CN101452034A - 一种便携式智能直流接地查找仪 - Google Patents

一种便携式智能直流接地查找仪 Download PDF

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一种便携式智能直流接地查找仪，涉及一种对电设备、线路或元件进行短路、断路、泄漏或不正确连接的测试，探测电缆、传输线或网络中的故障的领域。由带直流钳型表的手持机和经过改装的直流绝缘监测仪座机组成，本发明可以利用钳形表就能准确找到接地的直流线路并可进一步查找设备具体的接地点；且无需拉直流就能准确地找到接地故障点，甚至在现场条件允许的情况下带电排除接地故障；又避免了查找接地工作程序中向调度申请停电带来的运行方式改变、定值修正和查找工作时间长等一系列不便，快速准确地找到接地点；适用于对电设备、线路或元件进行短路、断路、泄漏或不正确连接的测试，探测电缆、传输线或网络中的故障的领域。

Description

一种便携式智能直流接地查找仪
技术领域
一种便携式智能直流接地查找仪，涉及电性能的测试装置和电故障的探测装置领域，具体涉及一种对电设备、线路或元件进行短路、断路、泄漏或不正确连接的测试，探测电缆、传输线或网络中的故障的领域。
背景技术
目前变电站继电保护直流电源***采用悬浮状态，既正负电源均不接地，运行中如果发生绝缘问题造成直流正极或负极接地时，一般不会立即产生后果，但如果不及时处理发生了另一点直流***接地产生的后果非常严重，所以当直流发生接地时应立即排除接地故障点，但由于直流***接线复杂，在成千上万个电源线中要找出直流接地点过去是靠一路一路拉电源去找，费时费力，而且隐藏一定的风险。在直流母线中注入交流信号通过交流钳型表检测，但由于线路对地有电容造成的电容电流干扰正常的检测，此种检测方法也不尽人意。
公开号为CN1070486，公开日为1993年03月31日的中国专利公开了一种直流接地监测告警装置，其特征在于，绝缘监测装置与工作电源和代用电源用电源转换开关QK连接，代用电源与每个区域和每条回路间均设有代用开关1K′—nK′、1DK—nDK，绝缘监测装置是由两只平衡电阻、接地继电器和正、反互并的两只发光二极管、微动开关多用表组成。
公开号为CN1580796，公开日为2005年02月16号的中国专利公开了一种直流接地电流检测电路。该电路具有：ZCT通电源线以及偏移用电线，并与分压电阻串联连接；比较电压值生成电路，根据ZCT的阻抗变化，基于ZCT以及分压电阻间分压的电压值生成比较电压值；以及控制电路，根据比较电压值检测是否产生直流接地电流；其中，为使微小范围变成可检测电流范围，具有在偏移用电线中产生偏移电流的偏移电流产生电路，控制电路如果判定比较电压值在接地判定用上限阈值以上，或者在接地判定用下限阈值以下，则判断产生直流接地电流。
公开号为CN2722265，公开日为2005年08月31日的中国专利公开了一种直流接地在线测试仪，包括开关、变压器、电阻等，具体结构为开关串联到变压器的一次回路上，调压器串联到变压器的二次回路上，电阻、可调电阻串联到调压器的二次回路上。然后和钳型交流电流表串联。
公开号CN2859554，公开日为2007年01月17日的中国专利公开了一种本发明公开了一种直流接地故障指示器，其特征在于：传感器一端与检测电路一端连接，检测电路另一端与放大电路一端连接，放大电路另一端与输出电路一端连接，检测电路、放大电路、输出电路的电源输入端均与工作电源连接。
以上4个专利虽然能测量变电站继电保护直流电源发生直流接地故障时查找接地故障点，但是在实际现场接地故障处理过程中还会产生如下的问题：
一是直流支路下面往往拖带很多支路，最终还得靠拉直流开关区分其中接地的一个支路；当有寄生回路、二点接地、电缆走向或铭牌不清等{现场经常发生}很难靠试拉直流找到接地点；
二是一些老变电站直流接地后，由于时代久远、历经改进后直流线路分布错综复杂很难搞清楚直流负载性质和线路的具体走向，在试拉直流电源判断接地时引起继电保护误动，历史的教训使调度、值班、继电保护工作人员对拉保护设备直流电源都呈相当谨慎的态度，尤其在当前供电紧张的形势下，更需要一种安全和方便的直流接地检测方法。
三是当判断某一设备接地时，最终还是要停用该装置对设备进行检查，无法最终定位直流接地点；
四是支路检测平时不工作或绝缘良好使得支路检测故障在运行中不能被发现，支路接地时发生支路检测有问题而需要另外的直流接地检测仪去查找接地支路。
五是目前的便携式接地查找仪抗容性干扰能力和稳定性较差，不能可靠判定接地故障，而使用人员对直流***和仪表性能的掌握和查找接地的经验极大地影响查找接地点的成功率。
因此现场工作人员迫切需要一种能够在不断开直流负载的情况下能够简单可靠查找接地点仪器，这台仪器需要满足受个人和环境因素的影响很小，且内部集成智能处理程序能够判断直流***接地的各种类型，并指导工作人员查找方向及一个明确的检测结论的条件。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种使用在变电站继电保护直流电源发生直流接地故障时查找接地故障点的新型检测仪，使用这种新型监测仪可以不用改变运行状态，通过直流钳型表一步一步按照电源结构最终找到接地故障点，直流钳型表工作原理方式对于二路接地的复杂情况和直流支路容性干扰等均不会影响其查找直流接地的准确性，抗干扰能力非常强。利用该查找仪可以极大地方便直流接地的查找，同时由于采用微机技术进行智能判断保证任何时候都不会发生安全问题，没有交流钳形表查找接地过程中对地电容充放电带来的隐患，大大提高查找直流接地的安全性。
本发明的一种便携式智能直流接地查找仪，具体由手持机和座机两个部分组成，其特征在于：手持机由一直流钳形表连接一经过改进的直流电流表组成，座机由经过改进的单片微机组成。
如图2所示，所述的手持机部分的经过改进的直流电流表，在面板上设置了接地告警I指示灯、接地告警II指示灯、钳口未闭合指示灯、交流指示灯、直流指示灯、电流超限指示灯和警告喇叭。
如图4所示，所述的座机为一经过改进的单片微机的直流绝缘监测仪，其具体的测量电路硬件原理结构如下：
电阻R+的上端与+KM连接，下端接地且与电阻R-的上端连接；电阻R-下端与-KM连接；这两个电阻为直流***正母线和负母线的对地电阻；
电阻Ra的上端与+KM连接，下端接地且与电阻Rb的上端、触点J1、电阻R2的下端、运放U1的+极端、运放U2的-极端、电阻R3的上端相互连接；电阻Rb的下端与电阻Rc的下端连接且均与-KM连接；电阻Rc的上端与触点J1连接；电阻Ra、Rb和Rc这3个电阻按顺序依次连接，再和触点J1周期性的闭合和断开组成直流***测量对地绝缘电阻的电阻桥；
电阻R1的上端与+KM连接，下端与电阻R2的上端及运放U1的-极端连接，运放U1输出+信号；电阻R1、R2和运放U1组成测量正对地电压采样回路；
电阻R3的下端与电阻R4的上端连接、运放U2的+极端连接，运放U2输出-信号，电阻R4的下端和-KM连接；电阻R3、电阻R4和运放U2组成测量负对地电压采样回路；
电阻R5的上端与运放U1的输出正信号端连接，下端与电阻R6的上端、运放U3的-极端连接；电阻R6的下端与运放U2的输出负信号端、U3运放的+极端连接；电阻R5、R6和运放U3组成测量母线电压采样回路；
电阻R7的左端接地且和运放U5的+极端连接，右端和运放U5的-极端连接；电阻R7和运放U5组成接地电流测量回路；
电容C的下端和-KM连接，上端和运放U4的+极端连接；运放U4的-极端接地；电容C和运放U4组成直流母线交流电压采样回路；
设置的触点J2、J4、J6相互连接，且均与电阻R7的右端、运放U5-极端的连接，触点J2、J4、J6也分别和10K、15K、5K电阻连接；10K、15K、5K这3个电阻再和+KM连接；这些部件组成了当直流***负接地情况下接地支路有接地电流的增量***；
设置的触点J3、J5、J7相互连接，且与-KM连接，触点J3、J5、J7再分别和10K’、15K’、5K’电阻连接；10K’、15K’、5K’电阻也均与电阻R7的右端、运放U5-极端的连接；这些部件组成了当直流***正接地情况下接地支路有接地电流的增量***；
在5k和5K’这电阻处分别串入恒流源5mA。
所述的座机也可以去掉触点J2、J3、J4、J5而直接使用触点J6和J7接地拉偏。
如图3所示，所述的座机设置有：直流***接地警告灯、退出老检测仪警告灯、交流窜入直流警告灯、对地电容过大警告警告灯、直流电压不稳警告灯、支路检测开始警告灯、电源开关、+KM接口、接地端、-KM接口和RS232接口。
与现有技术相比，本发明的便携式智能直流接地查找仪优势在于：
1.利用高灵敏度小直流钳形表在现场查找接地的成功经验，归纳总结编制成专家诊断***，任何没有经验的人，只要通过二分钟阅读便能使用该装置用钳形表就能准确找到接地的直流线路并可进一步查找设备具体的接地点；
2.根本无需拉直流就能准确地找到接地故障点，甚至在现场条件允许的情况下带电排除接地故障；
3避免了查找接地工作程序中向调度申请停电带来的运行方式改变、定值修正和查找工作时间长等一系列不便，快速准确地找到接地点。
附图说明
图1为本发明的工作状态时的整体结构示意图；
图2为手持机外形结构示意图整体结构示意图；
图3为座机外形结构和接线示意图；
图4为座机的测量电路硬件原理结构图；
图5为座机的工作程序的流程图；
图6为座机的测电压程序的流程图；
图7为座机的进入拉偏程序的流程图。
图中1-接地告警I指示灯、2-接地告警II指示灯、3-钳口未闭合指示灯、4-交流指示灯、5-直流指示灯、6-电流超限指示灯、7-警告喇叭、8-直流钳型表、9-直流***接地警告灯、10-退出老检测仪警告灯、11-交流窜入直流警告灯、12-对地电容过大警告灯、13-直流电压不稳警告灯、14-支路检测开始警告灯、15-电源开关、16--KM接口、17-接地端、18-+KM接口、19-RS232接口，20-待检测电力设备，21-手持机和其接入点，22-座机。
具体实施
本发明在工作状态如图1所示时，在待检测电力设备20内的负电源接地，从座机22上发出的微弱的检测电流及包含着接地电流又有传输的便携式钳型机上的直流***信号，在检测到故障电流的情况下，在任何一个位置都能感知座机发出的直流***的有效数据。手持机21在各个接入点可以根据当地检测到的信息结合直流***的信息综合判断接地情况，可以有效地排除各种干扰，保证检测到的接地故障点正确有效。故障电流携带的直流***的信息避开了一般易受干扰的特征信号，手持机在各个检测位置都能检测到故障电流，循序查找到最后的接地点，如果没有故障电流就不会告警。
本发明分成二个部分；带小电流直流钳形表的手持机和改进的单片微机的直流绝缘监测仪座机。下面分别对其功能进行描述：
一、手持机21：利用现成直流电流表(测量范围：0.1mA～9.99A)并对其进行扩充改进，增加以单片机为核心的微机处理***，对所测得的直流信号进行处理，进而判断是否接地。外形图如图2所示：包括一直流钳形表8和与其连接的经过改进的直流电流表，改进的直流电流表指示灯含义如下：
接地告警I指示灯1：单路接地，表明就是此路接地，可顺着该支路继续往下查下去。
接地告警II指示灯2：多路接地，表明此路有接地外，同时还有另一路接地，另一路可能是本支路的寄生回路也可能是独立回路。可以先排除此路接地在查另一路，如果另一路是寄生回路，在此路接地排除后自然就恢复正常，如果是后者情况排除一路接地后还要再继续查找另一路接地点。
钳口未闭合指示灯3：钳形表内部有一个自检电流，当由于钳口未闭合严密时，检测到的信号电流将大大小于额定值，在这种状况下钳形表无法正常工作，会漏检接地支路。因此这个灯亮时，提示工作人员重新进行卡钳，同时钳形表通过自检的标准电流自动修正每次卡口带来的误差。
交流指示灯4：表示表计显示值是交流电流。
直流指示灯5：表示表计显示值是直流电流。
电流超限指示灯6：当测定电流超过额定限制时，发出警告指示。
警告喇叭7：只要接地就告警(同时接地告警灯亮)，所以在最简单的情况下只要听喇叭告警而不管其他就可以继续查找下去。
二，座机：本发明的座机外形结构和接线如图3所示，座机为一直流绝缘监测仪座机由单片微机组成，基本功能与同类常规绝缘检测仪相同，能测量母线电压，正对地电阻和负对地电阻，正对地电压和负对地电压，并通过显示屏显示，但是与常规直流检测仪有较大区别的是：
在进入接地支路查找工作前座机22会先要判别直流***原有直流检测仪是否退出，如没有退出，退出老检测仪警告灯10亮起报警，会提醒工作人员退出后才能继续，以防止老检测仪对测量的干扰；当由于是交流蹿入直流引起直流***接地时，直流***接地警告灯9和交流窜入直流警告灯11亮起报警，钳表工作时将自动转入测量交流电流，以判别交流从那个支路进入直流***；当对地电容过大时，对地电容过大警告灯12亮起报警，由于电容器充放电的影响电流的上升沿和下降沿将变缓，钳形表内部对电流的处理将采用特定的处理程序，避免电流跳变不明显造成的干扰；当由于是直流电压不稳定时，直流电压不稳警告灯13亮起报警，钳表在判定接地电流的过程中将自动对信号进行双倍测量判定以排除干扰。
接下来座机22仪器测量直流接地电阻和电压，并显示测量值。假如是直流负接地，根据测量值决定投入正接地电阻大小，并测量实际接地地电流通过通讯口传送到钳形表。在检测过程中接地电流与最初值发生变化(由于接地电阻发生变化引起)，其正接地电阻中流过的电流自动改变投接电阻断开的周期；当直流正接地时投接负接地电阻，其他同前面一样。周期性投接电阻的目的使接地电流增大到一定数值能够被直流钳型表检测出来并产生一个增量便与判别。座机产生的正电源补充电流的大小与时间的间隔成正比，钳形表通过时间间隔确定补充电流的大小，并根据钳形表内置程序判断是一点接地或多路接地。座机通过测量得到的数据通过通讯口向钳表传送，钳表内部微机电路将此直流***参数存储在钳表内部，供钳表工作时使用。
测试时Ra、Rb、Rc的电阻值通常取100k，触点J1的闭合和断开可以测得四个电压：在断开时测得U+和U—二个电压，在闭合时测得U’+和U’-二个电压。由于Ra、Rb、Rc是已知的所以可以计算出R+和R—电阻。
上述电路除了R+和R—是外部可变参数外，其余均为座机的内部元件。
座机工作程序如图5所示，在主程序中，上电复位状态时要对各寄存器进行初始化，不同的寄存单元需要有不同的起始值。如定时器常数初值、循环常数、投运继电器时间常数等。进入接地电压测量时，为防止干扰造成的采集电压不准确，应该采用多次采集数据(如图1所示的采集5次)后进行平均处理，可以去掉一个最高值和最低值然后做算术平均。上电复位只有二个状态，一个是开机另一个是当对地拉偏子程序判断出手机不工作(通讯口与座机相连)时才进入。座机通过测量正对地电压和负对地电压，可以得出直流***的接地电阻。通过测量直流***中是否存在交流分量以及分量的大小来判断直流***中是否蹿入交流电源。测量正对地交流而不用测负对地交流的道理是直流***的正负极接有电容和蓄电池从交流等效原理来讲是直通的。
测电压程序和进入拉偏程序如图6和图7所示，在进入测电压程序时由于电容值在某寄存器中，上电初始化值等于零，所以在第一次是不会进入交流告警；图中电压超差处理程序是指处理直流***由于对地电容和直流母线电压不稳及外部绝缘监视仪带来的电压测量误差问题，处理结果是得出是否有外部绝缘监视接入直流***、得出对地电容值、区别直流母线电压不稳如何处理。从而可以智能化地加快测量对地电阻，排除对地电容对测量电阻准确性的影响，可以判别直流接地时接地电阻不稳定状况。尤其是当对地电容较小时可以快速测量直流电阻，图中进入计算接地电阻的作用就是判断是否在负对地加电阻(即加电阻继电器是否动作)
本发明利用该装置用钳形表就能准确找到接地的直流线路并可进一步查找设备具体的接地点；且无需拉直流就能准确地找到接地故障点，甚至在现场条件允许的情况下带电排除接地故障；又避免了查找接地工作程序中向调度申请停电带来的运行方式改变、定值修正和查找工作时间长等一系列不便，快速准确地找到接地点；适用于对电设备、线路或元件进行短路、断路、泄漏或不正确连接的测试，探测电缆、传输线或网络中的故障的领域。

Claims (5)

1.一种便携式智能直流接地查找仪，由手持机(21)和座机(22)两个部分组成，其特征在于：手持机由一直流钳形表(8)连接一经过改进的直流电流表组成，座机由经过改进的单片微机组成。
2.如权利要求1所述的便携式智能直流接地查找仪，其特征在于：所述的手持机(21)部分的经过改进的直流电流表，在面板上设置了接地告警I指示灯(1)、接地告警II指示灯(2)、钳口未闭合指示灯(3)、交流指示灯(4)、直流指示灯(5)、电流超限指示灯(6)、警告喇叭(7)。
3.如权利要求1所述的便携式智能直流接地查找仪，其特征在于：所述的座机(22)具体为一经过改进的单片微机的直流绝缘监测仪，其具体测量电路硬件结构为：
电阻R+的上端与+KM连接，下端接地且与电阻R-的上端连接；电阻R-下端与-KM连接；这两个电阻为直流***正母线和负母线的对地电阻；
电阻Ra的上端与+KM连接，下端接地且与电阻Rb的上端、触点J1、电阻R2的下端、运放U1的+极端、运放U2的-极端和电阻R3的上端相互连接；电阻Rb的下端与电阻Rc的下端连接且均与-KM连接；电阻Rc的上端与触点J1连接；电阻Ra、Rb和Rc这3个电阻按顺序依次连接，再和触点J1周期性的闭合和断开组成直流***测量对地绝缘电阻的电阻桥；
电阻R1的上端与+KM连接，下端与电阻R2的上端及运放U1的-极端连接，运放U1输出+信号；电阻R1、R2和运放U1组成测量正对地电压采样回路；
电阻R3的下端与电阻R4的上端连接、运放U2的+极端连接，运放U2输出-信号，电阻R4的下端和-KM连接；电阻R3、电阻R4和运放U2组成测量负对地电压采样回路；
电阻R5的上端与运放U1的输出正信号端连接，下端与电阻R6的上端、运放U3的-极端连接；电阻R6的下端与运放U2的输出负信号端、U3运放的+极端连接；电阻R5、R6和运放U3组成测量母线电压采样回路；
电阻R7的左端接地且和运放U5的+极端连接，右端和运放U5的-极端连接；电阻R7和运放U5组成接地电流测量回路；
电容C的下端和-KM连接，上端和运放U4的+极端连接；运放U4的-极端接地；电容C和运放U4组成直流母线交流电压采样回路；
设置的触点J2、J4、J6相互连接，且均与电阻R7的右端、运放U5-极端的连接，触点J2、J4、J6也分别和10K、15K、5K电阻连接；10K、15K、5K这3个电阻再和+KM连接；这些部件组成了当直流***负接地情况下接地支路有接地电流的增量***；
设置的触点J3、J5、J7相互连接，且与-KM连接，触点J3、J5、J7再分别和10K’、15K’、5K’电阻连接；10K’、15K’、5K’电阻也均与电阻R7的右端、运放U5-极端的连接；这些部件组成了当直流***正接地情况下接地支路有接地电流的增量***；
在5k和5K’这电阻处分别设置了恒流源5mA。
4.如权利要求3所述的便携式智能直流接地查找仪，其特征在于：所述的座机(22)也可以去掉触点J2、J3、J4、J5而直接使用设置的触点J6和J7接地拉偏。
5.如权利要求3所述的便携式智能直流接地查找仪，其特征在于：所述的座机(22)设置有：直流***接地警告灯(9)、退出老检测仪警告灯(10)、交流窜入直流警告灯(11)、对地电容过大警告警告灯(12)、直流电压不稳警告灯(13)、支路检测开始警告灯(14)、电源开关(15)、+KM接口(16)、接地端(17)、-KM接口(18)和RS232接口(19)。
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