CN2228236Y

CN2228236Y - 直流系统绝缘故障在线监测报警及故障点定位装置

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Publication number: CN2228236Y
Application number: CN 94248719
Authority: CN
Inventors: 戴祖明
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-12-31
Filing date: 1994-12-31
Publication date: 1996-05-29
Anticipated expiration: 2004-12-31

Abstract

一种直流系统绝缘故障在线监测报警及故障点定位装置，由结构相互分立的监测报警仪和故障点定位仪组成。监测报警仪包括信号发生器G₁、故障信号检测器I、绝缘电阻值指示表，母线电压监视器和报警器。故障点定位仪包括信号发生器G₂、零相位判别器、故障信号检测器II和故障信号指示器。监测报警仪与故障点定位仪的连接方式为便于拆卸式。该装置功能齐全、结构简单、体积小、重量轻，对接地故障点的检测准确率可达100％。

Description

直流系统绝缘故障在线监测报警及故障点定位装置

本实用新型涉及一种对直流系统正负电极对地绝缘电阻故障进行监测报警及确定位置的装置。

目前，电力系统使用的“直流绝缘监察装置”有三种型号：ZYJ-I型、ZJJ-1A型、JJJ-1型，它们的结构原理相同，均以直流电桥平衡原理设计，因此不可避免地存在以下不足：1、监测灵敏度低，当正负电极对地绝缘电阻R⁺、R^-同时等量降低时，不能发出报警信号；2、不能直接进行正负电极对地绝缘电阻R⁺、R^-的阻值测量；3、不能在线检测绝缘故障点，故障点的查找只能通过瞬间断开部分直流负荷、逐步缩小查找范围的方法来确定，从而致使电力系统的安全受到威胁。

“JDD5131型直流系统接地自动检测仪”是近年来出现的一种监测装置，其结构特点是在各直流负荷支路安装电流互感器，用巡检方式检测信号源向各支路提供的电流来确定直流负荷支路是否存在绝缘故障。此种检测仪虽然能够实现正负电极对地绝缘电阻R⁺、R^-同时等量降低的故障报警，但不能对直流负荷支路主母线对地绝缘故障进行监测，不能对绝缘电阻值进行测量，不能在线检测绝缘故障点，且监测灵敏度随被监测的绝缘电阻R⁺、R^-差值的增大而急剧下降，体积大、价格高。

“WDX微机直流系统绝缘在线监测及接地点定位装置”近年来出现的又一种监测装置，由主机和辅机组成，主机的功能是故障在线监测和报警，辅机的功能与主机相配合确定故障点的位置，其结构特点是设置了两个不同频率的交流信号源，上述交流信号源产生的两个交流信号同时注入被监测直流系统的正负母线，主机和辅机中各设置了一套微机，利用微机对两个交流信号的频率，幅值的比值进行计算，比较从而实现监测报警和确定故障点位置。此种装置虽然既能在线监测报警又能在线测绝缘故障点，且监测灵敏度高，但技术复杂、价格昂贵、体积大，不便于现场使用。

本实用新型的目的在于克服已有技术的不足，提供一种结构简单、便于携带的直流系统故障在线监测报警及故障点定位装置，此种装置不仅能对直流供电系统发生的绝缘电阻降低故障和直流系统母线电压异常升高或降低故障准确、可靠报警，直接指示出直流系统正负电极对地绝缘电阻值，而且能在不断开任何直流负荷的情况下在线测定绝缘故障点。

本实用新型的目的是这样实现的：将该装置设计成结构相互分立的监测报警仪和故障点定位仪。监测报警仪具有绝缘电阻故障报警、绝缘电阻在线测量、母线电压异常报警三种功能，其结构包括外壳、电源稳压器、绝缘电阻值指示表、安装在外壳内的电路板。电路板上装焊有信号发生器G₁、故障信号检测器I、报警器、母线电压监视器和延时器。故障信号检测器I的输入端接信号发生器G₁的输出端，其输出端分别接直流系统正负母线及绝缘电阻值指示表和报警器，工作时信号发生器G₁产生的信号注入到直流系统正负母线上，故障信号检测器I将线路上流过绝缘电阻的电流进行检测、计算得到绝缘电阻值，若此值小于所设定的额定值即意味着绝缘电阻发生故障，从而输出检测信号至报警器报警。母线电压监视器的输入端分别接直流系统的正、负母线，母线电压出现异常时即输出检测信号经延时器至报警器报警。故障点定位仪与监测报警仪相配合可实现绝缘故障点在线检测，其结构包括盒体、故障信号指示器、盒体内安装的直流电源和电路板。电路板上装焊有信号发生器G₂、移相器、零相位判别器、继电器和故障信号检测器II。信号发生器G₂与信号发生器G₁产生的信号频率相同，G₂的输出端接移相器的输入端；移相器的输出端接零相位判别器和故障信号检测器II，故障信号检测器II的输出端接故障信号指示器。故障点定位仪要实现绝缘故障点在线检测必须使其信号发生器G₂产生的信号与信号发生器G₁产生的信号同相位，因此在工作前必须校核和调整G₂所产生的信号的相位，体现在结构上，则是设置导线L₁L₂和相应的插座、插头，使监测报警仪的故障信号检测器I与故障点定位仪的零相位判别器形成便于拆卸或连接。校核相位时，用导线L₁L₂连接监测报警仪与故障点定位仪，并通过移相器调整，使两信号发生器产生的信号同相位；校核完毕后，去掉导线L₁L₂，故障点定位仪则可方便地带到现场检测。工作时，故障信号检测器II将现场接收到的信号和G₂产生的信号进行运算后即可在故障信号指示器上显示出被测功率p，从而同接地检测出流过故障支路的有功电流I_k，依靠其确定绝缘故障点。

为了更好地实现发明目的，故障信号检测器I和故障信号检测器II最好采用以下结构：

1、故障信号检测器I由电流转换器CT₁和CT₂、隔直电容C₁C₂C₃C₄、限流电阻R₁R₂、基准变压器B₁B₂及两个结构相同的线性整流器、鉴相器、除法器和绝缘电阻报警值整定器组成。故障信号检测器I需接收的信号经电流转换器CT₁和CT₂的一次线圈W₁、隔直电容C₁C₂、限流电阻R₁R₂注入到直流系统的正负母线上；基准变压器B₁B₂的输出端4分别接鉴相器I和鉴相器II的输入端，它们的输入端1分别经隔直电容C₃和C₄接于隔直电容C₂与限流电阻R₂、隔直电容C₁和限流电阻R₁的连接点上，它们的输入端2和输出端3接地；电流转换器CT₁和CT₂的二次线圈W₂的两端分别接鉴相器I和鉴相器II的输入端，鉴相器I和II的输出端分别接绝缘电阻报警值整定器(+)和(-)的输入端，绝缘电阻报警值整定器(+)和(-)的输出端接报警器；线性整流器I和线性整流器II的输入端分别接基准变压器B₁B₂的输入端1，它们的输出端分别接除法器I和II的输入端，除法器I和II的输出端接绝缘电阻值指示表。

2、故障信号检测器II由电流转换器CT₃、放大器、带通滤波器、乘法器、倍频滤波器组成。电流转换器CT₃的二次线圈W₂的两端接放大器的输入端，放大器、带通滤波器、乘法器、倍频滤波器依次相连；倍频滤波器的输出端接故障信号指示器，乘法器的输入端接移相器的输出端。

本实用新型的具体结构由以下的实施例及其附图给出。

图1是本实用新型所提供的直流系统绝缘故障在线监测报警及故障点定位装置的电路方框图；

图2是直流系统绝缘故障在线监测报警及故障点定位装置中的故障信号检测器I和故障信号检测器II的一种电路方框图，该图还表示出故障信号检测器I和II与其它电路的联接关系；

图3是故障信号检测器I的一种电原理图；

图4是母线电压监视器和延时器的一种电原理图；

图5是信号发生器G₁和G₂的一种电原理图；

图6是移相器、零相位判别器、故障信号检测器II和故障信号指示器的一种电原理图；

图7是报警器的一种电原理图。

下面结合附图说明本实用新型的一种具体结构。

实施例：

本实施例的总体结构如图1所示，由结构相互分立的监测报警仪和故障点定位仪组成，它们之间通过导线L₁、L₂实现便于拆卸式连接。监测报警仪包括外壳、电源稳压器、绝缘电阻值指示表和安装在外壳内的电路板，电路板上焊装有信号发生器G₁、故障信号检测器I、报警器、母线电压监视器和延时器。故障点定位仪包括盒体、故障信号指示器、盒体内安装的直流电源和电路板，电路板上焊装有信号发生器G₂、移相器、零相位判别器、继电器和故障信号检测器II。

故障信号检测器I和II的总体结构如图2所示。故障信号检测器I由电流转换器CT₁和CT₂、隔直电容C₁C₂C₃C₄、限流电阻R₁R₂、基准变压器B₁B₂及两个结构相同的线性整流器、鉴相器、除法器和绝缘电阻报警值整定器组成。故障信号检测器II由电流转换器CT₂X、放大器、带通滤波器、乘法器、倍频滤波器组成。

信号发生器G₁、G₂的具体结构如图5所示，包括文氏正弦波电路和自动稳幅电路，文氏正弦波电路由集成运算放大器IC₉(型号为μA741)及其外围电阻R₃₄R₃₅、电位器RW₂、电容C₁₂C₁₃组成，自动稳幅电路由场效应管BG₃、电阻R₃₁R₃₂R₃₃、电容C₁₁C₂₂和二极管D₈组成。同时调节R₃₅、R₃₆的阻值，可改变输出频率，调节RW₂可改变输出幅度。

鉴相器的具体结构如图3所示，包括能够分离出信号发生器G₁所输出电流中的有功电流的平衡式鉴相电路和数据放大器IC₁(型号为ZF605)及其外围电阻R₇R₈、电位器RW₁。平衡式鉴相电路由电阻R₃R₄R₅R₆、二极管D₁D₂、电容C₅C₆组成，R₃＝R₄，R₅＝R₆，C₅＝C₆，D₁与D₂特性一致，R₃与R₄、R₅与R₆、C₅与C₆串联后均并联在数据放大器IC₁的两个输入端，D₁与D₂分别联接在数据放大器IC₁的两个输入端、并位于R₃与R₅、R₄与R₆之同。平衡式鉴相电路的基准电压V_A-d由基准变压器B₁耦合获得，输出端差动电压V_MN经数据放大器IC₁放大、并把双端输入变为单端输出。

除法器的具体结构如图3所示，由集成模拟乘法器KM(型号为MC1595)、集成运算放大器IC₃(型号为μA741)及其外围电阻R₉R₁₀R₁₁组成。设计制作时取R₉＝R₁₀，R₉R₁₀串联在集成模拟乘法器KM的输出端，集成运算放大器IC₃的负输入端连接在R₉、R₁₀之间，R₁₁的一端接地，另一端与集成运算放大器IC₃的正输入端相联，集成运算放大器IC₃的输出端接集成模拟乘法器KM的输入端。

线性整流器的具体结构如图3所示，由集成运算放大器IC₂(型号为μA741)和电阻R₅₄R₅₅、电容C₇C₇′、二极管D₃D₄组成。

绝缘电阻报警值整定器的具体结构如图3所示，由集成运算放大器IC₄(型号μA741)和电阻R₁₂、可变电阻R₁₃组成。

母线电压监视器和延时器的具体结构如图4所示。母线电压监视器包括母线电压异常升高判别电路和异常降低判别电路。母线电压异常升高判别电路由集成运算放大器IC₅(型号为LM339)和电阻R₁₅R₁₆R₁₇R₁₈R₁₉组成；母线电压异常降低判别电路由集成运算放大器IC₆(型号为μA741)和电阻R₂₃R₂₄R₂₅R₂₆R₂₇组成。延时器同样包括两套电路，一套由集成运算放大器IC₇(型号为μA741)、电阻R₂₀R₂₁R₂₂、电容C₉、光电耦合器BG₁、继电器1J和2极管D₆组成，一套由集成运算放大器IC₈(型号为μA741)、电阻R₂₈R₂₉R₃₀、电容C₁₀、光电耦合器BG₂、继电器2J和二极管D₇组成。

报警器的集成结构如图7所示，包括集成运算放大器IC₁₆(型号为μA741)、电阻R₅₅R₅₆R₅₇R₅₈R₅₉、电容C₂₁组成的对称方波信号发生电路，压电蜂鸣器FM和发光二极管D₁₁D₁₂D₁₃D₁₄。

移相器的具体结构如图6所示，由集成运算放大器IC₁₀(型号为μA741)和电阻R₃₇R₃₈、电位器RW₃和电容C₁₄组成。

零相位判别器的具体结构如图6所示，由集成电路IC₁₁(型号为FXOP-09)、电阻R₃₉R₄₀R₄₁R₄₂R₄₃R₄₄R₄₅R₄₆、电容C₁₅C₁₆C₁₇、二极管D₉D₁₀、稳压二极管DW₂、开关晶体三极管BG₄、发光二极管D₁₅组成。

放大器的具体结构如图6所示，由集成运算放大器IC₁₂(型号为μA741)和电阻R₄₇R₄₈R₄₉R₅₀、电容C₂₃组成。

带通滤波器的具体结构如图6所示，由集成运算放大器IC₁₃(型号为μA741)、电阻R₅₀R₅₁R₅₂R₅₃、电容C₁₈C₁₉组成。

乘法器的具体结构如图6所示，其集成模拟乘法器KM的型号为MC1595型。

倍频滤波器的具体结构如图6所示，由电阻R₅₄、电容C₂₀组成。

本实用新型具有以下优点：

1、功能齐全、能实现绝缘电阻故障及母线电压异常报警、能实现绝缘电阻在线测量、能实现绝缘电阻故障点在线检测。

2、结构简单，仅对直流系统正负母线注入一个信号，且不用微型计算机。

3、该装置由结构分立的监测报警仪和故障点定位仪组成，且它们之间为便于拆卸式连接，便于现场检测故障点。

4、电路结构工作可靠，对接地故障点的检测准确率可达100％。

5、体积小、重量轻，监测报警仪可达到300×200×140立方毫米、4公斤，故障点定位仪可达到200×70×40立方毫米、1公斤，便于携带。

6、成本低，仅为同类装置的50％。

Claims

1、一种直流系统绝缘故障在线监测报警及故障点定位装置，由结构相互分立的监测报警仪和故障点定位仪组成，其特征在于：

①监测报警仪包括外壳、电源稳压器、绝缘电阻值指示表、安装在外壳内的电路板，电路板上装焊有信号发生器G₁、故障信号检测器I、报警器、母线电压监视器和延时器，

电源稳压器把220伏的交流电降压、整流、滤波、稳压，向信号发生器G₁、故障信号检测器I、报警器、母线电压监视器和延时器提供工作电源，

故障信号检测器I的输入端接信号发生器G₁的输出端，其输出端分别接直流系统的正负母线及绝缘电阻值指示表与报警器，

母线电压监视器的输入端分别接直流系统的正负母线，其输出的检测信号经延时器至报警器，

②故障点定位仪包括盒体、故障信号指示器、盒体内安装的直流电源和电路板，电路板上装焊有信号发生器G₂、移相器、零相位判别器、继电器和故障信号检测器II，

信号发生器G₂与信号发生器G₁产生的信号同频率，其输出端接移相器的输入端，

移相器的输出端接零相位判别器和故障信号检测器II，故障信号检测器II的输出端接故障信号指示器，

③监测报警仪的故障信号检测器I与故障点定位仪的零相位判别器通过导线L₁和L₂连接，其连接方式为便于拆卸式。

2、根据权利要求1所述的直流系统绝缘故障在线监测报警及故障点定位装置，其特征在于：

①故障信号检测器I由电流转换器CT₁和CT₂、隔直电容C₁C₂ C₃ C₄、限流电阻R₁ R₂、基准变压器B₁和B₂及两个结构相同的线性整流器、鉴相器、除法器和绝缘电阻报警值整定器组成，

故障信号检测器I需接收的信号经电流转换器CT₁和CT₂的一次线圈W₁、隔直电容C₁和C₂、限流电阻R₁和R₂注入到直流系统的正负母线上，

基准变压器B₁和B₂的输出端4分别接鉴相器I和鉴相器II的输入端，它们的输入端1分别经隔直电容C₃和C₄接于隔直电容C₂与限流电阻R₂、隔直电容C₁和限流电阻R₁的连接点上，它们的输入端2和输出端3接地，

电流转换器CT₁和CT₂的二次线圈W₂的两端分别接鉴相器I和鉴相器II的输入端，鉴相器I和鉴相器II的输出端分别接绝缘电阻报警值整定器(+)和(-)的输入端，绝缘电阻报警值整定器(+)和(-)的输出端接报警器，

线性整流器I和线性整流器II的输入端分别接基准变压器B₁B₂的输入端1，它们的输出端分别接除法器I和II的输入端，除法器I和II的输出端接绝缘电阻值指示表，

②故障信号检测器II由电流转换器CT₃、放大器、带通滤波器、乘法器、倍频滤波器组成，

电流转换器CT₃的二次线圈W₂的两端接放大器的输入端，放大器、带通滤波器、乘法器、倍频滤波器依次相连，

倍频滤波器的输出端接故障信号指示器，乘法器的输入端接移相器的输出端。

3、根据权利要求2所述的直流系统绝缘故障在线监测报警及故障点定位装置，其特征在于：

①鉴相器包括平衡式鉴相电路和数据放大器IC₁及其外围电阻R₇R₈、电位器RW₁，平衡式鉴相电路由电阻R₃R₄R₅R₆、二极管D₁D₂、电容C₅C₆组成，R₃＝R₄、R₅＝R₆、C₅＝C₆、D₁与D₂特性一致，R₃与R₄、R₅与R′₆、C₅与C₆串联后均并联在数据放大器IC₁的两个输入端，D₁与D₂分别联接在数据放大器的IC₁的两个输入端，并位于R₃与R₅、R₄与R₆之间，平衡式鉴相电路的基准电压V_A-d由基准变压器B₁耦合获得，输出端差动电压V_MN经数据放大器IC₁放大、并把双端输入变为单端输出，

②除法器由集成模拟乘法器KM、集成运算放大器IC₃及其外围电阻R₉R₁₀R₁₁组成，设计制作时取R₉＝R₁₀，R₉R₁₀串联在集成模拟乘法器KM的输出端，集成运算放大器IC₃的负输入端连接在R₉、R₁₀之间，R₁₁的一端接地，另一端与集成运算放大器IC₂的正输入端相联，集成运算放大器IC₃的输出端接集成模拟乘法器KM的输入端，

③信号发生器G₁、G₂均包括文氏正弦波电路和自动稳幅电路，文氏正弦波电路由集成运算放大器IC₉及其外围电阻R₃₄ R₃₅、电位器RW₂、电容C₁₂ C₁₃组成，自动稳幅电路由场效应管BG₃、电阻R₃₁R₃₂R₃₃、电容C₁₁和C₂₂和二极管D₈组成，

④乘法器为MC1595型集成模拟乘法器。