CN105938167B - 直流***交流窜入故障点定位查找装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明是提供一种能快速查找交流窜入直流***故障点物理位置的方法，包含监测主机、手持式定位仪和钳形互感器。监测主机用来测量窜入的交流量UL，直流电压Ud、正极对地电压U+、负极对地电压U‑，智能判断交流窜入极性、方式及计算出等效电阻电阻值R，并向交流窜入极对大地注入一个超低频信号电流Id。交流源等效为电阻接地，交流窜入点的查找看作电阻接地点的查找，用钳形互感器与手持式定位仪顺着信号电流Id的流向查找交流窜入故障点，查找到信号电流Id突然消失的位置就是交流窜入的故障点位置。

Description

直流***交流窜入故障点定位查找装置及方法

技术领域

本发明涉及一种直流***交流窜入故障点定位查找装置及方法，属于直流***监测领域。

背景技术

根据《防止电力生产事故的二十五项重点要求》(国家能源局安全[2014]161号)“第22.2.3.22条：严防交流窜入直流故障出现。”“第22.2.3.23.3条：新建或改造的变电所，直流电源***绝缘监测装置，应具备交流窜直流故障的测记和报警功能。原有的直流电源***绝缘监测装置，应逐步进行改造，使其具备交流窜直流故障的测记和报警功能。”规定，目前市场上已有厂家生产出关于交流窜入直流***的测记告警装置，也有相关专利文献。

但是，由于交流窜入直流***具有间歇性、隐蔽性及直流***回路的复杂性，这类监测装置及专利文献都不能定位查找交流窜入的故障点，也就是说当交流窜入直流***时这类装置及专利文献只能检测到有交流窜入，而不能判断交流是从哪一支路窜入，更不能查找定位交流窜入的具体物理位置，不能做到及时准确的消除交流窜入直流故障，给厂/站的安全生产埋下严重隐患。

从窜入方式来分，交流窜入直流***可分为直接窜入和经过渡电阻窜入，由于交流电的N极是接地的，所以直接窜入方式可以把交流源UL看作是一个0K电阻接地，经过渡电阻窜入方式可以把交流源UL看作是一个电阻值为R的电阻接地。从窜入极性来分交流窜入直流***可分为从直流正极窜入、从直流负极窜入、从直流正负极同时窜入。

图1～图6是交流窜入直流***的示意图，其中，图1是直接从直流正极对地窜入示意图，体现为交流源UL直接叠加在直流正极对大地上；图2是直接从直流负极对地窜入示意图，体现为交流源UL直接叠加在直流负极对大地上；图3是直接从直流正负极同时对大地窜入示意图，体现为交流源UL直接同时叠加在直流负极对大地和正极对大地上；图4是交流源UL经过渡电阻从直流正极对大地窜入示意图，体现为交流源UL经一个过渡电阻叠加在直流正极对大地上；图5是交流源UL经过渡电阻从直流负极对大地窜入示意图，体现为交流源UL经一个过渡电阻叠加在直流负极对大地上；图6是交流源UL经过渡电阻从直流正负极同时对大地窜入示意图，体现为交流源UL分别经一个过渡电阻叠加在直流负极对大地和正极对大地上。

交流窜入直流***将严重影响***的安全运行，尤其是所述的交流N极直接窜入或经消弧线圈同时从直流正负窜入和经过渡电阻同时从直流正负窜入，极易造成直流正负极短路，给直流***的安全运行埋下极大隐患，所以当直流***任一点发生交流窜入时，必须及时的准确的消除故障，以避免发生第二点交流窜入而造成直流正负极短路。

发明内容

本发明的目的是，提供一种能快速查找交流窜入直流***故障点物理位置的方法，当直流***任一点发生交流窜入时，能快速的准确的查找定位交流窜入的具体物理位置，消除故障，避免发生第二点交流窜入而造成直流正负极短路，保证直流***安全运行。

本发明方法包含监测主机、手持式定位仪和钳形互感器，监测主机用来测量窜入的交流电压UL、直流***母线电压Ud、直流正极对地电压U+、直流负极对地电压U-及发超低频电流信号Id，手持式定位仪用来查找定位交流窜入的具体物理位置，钳形互感器用来感应监测主机发出的超低频电流信号。当有交流窜入直流时，监测主机测量出窜入的交流量的值UL，直流电压的值Ud、正极对地电压值U+、负极对地电压值U-，智能判断交流窜入极性、方式及计算出等效电阻电阻值R，并向交流窜入极对大地注入一个0.125Hz的超低频信号电流Id，根据交流窜入的方式，交流源等效为电阻接地，交流窜入点的查找既可看作电阻接地点的查找，钳形互感器接入手持式定位仪，手持式定位仪与监测主机通过红外信号发射与接收实现信号同步，用钳形互感器与手持式定位仪顺着信号电流Id的流向查找交流窜入故障点，查找到信号电流Id突然消失的位置就是交流窜入的故障点位置。

所述监测主机包含电压采集回路、超低频信号发生器、CPU控制器1、红外发射器、显示器1、告警器，电压采集回路通过采集交流电压量UL、母线电压量Ud、直流正极对地电压U+、直流负极对地电压U-经处理后送入CPU控制器1，CPU控制器1对交流电压量UL、母线电压量Ud、直流正极对地电压U+、直流负极对地电压U-进行计算处理，启动超低频信号发生器向交流窜入极对大地注入一个0.125Hz的超低频信号电流Id，智能判断交流窜入极性、方式并计算出等效电阻R的电阻值及信号电流Id的值，通过显示器1显示交流电压量UL、母线电压量Ud、直流正极对地电压U+、直流负极对地电压U-、等效电阻值R及信号电流Id值，告警器发出交流窜入告警信号，同时通过红外发生器发送等效电阻值及信号电流Id值。

所述手持式定位仪包含电流放大器、0.125Hz帯通滤波器2、相位比较器、A/D变换器、CPU控制器2、红外接收器、显示器2、语音告警器、按键按钮，电流放大器用来对钳形互感器感应微弱电流信号进行放大，其输入端接钳形互感器的二次输出、输出端接0.125Hz帯通滤波器2的输入；0.125Hz帯通滤波器2用来提取0.125Hz的电流信号，其输入端接电流放大器的输出、输出端接相位比较器的输入；相位比较器用来对0.125Hz的电流信号进行相位比较，判断其是容性电流还是阻性电流，其输入端接0.125Hz帯通滤波器2的输出、输出端接A/D变换器的输入；A/D变换器用来把0.125Hz的模拟电流信号变换成能被CPU控制器2识别处理的数字信号，其输入端接相位比较器的输出、输出端接CPU控制器2的I/O口；红外接收器用来接收监测主机发送的红外信号，并送入CPU控制器2；按键按钮用来对手持式定位仪进行工作状态控制，有通讯按钮和探测按钮，通讯按钮按下，CPU控制器2启动红外接收器接收监测主机发送的红外信号，实现信号同步，探测按钮按下，CPU控制器2读取A/D变换器输出信号，CPU控制器2对A/D变换器送入的数字量进行计算处理并与红外接收器接收的信号进行相位比较，计算出等效电阻值及信号电流Id值，通过显示器2显示等效电阻值及信号电流Id值，语音告警器发出告警信号。

所述钳形互感器用来感应监测主机发出的超低频电流信号大小，采用无源高精度交流互感器。

所述电压采集回路由分压电阻网络、直流取样、交流提取、放大滤波、信号调理2、A/D变换组成，分压电阻网络用来对交流电压和直流电压进行限压，限压后分两路，一路采集直流分量，一路采集交流分量，其输入接在直流母线正负极上，输出分别接直流取样和交流提取；直流取样用来提取直流分量电压U+和U-，其输入接分压电阻网络的输出，输出接放大滤波；放大滤波用来滤除直流分量中的交流分量，其输入接直流取样的输出，输出接A/D变换；交流提取用来提取窜入直流的交流分量电压UL，其输入接分压电阻网络的输出，输出接信号调理2；信号调理2用来对交流分量电压进行变换，使其变为能被A/D变换采集的信号量，其输入接交流提取的输出，输出接A/D变换；A/D变换同时采集直流分量电压和交流分量电压，并换成能被CPU控制器1识别的数字信号量。

所述超低频信号发生器由CPU控制器3、D/A变换、0.125Hz帯通滤波器1、信号调理1、功率放大、电容隔离、限流电阻网络组成，CPU控制器3用来产生频率为0.125Hz的数字信号量，其输出接D/A变换；D/A变换用来把CPU控制器3输出的数字信号量变换成模拟信号量，其输入接CPU控制器3的I/O口，输出接0.125Hz帯通滤波器1的输入；0.125Hz帯通滤波器1用来提取0.125Hz的有用信号滤除其余干扰信号，其输入接D/A变换的输出，输出接信号调理1的输入；信号调理1用来对提取的0.125Hz有用信号进行波形调理，使其成为对称平滑的正弦波形，其输入接0.125Hz帯通滤波器1的输出，输出接功率放大的输入；功率放大用来放大信号调理1输出的正弦信号，其输入接信号调理1的输出，输出接电容隔离；电容隔离用来隔离直流分量，其输入接功率放大的输出，输出接限流电阻网络的输入；限流电阻网络用来对0.125Hz信号进行限流保护，其输入接电容隔离的输出，输出接直流的正负极。

附图说明

图1是直接从直流正极对大地窜入示意图。

图2是直接从直流负极对大地窜入示意图。

图3是直接从直流正负极同时对大地窜入示意图。

图4是交流经过渡电阻从直流正极对大地窜入示意图。

图5是交流经过渡电阻从直流负极对大地窜入示意图。

图6是交流经过渡电阻从直流正负极同时对大地窜入示意图。

图7是本发明组成及交流窜入点查找判断方法原理图。

图8是监测主机及手持式定位仪实施原理图。

图9是超低频信号发生器及电压采集回路实施原理图。

图10是交流窜入监测及窜入点查找实施原理图。

具体实施方式

参考图7～图10，本发明是一种直流***交流窜入故障点定位查找装置及方法。

结合图7，本发明由监测主机、手持式定位仪和钳形互感器组成，监测主机接入直流母线电压的正极U+、负极U-和大地，负载1正极A点窜入交流源UL，把窜入交流源UL等效为一个电阻值为R的电阻，监测主机向正极对地注入一个超低频信号电流Id，钳形互感器接入手持式定位仪，钳形互感器夹在负载1的馈线上顺着信号电流Id的流向查找窜入点，在负载1馈线的B点，手持式定位仪测量有信号电流Id，往下查找在负载1馈线的C点，手持式定位仪测量信号电流Id消失，判断窜入点就在B点和C点之间的A点，即负载1馈线上信号电流突然消失的点就是窜入点。

结合图8，所述监测主机包含电压采集回路、超低频信号发生器、CPU控制器1、红外发射器、显示器1、告警器，电压采集回路通过采集交流电压量、母线电压量经处理后送入CPU控制器1，CPU控制器1对交流电压量、母线电压量进行计算处理，启动超低频信号发生器向交流窜入极对大地注入一个0.125Hz的超低频信号电流Id，智能判断交流窜入极性、方式并计算出等效电阻电阻值及信号电流Id的值，通过显示器1显示交流电压值、母线电压值、等效电阻值及信号电流Id值，告警器发出交流窜入告警信号，同时通过红外发生器发送等效电阻值及信号电流Id值。CPU控制器1由型号为STC89C58RD+的单片机构成，红外发射器由型号为MCP2120的红外编码/解码器与型号为ZHX1010的红外收发器构成，显示器1由4.3寸工业触摸屏构成，告警器由告警指示灯及蜂鸣器构成。

所述手持式定位仪包含电流放大器、0.125Hz帯通滤波器2、相位比较器、A/D变换器、CPU控制器2、红外接收器、显示器2、语音告警器、按键按钮，电流放大器用来对钳形互感器感应微弱电流信号进行放大，其输入端接钳形互感器的二次输出、输出端接0.125Hz帯通滤波器2的输入；0.125Hz帯通滤波器2用来提取0.125Hz的电流信号，其输入端接电流放大器的输出、输出端接相位比较器的输入；相位比较器用来对0.125Hz的电流信号进行相位比较，判断其是容性电流还是阻性电流，其输入端接0.125Hz帯通滤波器2的输出、输出端接A/D变换器的输入；A/D变换器用来把0.125Hz的模拟电流信号变换成能被CPU控制器2识别处理的数字信号，其输入端接相位比较器的输出、输出端接CPU控制器2的I/O口；红外接收器用来接收监测主机发送的红外信号，并送入CPU控制器2；按键按钮用来对手持式定位仪进行工作状态控制，有通讯按钮和探测按钮，通讯按钮按下，CPU控制器2启动红外接收器接收监测主机发送的红外信号，实现信号同步，探测按钮按下，CPU控制器2读取A/D变换器输出信号，CPU控制器2对A/D变换器送入的数字量进行计算处理并与红外接收器接收的信号进行相位比较，计算出等效电阻值及信号电流Id值，通过显示器2显示等效电阻值及信号电流Id值，语音告警器发出告警信号。电流放大器由集成芯片OP07及电阻电容构成，0.125Hz帯通滤波器2由集成芯片TL062及电阻电容构成，相位比较器由集成芯片TL062及电阻电容构成，A/D变换器由11位TLC2543及电阻电容构成，CPU控制器2由型号为STC89C58RD+的单片机构成，红外接收器由型号为MCP2120的红外编码/解码器与型号为ZHX1010的红外收发器构成，显示器2由OMJ4*8液晶显示屏构成，语音告警器由蜂鸣器构成，按键按钮由通讯键和探测按钮构成。

所述钳形互感器用来感应监测主机发出的超低频电流信号大小，采用无源高精度交流互感器。

结合图9，所述电压采集回路由分压电阻网络、直流取样、交流提取、放大滤波、信号调理2、A/D变换组成，分压电阻网络用来对交流电压和直流电压进行限压，限压后分两路，一路采集直流分量，一路采集交流分量，其输入接在直流母线正负极上，输出分别接直流取样和交流提取；直流取样用来提取直流分量电压U+和U-，其输入接分压电阻网络的输出，输出接放大滤波；放大滤波用来滤除直流分量中的交流分量，其输入接直流取样的输出，输出接A/D变换；交流提取用来提取窜入直流的交流分量电压，其输入接分压电阻网络的输出，输出接信号调理2；信号调理2用来对交流分量电压进行变换，使其变为能被A/D变换采集的信号量，其输入接交流提取的输出，输出接A/D变换；A/D变换同时采集直流分量电压和交流分量电压，并换成能被CPU控制器1识别的数字信号量。分压电阻网络由1个200K电阻和1个20K电阻串联接在正极与1个200K电阻和1个20K电阻串联接在负极构成，直流提取由2K可调电位器及稳压二极管构成，放大滤波由集成芯片TL062及电阻电容构成，交流提取由集成芯片OP07及电阻电容构成50Hz帯通滤波电路实现，信号调理2由集成芯片TL062、电阻电容及二极管IN4148构成，A/D变换由11位TLC2543及电阻电容构成。

所述超低频信号发生器由CPU控制器3、D/A变换、0.125Hz帯通滤波器1、信号调理1、功率放大、电容隔离、限流电阻网络组成，CPU控制器3用来产生频率为0.125Hz的数字信号量，其输出接D/A变换；D/A变换用来把CPU控制器3输出的数字信号量变换成模拟信号量，其输入接CPU控制器3的I/O口，输出接0.125Hz帯通滤波器1的输入；0.125Hz帯通滤波器1用来提取0.125Hz的有用信号滤除其余干扰信号，其输入接D/A变换的输出，输出接信号调理1的输入；信号调理1用来对提取的0.125Hz有用信号进行波形调理，使其成为对称平滑的正弦波形，其输入接0.125Hz帯通滤波器1的输出，输出接功率放大的输入；功率放大用来放大信号调理1输出的正弦信号，其输入接信号调理1的输出，输出接电容隔离；电容隔离用来隔离直流分量，其输入接功率放大的输出，输出接限流电阻网络的输入；限流电阻网络用来对0.125Hz信号进行限流保护，其输入接电容隔离的输出，输出接直流的正负极。CPU控制器3由型号为STC89C58RD+的单片机构成、D/A变换由数模转换芯片DAC7512构成、0.125Hz帯通滤波器1由集成芯片TL062及电阻电容构成、信号调理1由集成芯片TL062、电阻电容及可调电位器构成、功率放大由功放集成芯片OPA445及电阻电容构成、电容隔离由有两个电解电容负极相连构成、限流电阻网络由3个10K/2W电阻串联接在直流正极上和3个10K/2W电阻串联接在直流负极上构成。

结合图10，直流***负载1支路发生交流窜入故障，监测主机通过电压采集回路采集交流电压量、母线电压量经处理后送入CPU控制器1，CPU控制器1对交流电压量、母线电压量进行计算处理，智能判断交流窜入极性、方式并计算出等效电阻电阻值及信号电流Id的值，启动超低频信号发生器向交流窜入极对大地注入一个0.125Hz的超低频信号电流Id，通过显示器1显示交流电压值、母线电压值、等效电阻值及信号电流Id值，告警器发出交流窜入告警信号，同时通过红外发生器发送等效电阻值及信号电流Id值。手持式定位仪上的通讯按键按下，接收监测主机发送的红外信号实现信号同步；钳形互感器接入手持式定位仪，并顺着信号电流流向夹在负载1馈线支路上感应信号电流Id的大小，感应的微弱电流经电流放大器放大、0.125Hz帯通滤波器2提取0.125Hz的电流信号、相位比较器对0.125Hz的电流信号进行相位比较、A/D变换器把0.125Hz模拟电流信号变换成能被CPU控制器2识别处理的数字信号，探测按钮按下，CPU控制器2读取A/D变换器输出信号，CPU控制器2对A/D变换器送入的数字量进行计算处理并与红外接收器接收的信号进行相位比较，计算出等效电阻值及信号电流Id值，通过显示器2显示等效电阻值及信号电流Id值，语音告警器发出告警信号。

Claims (1)

1.一种直流***交流窜入故障点定位查找装置，当直流***任一点发生交流窜入时，能快速的准确的查找定位交流窜入的具体物理位置，消除故障，避免发生第二点交流窜入而造成直流正负极短路，保证直流***安全运行，其特征在于：

包含监测主机、手持式定位仪和钳形互感器，监测主机用来测量窜入的交流电压UL、直流***母线电压Ud、直流正极对地电压U+、直流负极对地电压U-及发送超低频电流信号Id，手持式定位仪用来查找定位交流窜入的具体物理位置，钳形互感器用来感应监测主机发出的超低频电流信号，当有交流窜入直流时，监测主机测量出窜入的交流电压UL，直流***母线电压Ud、直流正极对地电压U+、直流负极对地电压U-，智能判断交流窜入极性、方式及计算出等效电阻电阻值R，并向交流窜入极对大地注入一个0.125Hz的超低频电流信号Id，根据交流窜入的方式，交流源等效为电阻接地，交流窜入点的查找即可看作电阻接地点的查找，钳形互感器接入手持式定位仪，手持式定位仪与监测主机通过红外信号发射与接收实现信号同步，用钳形互感器与手持式定位仪顺着超低频电流信号Id的流向查找交流窜入故障点，查找到超低频电流信号Id突然消失的位置就是交流窜入的故障点位置；

所述监测主机包含电压采集回路、超低频信号发生器、CPU控制器1、红外发射器、显示器1、告警器，电压采集回路通过采集交流电压UL、直流***母线电压Ud、直流正极对地电压U+、直流负极对地电压U-经处理后送入CPU控制器1，CPU控制器1对交流电压UL、直流***母线电压Ud、直流正极对地电压U+、直流负极对地电压U-进行计算处理，启动超低频信号发生器向交流窜入极对大地注入一个0.125Hz的超低频电流信号Id，智能判断交流窜入极性、方式并计算出等效电阻电阻值R的电阻值及超低频电流信号Id的值，通过显示器1显示交流电压UL、直流***母线电压Ud、直流正极对地电压U+、直流负极对地电压U-、等效电阻电阻值R及超低频电流信号Id值，告警器发出交流窜入告警信号，同时通过红外发射器发送等效电阻值及超低频电流信号Id值；

所述手持式定位仪包含电流放大器、0.125Hz帯通滤波器2、相位比较器、A/D变换器、CPU控制器2、红外接收器、显示器2、语音告警器、按键按钮，电流放大器用来对钳形互感器感应微弱电流信号进行放大，其输入端接钳形互感器的二次输出、输出端接0.125Hz帯通滤波器2的输入；0.125Hz帯通滤波器2用来提取0.125Hz的电流信号，其输入端接电流放大器的输出、输出端接相位比较器的输入；相位比较器用来对0.125Hz的电流信号进行相位比较，判断其是容性电流还是阻性电流，其输入端接0.125Hz帯通滤波器2的输出、输出端接A/D变换器的输入；A/D变换器用来把0.125Hz的模拟电流信号变换成能被CPU控制器2识别处理的数字信号，其输入端接相位比较器的输出、输出端接CPU控制器2的I/O口；红外接收器用来接收监测主机发送的红外信号，并送入CPU控制器2；按键按钮用来对手持式定位仪进行工作状态控制，有通讯按钮和探测按钮，通讯按钮按下，CPU控制器2启动红外接收器接收监测主机发送的红外信号，实现信号同步，探测按钮按下，CPU控制器2读取A/D变换器输出信号，CPU控制器2对A/D变换器送入的数字量进行计算处理并与红外接收器接收的信号进行相位比较，计算出等效电阻值及超低频电流信号Id值，通过显示器2显示等效电阻值及超低频电流信号Id值，语音告警器发出告警信号；

所述钳形互感器用来感应监测主机发出的超低频电流信号大小，采用无源高精度交流互感器；

所述电压采集回路由分压电阻网络、直流取样、交流提取、放大滤波、信号调理2、A/D变换组成，分压电阻网络用来对交流电压和直流电压进行限压，限压后分两路，一路采集直流分量，一路采集交流分量，其输入接在直流母线正负极上，输出分别接直流取样和交流提取；直流取样用来提取直流正极对地电压U+和直流负极对地电压U-，其输入接分压电阻网络的输出，输出接放大滤波；放大滤波用来滤除直流分量中的交流分量，其输入接直流取样的输出，输出接A/D变换；交流提取用来提取窜入直流的交流电压UL，其输入接分压电阻网络的输出，输出接信号调理2；信号调理2用来对交流分量电压进行变换，使其变为能被A/D变换采集的信号量，其输入接交流提取的输出，输出接A/D变换；A/D变换同时采集直流分量电压和交流分量电压，并换成能被CPU控制器1识别的数字信号量；

所述超低频信号发生器由CPU控制器3、D/A变换、0.125Hz帯通滤波器1、信号调理1、功率放大、电容隔离、限流电阻网络组成，CPU控制器3用来产生频率为0.125Hz的数字信号量，其输出接D/A变换；D/A变换用来把CPU控制器3输出的数字信号量变换成模拟信号量，其输入接CPU控制器3的I/O口，输出接0.125Hz帯通滤波器1的输入；0.125Hz帯通滤波器1用来提取0.125Hz的有用信号滤除其余干扰信号，其输入接D/A变换的输出，输出接信号调理1的输入；信号调理1用来对提取的0.125Hz有用信号进行波形调理，使其成为对称平滑的正弦波形，其输入接0.125Hz帯通滤波器1的输出，输出接功率放大的输入；功率放大用来放大信号调理1输出的正弦信号，其输入接信号调理1的输出，输出接电容隔离；电容隔离用来隔离直流分量，其输入接功率放大的输出，输出接限流电阻网络的输入；限流电阻网络用来对0.125Hz信号进行限流保护，其输入接电容隔离的输出，输出接直流的正负极。