CN109828177A - 一种直流***的故障录波***及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种直流***的故障录波***,包括录波存储单元、采样保持单元以及滤波储能电路,录波存储单元的电源输入端通过滤波储能电路与电源装置连接,录波存储单元的第一接口与电源装置的输出端连接,录波存储单元的第二接口与采样保持单元的第一接口连接,采样保持单元通过另外一个滤波储能电路与为采样保持单元提供电能的装置连接,滤波储能电路通过数个检测电路分别与直流母线以及充电机输出端连接。通过上述方案能够有效解决目前在线监测设备大部分是没有故障录波的功能,或者是录波的功能受到供电电源的影响无法保证完整性的问题。其电路结构简单,成本低廉。本申请还提供了上述***用于故障录波的方法。
Description
技术领域
本申请涉及一种直流***的故障录波***,以及该***用于直流***的故障录波的方法,涉及故障录波技术领域。
背景技术
作为电力***的重要组成部分之一的直流电源***,为变电站的信号设备、继电保护、自动装置、事故照明及断路部分、合闸操作提供直流电源,并在外部交流故障的情况下,保证由后备电源继续提供直流电源的重要设备,是继电保护、自动装置和断路器等设备正常动作的基本保障,其稳定运行对防止***破坏、事故扩大和设备严重损坏至关重要。
近年来在电力***内因变电站直流***出现异常的情况下而导致保护装置误动或者拒动的事故呈现上升趋势,而直流***在事故状态下,外部直流或者交流电网已经无法为监测设备供电,因而异常情况出现了却无法捕捉到准确和详细的信息,缺乏事故分析所需要的数据,给事故原因分析增加了难度。
目前,国内直流***发生故障之后,都没有比较可靠的数据进行故障分析,原因是目前的在线设备,绝大部分都是取电于蓄电池或者站内交流电源,一旦发生直流失电或交流失电,发生保护拒动或者误动事件的同时,在线设备一般也已经会出现掉电不工作的情况,因此也无法对故障之前的数据进行记录,提供分析。虽然也出现了一些采用干电池作为后备电源的录波设备,但其性能会随着时间的延长导致其工作性能逐步下降,达不到录波的要求。
发明内容
本申请目的之一是提供了一种直流***的故障录波***,用于解决现有直流***因目前的在线设备,绝大部分都是取电于蓄电池或者站内交流电源,一旦发生直流失电或交流失电,发生保护拒动或者误动事件的同时,在线设备一般也已经会出现掉电不工作的情况,因此也无法对故障之前的数据进行记录,提供分析的问题。
为解决上述问题,本发明采用如下技术方案实现:
一种直流***的故障录波***,包括录波存储单元、采样保持单元以及滤波储能电路;
所述录波存储单元的电源输入端通过滤波储能电路与电源装置连接,用于从电源装置获取电能;
所述录波存储单元的第一接口与所述电源装置的输出端连接,用于采样该输出端的电压值;
所述录波存储单元的第二接口与所述采样保持单元的第一接口连接,用于与所述采样保持单元进行数据传输;
所述采样保持单元通过另外一个滤波储能电路与为所述采样保持单元提供电能的装置连接;
所述滤波储能电路通过数个检测电路分别与直流母线以及充电机输出端连接,用于从直流母线以及充电机上采样电量数据。
所述采样保持单元包括STM32F407ZGT6微处理器、AD7682BCPZ模数转换芯片,用于对直流母线电压、直流母线电流、直流母线对地电压、直流母线交流串入电压、充电机输出电流进行实时采样,并至少动态存储1s的电压和电流采样数据;
所述录波存储单元包括STM32F429ZGT6A微处理器和W9825G6KH-6I存储芯片,用于对采样保持单元发送来的数据进行处理和存储。
所述数个检测电路包括直流母线电压采样电路、直流母线电流采样电路、直流母线交流串入采样电路、充电机电流采样电路。
所述直流母线电压采样电路主要采用AD8638ARJZ-R2运算放大器及电阻器、电容器构成,其输入端与直流母线连接,输出端与模数转换芯片连接,用于采集直流母线的电压信号;
所述直流母线电流采样电路主要采用AD8638ARJZ-R2运算放大器、7840隔离放大器以及AD8552运算放大器构成,母线电流信号从AD8638ARJZ-R2运算放大器输入,经过7840隔离放大器后从AD8552运算放大器输出送入到模数转换芯片,用于采集直流母线的电流信号;
所述直流母线交流串入采样电路主要采用AD8638ARJZ-R2运算放大器及电阻器、电容器构成,其输入端与直流母线连接,输出端与模数转换芯片连接,用于采集直流母线交流串入的电压信号;
所述充电机电流采样电路主要采用两个AD8638ARJZ-R2运算放大器及电阻器、电容器构成,充电机电流从第一个放大器进入并从第二个放大器输出并送入模数转换芯片,用于采集充电机输出电流信号。
本申请的另一个目的是提供了一种基于上述的直流***的故障录波***用于直流***的故障录波的方法,包括以下步骤:
S1、所述录波存储单元实时监测为录波存储单元提供电能的电源装置的输出电压值;
S2、所述采样保持单元实时对直流母线电压、直流母线电流、直流母线对地电压、直流母线交流串入电压、充电机输出电流进行实时采样,并至少动态存储1s的上述电压和/或电流采样数据;
S3、当采样保持单元检测直流母线对地电压低于或等于73V,则将该时刻定义为故障发生时刻;
从故障发生时刻起,“录波存储单元”从“采样保持单元”中读取故障发生时刻前1s的采样数据进行永久存储,于此同时仍然持续读取并永久存储故障发生时刻后至少41s的采样数据。
本申请所提供的技术方案,能够有效解决目前在线监测设备大部分是没有故障录波的功能,或者是录波的功能受到供电电源的影响无法保证完整性的问题,其不但具备故障录波的功能,还可以保存完整的录波数据。其电路结构简单,成本低廉。其录波方法科学可靠,能够将故障前和故障后的一段时间内数据信息进行存储,为操作人员提供读取,以便于更高效诊断故障,排查故障,提高工作效率。
附图说明
图1是本申请的一实施例***总体结构图;
图2是本申请的一实施例中直流母线电压采样电路的电路图;
图3是本申请的一实施例中直流母线电流采样电路;
图4是本申请的一实施例中直流母线交流串入采样电路;
图5是本申请的一实施例中充电机电流采样电路;
图6是直流***等效模拟电路;
图7是发生故障时的电压波形图。
具体实施方式
为使本申请实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施方式中的图1-7,对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施方式是本申请一部分实施方式,而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本申请保护的范围。因此,以下对在附图中提供的本申请的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围,而是仅仅表示本申请的选定实施方式。基于本申请中的实施方式,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本申请保护的范围。
如图1所示,一种直流***的故障录波***,包括录波存储单元、采样保持单元以及滤波储能电路。其中,录波存储单元的电源输入端通过滤波储能电路与电源装置连接,用于从电源装置获取电能。录波存储单元的第一接口与电源装置的输出端连接,用于采样该输出端的电压值。录波存储单元的第二接口与采样保持单元的第一接口连接,用于与采样保持单元进行数据传输。采样保持单元通过另外一个滤波储能电路与为采样保持单元提供电能的装置连接。滤波储能电路通过数个检测电路分别与直流母线以及充电机输出端连接,用于从直流母线以及充电机上采样电量数据。上述采样保持单元包括STM32F407ZGT6微处理器、AD7682BCPZ模数转换芯片,用于对直流母线电压、直流母线电流、直流母线对地电压、直流母线交流串入电压、充电机输出电流进行实时采样,并至少动态存储1s的电压和电流采样数据。录波存储单元包括STM32F429ZGT6A微处理器和W9825G6KH-6I存储芯片,用于对采样保持单元发送来的数据进行处理和存储。
如图2-5所示,上述数个检测电路包括直流母线电压采样电路、直流母线电流采样电路、直流母线交流串入采样电路、充电机电流采样电路。其中,直流母线电压采样电路主要采用AD8638ARJZ-R2运算放大器及电阻器、电容器构成,其输入端与直流母线连接,输出端与模数转换芯片连接,用于采集直流母线的电压信号。直流母线电流采样电路主要采用AD8638ARJZ-R2运算放大器、7840隔离放大器以及AD8552运算放大器构成,母线电流信号从AD8638ARJZ-R2运算放大器输入,经过7840隔离放大器后从AD8552运算放大器输出送入到模数转换芯片,用于采集直流母线的电流信号。直流母线交流串入采样电路主要采用AD8638ARJZ-R2运算放大器及电阻器、电容器构成,其输入端与直流母线连接,输出端与模数转换芯片连接,用于采集直流母线交流串入的电压信号。充电机电流采样电路主要采用两个AD8638ARJZ-R2运算放大器及电阻器、电容器构成,充电机电流从第一个放大器进入并从第二个放大器输出并送入模数转换芯片,用于采集充电机输出电流信号。
具体地,如图1所示,滤波储能电路由二极管D1、D2、储能电感L1,C1、C2及C3构成。正常情况下电源装置(外部电源)的V+供电路径为二极管D1、储能电感L1,C1和C3为瓷片电容,C2为的超级电容器。在直流或者交流失电的情况下,电源装置(外部电源)V+ 、V-失能,由于D1,D2反向截止,L1和C1、C2、C3作为电源给设备供电。该滤波储能电路设置有两套,一套为录波存储单元供电,另一套为采样保持单元供电,为便于阅读,图1中没有画出采样保持单元部分的滤波储能电路,但应当理解,二者都是一样的结构和作用。滤波储能电路一方面维持了采样保持单元继续对直流(蓄电池)母线电压和电流、对地电压、对地交流电压的采样以及传输,把数据保存成为文件。另外一方面录波存储单元监测到外部掉电之后,监测方法是通过ADC监测V+端电压,如果低于正常值的80%,在对告警或者录波文件写入完成之后,立刻停止使用文件***,防止录波文件损坏或者不完整。
采样保持单元,主要通过ADC采集直流母线电压、电流,充电机输出电压、电流,并且把当前时刻的1S的采样数据保留着,当故障发生的时候,一般直流或者交流失电,则把这1S的数据也一起传输给录波存储单元,并且继续执行采样41S,不区分蓄电池母线上是否还有电流或者电压,这作为后续故障分析的依据。
上述的直流***的故障录波***用于直流***的故障录波的方法,包括以下步骤:
S1、所述录波存储单元实时监测为录波存储单元提供电能的电源装置的输出电压值;
S2、所述采样保持单元实时对直流母线电压、直流母线电流、直流母线对地电压、直流母线交流串入电压、充电机输出电流进行实时采样,并至少动态存储1s的上述电压和/或电流采样数据;
S3、当采样保持单元检测直流母线对地电压(正极性端或/和负极性端)低于或等于73V,则将该时刻定义为故障发生时刻;
从故障发生时刻起,“录波存储单元”从“采样保持单元”中读取故障发生时刻前1s的采样数据进行永久存储,于此同时仍然持续读取并永久存储故障发生时刻后至少41s的采样数据。录波存储单元实时监测为录波存储单元提供电能的电源装置的输出电压值低于正常值的80%,在对告警或者录波文件写入完成之后,立刻停止使用文件***,防止录波文件损坏或者不完整。
传统的具有录波功能的装置通常只记录故障发生时刻之后的数据,部分也仅仅记录故障发生时刻之前200ms,然而,经过发明人大量的实验及现场测试总结发现,直流***中如果发生对地故障,其电压下降到行业接地要求值大概需要1s的时间。如图6和图7所示,图6是直流***等效模拟电路,正常情况下,正负极对地电压处于平衡状态,当发生接地的时候,K1闭合,分布电容C1放电,C2充电,正对地电压开始下降,如图中曲线部分所示。图7是发生故障时的电压波形图,图中显示出***电压从110V下降到73V时,需要1s的时间。因此,本申请中要求装置能够记录故障发生时刻前至少1s的数据,能够准确记录该故障发生后到电压平稳时的所有数据,便于为工作人员提供诊断数据。
本申请所提供的技术方案,能够有效解决目前在线监测设备大部分是没有故障录波的功能,或者是录波的功能受到供电电源的影响无法保证完整性的问题,其不但具备故障录波的功能,还可以保存完整的录波数据。其电路结构简单,成本低廉。其录波方法科学可靠,能够将故障前和故障后的一段时间内数据信息进行存储,为操作人员提供读取,以便于更高效诊断故障,排查故障,提高工作效率。
Claims (5)
1.一种直流***的故障录波***,其特征在于,包括录波存储单元、采样保持单元以及滤波储能电路;
所述录波存储单元的电源输入端通过滤波储能电路与电源装置连接,用于从电源装置获取电能;
所述录波存储单元的第一接口与所述电源装置的输出端连接,用于采样该输出端的电压值;
所述录波存储单元的第二接口与所述采样保持单元的第一接口连接,用于与所述采样保持单元进行数据传输;
所述采样保持单元通过另外一个滤波储能电路与为所述采样保持单元提供电能的装置连接;
所述滤波储能电路通过数个检测电路分别与直流母线以及充电机输出端连接,用于从直流母线以及充电机上采样电量数据。
2.根据权利要求1所述的直流***的故障录波***,其特征在于:
所述采样保持单元包括STM32F407ZGT6微处理器、AD7682BCPZ模数转换芯片,用于对直流母线电压、直流母线电流、直流母线对地电压、直流母线交流串入电压、充电机输出电流进行实时采样,并至少动态存储1s的电压和电流采样数据;
所述录波存储单元包括STM32F429ZGT6A微处理器和W9825G6KH-6I存储芯片,用于对采样保持单元发送来的数据进行处理和存储。
3.根据权利要求2所述的直流***的故障录波***,其特征在于:
所述数个检测电路包括直流母线电压采样电路、直流母线电流采样电路、直流母线交流串入采样电路、充电机电流采样电路。
4.根据权利要求3所述的直流***的故障录波***,其特征在于:
所述直流母线电压采样电路主要采用AD8638ARJZ-R2运算放大器及电阻器、电容器构成,其输入端与直流母线连接,输出端与模数转换芯片连接,用于采集直流母线的电压信号;
所述直流母线电流采样电路主要采用AD8638ARJZ-R2运算放大器、7840隔离放大器以及AD8552运算放大器构成,母线电流信号从AD8638ARJZ-R2运算放大器输入,经过7840隔离放大器后从AD8552运算放大器输出送入到模数转换芯片,用于采集直流母线的电流信号;
所述直流母线交流串入采样电路主要采用AD8638ARJZ-R2运算放大器及电阻器、电容器构成,其输入端与直流母线连接,输出端与模数转换芯片连接,用于采集直流母线交流串入的电压信号;
所述充电机电流采样电路主要采用两个AD8638ARJZ-R2运算放大器及电阻器、电容器构成,充电机电流从第一个放大器进入并从第二个放大器输出并送入模数转换芯片,用于采集充电机输出电流信号。
5.一种基于权利要求1-4任一项所述的直流***的故障录波***用于直流***的故障录波的方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、所述录波存储单元实时监测为录波存储单元提供电能的电源装置的输出电压值;
S2、所述采样保持单元实时对直流母线电压、直流母线电流、直流母线对地电压、直流母线交流串入电压、充电机输出电流进行实时采样,并至少动态存储1s的上述电压和/或电流采样数据;
S3、当采样保持单元检测直流母线对地电压低于或等于73V,则将该时刻定义为故障发生时刻;
从故障发生时刻起,“录波存储单元”从“采样保持单元”中读取故障发生时刻前1s的采样数据进行永久存储,于此同时仍然持续读取并永久存储故障发生时刻后至少41s的采样数据。
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