CN1070486A - 直流接地监测告警装置 - Google Patents

Abstract

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U1和代用电源U2用电源转 换开关QK连接，代用电源U2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。本发明具 有接地参数(接地电压、接地电阻、接地程度、接地极 性)直接显示，操作简单，不但能够保证各待选回路不 失去工作电源，而且缩短选择接地区域的定向确认时 间，提高了保护投入率和***安全率等特点。

Description

本发明涉及的是对电力设备起保护、控制作用的二次直流***，特别是监测直流接地告警及选择接地点的一种装置。

当今时代科技腾飞，电力***规模日趋壮大，特别是五十万变电所的兴建，使大容量、超高压长线路发、变、输电配套工程得以迅猛发展。相应地，作为对一次设备起到保护、控制作用的继电保护、安全自动装置以及操作控制回路等构成的二次直流***，为适应电网结构的变化和满足***稳定的要求，也正在向众多和复杂化发展。这就增加了直流***故障的几率，而直流***健康水平将直接危急到一次***安全。

直流回路两点接地，将会引起继电保护、开关等不正确动作、设备烧损、电源短路等事故也时有发生。所以在出现直流接地时，必须立即选择，尽快处理。目前，***中普遍采用“拉路法”寻找直流接地。这就不得不忍痛割爱地人为依次拉开各待选回路的工作电源，使这些保护控制回路失去它们的工作能力。一但在此期间发生***事故，势必会使事故扩大化，造成严重恶果。距离保护在拉、合直流时很容易误动;高频保护一侧失去直流电源时，另一侧也很容易误动。由于变电所内设备众多，“拉路法”选择占用时间又长，反反复复地与调度联系，以及相邻变电所的配合，加之停用保护，交换高频保护信号等一系列操作，一但忘记了联系，在保护运行的情况下单侧拉开直流电源，将可能造成不可预测的后果。另外，***中采用老式绝缘监察装置，不但元件较多和粗本、成本高，而且反映参数也很不直观。为了了解接地参数，尚需进行几次测量和较复杂的计算。装置灵敏度低、可靠性差，有时还会造成误测量和误判断。

本发明的目的是针对上述问题，提供一种能快速直观显示接地参数，实现直流接地回路的不断电选择的直流接地监测告警装置。

本发明的任务是按如下方式完成的：

正常情况下，参数相等的两只平衡电阻Rp以及中性人为接地点处的接地继电器J_o，接地极别判断发光二极管XD+、XD-，使工作电源正负极对地达到平衡。没有接地电流I。产生，故J_o不动作，XD+、XD-不亮，表示绝缘良好。

两只微动按钮AN+、AN-的常闭接点，将表头跨接在电源正负极两端，使电压表正常监示母线电压。当按动微型按钮AN+、AN-进行参数测量时，由于电压表内阻Rb接地继电器线圈内阻Rj等的参与，对平衡回路产生一些影响，出现了一定数量的不平衡电流Ip。但由于选择配置时考虑到这种情况，使表头内阻Rb远大于Rp及Rj，使Ip相对很小，不会使J_o动作而告警。而发光二极管的启辉电流是很小的，测量时所出现的这个不平衡电流Ip仍然能使它发光。这并不意味着有接地，而是向我们指示所测量的电压是正极，还是负极，这正是设计时所追求的效果。原理很简单，当分别按动AN+、AN-测量正负极对地电压时，所产生的Ip流经两只发光管的方向不相同，因此XD+和XD-分别在不同测量状态下发光。

当直流***绝缘水平下降时，接地电阻Rx 自然地破坏了装置的平衡，出现了接地电流I_o，由于接地极别不同，I_o的方向就不同，所以正、反互并的两只发光二极管也分别在不同的接地极别时形成通路而发光。当接地电阻Rx达到装置设计起动值时，所产生的I_o使J_o动作，ZJ_o中间继电器也将随着J_o的动作而动作。ZJ_o的一付接点闭合，点亮直流接地光字牌，警铃告警。ZJ_o的另一付接点闭合后，将准备好各区域馈线屏的信号灯回路，以便为选择操作提供可靠的信息。

电源切换开关QK正常时投向工作电源U1位置，使绝缘监测继电器监察工作的直流电源。当发生直流接地时，将绝缘监测装置的电源切换开关QK投向代用电源U2的位置，使接地信号消失，这时绝缘监测装置已经退出对工作电源的监察，可以实现各区域及各回路的一对一珍断。

接地区域的确认：利用主屏上各区域配电开关1K-nK与区域代用开关1K-nK相配合，将这些区域内的负荷分别转到代用电源U2上，然后拉开待选区域的工作电源开关1K-nK。如有接地，绝缘监测装置将告警，说明接地在该区域内。

接地回路的确认：合上任何一个回路的代用开关1DK-nDK，观察接地信号指示，证明两电源可靠并列后，取下待选回路的直流保险器，观察接地信号是否消失？如果接地信号消失，说明该回路没有接地。应给上保险器，观察接地信号指示证明两电源可靠并列后，退出该回路代用开关，向下一回路进行。如果接地信号不消失，则说明该回路有接地点。首先将绝缘监测装置投向工作电源位置，观察接地信号消失，然后给上该回路的保险出现接地信号，证明两电源可靠并列后，退出该回路代用开关。

本发明具有接地参数直接显示，操作简单，不但能够保证各待选回路不失去工作电源，而且缩短选择接地区域的定向确认时间，提高了保护投入率和***安全率等特点。

图1为本发明的原理框图。

图2为本发明绝缘监测装置原理图。

图3为本发明绝缘参数计算简化图。

图4为本发明区域确认原理图。

图5为本发明回路诊断原理图。

图6为本发明表头刻度盘结构图。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

参照图1本发明是在直流电源接地时将绝缘监测装置（1）从工作电源U1转换到代用电源U2上，经区域确认（2）、回路诊断（3）完成监测、选择查找接地点的全过程。

参照图2、4、5、6绝缘监测装置（1）与工作电源U1和代用电源U2用电源转换开关QK连接，代用电源U2与每个区域和每条回路间均设有代用开关1K′-nK′、1DK-nDK绝缘监测装置是由参数相等的两只平衡电阻Rp，以及中性点人为接地处之间连接有接地继电器J_o和正、反互并的两只发光二极管XD+、XD-，中间继电器ZJ_o与J_o常开接点和降压电阻RZJ_o串联后，连接到直流电源上。两只微动按钮AN+、AN-的常闭接点将表头跨接在电源的正负极两端，用于显示工作电压，两个常开接点一端串接接地，另一端接表头的正负极，用于显示接地电压、接地电阻、接地程度等参数。表盘的上端安装有两只发光二极管XD+、XD-直接显示接地极性，并刻有工作电压V、接地电压V 及左边一半刻接地电阻KΩ，右边一半刻接地程度%等四种刻度。

实施例：

代用电源U2采用三相隔离变压器进行隔离后，利用可控硅进行三相全波整流，以及滤波器滤波后，得到合格的直流电压。用切换开关完成代用输出或试验输出的不同输出形式。靠可控硅的控制极进行输出电压的大小调节，输出容量不小于15KVA，输出电压可在0-300V之间平滑调整，一般均调整到220V。代用电源能够实现试验输出的目的，是为专业试验人员提供一组隔离、·不接地的“专用”试验电源，以避免试验人员进行继电保护等试验工作，试验电源对***直流电源的影响，并可以防止误接线造成的继电保护、开关等误动作。由于该类电源有典型电路，这里就不细说明。另外，代用电源还可以用***中两套直流电源互相代用。

绝缘监测装置本着简便易行、经济实用、可靠直观的原则。各元器件均采用小型化，除电源切换开关QK、微动按钮AN+、AN-独立引出便于操作以外，其余元件：平衡电阻Rp、接地继电器J_o、中间继电器ZJ_o、极性判别发光二极管XD+、XD-、双向限幅保护稳压二极管Wy均装在表头内。不但能简化接线、节省材料、降低成本、增加功能、简化操作，而且能提高装置的反映电阻的灵敏度一倍以上（由普通绝缘监察继电器的25K提高到50K）。完全满足各变电所继电保护装置、开关等的安全要求。这里双向限幅稳压二极管Wy起到很大作用。我们知道由于提高装置对接地电阻的反映能力，则电源直接接地时所出现的最大接地电流I_o与装置设计最大接地电阻使继电器J_o刚好动作的电流相比很大，将会出现过载烧坏J_o或XD+、XD-。而采取此双向稳压限幅措施后，可以有效地防止过载，而装置反映能力确可以随意提高。

电压表选用较大内阻Rb（这里取150K）16C4-V型直流电压表。正常时监示电源电压，而直流接地时，能够指示接地极别、程度、电阻、电压等参数。由于绝缘监测继电器与电压表组合成一体，除继电器平衡电阻中性点处两只二极管直接指示接地极别外。当你按动正负两只微动按钮时，由于接地电阻、电压表内阻、继电器线圈电阻及平衡电阻等的共同参与。使得出现不同接地电阻的情况下，电压表头实际获得的分压值也不同。有了这种概念，就可以制做出接地电阻、接地程度、接地电压等构成的第二条刻度线。参照图3，Rp为平衡电阻Rj为继电器内阻、Rx′为接地电阻Rx与电压表内阻Rb之并联等效电阻、Ue为电源额定电压、Uw为限幅稳压值、Ud为发光二极管管压降。当接地电流为I_o时，那么电压表能得到的分压为Ub＝I_o×Rx′。

1、接地电阻刻度的定位：由于限幅稳压管的参与，当接地电阻Rx不同，确定刻度位置所需要的计算公式也就不同，这就需要计算出能够达到稳压管工作的临界接地电阻值R。

R_o′＝0.5Rj（Ue-Ud）/（Uw-Ud）-（Rj+0.5Rp）

（式中R_o′＝R_o∥Rb）

计算出R_o后，就可根据不同的假设接地电阻Rx采用相应的计算公式计算，确定出相应的位置，并组成接地电阻刻度线。

当Rx′≥R_o′采用

Ub＝Rx（Ue-2Ud）/（2Rx′+2Rj+Rp）

当Rx′≤R_o′时采用

Ub＝Rx′（Ue-2Uw）/（2Rx′+Rp）

推导过程略。

为了更精确和直观，也可以采用模拟法，以改变电阻箱来直接确定Rx在刻度线上的位置。

2、正、负极对地电压的定位

对于上面的Rx′≥R_o′公式，，当Rx为无穷大时，Rx′＝Rb，这样就找出第二刻度线上的Ue/2。由于Rb的参与，这个位置较第一刻度线的中间位置应有所偏小，这就导致第二刻度线上的前、后两段刻度每格间距不相等，前半段有所偏小，后半段有所偏大。这两段组成了一条完整的测试接地电压刻度线。

3、接地程度刻度线的定位

把上面提及的第二刻度线Ue/2处定为0%位，满档处定为100%位，则其它百分比位置就相应确定出来了。当你分别按动微动按钮AN+、AN-时，所需了解的接地参数将均被反映出来。

测试微动按钮AN+、AN-采用微型KWX触动按钮，接地继电器选择体积小造价低的JAG4-1H小功率干簧继电器，线圈电阻为3KΩ动作电流2mA返回系数较高，中间继电器ZJ_o采用JRC-20MA型小密封继电器，平衡电阻Rp应尽量小，而当J_o的内阻Rj装置反应接地电阻能力Rx等参数确定后，Rp的选择固定在一定的范围，阻值太大则影响装置反应能力，太小又使Rp本身功率增大。选择计算如下：参照图3Ue＝220V、I_o＝2mA、Rx＝50K、Rj＝3k做为已知条件，并忽略发光管Ud的影响，则可以得到方程式：

(Ue-I_o×(R_x+R_j))/(Ue) = (R_P)/(R_P//(R_x+R_j)+R_P)

将已知数据代入上述方程式，可以得到Rp＝4K，就是说当Rp取4K时，接地电阻Rx达到50K产生的I_o正好使J_o动作。其实Rp在1-5K之间取值时，对I_o的影响不是很大（可以算出I_o在2.07mA-1.98mA）。Rp采用两只7KΩ20W电阻并联等效为3.5K40W电阻。因为接地电阻为0时，Rp能消耗的实际功率最大为

P= (U²)/(R) = (220²)/(3.5×10³) =13.8W

所以取Rp为40W已足够用了。

Claims (5)

1、一种直流接地监测告警装置，它包括工作电源U1、绝缘监测装置(1)，其特征在于，绝缘监测装置(1)与工作电源U1和代用电源U2用电源转换开关QK连接，代用电源U2与每个区域和每条回路间均设有代用开关1K′-nK′、1DK-nDK。

2、如权利要求1所述的直流接地监测告警装置其特征在于，绝缘监测装置是由参数相等的两只平衡电阻Rp，以及中性点人为接地处之间连接有接地继电器J_o和正、反互并的两只发光二极管XD+、XD-组成。

3、如权利要求2所述的直流接地监测告警装置其特征在于，两只微动按钮AN+、AN-的常闭接点将表头跨接在电源的正负极两端，用于显示工作电压，两个常开接点一端串接接地，另一端接表头的正负极，用于显示接地电压、接地电阻、接地程度等参数。

4、如权利要求2、3所述的直流接地监测告警装置其特征在于，表盘的上端安装有两只发光二极管XD+、XD-，并刻有工作电压V、接地电压V及左边一半刻接地电阻KΩ，右边一半刻接地程度%等四种刻度

5、如权利要求2、3所述的直流接地监测告警装置其特征在于，平衡电阻Rp、接地继电器J_o、中间继电器ZJ_o、极性判别发光二极管XD+、XD-、双向限幅保护稳压二极管Wy均装在表头内。

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