CN105823954A - 蓄电池组接地点的检测装置及方法、直流电源*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄电池组接地点的检测装置及方法、直流电源***，该检测装置包括巡检器；检测接地点上所流过电流的电流检测器；检测合闸母线对地电压的电压检测器；支路电路包括两个平衡桥电阻、两个检测桥电阻、第一开关和第二开关，两个平衡桥电阻的一端分别连接在合闸母线的正负端，另一端均接地；两个检测桥电阻的一端分别连接合闸母线的正负端，另一端分别通过第一开关和第二开关接地；控制第一开关和第二开关打开闭合情况的开关控制器；及根据电流检测器、电压检测器所测得的测量参数计算出合闸母线对接地点的接地电压Ux的计算控制器。本发明的蓄电池组接地点的检测装置及方法、直流电源***可确定出蓄电池组的接地点位置，便于故障定位。

Description

蓄电池组接地点的检测装置及方法、直流电源***

技术领域

本发明涉及一种蓄电池组接地点的检测装置及方法、直流电源***。

背景技术

电力***中的直流电源部分由蓄电池组、充电设备、直流屏等设备组成。直流***在发电厂和变电站为控制、信号、继电保护、自动装置、远动通讯装置等提供可靠地直流电源，并提供事故照明电源。它还可为操作提供可靠的操作电源。直流***的可靠与否，对发电厂、变电站的安全运行起着至关重要的作用，是发电厂和变电站安全运行的保证。

随着微机绝缘监测装置的普及，并且随着变电量自动化、无人监管程度越高，对微机绝缘监测仪的技术要求更高，特别是国家能源局关于印发《防止电力生产故障的二十五项重点要求(国能安全[2014]161号)》的通知中指出需要微机绝缘监测仪对蓄电池组的绝缘检测和绝缘降底故障点的判断。蓄电池组的绝缘电阻降底对直流***其他馈线输出的绝缘接地故障危害一样。

发电厂、变电站直流***接地是一种容易发生且对电力***危害性较大的故障。直流接地故障中，危害较大的是两点接地，可能造成严重后果。直流***正极接地，就会有造成继电保护误动的可能，因为一般跳闸线圈(如出口中间继电器线圈和跳闸线圈等)均接电源负极，回路再发生接地或绝缘不良就会形成两点接地，引起保护误动；直流***负极接地，如果回路中再有一点接地，形成两点接地可将跳闸回路或合闸回路短路，造成继电保护、信号、自动装置误动或拒动，或造成直流保险熔断，使保护及自动装置、控制回路失去电源。在复杂的保护回路中同极两点接地，还可能将某些继电器短接，不能跳闸造成保护拒动，致使越级跳闸。

目前直流***绝缘检测技术为的单一***接地报警功能和人工拉路寻找接地的技术，无法精确地确定蓄电池组接地点的具***置，这给故障判断带来很大的不便。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种蓄电池组接地点的检测装置及方法、直流电源***。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种蓄电池组接地点的检测装置，应用于直流电源***，所述直流电源***包括合闸母线及接入所述合闸母线以进行充电的蓄电池组，所述检测装置包括

用于在所述合闸母线上巡检出所述蓄电池组接地点对地的接地电阻异常、并输出第一检测结果的巡检器；

检测所述接地点上所流过电流的电流检测器；

检测所述合闸母线对地电压的电压检测器；

通过所述合闸母线连接至所述蓄电池组的支路电路，所述支路电路包括两个平衡桥电阻、两个检测桥电阻、第一开关和第二开关，其中，两个所述平衡桥电阻的一端分别连接在所述合闸母线的正负端，另一端均接地；两个所述检测桥电阻的一端分别连接所述合闸母线的正负端，另一端分别通过所述第一开关和所述第二开关接地；

根据所述第一检测结果选择性地控制所述第一开关和所述第二开关打开闭合情况的开关控制器；及

根据所述电流检测器、所述电压检测器所测得的测量参数计算出所述合闸母线对所述接地点的接地电压Ux的计算控制器。

优选地，所述开关控制器分别控制所述支路电路处于第一电路状态和第二电路状态，所述第一电路状态为所述第一开关闭合、所述第二开关打开，所述第二电路状态为所述第一开关打开、所述第二开关闭合；所述测量参数包括所述第一电路状态下测得的第一电压U1和第一电流I1、以及所述第二电路状态下测得的第二电压U2和第二电流I2，所述接地电压Ux通过公式(1)算出：

$\mathrm{Ux}=\frac{I1\·U2-I2\·U1}{I1-I2}......\left(1\right).$

优选地，所述计算控制器还根据公式(2)计算出所述接地点对地的接地电阻Rx：

$\mathrm{Rx}=\frac{U1-U2}{I1-I2}......\left(2\right).$

优选地，所述第一电压U1和所述第二电压U2均为所述合闸母线正端对地的电压值；或者，所述第一电压U1和所述第二电压U2均为所述合闸母线负端对地的电压值。

还提供一种蓄电池组接地点检测方法，通过检测装置进行蓄电池组接地点检测，包括如下步骤：

S1：在所述合闸母线上进行巡检，若检测出所述蓄电池组接地点对地的接地电阻异常，则执行步骤S2；

S2：闭合所述第一开关，打开所述第二开关，测得所述合闸母线对地的第一电压U1和此时所述接地点上流过的第一电流I1；

S3：打开所述第一开关，闭合所述第二开关，测得所述合闸母线对地的第二电压U2和此时所述接地点上流过的第二电流I2；

S4：通过公式(1)计算出接地电压Ux：

$\mathrm{Ux}=\frac{I1\·U2-I2\·U1}{I1-I2}......\left(1\right).$

优选地，还包括步骤S5：通过公式(2)计算出接地电阻Rx：

$\mathrm{Rx}=\frac{U1-U2}{I1-I2}......\left(2\right).$

优选地，所述第一电压U1和所述第二电压U2均为所述合闸母线正端对地的电压值；或者，所述第一电压U1和所述第二电压U2均为所述合闸母线负端对地的电压值。

优选地，所述第一电压U1和所述第二电压U2均自接所述合闸母线正端所测得时，还包括步骤：从所述蓄电池组正极开始测量电压值，直至测出当前电压值为所述接地电压Ux时，确定当前位置为所述接地点；或者，所述第一电压U1和所述第二电压U2均自接所述合闸母线负端所测得时，还包括步骤：从所述蓄电池组负极开始测量电压值，直至测出当前电压值为所述接地电压Ux时，确定当前位置为所述接地点。

优选地，还通过公式(3)计算出所述蓄电池组中的单体电压值Uo：

$\mathrm{Uo}=\frac{\mathrm{Ua}-\mathrm{Ub}}{K}......\left(3\right)$

其中，Ua为所述合闸母线正端电压值，Ub为所述合闸母线负端电压值，K为所述蓄电池组中的蓄电池数量；

然后，根据Ux与Uo的比例关系确定所述接地点位置。

还提供一种直流电源***，包括

蓄电池组；

控制母线及控制馈出支路；

合闸母线及合闸馈出支路；以及

用于在对所述合闸母线进行巡检的过程中巡检出所述蓄电池组接地点对地的接地电阻异常、从而进行蓄电池组接地点检测的检测装置。

实施本发明的有益效果是：本发明的蓄电池组接地点的检测装置及方法、直流电源***可根据电流检测器及电压检测器所测得的测量参数计算出合闸母线对接地点的接地电压Ux，从而确定出蓄电池组的接地点位置，便于故障定位。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一些实施例中蓄电池组接地点的检测装置的模块示意图；

图2是本发明一些实施例中直流电源***的模块示意图；

图3是图1中支路电路的电路示意图；

图4是图3中支路电路处于第一电路状态的电路示意图；

图5是图3中支路电路处于第二电路状态的电路示意图；

图6是本发明一些实施例中蓄电池组接地点检测方法的流程示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

图1示出了本发明一些实施例中的蓄电池组接地点的检测装置100，用于对蓄电池组600进行接地点检测，应用于直流电源***。结合图2所示，直流电源***包括控制母线KM及控制馈出支路200、合闸母线HM及合闸馈出支路400、蓄电池组600，其中，控制馈出支路200连接控制母线KM以获得电源，合闸馈出支路400连接合闸母线HM以获得电源，蓄电池组600连接在合闸母线HM的正负两端以进行充电。蓄电池组600正常运行状态在浮充状态，即基本达到99.9％的时间运行于蓄电池浮充状态——蓄电池组600小电流补充。在直流电源***中，蓄电池组600相当于负载，即相当于合闸母线HM上的一个馈出支路。蓄电池组600放电状态只有在维护检修和***失电，启动蓄电池组600备用电源，此种情况不需要检测蓄电池组600绝缘接地检测。检测装置100包括主机80、巡检器10、电流检测器60、电压检测器40、支路电路30、开关控制器20和计算控制器50。主机80内设置依次连接的巡检器10、电压检测器40、支路电路30、开关控制器20和计算控制器50，而电流检测器60可位于主机80内，也可以位于主机80外。电流检测器60分别连接支路电路30及计算控制器50。

其中，巡检器10用于在合闸母线HM上对控制馈出支路200、合闸馈出支路400及蓄电池组600进行巡检，当巡检出蓄电池组600接地点对地的接地电阻异常时，输出代表蓄电池组600异常情况的第一检测结果。作为选择，巡检器10在合闸母线HM上进行巡检可为定时巡检，或者实时巡检。若检测出蓄电池组600接地点对地的接地电阻正常，则继续执行后续巡检。

结合图3所示，支路电路30通过合闸母线HM连接至蓄电池组600。支路电路30包括两个平衡桥电阻Rb1、两个检测桥电阻Rp1、第一开关K1、第二开关K2及直流电源DC。其中，两个平衡桥电阻Rb1的一端分别连接在合闸母线HM的正负端，另一端均接地。两个检测桥电阻Rp1的一端分别连接合闸母线HM的正负端，另一端分别通过第一开关K1和第二开关K2接地。直流电源DC两端分别连接在合闸母线HM的正负端。按现在国家能源局的标准，在220VDC***中，两个平衡桥电阻Rb1取值范围为30K～60K。两个检测桥电阻Rp1此处用于进行电流电压检测，即不平衡桥电阻。U+表示合闸母线HM正对地电压值；U-表示合闸母线HM负对地电压值；Ux表示蓄电池组600内部接地点对合闸母线HM正端电压，为未知数；Rx表示蓄电池内部绝缘接地电阻，为未知数；I表示接地漏电流。

在图3中以大地为等电势可建立的数学模式为公式(4)：

$I=\frac{U_{+}-\mathrm{Ux}}{\mathrm{Rx}}......\left(4\right)$

再如图1和图2所示，电流检测器60用于检测接地点上所流过电流。优选地，巡检器10为多个微小电流传感器，每个巡检器10分别设置在对控制馈出支路200、合闸馈出支路400及蓄电池组600上，即设置于主机80外部。作为选择，巡检器10也可设置于主机80内部。电压检测器40用于检测合闸母线HM对地电压。

开关控制器20与巡检器10相连接，并接收巡检器10发出的第一检测结果。开关控制器20根据第一检测结果选择性地控制第一开关K1和第二开关K2打开闭合情况。当第一检测结果中包含未检测出蓄电池组600接地的信息时，开关控制器20不进行相应操作。当第一检测结果中包含检测出蓄电池组600接地的信息时，开关控制器20开始进行相应操作。具体地，开关控制器20分别控制支路电路30处于第一电路状态和第二电路状态，第一电路状态为第一开关K1闭合、第二开关K2打开，第二电路状态为第一开关K1打开、第二开关K2闭合。

计算控制器50与电压检测器40和电流检测器60相连接，并接收二者发出的测量参数。测量参数包括第一电路状态下测得的第一电压U1和第一电流I1、以及第二电路状态下测得的第二电压U2和第二电流I2。第一电压U1和第二电压U2均为合闸母线HM正端对地的电压值；或者，第一电压U1和第二电压U2均为合闸母线HM负端对地的电压值。优选地，本实施例中，第一电压U1和第二电压U2均为合闸母线HM正端对地的电压值。

计算控制器50根据电流检测器60、电压检测器40所测得的测量参数计算出合闸母线HM对接地点的接地电压Ux。

接地电压Ux通过公式(1)算出：

$\mathrm{Ux}=\frac{I1\·U2-I2\·U1}{I1-I2}......\left(1\right)$

作为选择，计算控制器50还根据公式(2)计算出接地点对地的接地电阻Rx：

$\mathrm{Rx}=\frac{U1-U2}{I1-I2}......\left(2\right)$

下面对公式(1)和公式(2)的推导原理进行说明：

第一电路状态的等效电路图如图4所示，第二电路状态的等效电路图如图5所示。

如图4所示，在第一电路状态下，第二开关K2打开、第一开关K1闭合，电流检测器60检测接地点上所流过电流I1，电压检测器40检测合闸母线HM对地电压U1。根据公式(4)可得出如下I1和U1的关系：

$I_1=\frac{U_1-\mathrm{Ux}}{\mathrm{Rx}}......\left(5\right)$

如图5所示，在第二电路状态下，第一开关K1打开、第二开关K2闭合，电流检测器60检测接地点上所流过电流I2，电压检测器40检测合闸母线HM对地电压U2。根据公式(4)可得出如下I2和U2的关系：

$I_2=\frac{U_2-\mathrm{Ux}}{\mathrm{Rx}}......\left(6\right)$

根据式(5)和式(6)，可算出：

$\mathrm{Ux}=\frac{I1\·U2-I2\·U1}{I1-I2}......\left(1\right)$

$\mathrm{Rx}=\frac{U1-U2}{I1-I2}......\left(2\right)$

算出接地电压Ux，则可根据电压情况找出蓄电池组600中相应的接地点。作为选择，根据公式(1)得到接地电压Ux后，对蓄电池组600上的接地点进行定位。定位方式包括如下三种实施方式：1、第一电压U1和第二电压U2均自接合闸母线HM正端所测得时，定位方法包括步骤：从蓄电池组600正极开始测量电压值，直至测出当前电压值为接地电压Ux时，确定当前位置为接地点。或者，2、第一电压U1和第二电压U2均自接合闸母线HM负端所测得时，定位方法包括步骤：从蓄电池组600负极开始测量电压值，直至测出当前电压值为接地电压Ux时，确定当前位置为接地点。或者，3、通过公式(3)计算出蓄电池组600中的单体电压值Uo：

$\mathrm{Uo}=\frac{\mathrm{Ua}-\mathrm{Ub}}{K}......\left(3\right)$

其中，Ua为合闸母线HM正端电压值，Ub为合闸母线HM负端电压值，K为蓄电池组600中的蓄电池数量；然后，根据Ux与Uo的比例关系确定接地点位置。

需说明的是，上述三种实施方式可通过人工操作来实现，也可通过一硬件装置来实现，还可通过一软件控制来实现，此处不做具体限定。

如图6示出了本发明一些实施例中蓄电池组接地点检测方法，通过上述实施例中检测装置100进行蓄电池组600接地点检测，包括如下步骤S1至S5。

结合图1和图2所示，步骤S1中，首先，在合闸母线HM上进行巡检，若检测出蓄电池组600接地点对地的接地电阻异常，则执行步骤S2。优选地，本步骤中，在合闸母线HM上进行巡检可为定时巡检，或者实时巡检。若检测出蓄电池组600接地点对地的接地电阻正常，则继续执行后续巡检。

步骤S2中，闭合第一开关K1，打开第二开关K2，测得合闸母线HM对地的第一电压U1和此时接地点上流过的第一电流I1。步骤S3中，打开第一开关K1，闭合第二开关K2，测得合闸母线HM对地的第二电压U2和此时接地点上流过的第二电流I2。从而通过步骤S2和步骤S3获得执行步骤S4的参数U1、I1、U2、I2。其中，第一电压U1和第二电压U2均为合闸母线HM正端对地的电压值；或者，第一电压U1和第二电压U2均为合闸母线HM负端对地的电压值。优选地，本实施例中，第一电压U1和第二电压U2均为合闸母线HM正端对地的电压值。

在步骤S4中，通过公式(1)计算出接地电压Ux：

$\mathrm{Ux}=\frac{I1\·U2-I2\·U1}{I1-I2}......\left(1\right)$

步骤S5中：通过公式(2)计算出接地电阻Rx：

$\mathrm{Rx}=\frac{U1-U2}{I1-I2}......\left(2\right)$

关于公式(1)和公式(2)的推导，可参看本发明上述实施例的蓄电池组600接地点检测装置100中的推导算法。

根据公式(1)得到接地电压Ux后，对蓄电池组600上的接地点进行定位。定位方式包括如下三种实施方式：1、第一电压U1和第二电压U2均自接合闸母线HM正端所测得时，定位方法包括步骤：从蓄电池组600正极开始测量电压值，直至测出当前电压值为接地电压Ux时，确定当前位置为接地点。或者，2、第一电压U1和第二电压U2均自接合闸母线HM负端所测得时，定位方法包括步骤：从蓄电池组600负极开始测量电压值，直至测出当前电压值为接地电压Ux时，确定当前位置为接地点。或者，3、通过公式(3)计算出蓄电池组600中的单体电压值Uo：

$\mathrm{Uo}=\frac{\mathrm{Ua}-\mathrm{Ub}}{K}......\left(3\right)$

其中，Ua为合闸母线HM正端电压值，Ub为合闸母线HM负端电压值，K为蓄电池组600中的蓄电池数量；然后，根据Ux与Uo的比例关系确定接地点位置。

需说明的是，上述三种实施方式可通过人工操作来实现，也可通过一硬件装置来实现，还可通过一软件控制来实现，此处不做具体限定。

图2示出了本发明一些实施例中的直流电源***，包括控制母线KM及控制馈出支路200、合闸母线HM及合闸馈出支路400、蓄电池组600以及上述实施例中的检测装置100，其中，控制馈出支路200连接控制母线KM以获得电源，合闸馈出支路400连接合闸母线HM以获得电源，蓄电池组600连接在合闸母线HM的正负两端以进行充电，检测装置100分别连接合闸母线HM、控制母线KM、控制馈出支路200、合闸馈出支路400以及蓄电池组600。检测装置100用于在对合闸母线HM进行巡检的过程中巡检出蓄电池组600接地点对地的接地电阻异常、从而进行蓄电池组600接地点检测。优选地，合闸母线HM与控制母线KM共负端。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干个改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种蓄电池组接地点的检测装置，应用于直流电源***，所述直流电源***包括合闸母线(HM)及接入所述合闸母线(HM)以进行充电的蓄电池组(600)，其特征在于，所述检测装置包括

用于在所述合闸母线(HM)上巡检出所述蓄电池组(600)接地点对地的接地电阻异常、并输出第一检测结果的巡检器(10)；

检测所述接地点上所流过电流的电流检测器(60)；

检测所述合闸母线(HM)对地电压的电压检测器(40)；

通过所述合闸母线(HM)连接至所述蓄电池组(600)的支路电路(30)，所述支路电路(30)包括两个平衡桥电阻(Rb1)、两个检测桥电阻(Rp1)、第一开关(K1)和第二开关(K2)，其中，两个所述平衡桥电阻(Rb1)的一端分别连接在所述合闸母线(HM)的正负端，另一端均接地；两个所述检测桥电阻(Rp1)的一端分别连接所述合闸母线(HM)的正负端，另一端分别通过所述第一开关(K1)和所述第二开关(K2)接地；

根据所述第一检测结果选择性地控制所述第一开关(K1)和所述第二开关(K2)打开闭合情况的开关控制器(20)；及

根据所述电流检测器(60)、所述电压检测器(40)所测得的测量参数计算出所述合闸母线(HM)对所述接地点的接地电压Ux的计算控制器(50)。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述开关控制器(20)分别控制所述支路电路(30)处于第一电路状态和第二电路状态，所述第一电路状态为所述第一开关(K1)闭合、所述第二开关(K2)打开，所述第二电路状态为所述第一开关(K1)打开、所述第二开关(K2)闭合；所述测量参数包括所述第一电路状态下测得的第一电压U1和第一电流I1、以及所述第二电路状态下测得的第二电压U2和第二电流I2，所述接地电压Ux通过公式(1)算出：

$\mathrm{Ux}=\frac{I1\·U2-I2\·U1}{I1-I2}\·\·\·\·\·\·\left(1\right).$

3.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述计算控制器(50)还根据公式(2)计算出所述接地点对地的接地电阻Rx：

$\mathrm{Rx}=\frac{U1-U2}{I1-I2}\·\·\·\·\·\·\left(2\right).$

4.根据权利要求2或3所述的检测装置，其特征在于，所述第一电压U1和所述第二电压U2均为所述合闸母线(HM)正端对地的电压值；或者，所述第一电压U1和所述第二电压U2均为所述合闸母线(HM)负端对地的电压值。

5.一种蓄电池组接地点的检测方法，其特征在于，通过权利要求1至4任一项所述的检测装置(100)进行蓄电池组接地点检测，包括如下步骤：

S1：在所述合闸母线(HM)上进行巡检，若检测出所述蓄电池组(600)接地点对地的接地电阻异常，则执行步骤S2；

S2：闭合所述第一开关(K1)，打开所述第二开关(K2)，测得所述合闸母线(HM)对地的第一电压U1和此时所述接地点上流过的第一电流I1；

S3：打开所述第一开关(K1)，闭合所述第二开关(K2)，测得所述合闸母线(HM)对地的第二电压U2和此时所述接地点上流过的第二电流I2；

S4：通过公式(1)计算出接地电压Ux：

$\mathrm{Ux}=\frac{I1\·U2-I2\·U1}{I1-I2}\·\·\·\·\·\·\left(1\right).$

6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于，还包括步骤S5：通过公式(2)计算出接地电阻Rx：

$\mathrm{Rx}=\frac{U1-U2}{I1-I2}\·\·\·\·\·\·\left(2\right).$

7.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于，所述第一电压U1和所述第二电压U2均为所述合闸母线(HM)正端对地的电压值；或者，所述第一电压U1和所述第二电压U2均为所述合闸母线(HM)负端对地的电压值。

8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，所述第一电压U1和所述第二电压U2均自接所述合闸母线(HM)正端所测得时，还包括步骤：从所述蓄电池组(600)正极开始测量电压值，直至测出当前电压值为所述接地电压Ux时，确定当前位置为所述接地点；或者，所述第一电压U1和所述第二电压U2均自接所述合闸母线(HM)负端所测得时，还包括步骤：从所述蓄电池组(600)负极开始测量电压值，直至测出当前电压值为所述接地电压Ux时，确定当前位置为所述接地点。

9.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，还通过公式(3)计算出所述蓄电池组(600)中的单体电压值Uo：

$\mathrm{Uo}=\frac{\mathrm{Ua}-\mathrm{Ub}}{K}\·\·\·\·\·\·\left(3\right)$

其中，Ua为所述合闸母线(HM)正端电压值，Ub为所述合闸母线(HM)负端电压值，K为所述蓄电池组(600)中的蓄电池数量；

然后，根据Ux与Uo的比例关系确定所述接地点位置。

10.一种直流电源***，其特征在于，包括

蓄电池组(600)；

控制母线(KM)及控制馈出支路(200)；

合闸母线(HM)及合闸馈出支路(400)；以及

权利要求1至4任一项所述、用于在对所述合闸母线(HM)进行巡检的过程中巡检出所述蓄电池组(600)接地点对地的接地电阻异常、从而进行蓄电池组(600)接地点检测的检测装置(100)。