流分量值I＞Io，则判断有交流信号串入直流系统；若交流电流分量值I≤Io，则判断无交流信号串入直流系统。作为选择，设定交流电压报警值Ux为10-15V。优选地，设定交流电压报警值Ux为12V。在一些实施例中，当Ux为12V，Rb为30K时，Io＝12/30000＝0.4mA；在一些实施例中，当Ux为12V，Rb为60K时，Io＝12/60000＝0.2mA；在一些实施例中，当Ux为10V，Rb为60K时，Io＝10/30000＝0.167mA。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干个改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种判断交流信号串入直流系统的检测系统，其特征在于，包括控制母线(KM)及连接在所述控制母线(KM)上的主机(20)、数个并联在所述控制母线(KM)上的馈出负载(30)以及分别与每个所述馈出负载(30)一一对应电连接以进行交流电流分量值I检测、并将检测的交流电流分量值I反馈至所述主机(20)的电流检测装置(10)；

其中，所述电流检测装置(10)包括：

用于根据所述主机(20)发出的巡检信号对相对应所述馈出负载(30)进行交流信号检测的磁环线圈(11)，且待检测电流的导线穿过所述磁环线圈(11)；

与所述磁环线圈(11)相连接、将所述交流信号进行放大的运放电路(12)；

与所述运放电路(12)相连接、用于将放大后的所述交流信号模数转换为所述交流电流分量值I并输出的采样电路(13)；

所述主机(20)包括：

与所述控制母线(KM)相连接、用于采集所述控制母线(KM)上交流电压值U的采集电路(21)；

与所述采集电路(21)相连接、用于将所述交流电压值U与一电压阈值Uo进行比较并输出比较结果、及用于将所述交流电流分量值I与一电流阈值Io进行比较并输出判断结果的比较电路(22)；

与所述比较电路(22)相连接、根据所述比较结果选择性地对每个所述电流检测装置(10)发出所述巡检信号、使得每个所述电流检测装置(10)对相 对应的所述馈出负载(30)进行交流电流分量值I检测的巡检电路(23)。

2.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述电流阈值Io通过公式(1)算出：

其中，Ux为设定交流电压报警值，Rb为所述主机(20)的平衡桥电阻值；

若所述交流电流分量值I＞Io，则判断有交流信号串入所述直流系统；若所述交流电流分量值I≤Io，则判断无交流信号串入所述直流系统。

3.根据权利要求2所述的检测系统，其特征在于，所述设定交流电压报警值Ux为10-15V。

4.根据权利要求2所述的检测系统，其特征在于，所述交流电流分量值I的精度≤0.05mA。

5.根据权利要求1至4任一项所述的检测系统，其特征在于，所述主机(20)还包括一在所述交流电压值U超过所述电压阈值Uo时发出报警信号的报警电路(24)。