CN220207748U - 高压直流输电系统用接地电阻监测系统 - Google Patents

Abstract

高压直流输电系统用接地电阻监测系统，所述系统用于监测待测电阻，待测电阻一端连接母线，另外一端接地；系统包括处理器、上位机和显示模块，处理器上连接有温度检测模块和电流检测模块；温度检测模块包括温度传感器；电流检测模块包括电流互感器，温度传感器和电流互感器分别将采集到的温度信号和电流信号传输到处理器，处理器的信号输出端连接显示模块，同时，处理器将接收到的信号IEC61850协议传输给上位机。本实用新型所述的系统把接地电阻器纳入后台监控范围，大大提高了变电站运行的安全系数，实现对电阻器的温度、电流动态监测，功耗低，监测结果可以远程在上位机上进行查看，实现方便，使用效果好。

Description

高压直流输电系统用接地电阻监测系统

技术领域

本实用新型属于高压直流输电系统技术领域，尤其涉及一种高压直流输电系统用接地电阻监测系统。

背景技术

高压直流输电系统中的接地电阻是电流由接地装置流入大地再经大地流向另一接地体或向远处扩散所遇到的电阻。接地电阻值体现电气装置与"地"接触的良好程度和反映接地网的规模。

高压直流输电系统的载体是电缆，当电缆护层绝缘发生损伤时，金属护套多点接地产生护层循环电流，会增加金属护套的损耗，从而影响电缆的载流能力，严重时甚至使电缆严重发热而烧毁。此外，如果接地点由于各种原因不能有效接地，那么电缆金属护套的电位就会急剧升到几千伏甚至上万伏，也很容易把电缆外护套击穿并在击穿点持续放电，造成电缆外护套温度升高甚至着火燃烧。

总之，无论是短线路还是长线路，都需要保证高压电缆线路具有良好的绝缘性和接地点有效接地，否则就会影响电缆的载流能力，最终导致电缆发热甚至着火。因此，电缆的载流能力的在线监测对整个输变电的安全起着十分重要的作用。

传统的电缆监测只能反映出电缆的电流曲线，需要依靠工作人员来分析判断，而当发生电缆故障时，尤其是处于地下隧道等相对复杂的电力电缆，事态发展太快，若依靠工作人员来分析监测，效率低下，无法快速排除问题和进行维修。

为解决以上技术问题，公开号为：CN116381379A的申请公开了一种基于运行电流和接地环流的高压电缆在线监测方法及装置。其记载：该装置包括相互连接的电流互感模块和电流综合采集处理模块：电流互感模块，包括至少一个第一电流互感器和至少一个第二电流互感器；且所述第一电流互感器的量程比第二电流互感器的量程大；所述第一电流互感器设置于电缆线芯上，用于测量所述电缆线芯的运行电流；所述第二电流互感器设置于电缆护层的接地线上，用于测量所述电缆护层的接地环流；电流综合采集处理模块，包括信号处理单元，以及与所述信号处理单元连接的电流信号输入单元、时间同步单元和通讯单元。

该方案可以实现电缆接地电流的在线监测，其依然存在以下问题：1、只监测电缆的接地电流，无法对电缆的温度进行实时的监测；在电缆工作的过程中，如果电流监测系统发生故障，将无法得知电缆接地状况；2、数据传输到后台，后台需要对数据进行转换，因高压直流输电系统往往使用的数据格式与传统处理器的不同，故只有后台对数据进行了转换，才可以进行后续的监控。后台对接收到的数据进行格式的转换，无疑增加了后台的数据处理量，降低了后台的运行速度，影响高压数据系统的实时性。

发明内容

本实用新型旨在提供一种结构简单、使用效果好的高压直流输电系统用接地电阻监测系统。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了如下的技术方案：

高压直流输电系统用接地电阻监测系统，所述系统用于监测待测电阻，待测电阻一端连接母线，另外一端接地；本系统包括处理器、上位机和显示模块，处理器上连接有温度检测模块和电流检测模块；温度检测模块包括温度传感器；电流检测模块包括电流互感器，温度传感器和电流互感器分别将采集到的温度信号和电流信号传输到处理器，处理器的信号输出端连接显示模块，同时，处理器将接收到的信号IEC61850协议传输给上位机。

温度传感器设置于第一壳体内，第一壳体材质为不锈钢；温度传感器与处理器通过串口通讯；电流检测模块还包括电流处理电路，电流互感器连接电流处理电路，电流处理电路的信号输出端连接处理器的信号输入针脚。

第一壳体内设有直流电源，直流电源为温度传感器供电；直流电源和温度传感器之间连接有开关电路；

开关电路包括场效应管、三极管、第一限流电阻、第二限流电阻和第三限流电阻；直流电源连接场效应管的D极；同时，直流电源通过第一限流电阻连接场效应管的G极，场效应管的S极连接温度传感器的电源端；同时，第一限流电阻还通过第二限流电阻连接三极管的集电极；三极管的基极通过第三限流电阻连接处理器的信号输出端；三极管的发射极接地。

处理器上连接有转换网关；处理器与转换网关串行通讯。

母线上连接有接地变压器，接地变压器的二次侧上连接接地线；接地线上依次串联有单极隔离开关、待测电阻；电流互感器的一次侧套在接地线上。

电流处理电路包括第一电阻、第一运算放大器、第二运算放大器和第三运算放大器；

电流互感器的二次侧通过第一电阻连接第一运算放大器的同相输入端和第二运算放大器的同相输入端，第一运算放大器的反相输入端接地；

第一运算放大器的输出端上连接有第一二极管的正极，第一二极管的负极连接第三运算放大器的同相输入端；

第二运算放大器的反相输入端上连接有第三二极管的正极，第三二极管的负极连接第四二极管的正极，第四二极管的负极连接第三运算放大器的同相输入端；

第三运算放大器的反相输入端连接第三运算放大器的输出端，第三运算放大器的输出端连接处理器的信号输入针脚。

第一电阻的第一端连接电流互感器的二次侧，第一电阻的第二端通过并联的第二电阻和TVS双向二极管接地；同时，第一电阻的第二端连接第一运算放大器的同相输入端和第二运算放大器的同相输入端。

第一电阻的第二端上连接有串联的电容和第三电阻，第一运算放大器的同相输入端与第三电阻相连；第二运算放大器的同相输入端与电容的第二端相连。

第一运算放大器的同相输入端和输出端之间连接有第二二极管；第一运算放大器的同相输入端还通过第六电阻连接第一二极管的负极。

第二运算放大器的反相输入端还通过第四电阻连接第四二极管的负极；第三运算放大器的输出端通过第五电阻和第一滤波电容接地。

通过以上技术方案，本实用新型的技术效果如下：1、本实用新型所述的系统用接地电阻监测系统把接地电阻器也纳入后台监控范围，大大提高了变电站运行的安全系数，实现对电阻器的温度、电流动态监测，功耗低，监测结果可以远程在工控机上进行查看，实现方便，使用效果好；在监测电流的同时，也对电缆温度进行了监测，因接地电流过大时，电缆温度往往会上升，温度和电流同时监测，可以有效保证其中一个发生故障时，另外一个依然可以进行电缆状态的监测；2、在第一壳体内设置开关电路，从而定时决定温度传感器是否通电，避免数据采集量过大造成的处理器运行速度过慢的问题，也降低了系统功耗；3、设置的电流处理电路可以对电流互感器采集过来的电流信号进行处理，稳定性高，精度高，运行可靠；4、设置的温度传感器与处理器通过串口通讯，数据传输速度快，同时，非接触式测量可以有效提高设备使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型方框图；

图2为待测电阻和母线连接电路原理图；

图3为电流处理电路原理图；

图4为开关电路原理图；

图5为PLC控制器电路原理图。

具体实施方式

高压直流输电系统用接地电阻监测系统，本系统用于监测待测电阻R上流过的电流和待测电阻R的温度，在输电系统中，待测电阻R一端连接母线，另外一端接地。当待测电阻R上流过的电流突然变大时，几百安甚至上千安时；或者是待测电阻R的温度突然升高时，说明电缆接地发生了故障，需要进行维护。

如图1所示，本监测系统包括处理器、上位机和显示模块，在处理器上连接有温度检测模块和电流检测模块。

工作的时候，温度检测模块和电流检测模块分别将采集到的温度信号和电流信号传输到处理器，处理器将接收到的信号在显示模块上进行显示；同时，处理器还会将接收到的信号传输到上位机，实现远程监控。

本实施例中，处理器选用可以选用型号为S7200的，生产厂家为西门子的PLC控制器U1。

如图3～5所示，温度检测模块包括温度传感器U2，同时，本温度传感器U2选用无线红外温度传感器U2，不需要与待测物体接触就可以检测到待测物体的温度。本实施例中，温度传感器U2选用格林仪表，型号为ABSD-01A的红外温度传感器U2，该红外温度传感器U2可以进行RS485通讯，与PLC控制器U1在通讯时更加稳定。

本实施例中，温度传感器U3设置于第一壳体内，且其探头1CQ1位于壳体外，从而可以实现温度的采集，第一壳体材质为不锈钢。

为保证温度传感器的正常工作，在第一壳体内设有直流电源，直流电源为蓄电池，直流电源为温度传感器U3供电；直流电源和温度传感器U3之间连接有开关电路。

开关电路包括场效应管Q2、三极管Q1、第一限流电阻R6、第二限流电阻R7和第三限流电阻R8；直流电源连接场效应管Q2的D极；同时，直流电源通过第一限流电阻R6连接场效应管Q2的G极，场效应管Q2的S极连接温度传感器U3的电源端；同时，第一限流电阻R6还通过第二限流电阻R7连接三极管Q1的集电极；三极管Q1的基极通过第三限流电阻R8连接PLC控制器U1的信号输出端(通道1)；三极管Q1的发射极接地。

当电流检测模块长时间检测不到接地电流时，PLC控制器U1输出开关量到开关电路，使得三极管的基极得电，三极管基极得电后，场效应管开启，直流电源可以为温度传感器供电。

通过开关电路，控制温度传感器U3是否通电，利用此方法降低能耗，避免蓄电池内的电量消耗过快，同时，也可以降低PLC控制器U1接收到的温度信号的数量，降低了数据处理量。

当接地电流长时间没有监测到时，PLC控制器U1输出信号使得开关电路开启，从而避免因电流检测模块发生故障而发生电缆接地不可靠无法察觉的问题。

温度传感器U3(针脚A，B)与PLC控制器U1(针脚3，8)通过串口通讯，从而温度传感器U3将采集到的温度信号传输到PLC控制器U1。

电流检测模块用于检测待测电阻R上通过的电流，其包括电流互感器CT，本实施例中，电流互感器CT的变比1000：1。

为了使得电流检测模块工作起来更加稳定，如图2所示，对于电流互感器CT与待测电阻R的连接进行了如下规定：母线上连接有接地变压器B，接地变压器B的二次侧上依次连接有串联连接的单极隔离开关G、待测电阻R和电流互感器CT的一次侧。

通过接地变压器B和单极隔离开关G可以保证电流互感器CT工作过程中的稳定性，避免出现被击穿的情况，有效确保了本系统的正常运行。

电流互感器CT的二次侧上连接有电流处理电路，电流处理电路的信号输出端连接PLC控制器U1的输入针脚(通道0)，从而将采集到的电流信号传输到PLC控制器U1。本实施例中，电流处理电路处理后的模拟量，而PLC控制器U1的通道0可以接收模拟量，将模拟量转换为数字量，供PLC控制器U1后续处理。

电流互感器CT将采集过来的电流信号传输到电流处理电路进行处理，其中，电流处理电路包括第一电阻R1、第一运算放大器U1A、第二运算放大器U1B和第三运算放大器U2。

第一电阻R1的第一端连接电流互感器CT的二次侧，第一电阻R1的第二端通过并联的第二电阻R2和TVS双向二极管D1接地；同时，第一电阻R1的第二端上连接有串联的电容和第三电阻R3，第一运算放大器U1A的同相输入端与第三电阻R3相连。

第一运算放大器U1A的同相输入端和输出端之间连接有第二二极管D3；第一运算放大器U1A的同相输入端还通过第六电阻连接第一二极管D2的负极。

第一运算放大器U1A的反相输入端接地；第一运算放大器U1A的输出端上连接有第一二极管D2的正极，第一二极管D2的负极连接第三运算放大器U2的同相输入端。

第二运算放大器U1B的同相输入端与电容的第二端相连，第二运算放大器U1B的反相输入端上连接有第三二极管D4的正极，第三二极管D4的负极连接第四二极管D5的正极，第四二极管D5的负极连接第三运算放大器U2的同相输入端，第二运算放大器U1B的反相输入端还通过第四电阻R4连接第四二极管D5的负极。同时，第三运算放大器U2的反相输入端连接第三运算放大器U2的输出端。

为了对信号进行滤波，第三运算放大器U2的输出端通过第五电阻R5和第一滤波电容C1接地。

第三运算放大器U2的输出端连接PLC控制器U1的信号输入针脚(通道0)。

PLC控制器U1接收采集到的温度信号和电流信号，同时，在PLC控制器U1的信号输出端上连接显示模块，显示模块用于实现数据的显示。

本实施例中显示模块为：型号为CLD-S7200，生产厂家为驷骏精密的LED显示屏U2。其中，LED显示屏U2(针脚RXD，TXD)与PLC控制器U1(针脚3,8)通过RS485总线通讯，从而PLC控制器U1将接收到的电流信号和温度信号在LED显示屏U2上进行显示。

PLC控制器U1将接收到的信号IEC61850协议传输给上位机，由于此系统应用在高压输电系统中，高压输电系统中往往使用IEC61850协议。

故，为了方便信号的接收，本实施例中PLC控制器U1也会将输出的信号进行转换，将信号以IEC61850协议传输到上位机，上位机接收后可以直接处理。

实现方式为：在PLC控制器U1上连接有转换网关U4，型号为：WK-E-L1R2，生产厂家为：维智控(WECONFIG)。PLC控制器U1通过串口(针脚3,8)与转换网关U4(针脚485A1，485B1)相连，转换网关U4的网口连接光纤，光纤将信号传输到上位机。通过转换网关U4可以将通讯协议转换成IEC61850，方便电力系统的使用。

工作过程为：本系统通过温度传感器U3、电流互感器CT分别采集中性点零序电流和待测电阻R温度等数据，处理器将结果在LCD显示屏上进行实时显示，供运行人员查看和使用。

本实用新型所述的高压直流输电系统用接地电阻监测系统把接地电阻器纳入后台监控范围，大大提高了变电站运行的安全系数，实现对电阻器的温度、电流动态监测，功耗低，监测结果可以远程在上位机上进行查看，实现方便，使用效果好。

Claims (10)

1.高压直流输电系统用接地电阻监测系统，所述系统用于监测待测电阻，待测电阻一端连接母线，另外一端接地；其特征在于：本系统包括处理器、上位机和显示模块，处理器上连接有温度检测模块和电流检测模块；温度检测模块包括温度传感器；电流检测模块包括电流互感器，温度传感器和电流互感器分别将采集到的温度信号和电流信号传输到处理器，处理器的信号输出端连接显示模块，同时，处理器将接收到的信号IEC61850协议传输给上位机。

2.如权利要求1所述的高压直流输电系统用接地电阻监测系统，其特征在于：温度传感器设置于第一壳体内，第一壳体材质为不锈钢；温度传感器与处理器通过串口通讯；电流检测模块还包括电流处理电路，电流互感器连接电流处理电路，电流处理电路的信号输出端连接处理器的信号输入针脚。

3.如权利要求2所述的高压直流输电系统用接地电阻监测系统，其特征在于：第一壳体内设有直流电源，直流电源为温度传感器供电；直流电源和温度传感器之间连接有开关电路；

开关电路包括场效应管、三极管、第一限流电阻、第二限流电阻和第三限流电阻；直流电源连接场效应管的D极；同时，直流电源通过第一限流电阻连接场效应管的G极，场效应管的S极连接温度传感器的电源端；同时，第一限流电阻还通过第二限流电阻连接三极管的集电极；三极管的基极通过第三限流电阻连接处理器的信号输出端；三极管的发射极接地。

4.如权利要求3所述的高压直流输电系统用接地电阻监测系统，其特征在于：处理器上连接有转换网关；处理器与转换网关串行通讯。

5.如权利要求4所述的高压直流输电系统用接地电阻监测系统，其特征在于：母线上连接有接地变压器，接地变压器的二次侧上连接接地线；接地线上依次串联有单极隔离开关、待测电阻；电流互感器的一次侧套在接地线上。

6.如权利要求2至5任意一项所述的高压直流输电系统用接地电阻监测系统，其特征在于：电流处理电路包括第一电阻、第一运算放大器、第二运算放大器和第三运算放大器；

电流互感器的二次侧通过第一电阻连接第一运算放大器的同相输入端和第二运算放大器的同相输入端，第一运算放大器的反相输入端接地；

第一运算放大器的输出端上连接有第一二极管的正极，第一二极管的负极连接第三运算放大器的同相输入端；

第二运算放大器的反相输入端上连接有第三二极管的正极，第三二极管的负极连接第四二极管的正极，第四二极管的负极连接第三运算放大器的同相输入端；

第三运算放大器的反相输入端连接第三运算放大器的输出端，第三运算放大器的输出端连接处理器的信号输入针脚。

7.如权利要求6所述的高压直流输电系统用接地电阻监测系统，其特征在于：第一电阻的第一端连接电流互感器的二次侧，第一电阻的第二端通过并联的第二电阻和TVS双向二极管接地；同时，第一电阻的第二端连接第一运算放大器的同相输入端和第二运算放大器的同相输入端。

8.如权利要求7所述的高压直流输电系统用接地电阻监测系统，其特征在于：第一电阻的第二端上连接有串联的电容和第三电阻，第一运算放大器的同相输入端与第三电阻相连；第二运算放大器的同相输入端与电容的第二端相连。

9.如权利要求8所述的高压直流输电系统用接地电阻监测系统，其特征在于：第一运算放大器的同相输入端和输出端之间连接有第二二极管；第一运算放大器的同相输入端还通过第六电阻连接第一二极管的负极。

10.如权利要求9所述的高压直流输电系统用接地电阻监测系统，其特征在于：第二运算放大器的反相输入端还通过第四电阻连接第四二极管的负极；第三运算放大器的输出端通过第五电阻和第一滤波电容接地。