CN2553386Y

CN2553386Y - 直流系统接地检测仪

Info

Publication number: CN2553386Y
Application number: CN 02265347
Authority: CN
Inventors: 陈书欣; 黎佑庭
Original assignee: 陈虎
Priority date: 2002-07-04
Filing date: 2002-07-04
Publication date: 2003-05-28
Anticipated expiration: 2012-07-04

Abstract

一种新型的直流系统接地检测仪，包括设在直流屏上的检测仪主机，其特征在于还包括分设在500kV、220/110kV各等级电压的继电器室、电源控制室直流分屏上的各分支路测量用由电流互感器10、多路转换开关9、信号放大和处理电路8、信号同步处理电路11、A/D转换器12、单片机13、RS485接口电路14、接线端子15及DC/DC电源变换器16组成的采集模块A；采用了模块化、分散式结构设计。主机和采集模块A之间只用5根导线连接。它能成功地解决了目前直流系统接地检测仪中存在着接线太多、安装太麻烦，布线太复杂的问题，同时还具有线路简单、检测时间短，抗干扰能力强、性能可靠等优点。另外每块采集模块A可以监测16个直流分支回路，一台主机可任意扩展采集模块。是目前输变电电压等级不断升高和电网容量不断扩大的电力系统的一种理想直流系统接地检测仪。

Description

直流系统接地检测仪

本实用新型涉及电力行业中的直流系统的绝缘监测和接地故障回路的测量。特别适应于经常需要变换运行方式、直流系统较大、分支回路较多、分布面积较广、供电网络复杂的发电厂及220KV以上电压等级变电站的直流系统的绝缘监测和接地故障的检测。

由于近年来我国电力突飞猛进地发展，大量地采用了计算机和微电子技术。使直流系统的运行方式更加多样化、结构更加复杂化。随着输变电电压等级的不断升高和电网容量的不断扩大，使直流系统的分支回路更多、分布更广、系统更复杂。同时电力安全运行对直流系统的稳定和可靠提出了更高的要求。而目前国内在电力行业中大量使用着WZJD型、WDCX型以及其它直流系统绝缘监测装置和直流接地探测仪都存在着在500KV、220/110KV各电压等级继电器室、控制室中直流分屏上的每个直流分支回路所安装的电流互感器10所得到的电流“交变信号”要用两根或两根以上导线连接到直流系统接地检测仪上，用来做为测量某一分支回路接地情况，导致接线太多、安装太麻烦、布线太复杂、工程投资过大。例如，某一变电站的直流屏室上的接地检测仪距继电器室和控制室距离为200米(电流互感器10离直流系统接地检测仪为200米)，三个继电器室或控制室所要安装的支路为32回路，每个回路都按两根导线计算，即所需要安装的导线共为64条，即共计导线长200×32×2×3＝38400米。另外，由于被测的分支回路较多采样和计算的时间较长，而效率太低；直流系统的分支回路面积分布较广，造成了电流互感器10和接地检测仪较远，导致产生了很多干扰信号，使直流系统接地检测仪无法正常准确测量；以往的直流接地检测仪还存在着当被检测的直流系统一旦有较大的交流时会烧毁接地检测仪中的信号源电路使仪器不能工作等。综上所述，以往这些直流系统接地测量设备的安装模式和工作方式都已经无法满足电力系统的要求。

本实用新型的目的是针对现有技术存在的缺点而提供一种模块化、分散式安装的直流系统接地检测仪，它能成功地解决了目前直流系统接地检测仪中存在着接线太多、安装太麻烦，布线太复杂的问题(例如原32回路需要64根以上导线，现在采用模块化后，采集模块A只需采用5根导线和直流接地检测仪主机相连)，同时还具有线路简单、检测时间短，抗干扰能力强、性能可靠等优点。

本实用新型目的是这样实现的：一种直流系统接地检测仪，主要包括设在直流屏上由判断绝缘电路1、A/D转换器2、单片机3、显示与报警电路4、信号源电路5及电源6组成的主机，其特征在于还包括分设在500kv、220/110kv各等级电压的继电器室、电源控制室直流分屏上的各分支路测量用由电流互感器10、多路转换开关9、信号放大和处理电路8、信号同步处理电路11、A/D转换器12、单片机13、RS485接口电路14、接线端子15及DC/DC电源变换器16组成的采集模块A；其中：

主机中的电路连接为：电源6、信号源电路5、判断绝缘电路1和直流系统母线+、-端相并接，电源6输出端±V₁分别和各电路的±V₁电压输入端相连接，判断绝缘电路1的输出端和A/D转换器2的输入端相连接，A/D转换器2的输出端和单片机3的输入端3相连接，信号源电路5的输入端和单片机3输出端2相连接，单片机3的输出端4和显示报警电路4输入端相连接；

采集模块A中的电路连接为：若干个电流互感器10的输出端和多路转换开关9的输入端相并接，多路转换开关9的输出端同信号放大和处理电路8的输入端相连接，信号放大和处理电路8的输出端和信号同步处理电路11的输入端1相连接，接线端子15的输出端4和同步信号处理电路11的输入端2相连接，同步信号处理电路11的输出端和A/D转换器12输入端相连接，A/D转换器12输出端和单片机13的输入端相连接，单片机13的输出端和RS485接口电路14的输入端相连接，RS485接口电路14的输出端和接线端子15的输入端1相连接，接线端子15输出端3和DC/DC电源变换器16输入端相连接，DC/DC电源变换器16的输出端±V₃(5V)和采集模块A内除电流互感器10以外各电路±V₃输入端相接；

而主机和采集模块A两者之间只需采用5根导线连接，即主机上的电源6的输出端V₂(12V)和采集模块A的接线端子15的输入端3之间用2根导线连接，主机上的单片机3的输入端1和采集模块A接线端子15的输出端1之间用2根导线连接，主机上的信号源电路5的输出端2和采集模块A接线端子15的输入端4之间用1根导线连接。

本实用新型和现有技术中的直流接地检测仪相比具有以下几点优点：

1、所需安装导线少、接线方便、安装简单、投资少。本实用新型是采用模块化，分散式的安装，即将500KV、220/110KV不同电压等级的继电器室、控制室内直流分屏上的每个分支回路的电流互感器10所感应到的“交变信号”分别直接接到在此分设的采集模块A上，而每一个采集模块A将这些“交变信号”经过内部电路的处理，变换成数字信号经接线端子15用导线连接，送到另一处安装在直流屏室内的主机上，主机对采集模块A送来的信号进行处理、运算和显示，这样不仅节省了大量接线布线的安装时，而且节约了大量的导线材料和投资。例如，某一变电站的直流屏室距每一个继电器室和控制室直流分屏距离为200米(电流互感器10离直流系统接地检测仪为200米)，每个不同电压等级的继电器室或控制室所要安装的分支回路为32回路，每回路用2根导线计算。即所需要的导线共为200×32×2×3＝38400米(距离200×回路数32×每回路2根×分继电器室3)。新安装模式所需要的导线为5根(RS485通迅两根，电源DC12V两根，同步一根)距离为200米。三个继电器室即所需要的导线共为200×5×3＝3000米。

2、采集速度快，大大地缩短了查找接地回路的时间。以128回路的直流系统接地检测仪为例：如果测量每一分支回路的接地电流来判据接地电阻的时间为3秒即128回路所需要的时间为128×3＝384秒。实用新型模式是以测量16个分支回路为一个采集模块A。每个采集模块A所测量的各回路的数据通过RS485接口电路14将检测好的各回路数据送到主机进行统一判断和显示所需的平均时间每回路小于1秒(各采集模块的各回路所有数据可以一起送)即128回路只是需要128×1＝128秒。所以大大的缩短了时间。为用户对直流系统接地的查找节省了大量的时间。

3、直流系统分支回路需要增加时，扩展检测回路方便，不需要更换任何接线和电路。由于，电网容量的不断扩大使直流系统分支回路需要经常性扩展。以往的安装模式所用的一台仪器都是以固定的多少回路计算，例如：32回路、64回路、128回路。没有一个单位有生产一种不考虑回路数多少的直流系统接地检测仪。往往由于电力工程在刚刚投运时直流分支回路相对较少，后来随着电网容量的增大而相应地增加直流分支回路，这时就需要更换能测量较多回路的直流系统接地检测仪。这样不但造成了大量的浪费，还带来很多不必要重新接线布线安装的麻烦。本实用新型的直流系统接地检测仪就能很好解决这个问题。首先，本实用新型的直流系统接地检测仪是可以根据分支回路的实际需求采用一个或多个采集模块A。每一只采集模块A可以测量16个回路(同时可以随时设定小于16个回路的任何回路)；如果电网容量需要增大、直流分支回路需要增多，本实用新型的直流系统接地检测仪就不需要对原来检测仪主机进行更换，只需要相应的增加测量用电流互感器10和采集模块A即可。

4、有效地解决了分布电容以及高频电磁干扰对直流系统接地检测仪产生误报、漏报的现象。当直流系统发生接地时，特别是接地电阻阻值较大时，电流互感器10所得到的电流信号只有几百个微安甚至更小。以往电流互感器10所感应到的弱信号需要用导线传输很长(200米以上)的距离到直流系统接地检测仪，这样导致了信号大量衰减，并增加了干扰成份，使仪器增加虚报、误报现象，甚至无法运行。本实用新型的直统系统接地检测仪的电流互感器10得到的弱信号能够就近就地送到采集模块A，由内部电路进行处理，变成了数字信号用导线送到主机的单片机3进行处理和运算，同时采集模块A对信号的处理采用了“同步信号”的方法能有效地去除电容和其他干扰信号的影响，所以该实用新型接地检测仪能够准确地把接地回路的接地号和接地电阻值、接地时间计算出来。

综上所述，分散式、模块化的实用新型直流系统接地检测仪在现实运用上具有较高实用性和极高的应用价值。

以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细说明。

图1为原直流系统接地检测仪的电原理框图。

图2为本实用新型的第一种实施例的直流系统接地检测仪的主机的电原理框图。

图3为本实用新型的第二种实施例的直流系统接地检测仪的主机的电原理框图。

图4为本实用新型直流接地检测仪采集模块A的电原理框图。

图5为本实用新型的直流系统接地检测仪中的信号源保护电路7的电原理图。

框图中：1.判断绝缘电路 2.A/D转换器 3.单片机 4.显示与报警电路 5.信号源电路 6.电源 7.信号源保护电路 8.信号放大和处理电路 9.多路转换开关10.电流互感器 11.信号同步处理电路 12.A/D转换器电路 13.单片机 14.RS485接口电路 15.接线端子 16.DC/DC电源变换器。

如图1所示原直流系统接地检测仪主要由判断绝缘电路1、A/D转换器2、单片机3、显示与报警电路4、信号源电路5、电源6、信号放大和处理电路8、多路转换开关9等电路组成，因为该检测仪是将信号放大和处理电路8、多路转换开关9等电路及其所有电路全都设在安装于控制室直流屏上的一台检测仪主机箱体内，所以从另一处500KV、220/110KV继电器室及控制室电源直流分屏上的每个直流分支回路上所安装的电流互感器10所得到的电流“交变信号”都要用两根或两根以上导线连接到直流系统接地检测仪的主机箱体上，这样造成接线太多、安装太麻烦、布线太复杂、工程投资过大。

图2、图3是本实用新型两种实施例安装于直流屏上的直流系统接地检测仪主机的电原理框图。图2为第一种实施例的主机其电路连接为：电源6、信号源电路5、判断绝缘电路1和直流系统母线+、-端相并接，电源6输出电压±V₁分别和各电路的±V₁电压输入端相连接，电源6输出电压V₂接到采集模块A做电源，判断绝缘电路1的输出端和A/D转换器2的输入端相连接，A/D转换器2输出端和单片机3输入端3相连接，信号源电路5的输入端和单片机3输出端2相连接，单片机3的输出端4和显示报警电路4输入端相连接，单片机3的输入端1和采集模块A相接。而图3中的第二种实施例接地检测仪主机的电原理框图和图2第一种实施例接地检测仪主机电原理框图区别在于：在信号源电路5和直流系统母线+、-端之间增加了信号源保护电路7，信号源保护电路7和直流系统母线+、-端并接，信号源电路5的输出端1和信号源保护电路7的输入端1相连接，将原信号源电路5的输入端和单片机3输出端2相连接改为信号源保护电路7的输入端2和单片机3输出端2相连接。增加了信号源保护电路7能够有效地保护信号源电路5和电源6等电路在直流系统有较大交流时也不会损坏。

图4为本实用新型安装在另一处如500KV、220/110KV继电器室及控制室电源直流分屏处的采集模块A的电原理框图。如图4所示：采集模块A主要由电流互感器10、多路转换开关9、信号放大和处理电路8，同步信号处理电路11，A/D转换器12，单片机13，RS485接口电路14，接线端子15，DC/DC电源变换器16组成；其中DC/DC电源变换器16是经接线端子15的第3输入端把主机电源6提供的V₂(12V)进行变换成±V₃(5V)送到采集模块A内的各电路，DC/DC电源变换器16是一个由12V变成±5V的高频隔离电源，两个电源之间的隔离能大大提高抗干扰能力；信号源电路5的输出端2提供一个4HZ的同步脉冲信号经接线端子15输入端4和同步信号处理电路11的输入端2相连接；电流互感器10所感应到的电流“交变信号”经过多路转换开关9送到信号放大和处理电路8进行处理和放大，同步信号处理电路11是把经过信号处理电路8处理后的电流“交变信号”中只有4HZ的同步信号进行接收，不同步的其他干扰信号(不是4HZ正弦信号为干扰信号)进行滤除，有效地解决了其他成份的高频干扰和电容干扰。由于采用了采集模块A使电流互感器10送来的电流信号就近就地进行了处理，使电力输变电过程中所产生的各种高频干扰和电磁干扰降到了最低状态，“交变信号”衰减达到了最小状态。同时通过同步信号处理电路11的同步处理，保证了经过A/D转换器12模数转换后的电流信号就是准确的接地电阻所产生的电流信号。单片机13把A/D转换器12送来的信号进行计算，并通过RS485接口电路14经接线端子15输出端1和导线上传给主机的单片机3输入端1，它们之间的通讯波特率为BPS9600，距离可以达到1200m。单片机3把通过RS485接口电路14送来的各数据进行综合分析和判断，将各分支回路的接地状况送到显示与报警电路4进行显示和报警。安装在直流屏上的主机利用5根导线和采集模块A连接。这5根导线分别是：主机单片机3和采集模块A单片机13之间数据传输用的RS485接口2根导线；电源6输出端V₂是12V电源需要2根(正、地)导线送给采集模块A中的DC/DC电源变换器16做采集模块A的工作电源；信号源电路5输出端2输出同步信号1根，做为采集模块A中的信号同步处理电路11工作时作为处理各分支回路“交变信号”时的参考信号。每一个采集模块A可以测量16个分支回路的接地情况。采集模块A把各分支回路所测量的数据经过RS485接口送到主机进行处理和运算。采集模块体积为155×94×43mm。

如图5所示：信号源保护电路7由继电器J、三极管G₁、整流二极管G₂、稳压管G₃、与非门电路D₁及比较器D₂组成；其中电源电路6的输出端电压±V₁和比较器D₂的第8、4脚相连接、并和与非门电路D₁的第7、14脚相并接，电源电路6的输出电压+V₁串接继电器J的线圈后和三极管G₁的集电极c脚相连接，电源电路6的输出电压+V₁串接R₄后同稳压二极管G₃正端相连接、并且和比较器D₂的第3脚相并接，且稳压二极管G₃的负端接地；直流母线的正端或负端串接电阻R₁后串接电容C₁再串接继电器J的一对常开触点与信号源电路5的输出端2相连接，直流母线的正端或负端串接电容C₂后、接电阻R₃后接大地，并和整流二极管G₂的正极相并接，且整流二极管G₂的负极串接电位器W₁后接地；电位器W₁的中心点和比较器D₂第2脚相接，比较器D₂的输出端1和与非门电路D₁输入端1相连接；与非门电路D₁的第2脚和单片机3的输出端2相连接，与非门电路D₁的第3脚串接电阻R₂后和三极管G₁的基极b脚相连接，三极管G₁的发射极e脚和地相连接。

信号源保护电路7的工作原理为：当被监测的直流系统有较大的交流成份时，直流母线中的交流就会通过信号源保护电路7中的电容C₂和电阻R₃积分，交流经过整流二极管G₂整流后变成直流份量；通过电位器W₁(可以调节电位器中点电压的比值)使比较器D₂的负输入端2脚电压高于正输入端3脚，使输出端1脚为高电平，和单片机3送来的高电位(接地时送高电位，不接地时送低电位)经过与非门D₁的判断，使与非门D₁的输出端3变成低电位，三极管G₁截止，继电器J动作，常开触点断开，直流母线和信号源电路5隔离，使直流母线上的交流就无法加到信号源电路5和电源6上。信号源电路5是一个电压较低，信号较弱，功率较小的信号发生器；仪器测量分支回路时，它所产生的低频信号要通过电容耦合到直流母线上。以住的接地检测仪一旦被测量的直流系统有交流时，这种交流成份也就会通过耦合电容反馈到信号源电路5上使仪器烧毁(电容是隔直流，通交流)。信号源保护电路7能够对直流系统中的交流进行检测，并通过电路内部的处理使信号源电路5和直流系统母线进行隔离，有效地保护了接地检测仪，使仪器不会烧毁。

所述的直流系统接地检测仪，其特征还在于判断绝缘电路1采用两个不平衡电桥电路。

下面将本实用新型的直流系统接地检测仪有关电路原理做进一步详细完整的描述。电源6、判断绝缘电路1、信号源保护电路7和直流母线的正负电源相并接。直流母线的正负端电压是作为电源6工作时的输入电压，同时也作为判断绝缘用的电桥电路1的信号采样输入端。直流母线正、负端同时也作为信号源电路5所产生的4HZ的正弦波信号经信号源保护电路7耦合到直流系统母线的输入端。电源6的输出端电压±V₁作为除支路测量电流互感器10和采集单元A以外的所有电路(该电流互感器10为无源电流互感器)的工作电源。电源6的输出端V₂是12V电源专门做为供给采集模块A中DC/DC电源变换器16做电源，DC/DC电源变换器16把12V的电源变成±V₃(±5V)供给采集模块A内的各电路做工作电源。电源6是采用普通的高频开关电源，选用南京科日电源公司生产的220-3型，它可以采用交、直流两用的供电方式，输出±V₁为±5V；V₂为12V。判断绝缘电路1由两个不平衡电桥电路构成，两个不平衡电桥电路对直流系统而言可以等效于一个平衡负载，使桥电路在采样时不会引起直流正对地电压V+和负对地电压V-的变化，通过电桥的测量可以判断出正、负母线两端的电压V、正对地电压V+、负对地电压V-、正对地电阻R+、负对地电阻R-等五个电参数。A/D转换器2判断绝缘电桥电路1所送来的有关参数进行模数转换后送到单片机3进行运算、比较、分析、判断直流系统是否有接地、欠压、超压等故障，同时单片机3将这些状态和数据送到显示与报警电路4进行显示和报警。单片机3是采用AT公司生产的51系列，型号为89C55。当单片机3判断到有接地时，信号源电路5所产生4HZ正弦波信号，通过信号源保护电路7中的继电器J的常开触点、电容C₁、电阻R₁耦合到直流母线上，并通过直流母线送到直流系统的每个分支回路。安装于各分支回路的电流互感器10感应到的各回路的“交变信号”送到采集模块A，采集模块A将测量到的各分支回路的接地数据和回路数通过RS485接口电路14送到主机进行分析和判断。再通过显示与报警电路4进行显示和报警。显示与报警是由全中文的点阵液晶(CCFL背光型号为240128)完成，由台湾“达威”公司提供，能够对检测仪中的各种设定参数、实际测量的各电参数、各支路接地电阻值、各种报警状态和时间进行显示和报警。单片机3还能够对所有的测量值、各种状态和时间进行10次的记忆，可以通过面板的按键对测量数据进行查询。

实用新型的直流系统接地检测仪主机是长期工作的，主机能对直流母线进行长期的监测；而采集模块A通常是不工作的，只有在被监测的直流系统发生接地时，采集模块A才进入工作状态，对各分支回路进行测量。

Claims

1.一种直流系统接地检测仪，主要包括设在直流屏上由判断绝缘电路1、A/D转换器2、单片机3、显示与报警电路4、信号源电路5及电源6组成的主机，其特征在于还包括分设在500kv、220/110kv各等级电压的继电器室、电源控制室直流分屏上的各分支路测量用由电流互感器10、多路转换开关9、信号放大和处理电路8、信号同步处理电路11、A/D转换器12、单片机13、RS485接口电路14、接线端子15及DC/DC电源变换器16组成的采集模块A；其中：

而主机和采集模块A两者之间只需采用5根导线连接，即主机上的电源6的输出端V₂(12V)和采集模块A的接线端子15的输入端3之间用2跟导线连接，主机上的单片机3的输入端1和采集模块A接线端子15的输出端1之间用2根导线连接，主机上的信号源电路5的输出端2和采集模块A接线端子15的输入端4之间用1根导线连接。

2.根据权利要求1所述的直流系统接地检测仪，其特征在于在信号源电路5和直流系统母线+、-端之间增加了信号源保护电路7；即：信号源保护电路7和直流系统母线+、-端相并接，信号源电路5的输出端1和信号源保护电路7的输入端1相连接，将原信号源电路5的输入端和单片机3输出端2相连接改为信号源保护电路7的输入端2和单片机3输出端2相连接；信号源保护电路7由继电器J、三极管G₁、整流二极管G₂、稳压管G₃、与非门电路D₁及比较器D₂组成；其中电源电路6的输出端电压±V₁和比较器D₂的第8、4脚相连接、并和与非门电路D₁的第7、14脚相并接，电源电路6的+V₁串接继电器J的线圈后和三极管G₁的集电极c脚相连接，电源电路6的输出电压+V₁串接R₄后同稳压二极管G₃正端相连接、并且和比较器D₂的第3脚相并接，且稳压二极管G₃的负端接地；直流母线的正端或负端串接电阻R₁后串接电容C₁再串接继电器J的一对常开触点与信号源电路5的输出端2相连接，直流母线的正端或负端串接电容C₂后、接电阻R₃后接大地，并和整流二极管G₂的正极相并接，且整流二极管G₂的负极串接电位器W₁后接地；电位器W₁的中心点和比较器D₂第2脚相接，比较器D₂的输出端1和与非门电路D₁输入端1相连接；与非门电路D₁的第2脚和单片机3的输出端2相连接，与非门电路D₁的第3脚串接电阻R₂后和三极管G₁的基极b脚相连接，三极管G₁的发射极e脚和地相连接。

3.根据权利要求1或2所述的直流系统接地检测仪，其特征在于主机上的判断绝缘电路1采用两个不平衡电桥电路。