CN205210220U - 一种测量直流线路对地漏电流的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种测量直流线路对地漏电流的装置，该装置可以包括电流叠加电路、第一直流漏电流互感器、第二直流漏电流互感器、减法运算电路以及信号变换模块；该装置通过电流叠加法可以准确测量出直流线路的微小对地漏电流，通过信号变换模块得到该线路对地漏电流直流分量，通过该直流线路对地漏电流直流分量可以对故障线路进行定位，通过对被测点与首端对地电流直流分量的比对可以对故障点进行准确定位。该装置具有结构简单，使用方便，抗干扰能力强，能够适应交直流混合电流的对地漏电流测量。

Description

一种测量直流线路对地漏电流的装置

技术领域

本实用新型涉及直流线路接地故障排查技术领域，特别是涉及一种测量直流线路对地漏电流的装置。

背景技术

变电站直流系统是为各种控制、自动装置、继电保护、信号等提供可靠的直流电源并作为工作电源，它还为操作提供可靠的操作电源。直流系统发生接地故障，会造成继电保护、信号、自动装置误动或拒动，或造成直流保险熔断，使保护及自动装置、控制回路失去电源，对电网运行带来安全隐患，应立即排除。现有技术中，判断出现故障的电路以及确定故障点的定位方法，普遍采用的是注入式检测方法。现有检测方法存在以下缺点：

1、注入式检测方法输入系统的低频信号幅值，超出DL/400-91《继电保护和安全自动装置规程》中电压纹波系数范围，影响系统安全运行；所测接地电阻值范围有限(小于300KΩ)，接地阻值大于300KΩ无法定位接地点。

2、所能检测到接地电阻与系统分布电容有关。直流系统充电机滤波效果不好时，直流系统存在谐波分量，严重影响选线结果的正确性。当系统对地电容很大时，无法找到接地支路或误判接地之路。

3、单线多点接地故障时不能有效定位。

4、交直流混线时现有的检测方法无效，不能对故障点定位。

5、现有的多种检测方法需要改变直流系统的供电方式，即充电机退出运行改用蓄电池供电。如果直流系统的分布电容和对地电阻参数满足一定条件时，充电机的退出会产生较大的暂态过电压和过电流，严重影响系统设备的安全运行，甚至会导致直流系统失压。

6、直流系统采用充电机供电方式，充电机滤波效果不好时，系统存在谐波干扰，或者在直流系统发生交直流混线时，分布电容较大的线路漏电流中交流分量幅值会大于直流分量，在一个工频周期内，线路漏电流的方向会发生变化、该电流不是一个真正的直流电流信号，采用直流互感器测量漏电流会存在误差；另外，电力系统正常运行工况下，直流系统中不带负荷(正负极直流线路没有形成电流回路)线路对地漏电流很小。

综上所述，针对上述现象如何准确测量漏电电流直流分量，并且准确确定故障点是本行业技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

基于上述问题，本实用新型实施例公开了一种测量直流线路对地电流的装置，技术方案如下：

通过本实用新型实施例，提供了一种测量直流线路对地电流的装置，在一种实现方式下该装置包括电流叠加电路、第一直流漏电流互感器、第二直流漏电流互感器、减法运算电路以及信号变换模块；

其中，所述电流叠加电路包括电源E、以及其连接的电阻R、电阻R1，所述电阻R与所述电阻R1并联连接；所述第一直流漏电流互感器用于检测流经所述电阻R1支路和所述待测直流线路的电流，所述第二直流漏电流互感器用于检测所述电阻R1支路电流；所述第一直流漏电流互感器以及所述第二直流漏电流互感器分别与所述减法运算电路电连接，所述信号变换模块用于实现傅立叶变换。

优选地：所述电阻R为低温漂无感电阻。

优选地：所述电阻R1为低温漂无感可变电阻。

优选地：所述第一直流漏电流互感器为开合式或钳形直流漏电流互感器。

优选地：所述第二直流漏电流互感器为闭合式直流漏电流互感器。

优选地：所述电阻R串联指示灯后与所述电阻R1并联。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：

通过本实用新型，可以实现一种测量直流线路对地电流的装置，该装置可以包括电流叠加电路、第一直流漏电流互感器、第二直流漏电流互感器、减法运算电路以及信号变换模块；其中，所述电流叠加电路包括电源E、以及其连接的电阻R、电阻R1，所述电阻R与所述电阻R1并联连接；所述第一直流漏电流互感器用于检测流经所述电阻R1支路和所述待测直流线路的电流，所述第二直流漏电流互感器用于检测所述电阻R1支路电流；所述第一直流漏电流互感器以及所述第二直流漏电流互感器分别与所述减法运算电路电连接，所述信号变换模块用于实现傅立叶变换。该装置通过电流叠加法可以准确测量出故障电路的微小对地电流，通过该对地电流可以对故障线路进行定位，通过对被测点与首端对地电流分量以及末端对地电流分量的比对可以对故障点进行准确定位。该装置具有结构简单，使用方便，抗干扰能力强，能够适应交直流混合电流的微小对地漏电流的测量。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的一种测量直流线路对地电流的装置的电路框图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为方便理解本方案，首选对本方案的故障线选择以及故障点定位原理进行简单介绍：

厂站直流系统充电机整流输出脉动直流电压都是周期性的非正弦函数，它可用傅立叶级数形式分解成各次正弦函数，经过滤波电路滤除掉部分谐波或者减小谐波的幅值。由于负载电路是线性电路，故负载电压可看成是各次皆波电压的合成，对应各次谐波电压，产生各次谐波电流，负载电流便是各次谐波电流的合成。利用直流线路对地漏电流直流分量是否大于整定值，可以确定待测线路是否为故障线路。也可以通过直流母线对地电压直流分量与待测线路对地漏电流的直流分量之比表示该线路对地电阻，若该电阻值大于整定值表示该线路发生接地故障。

多个直流系统发生单线、同极性及异极性间多条线路交流混线时，根据叠加原理可知，直流系统注入的交流分量并不影响系统原有直流分量的大小，即注入的交流电压源对于直流系统的直流电路模型而言，交流电压源等效为短路，其所在支路等效为一个接地支路。因此通过计算各直流线路对地的等值电阻，依据其大小可以确定线路是否接地，根据查找直流线路接地故障点的方法准确定位交直流混线故障点。

下面通过具体实施方式对本方案进行详细介绍：

一种测量直流线路对地电流的装置，其特征在于，包括：

电流叠加电路、第一直流漏电流互感器、第二直流漏电流互感器、减法运算电路以及信号变换模块；其中，所述电流叠加电路包括电源E、以及其连接的电阻R、电阻R1，待测直流线路，所述电阻R与所述电阻R1并联连接；所述第一直流漏电流互感器检测流经所述电阻R1支路和所述待测直流线路的电流，所述第二直流漏电流互感器检测所述电阻R1支路电流；所述第一直流漏电流互感器以及所述第二直流漏电流互感器分别与所述减法运算电路电连接，所述信号变换模块对漏电流信号进行傅立叶变换并得到直流分量。该装置应用叠加原理，对微小的直流线路漏电流I和一个近似恒流源的电流Ia叠加，通过直流互感器A得到一个测量电压ub，通过直流互感器B得到一个测量电压ua，对电压ua和ub做减法运算，得到与线路漏电流成比例的电压u。该方法的优点是近似恒流源电流Ia的变化不会影响直流线路漏电流的测量准确性，具有良好的电磁兼容性，既能抑制共模干扰，又可以排除分布电容产生的传输干扰，能够准确、方便测量微小的漏电流，通过信号变换模块得到漏电流中的直流分量。在具体选择电阻R以及电阻R1时，所述电阻R为低温漂无感电阻；所述电阻R1为低温漂无感可变电阻。该类电阻具有高精度的特性、适合本方案的电路使用。所述第一直流漏电流互感器为开合式或钳形直流漏电流互感器；所述第二直流漏电流互感器为闭合式直流漏电流互感器。两种漏电流互感器的分辨率精度都要求达到0.01mA，保证测量的准确性。为了能够为用户提供该装置正常使用时通电指示，本申请实施例还可以提供所述电阻R串联指示灯后与所述电阻R1并联。为了减少该指示灯在使用的过程中对电量的浪费，该指示灯可以为LED节能指示灯。

适应该装置确定故障线路具体故障点的定位方法为，该方法包括：

确定故障线路：

1、对于没有形成回路的直流线路，应用直流馈线对地电压的直流分量与流经各直流线路漏电流的直流分量之比，表示对应直流线路对地的电阻，若该电阻值小于整定值，表示该线路发生接地故障。

2、对于形成回路的直流线路，应用正(负)极直流馈线对地电压的直流分量，与该正(或负)极线路首端(连接直流母线的一端)和末端(连接负载一端)电流差值的直流分量之比，表示正(负)极线路对地电阻，若该电阻值大于整定值，表示该直流线路发生接地故障。

利用相同的原理，也可以通过获取对地电阻的方式对故障点进行定位，具体操作方法为：

1、故障线路没有形成直流回路故障点定位

设一条线路(连接直流母线正极/负极线路)发生接地，该线路连接直流母线对地电压直流分量为U₀，该线路首端对地漏电流直流分量是I₀，R₀＝U₀/I₀表示该线路对地电阻。若该线路在F点发生接地故障，故障点之前的对地漏电流直流分量I_F-与故障点之后的对地直流分量I_F+在幅值上有显著变化，利用该特征定位故障点。若U₀/I_F+小于整定值，表示该线路F点之后还存在接地或绝缘不良故障。采用上述方法继续查找直至找到第二个故障点。

2、形成直流回路的线路接地故障定位

依据故障点前与故障点后对地漏电流直流分量I_F-和I_F+的数值相比变化显著的特征实现故障定位。首先测量故障线路首端所连接的直流母线对地电压直流分量U₀；其次同步测量故障线路首端电流I_st和末端电流I_end，经过信号变换模块提取电流(I_st-I_end)分量的直流分量I₀，得到该线路对地电阻R₀＝U₀/I₀；第三采用二分之一线路法对故障点定位。同步测量故障线路首端电流I_st与二分之一线路长度的位置电流I_h，经过信号变换模块提取电流(I_st-I_h)直流电流分量I_oh。若U₀/I_0h与R₀近似相等，表明故障点在该线路的后半段，反之故障点、在线路的前半段，应用二分之一线路法继续查找，根据故障点位置前、后的对地电流直流分量数值大小显著不同对故障点定位。

在实际应用中，直流系统发生交直流混线故障定位方法与直流接地相同。

使用本申请实施例提供的装置以及方法具有以下优点：

1、该方法能够适应直流系统交流和直流混线、直流系统接地故障的选线和故障定位。

2、选线结果完全不受直流系统对地分布电容、线间分布电容大小的影响，检测灵敏度高，故障支路选线和故障点判断准确。

3、不对直流系统注入任何信号，不会增大直流系统的纹波系数，不会对直流系统产生任何不良影响。避免直流系统选线期间引起保护、信号控制等回路故障，保证系统安全运行。

4、该方法原理简单，易实现、精度高，能够准确检测微小的线路漏电流直流分量，并且检测接地电阻范围理论上不受限制，可以达到MΩ级。利用“零漂”修正测量结果，检测线路漏电流直流分量I₀、直流母线对地电压直流分量U₀精度高，U₀/I₀能够准确表征线路对地电阻。

5、不需改变直流系统的供电方式，能够准确可靠实现交直流混线故障线路的选线、故障定位。避免供电方式切换引起的过电流和过电压，导致直流系统失压或者电气设备受损。

6、选线结果不受直流系统谐波电压大小、正负直流母线对地电压数值不等的影响，选线结果准确、可靠。

7、能够有效识别单线多点接地故障并准确可靠定位。

8、具有良好的电磁兼容性。利用减法电路消除共模干扰，线路对地电容、线间电容产生的输入干扰均为一定频率的电信号，系统直流线路漏电流直流分量不受外界电磁干扰的影响。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种测量直流线路对地漏电流的装置，其特征在于，包括：

电流叠加电路、第一直流漏电流互感器、第二直流漏电流互感器、减法运算电路以及信号变换模块；

其中，所述电流叠加电路包括电源E、以及其连接的电阻R、电阻R1，所述电阻R与所述电阻R1并联连接；所述第一直流漏电流互感器用于检测流经所述电阻R1支路和所述待测直流线路的电流，所述第二直流漏电流互感器用于检测所述电阻R1支路电流；所述第一直流漏电流互感器以及所述第二直流漏电流互感器分别与所述减法运算电路电连接，所述信号变换模块用于实现傅立叶变换。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电阻R为低温漂无感电阻。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电阻R1为低温漂无感可变电阻。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一直流漏电流互感器为开合式或钳形直流漏电流互感器。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二直流漏电流互感器为闭合式直流漏电流互感器。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的装置，其特征在于，所述电阻R串联指示灯后与所述电阻R1并联。