CN218412851U - 直流馈线绝缘老化故障排查装置、设备和系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直流馈线绝缘老化故障排查装置、设备和系统，该装置包括电压采集单元、电流采集单元和主机，其中，电压采集单元与直流馈线连接，用于采集直流馈线两端的电压信号；电流采集单元与若干个馈线支路连接，用于采集并处理各个馈线支路的电流信号；主机分别与电压采集单元和电流采集单元连接，用于根据电压信号和处理后的电流信号判断相应的馈线支路是否存在间断性接地故障，并在判断存在间断性接地故障时，输出相应馈线支路的故障信息。本实用新型可有效提高电网供电可靠性，并能保证电力系统的安全稳定运行。

Description

直流馈线绝缘老化故障排查装置、设备和系统

技术领域

本实用新型涉及直流馈线接地故障检测技术领域，尤其涉及一种直流馈线绝缘老化故障排查装置、设备和系统。

背景技术

目前，在直流接地故障后的监测排查方面已有大量研究，而对于发生在永久接地故障前的间断性接地故障方面却少有研究。由于绝缘老化的影响，直流系统在发生永久故障前，时常产生大量的间断性接地故障，而间断性接地故障的发生又伴随着暂态量的出现，并且间断性接地故障的发生次数和频率逐渐上升，恰恰现场并没有相应的专用故障排查装置，因此运行检修人员对这种间断性接地故障束手无策，所以增加了他们排查的难度，也增加了直流系统运行的风险。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的第一个目的在于提供一种直流馈线绝缘老化故障排查装置，通过该装置可有效提高电网供电可靠性，并能保证电力系统的安全稳定运行。

本实用新型的第二个目的在于提供一种故障排查设备。

本实用新型的第三个目的在于提供一种故障排查系统。

为达到上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种直流馈线绝缘老化故障排查装置，包括：

电压采集单元，与直流馈线连接，所述电压采集单元用于采集直流馈线两端的电压信号；

电流采集单元，与若干个馈线支路连接，所述电流采集单元用于采集并处理各个馈线支路的电流信号；

主机，分别与所述电压采集单元和所述电流采集单元连接，所述主机用于根据所述电压信号和处理后的电流信号判断相应的馈线支路是否存在间断性接地故障，并在判断存在间断性接地故障时，输出相应馈线支路的故障信息。

可选的，所述电压采集单元包括：

第一至第十电阻，第一电阻的第一端与所述直流馈线连接，所述第一电阻的第二端通过第二电阻与第四电阻的第一端连接，第三电阻的第一端与所述第四电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端接地；

第一放大器，所述第一放大器设有两个供电端、一个信号输入端、两个信号输出端、两个接地端和一个闲置端，其中，第一供电端通过第五电阻与供电电源连接，第二供电端与所述供电电源直接连接，所述信号输入端与所述第四电阻的第二端连接，所述闲置端和两个接地端均接地；

第一至第七电容，第一电容和第二电容的第一端均与所述第一供电端连接，所述第一电容和所述第二电容的第二端均接地，第三电容和第四电容的第一端均与所述第二供电端连接，所述第三电容和所述第四电容的第二端均接地；

第二放大器，所述第二放大器的正端通过第七电阻与所述第一放大器的第一信号输出端连接，所述第二放大器的负端通过第六电阻与所述第一放大器的第二信号输出端连接，第八电阻和第五电容的第一端均与所述第二放大器的正端连接，所述第八电阻和所述第五电容的第二端均接地，第九电阻和第六电容的第一端均与所述第二放大器的负端连接，所述第九电阻和所述第六电容的第二端均与所述第二放大器的输出端连接，所述第二放大器的输出端与第十电阻的第一端连接，所述第十电阻的第二端与第七电容的第一端连接，所述第七电容的第二端接地，其中，所述第十电阻的第二端作为所述电压采集单元的信号输出端。

可选的，所述电流采集单元包括：

若干个电流传感器，每一电流传感器与相应的馈线支路连接，每一电流传感器用于采集相应的馈线支路的电流信号；

多路信号选择子单元，与若干个所述电流传感器连接，所述多路信号选择子单元用于对各个馈线支路的电流信号进行选择；

调理子单元，与所述多路信号选择子单元连接，所述调理子单元用于对选择后的各个馈线支路的电流信号进行采样保持、交直流变换和幅值调节处理；

模数转换子单元，与所述调理子单元连接，所述模数转换子单元用于对所述调理子单元处理后的电流信号进行模数转换处理。

可选的，所述电压采集单元、所述电流采集单元和所述主机上均设置有无线通讯模块，所述电压采集单元和所述电流采集单元分别通过无线通讯模块将所述电压信号和所述电流信号发送至所述主机，所述主机通过无线通讯模块对外发送所述故障信息。

可选的，该直流馈线绝缘老化故障排查装置还包括：

显示屏，与所述主机连接，所述显示屏用于接收所述主机发送的故障信息显示指令，并显示所述故障信息。

可选的，所述第一放大器为隔离型放大器，所述第二放大器为差模信号放大器。

可选的，所述电流传感器为零磁通式霍尔电流互感器。

可选的，所述无线通讯模块为4G无线通讯模块。

为达到上述目的，本实用新型第二方面还提供了一种故障排查设备，包括上述所述的直流馈线绝缘老化故障排查装置。

为达到上述目的，本实用新型第三方面还提供了一种故障排查系统，包括远程计算机和上述所述的故障排查设备，其中，所述远程计算机与所述故障排查设备通信连接，所述远程计算机用于与所述故障排查设备进行信息交互。

本实用新型至少具有以下技术效果：

本实用新型可通过对间断性接地故障暂态量即直流馈线电压信号和电流信号的实时监测，提前对直流馈线绝缘老化状态的馈线支路进行全面排查动作，以防止产生永久性接地故障和防止产生重要设备保护误动或拒动的影响，以及产生停电事故。本实用新型具体以直流馈线为研究对象，可排查出馈线绝缘老化故障点，并发出预警信号，以及具备无线通讯排查功能，使得排查工作更具有主动意识，避免由于馈线老化加剧而造成的永久性接地故障及后续的被迫停电，进而可大大减少直流系统接地故障，对提高电网供电可靠性和保证电力系统安全稳定运行具有重要意义。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1为本实用新型一实施例提供的直流馈线绝缘老化故障排查装置的结构框图；

图2为本实用新型一实施例提供的直流馈线绝缘老化故障排查装置的工作原理图；

图3为本实用新型一实施例提供的电压采集单元的内部电路图；

图4为本实用新型一实施例提供的电流采集单元的内部工作原理图；

图5为本实用新型一实施例提供的故障排查设备的结构框图；

图6为本实用新型一实施例提供的故障排查系统的结构框图。

具体实施方式

下面详细描述本实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

承如背景技术中所述，目前，在直流接地故障后的监测排查方面已有大量研究，而对于发生在永久接地故障前的间断性接地故障方面却少有研究。由于绝缘老化的影响，直流系统在发生永久故障前，时常产生大量的间断性接地故障，而间断性接地故障的发生又伴随着暂态量的出现，并且间断性接地故障的发生次数和频率逐渐上升，恰恰现场并没有相应的专用故障排查装置，因此运行检修人员对这种间断性接地故障束手无策，所以增加了他们排查的难度，也增加了直流系统运行的风险。

为此，本实用新型针对上述问题，通过对间断性接地故障暂态量的捕捉方式，提供了一种直流馈线绝缘老化故障排查装置。该装置通过对间断性接地故障暂态量的实时监测，可提前对馈线绝缘老化状态的馈线支路进行全面排查，以防止产生永久性接地故障，产生重要设备保护误动或拒动的影响，甚至发生停电事故。本实用新型具体以直流馈线为研究对象，旨在找出馈线绝缘老化故障点，并发出预警信号，并具备无线通讯排查功能，使得排查工作更具有主动意识，避免由于馈线老化加剧而造成的永久性接地故障及后续的被迫停电。所以，本实用新型可针对直流系统间断性接地故障，及时解除故障点，从而可大大减少直流系统接地故障，对提高电网供电可靠性和保证电力系统安全稳定运行具有重要意义。

下面参考附图描述本实施例的直流馈线绝缘老化故障排查装置、设备和系统。

图1为本实用新型一实施例提供的直流馈线绝缘老化故障排查装置的结构框图。如图1所示，该直流馈线绝缘老化故障排查装置10包括：电压采集单元11、电流采集单元12和主机13。

其中，电压采集单元11与直流馈线连接，电压采集单元11用于采集直流馈线两端的电压信号；电流采集单元12与若干个馈线支路连接，电流采集单元12用于采集并处理各个馈线支路的电流信号；主机13分别与电压采集单元11和电流采集单元12连接，主机13用于根据电压信号和处理后的电流信号判断相应的馈线支路是否存在间断性接地故障，并在判断存在间断性接地故障时，输出相应馈线支路的故障信息。

具体的，如图2所示，电压采集单元11可通过其上设置的4G无线通讯模块将其所采集的电压信号传送至主机13，若干个电流采集单元12如16个CT(Current Transformer，电流互感器)可采集相应的馈线支路的电流信号，并将所采集的多路电流信号通过其上设置的4G无线通讯模块发送至主机13，由此可实现间断性接地故障暂态量特征的采集。进一步的，主机13可对电压信号和电流信号进行处理，如判断是否存在间断性数据变化，如电压信号和电流信号均存在间断性数据变化，则可判断相应的馈线支路存在间断性接地故障。在判断存在间断性接地故障后，可使得电压采集单元11、电流采集单元12和主机13一同往馈线支路负荷侧移动，以进一步检测间断性接地故障暂态量特征，并依据故障特征缩小故障查找范围，直至找到具体的间断性接地故障点，例如直至检测到某一点不存在间断性接地故障暂态量特征变化时，则可将该点判断为间断性接地故障点。

本实施例中，当主机13判断到馈线支路存在间断性接地故障时，可相应输出故障信息，并通过无线通讯模块如4G通讯模块对外发送故障信息。本实施例中，主机13还可发出故障信息显示指令，以控制其连接的显示屏如LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)显示屏显示所述故障信息。当然，在排查过程中，主机13还能与远程计算机200通过4G通讯模块进行通讯，以将电压电流数据发送至远程计算机200进行统计、显示和记录。其中，主机13还能与远程计算机200通过有线通信进行数据传输。

需要说明的是，本实施例中的电压采集单元11也可与主机13通过485串口进行通讯，以通过高速率采集数据实时监测间断性接地故障暂态量特征数据，从而能够快速有效判断间断性接地故障，使得运行检修人员能够及时进行馈线间断性接地故障排查，并依据间断性接地故障暂态量特征，移动主机13和采集设备，逐步缩小故障点排查范围，找到具体故障点。

进一步的，如图3所示，电压采集单元11可包括：第一至第十电阻R1～R10、第一至第七电容C1～C7、型号为AMC131BDWVR的第一放大器和第二放大器A1，所述第二放大器A1为差模信号放大器。

其中，第一电阻R1的第一端与直流馈线KM端连接，第一电阻R1的第二端通过第二电阻R2与第四电阻R4的第一端连接，第三电阻R3的第一端与第四电阻R4的第一端连接，第三电阻R3的第二端接地；第一放大器具有两个供电端VDD1和VDD2、一个信号输入端VIN、两个信号输出端VOUTP和VOUTN、两个接地端GND1和GND2、一个闲置端SHTDN，其中，第一供电端VDD1通过第五电阻R5与供电电源如3.3V电源连接，第二供电端VDD2与供电电源直接连接，信号输入端VIN与第四电阻R4的第二端连接，闲置端SHTDN和两个接地端GND1、GND2均接地；第一电容C1和第二电容C2的第一端均与第一供电端VDD1连接，第一电容C1和第二电容C2的第二端均接地，第三电容C3和第四电容C4的第一端均与第二供电端VDD2连接，第三电容C3和第四电容C4的第二端均接地；第二放大器A1的正端通过第七电阻R7与第一放大器的第一信号输出端VOUTP连接，第二放大器A1的负端通过第六电阻R6与第一放大器的第二信号输出端VOUTN连接，第八电阻R8和第五电容C5的第一端均与第二放大器A1的正端连接，第八电阻R8和第五电容C5的第二端均接地，第九电阻R9和第六电容C6的第一端均与第二放大器A1的负端连接，第九电阻R9和第六电容C6的第二端均与第二放大器A1的输出端连接，第二放大器A1的输出端与第十电阻R10的第一端连接，第十电阻R10的第二端与第七电容C7的第一端连接，第七电容C7的第二端接地，其中，第十电阻R10的第二端即AD-OUT端作为电压采集单元11的信号输出端。

本实施例中，电压采集单元11可设计为如图3中所示的高阻抗电路，其输入端可采用高阻值分压采集低压模拟信号，并可同时保证母线对地绝缘状态。本实施例中的第一放大器可采用高精度的AMC131BDWVR型隔离放大器，以将强电与弱电隔离，防止后端的弱电电路被高压烧坏，并且具有较高的抗磁干扰功能，以及其输出的差模信号可以抵抗一定强度的电磁和温度等干扰。本实施例中的高阻态电压采集电路即电压采集单元11可以采集精确的实时电压数据，且对直流系统影响不大，也不影响该直流馈线绝缘老化故障排查装置10的运行。

如图4所示，电流采集单元12可包括：若干个电流传感器、多路信号选择子单元、调理子单元和模数转换子单元。

其中，每一电流传感器与相应的馈线支路连接，每一电流传感器用于采集相应的馈线支路的电流信号；多路信号选择子单元与若干个电流传感器连接，多路信号选择子单元用于对各个馈线支路的电流信号进行选择；调理子单元与多路信号选择子单元连接，调理子单元用于对选择后的各个馈线支路的电流信号进行采样保持、交直流变换和幅值调节处理；模数转换子单元与调理子单元连接，模数转换子单元用于对调理子单元处理后的电流信号进行模数转换处理。

本实施例中，电流传感器可为零磁通式霍尔电流互感器，其可将复杂信号通过磁感应隔离转换，使转换后的信号能够直接被采集，本实施例中的电流传感器具有响应速度快、测量精度高等特点，在连续通电的情况下，可以使用它来确定故障馈线分支。

具体的，多路信号选择子单元如多路选择开关可完成多路支路电流信号的输入选择，然后通过调理子单元对所选择的电流信号进行处理。例如，调理子单元可将采集到的电流信号转换成AD转换器(模数转换器)可以接收的模拟信号，如对电流信号进行采样保持、交直流变换和幅值调节处理。在对电流信号进行模数转换后，可将模数转换后的信号通过4G通讯模块发送至主机13进行处理。电流数据处理完成后，可再通过主机13将处理后的数据发送至远程计算机200进行数据整合统计。

进一步的，本实用新型还提供了一种故障排查设备。如图5所示，该故障排查设备100包括上述的直流馈线绝缘老化故障排查装置10。

进一步的，本实用新型还提供了一种故障排查系统。如图6所示，该故障排查系统1000包括上述的故障排查设备100和远程计算机200，其中，远程计算机200与所述故障排查设备100通信连接，所述远程计算机200用于与所述故障排查设备进行信息交互，如对故障排查设备100发送的数据进行整合统计并存储，以及远程发送控制指令对主机13进行主动控制。

综上所述，本实用新型可通过对间断性接地故障暂态量即直流馈线电压信号和电流信号的实时监测，提前对直流馈线绝缘老化状态的馈线支路进行全面排查动作，以防止产生永久性接地故障和防止产生重要设备保护误动或拒动的影响，以及产生停电事故。本实用新型具体以直流馈线为研究对象，可排查出馈线绝缘老化故障点，并发出预警信号，以及该装置具备无线通讯排查功能，使得排查工作更具有主动意识，避免由于馈线老化加剧而造成的永久性接地故障及后续的被迫停电，进而可大大减少直流系统接地故障，对提高电网供电可靠性和保证电力系统安全稳定运行具有重要意义。

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。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种直流馈线绝缘老化故障排查装置，其特征在于，包括：

电压采集单元，与直流馈线连接，所述电压采集单元用于采集直流馈线两端的电压信号；

电流采集单元，与若干个馈线支路连接，所述电流采集单元用于采集并处理各个馈线支路的电流信号；

主机，分别与所述电压采集单元和所述电流采集单元连接，所述主机用于根据所述电压信号和处理后的电流信号判断相应的馈线支路是否存在间断性接地故障，并在判断存在间断性接地故障时，输出相应馈线支路的故障信息。

2.如权利要求1所述的直流馈线绝缘老化故障排查装置，其特征在于，所述电压采集单元包括：

第一至第十电阻，第一电阻的第一端与所述直流馈线连接，所述第一电阻的第二端通过第二电阻与第四电阻的第一端连接，第三电阻的第一端与所述第四电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端接地；

第一放大器，所述第一放大器设有两个供电端、一个信号输入端、两个信号输出端、两个接地端和一个闲置端，其中，第一供电端通过第五电阻与供电电源连接，第二供电端与所述供电电源直接连接，所述信号输入端与所述第四电阻的第二端连接，所述闲置端和两个接地端均接地；

第一至第七电容，第一电容和第二电容的第一端均与所述第一供电端连接，所述第一电容和所述第二电容的第二端均接地，第三电容和第四电容的第一端均与所述第二供电端连接，所述第三电容和所述第四电容的第二端均接地；

第二放大器，所述第二放大器的正端通过第七电阻与所述第一放大器的第一信号输出端连接，所述第二放大器的负端通过第六电阻与所述第一放大器的第二信号输出端连接，第八电阻和第五电容的第一端均与所述第二放大器的正端连接，所述第八电阻和所述第五电容的第二端均接地，第九电阻和第六电容的第一端均与所述第二放大器的负端连接，所述第九电阻和所述第六电容的第二端均与所述第二放大器的输出端连接，所述第二放大器的输出端与第十电阻的第一端连接，所述第十电阻的第二端与第七电容的第一端连接，所述第七电容的第二端接地，其中，所述第十电阻的第二端作为所述电压采集单元的信号输出端。

3.如权利要求2所述的直流馈线绝缘老化故障排查装置，其特征在于，所述电流采集单元包括：

若干个电流传感器，每一电流传感器与相应的馈线支路连接，每一电流传感器用于采集相应的馈线支路的电流信号；

多路信号选择子单元，与若干个所述电流传感器连接，所述多路信号选择子单元用于对各个馈线支路的电流信号进行选择；

调理子单元，与所述多路信号选择子单元连接，所述调理子单元用于对选择后的各个馈线支路的电流信号进行采样保持、交直流变换和幅值调节处理；

模数转换子单元，与所述调理子单元连接，所述模数转换子单元用于对所述调理子单元处理后的电流信号进行模数转换处理。

4.如权利要求1所述的直流馈线绝缘老化故障排查装置，其特征在于，所述电压采集单元、所述电流采集单元和所述主机上均设置有无线通讯模块，所述电压采集单元和所述电流采集单元分别通过无线通讯模块将所述电压信号和所述电流信号发送至所述主机，所述主机通过无线通讯模块对外发送所述故障信息。

5.如权利要求1所述的直流馈线绝缘老化故障排查装置，其特征在于，还包括：

显示屏，与所述主机连接，所述显示屏用于接收所述主机发送的故障信息显示指令，并显示所述故障信息。

6.如权利要求2所述的直流馈线绝缘老化故障排查装置，其特征在于，所述第一放大器为隔离型放大器，所述第二放大器为差模信号放大器。

7.如权利要求3所述的直流馈线绝缘老化故障排查装置，其特征在于，所述电流传感器为零磁通式霍尔电流互感器。

8.如权利要求4所述的直流馈线绝缘老化故障排查装置，其特征在于，所述无线通讯模块为4G无线通讯模块。

9.一种故障排查设备，其特征在于，包括：如权利要求1-8中任一项所述的直流馈线绝缘老化故障排查装置。

10.一种故障排查系统，其特征在于，包括：远程计算机和如权利要求9中所述的故障排查设备，其中，所述远程计算机与所述故障排查设备通信连接，所述远程计算机用于与所述故障排查设备进行信息交互。

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