CN202815147U - 确定交流电串入直流***故障支路的*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种确定交流电串入直流***故障支路的***，包括故障判断装置和若干故障定位装置，其中：所述故障判断装置包括在线式监测装置，它的输入与直流母线正极KM+、直流母线负极KM-以及大地GND相连；若干故障定位装置分别安装在各直流支路中，在线式监测装置与故障定位装置通过通讯总线连接；在线式监测装置实时采集串入直流***的交流电压，对交流电串入直流***故障进行监测，当交流电压值超过设定的门限值后判定发生故障，并通过故障定位装置进行故障支路的判断。本实用新型无需增设交流传感器，节约***成本，同时本方案无信号注入，因此不会引起直流***波纹的增加，不会造成继电保护误动、断路器误跳闸等问题，可靠性更高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种能够确定交流电串入直流***故障支路的***，属于直流IT***监控领域。
背景技术
在电力***中，直流电源的可靠运行对***的安全稳定起着十分重要的作用，由于交、直流电缆在长期运行中的磨损，或交、直流装置元器件的损坏，或人为操作的不慎，会导致交流电串入直流***。近些年在发电厂和变电站发生的事故表明，交流电串入直流***后，容易导致继电保护误动或断路器误跳，如《交流串入直流回路引起开关跳闸的原因分析》(继电器，2007年第14期)一文介绍了西柏坡发电厂220kV升压站中间开关跳闸的事故概况，并分析了交流电串入直流回路后对继电保护的影响，提出了方法措施；《220V工频交流混入直流控制回路造成的开关误跳问题分析》( 山东电力技术，2009年第4期)一文介绍了莱芜电厂由于电弧引起的工频交流串入直流控制回路造成厂用备用电源开关误合闸的故障情况，通过试验、检查和分析找到了问题的原因，并采取相应的处理和防范措施；《交流窜入直流***的分析》(直流电源技术，2011年第1期)一文对两所电厂由于交流串入直流***引起的事故现象进行了分析和描述。
目前，对于发电厂和变电站所使用的直流绝缘监测装置，一般采用以下两种方法进行接地选线，其一为信号注入法，即产生一个交变信号注入直流***与大地之间，发生接地的支路便会与该交变信号源构成回路，通过检测安装于各支路上的能够测量交流电流的传感器来定位接地的故障支路；其二为直流漏电流法，由于直流绝缘监测装置设有平衡电桥和不平衡电桥，发生接地的支路必会产生泄漏电流，通过检测安装于各支路上的能够测量直流漏电流的传感器来定位接地的故障支路。
当交流电串入直流***后，交流电压会叠加到直流电压上，可以通过检测直流母线上的电压波形来判断是否有故障发生。对于采用信号注入法的直流绝缘监测装置，可以通过检测支路上是否存在交流电流来定位交流串入故障发生的支路；而对于采用直流漏电流法的绝缘监测装置，因为直流漏电流传感器无法检测交流电流，所以无法实现交流电串入的故障定位。因为信号的注入引起直流***纹波的增加，常为直流***带来继电保护误动、断路器误跳闸等问题，对直流***和继电保护***具有安全隐患，所以采用信号注入法的直流绝缘监测装置正在逐渐淘汰；而采用直流漏电流法的直流绝缘监测装置，因需在各支路增设交流传感器才能实现交流电串入的故障定位，故增加了***的成本。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种能够确定交流电串入直流***故障支路的***，它在采用直流漏电流法的直流绝缘监测装置中，能够确定交流电串入直流***故障支路。
本实用新型的技术解决方案为：
一种确定交流电串入直流***故障支路的***，包括故障判断装置和若干故障定位装置，其中：所述故障判断装置包括在线式监测装置，它的输入与直流母线正极KM+、直流母线负极KM-以及大地GND相连；若干故障定位装置分别安装在各直流支路中，在线式监测装置与故障定位装置通过通讯总线连接；在线式监测装置实时采集串入直流***的交流电压，对交流电串入直流***故障进行监测，当交流电压值超过设定的门限值后判定发生故障，并通过故障定位装置进行故障支路的判断。
进一步地：
所述在线式监测装置包括电桥单元、直流电压检测与调理单元、交流电压检测与调理单元、AD转换器、处理器、通讯电路单元，其中：电桥单元的输入端连接到直流***的正极、负极和大地之间，电桥单元取出直流母线正极对地电压和直流母线负极对地电压送给直流电压检测与调理单元，电桥单元取出串入到直流***的交流电压送给交流电压检测与调理单元；直流电压检测与调理单元检测直流母线正极对地电压和直流母线负极对地电压，交流电压检测与调理单元检测串入到直流***的交流电压，直流电压检测与调理单元和交流电压检测与调理单元分别负责将取得的直流电压值和交流电压值调理成模拟电量，并输出给AD转换器；AD转换器将调理后的直流电压和交流电压转换为数字信号，并输出给处理器；处理器通过运算，获得直流***的正极对地电压U+、负极对地电压U-，以及串入到直流***的交流电压Uac，此正极对地电压U+、负极对地电压U-以及串入到直流***的交流电压Uac作为判断是否发生交流串入的依据；通讯电路单元与所述故障定位装置进行通讯，读取故障定位装置的信息，作为判断发生交流串入直流故障支路的依据。
所述故障定位装置包括互感器、直流漏电流测量单元、处理器、通讯电路单元，其中：直流***支路的两根分别连接直流母线正极和直流母线负极的导线穿过互感器；直流漏电流测量单元的输入与互感器相连，直流漏电流测量单元输出反映穿过互感器的电路的漏电流大小及方向的脉冲信号或模拟信号给处理器；处理器通过检测脉冲宽度的变化或通过检测模拟信号的幅值来确定漏电流大小及方向，处理器将漏电流的大小及方向通过通讯电路单元传输给在线式监测装置。
所述故障定位装置包括故障定位信号采集装置和若干第一故障定位装置，其中：第一故障定位装置将支路产生的直流漏电流转换为模拟量或数字量，故障定位信号采集装置采集各第一故障定位装置输出的模拟量或数字量，并输出给在线式监测装置。
所述第一故障定位装置包括互感器、直流漏电流测量单元，直流漏电流测量单元将穿过互感器的直流***支路的两根导线中的直流漏电流转换为模拟信号输出给所述故障定位信号采集装置；所述故障定位信号采集装置包括处理器、至少一个AD转换器、通讯电路单元，AD转换器将第一故障定位装置输出的模拟信号转换为数字信号，处理器根据AD转换器的输出计算各支路的直流漏电流值，通讯电路单元与在线式监测装置通讯，传输各支路的直流漏电流值。
所述第一故障定位装置包括互感器、直流漏电流测量单元、第一处理器、通讯电路单元，直流漏电流测量单元与互感器相连，输出反映穿过互感器的直流***支路的漏电流大小及方向的脉冲信号或模拟信号，并输入给第一处理器；第一处理器通过检测脉冲宽度的变化或通过检测模拟信号的幅值来确定漏电流大小及方向，漏电流的大小及方向通过通讯电路单元传输给所述故障定位信号采集装置；所述故障定位信号采集装置包括第一通讯电路单元、第二处理器、第二通讯电路单元，第一通讯电路单元通过第一故障定位装置的通讯电路单元与第一故障定位装置通讯，接收第一故障定位装置传来的直流漏电流信息，第二处理器对所有支路的漏电流信息进行汇总，并通过第二通讯电路单元传输给在线式监测装置。
本实用新型采用上述方案，在采用直流漏电流法的直流绝缘监测装置中，能够确定交流电串入直流***故障支路；无需增设交流传感器，节约***成本，同时本方案无信号注入，因此不会引起直流***波纹的增加，不会造成继电保护误动、断路器误跳闸等问题，可靠性更高。
附图说明
图1为实施***整体原理框图。
图2为***工作流程图。
图3为本实用新型的实施***整体原理图内的在线式监测装置实施原理图。
图4为本实用新型的实施***整体原理图内的故障定位装置实施例1的原理框图。
图5为本实用新型的实施***整体原理图内的故障定位装置实施例2的原理框图。
图6为本实用新型的故障定位装置实施例2中故障定位装置1和故障定位装置2的实施例a的原理框图。
图7为本实用新型的故障定位装置实施例2中故障定位装置1和故障定位装置2的实施例b的原理框图。
具体实施方式
本实用新型涉及一种能够确定交流电串入直流***故障支路的***。
本实用新型的***包括故障判断装置和若干故障定位装置，其中：故障判断装置包括在线式监测装置，它的输入与直流母线正极KM+、直流母线负极KM-以及大地GND相连；若干故障定位装置分别安装在各直流支路中，在线式监测装置与故障定位装置通过通讯总线连接；在线式监测装置实时采集串入直流***的交流电压，对交流电串入直流***故障进行监测，当交流电压值超过设定的门限值后判定发生故障，并通过故障定位装置进行故障支路的判断。
所述在线式监测装置包括电桥单元、直流电压检测与调理单元、交流电压检测与调理单元、AD转换器、处理器、通讯电路单元，其中：电桥单元的输入端连接到直流***的正极、负极和大地之间，电桥单元取出直流母线正极对地电压和直流母线负极对地电压送给直流电压检测与调理单元，电桥单元取出串入到直流***的交流电压送给交流电压检测与调理单元；直流电压检测与调理单元检测直流母线正极对地电压和直流母线负极对地电压，交流电压检测与调理单元检测串入到直流***的交流电压，直流电压检测与调理单元和交流电压检测与调理单元分别负责将取得的直流电压值和交流电压值调理成模拟电量，并输出给AD转换器；AD转换器将调理后的直流电压和交流电压转换为数字信号，并输出给处理器；处理器通过运算，获得直流***的正极对地电压U+、负极对地电压U-，以及串入到直流***的交流电压Uac，此正极对地电压U+、负极对地电压U-以及串入到直流***的交流电压Uac作为判断是否发生交流串入的依据；通讯电路单元与所述故障定位装置进行通讯，读取故障定位装置的信息，作为判断发生交流串入直流故障支路的依据。
所述故障定位装置包括互感器、直流漏电流测量单元、处理器、通讯电路单元，其中：直流***支路的两根分别连接直流母线正极和直流母线负极的导线穿过互感器；直流漏电流测量单元的输入与互感器相连，直流漏电流测量单元输出反映穿过互感器的电路的漏电流大小及方向的脉冲信号或模拟信号给处理器；处理器通过检测脉冲宽度的变化或通过检测模拟信号的幅值来确定漏电流大小及方向，处理器将漏电流的大小及方向通过通讯电路单元传输给在线式监测装置。
所述故障定位装置包括故障定位信号采集装置和若干第一故障定位装置，其中：第一故障定位装置将支路产生的直流漏电流转换为模拟量或数字量，故障定位信号采集装置采集各第一故障定位装置输出的模拟量或数字量，并输出给在线式监测装置。
所述第一故障定位装置包括互感器、直流漏电流测量单元，直流漏电流测量单元将穿过互感器的直流***支路的两根导线中的直流漏电流转换为模拟信号输出给所述故障定位信号采集装置；所述故障定位信号采集装置包括处理器、至少一个AD转换器、通讯电路单元，AD转换器将第一故障定位装置输出的模拟信号转换为数字信号，处理器根据AD转换器的输出计算各支路的直流漏电流值，通讯电路单元与在线式监测装置通讯，传输各支路的直流漏电流值。
所述第一故障定位装置包括互感器、直流漏电流测量单元、第一处理器、通讯电路单元，直流漏电流测量单元与互感器相连，输出反映穿过互感器的直流***支路的漏电流大小及方向的脉冲信号或模拟信号，并输入给第一处理器；第一处理器通过检测脉冲宽度的变化或通过检测模拟信号的幅值来确定漏电流大小及方向，漏电流的大小及方向通过通讯电路单元传输给所述故障定位信号采集装置；所述故障定位信号采集装置包括第一通讯电路单元、第二处理器、第二通讯电路单元，第一通讯电路单元通过第一故障定位装置的通讯电路单元与第一故障定位装置通讯，接收第一故障定位装置传来的直流漏电流信息，第二处理器对所有支路的漏电流信息进行汇总，并通过第二通讯电路单元传输给在线式监测装置。
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例和附图，对本实用新型进一步详细说明。
图1为本实用新型的实施***整体原理框图。如图1所示，该***由两部分组成，即故障判断装置与故障定位装置。故障判断装置包括在线式监测装置，它的3个输入端分别与直流母线正极KM+、直流母线负极KM-以及大地GND相连；若干故障定位装置，分别安装在各直流支路中，直流支路的正极和负极同时穿过故障定位装置内置的互感器；在线式监测装置与故障定位装置通过通讯总线连接。在线式监测装置实时采集串入直流***的交流电压，对交流电串入直流***故障进行监测，当交流电压值超过设定的门限值后判定发生故障，通过故障定位装置进行故障支路的判断，即选线。
图2为本***的工作流程图。其工作流程为：
1)在线式监测装置实时检测直流母线正极对地电压U+、负极对地电压U-、串入的交流电压Uac，并进行判断，当Uac大于设定值Uaca时，确定直流***发生交流电串入故障；
2)对此时的直流母线正极对地电压U+和负极对地电压U-进行比较，当U-≤ΔU(ΔU为设定值)时，判定交流电通过负极串入直流***；当U+≤ΔU(ΔU为设定值)时，判定交流电通过正极串入直流***；若上述条件均不成立，则不对交流串入直流***的极性进行判断。
3)在线式监测装置读取安装于各支路的故障定位装置测量的漏电流值，并进行排序，其中漏电流值最大的一条支路即为交流电串入的支路。
图3为本实用新型的实施***整体原理图内的在线式监测装置实施原理图。如图3所示，在线式监测装置包括电桥单元、直流电压检测与调理单元、交流电压检测与调理单元、AD转换器、处理器、通讯电路单元。其中：电桥单元的输入端连接到直流***的正极、负极和大地之间，电桥单元取出直流母线正极对地电压和直流母线负极对地电压送给直流电压检测与调理单元，电桥单元取出串入到直流***的交流电压送给交流电压检测与调理单元。直流电压检测与调理单元检测直流母线正极对地电压和直流母线负极对地电压，交流电压检测与调理单元检测串入到直流***的交流电压，直流电压检测与调理单元和交流电压检测与调理单元分别负责将取得的直流电压值和交流电压值调理成适合AD转换器的模拟电量，并输出给AD转换器。AD转换器将调理后的直流电压和交流电压转换为数字信号，并输出给处理器。处理器通过运算(运算公式见后)，获得直流***的正极对地电压U+、负极对地电压U-，以及串入到直流***的交流电压Uac。此正极对地电压U+、负极对地电压U-以及串入到直流***的交流电压Uac作为判断是否发生交流串入的依据。通讯电路单元与故障定位装置进行通讯，读取故障定位装置的信息，作为判断发生交流串入直流故障支路的依据。每台在线式监测装置一般与多台故障定位装置连接。
电桥单元至少包含平衡电桥电路，即在直流母线正极和大地之间、直流母线负极和大地之间分别接入阻值相等的电阻或电阻串，平衡电桥用于对直流母线正极对地电压和负极对地电压的平衡、直流***单极绝缘下降的检测。
下面说明获得直流***的正极对地电压U+、负极对地电压U-，以及串入到直流***的交流电压Uac。的运算公式：
对于直流电压的计算，一般通过取平均值获得，其计算过程如下：
在采样周期T内采集n个点的电压值U1、U2......Un，则电压平均值为
其中，k为校准用的常数，
对于交流电压的计算，一般通过取均方根值获得，其计算过程如下：
在采样周期T内采集n个点的电压值U1、U2......Un，则电压均方根值为
其中，k为校准用的常数。
在该实施例中，直流电压检测与调理单元的输入也可以直接接自直流母线正极和大地、直流母线负极和大地，交流电压检测与调理单元的输入也可以直接接自直流母线正极和大地、直流母线负极和大地；AD转换器可以集成在处理器内，也可以是独立的AD转换器。
图4为本实用新型的实施***整体原理图内的故障定位装置实施例1的原理框图。如图4所示，该实施例的故障定位装置包括互感器、直流漏电流测量单元、处理器、显示电路单元、通讯电路单元。其中：直流***支路的两根分别连接直流母线正极和直流母线负极的导线穿过互感器，流经互感器的两根导线的电流极性相反。直流漏电流测量单元的输入与互感器相连，直流漏电流测量单元输出能够反映穿过互感器的电路的漏电流大小及方向的脉冲信号或模拟信号给处理器。若是脉冲信号，处理器通过检测脉冲宽度的变化来确定漏电流大小及方向，若是模拟信号，处理器则通过检测模拟信号的幅值来确定漏电流大小及方向。处理器将漏电流的大小及方向通过通讯电路单元传输给在线式监测装置。显示电路单元为便于用户观察本支路状态所设，一般包括指示灯、数码管或液晶显示器等部件。
直流漏电流测量单元工作原理：由互感器二次侧线圈与若干电子元器件构成振荡电路，产生振荡波形，穿过互感器的直流漏电流值能够通过振荡波形的正脉宽和负脉宽间接反映。通过检测振荡波的正脉宽和负脉宽变化即可获得直流漏电流值。
由于该实施例的故障定位装置采用通讯总线的连接方式，所以故障定位装置与在线式监测装置的连接较为简便，维护较为方便。
图5为本实用新型的实施***整体原理图内的故障定位装置实施例2的原理框图。如图5所示，该实施例的故障定位装置包括故障定位装置1和故障定位信号采集装置2，其中，故障定位装置1可以将支路产生的直流漏电流转换为模拟量或数字量，故障定位信号采集装置2采集故障定位装置1输出的模拟量或数字量，并输出给在线式监测装置。一般来讲，每台故障定位信号采集装置2可连接多台故障定位装置1，至少不小于2台。
由于采用这种实施例的故障定位装置，可以在多支路的直流***中，将位置关系较近的多支路进行统一管理，故可在一定程度上减少故障定位的时间。
图6为本实用新型的实施实例中故障定位装置实施实例2中故障定位装置1和故障定位信号采集装置2的实施实例a原理框图。在该实施实例中，故障定位装置1包括互感器、直流漏电流测量单元。直流漏电流测量单元将穿过互感器的直流***支路的两根导线中的直流漏电流转换为模拟信号输出给故障定位信号采集装置2。故障定位信号采集装置2包括处理器、至少一个AD转换器、通讯电路单元。其中，AD转换器将故障定位装置1输出的模拟信号转换为可被处理器识别的数字信号，处理器根据AD转换器的输出计算各支路的直流漏电流值，通讯电路单元与在线式监测装置通讯，传输各支路的直流漏电流值。AD转换器可以集成在处理器内，也可以是独立式的AD转换器。
图7为本实用新型的实施实例中故障定位装置实施实例2中故障定位装置1和故障定位信号采集装置2的实施实例b原理框图。在该实施实例中，故障定位装置1包括互感器、直流漏电流测量单元、处理器、通讯电路单元。直流漏电流测量单元与互感器相连，输出反映穿过互感器的直流***支路的漏电流大小及方向的脉冲信号或模拟信号，并输入给处理器；若是脉冲信号，处理器需要通过检测脉冲宽度的变化来确定漏电流大小及方向，若是模拟信号，处理器需通过检测模拟信号的幅值来确定漏电流大小及方向；漏电流的大小及方向通过通讯电路单元传输给故障定位信号采集装置2。故障定位信号采集装置2包括通讯电路单元1、处理器、通讯电路单元2。其中，通讯电路单元1与故障定位装置1通讯，接收故障定位装置1传来的直流漏电流信息，处理器对所有支路的漏电流信息进行汇总，并通过通讯电路单元2传输给在线式监测装置。
Claims (6)
1.一种确定交流电串入直流***故障支路的***，其特征在于包括故障判断装置和若干故障定位装置，其中：
所述故障判断装置包括在线式监测装置，它的输入与直流母线正极KM+、直流母线负极KM-以及大地GND相连；
若干故障定位装置分别安装在各直流支路中，在线式监测装置与故障定位装置通过通讯总线连接；
在线式监测装置实时采集串入直流***的交流电压，对交流电串入直流***故障进行监测，当交流电压值超过设定的门限值后判定发生故障，并通过故障定位装置进行故障支路的判断。
2.如权利要求1所述的确定交流电串入直流***故障支路的***，其特征在于：
所述在线式监测装置包括电桥单元、直流电压检测与调理单元、交流电压检测与调理单元、AD转换器、处理器、通讯电路单元，其中：
电桥单元的输入端连接到直流***的正极、负极和大地之间，电桥单元取出直流母线正极对地电压和直流母线负极对地电压送给直流电压检测与调理单元，电桥单元取出串入到直流***的交流电压送给交流电压检测与调理单元；
直流电压检测与调理单元检测直流母线正极对地电压和直流母线负极对地电压，交流电压检测与调理单元检测串入到直流***的交流电压，直流电压检测与调理单元和交流电压检测与调理单元分别负责将取得的直流电压值和交流电压值调理成模拟电量，并输出给AD转换器；
AD转换器将调理后的直流电压和交流电压转换为数字信号，并输出给处理器；
处理器通过运算，获得直流***的正极对地电压U+、负极对地电压U-，以及串入到直流***的交流电压Uac，此正极对地电压U+、负极对地电压U-以及串入到直流***的交流电压Uac作为判断是否发生交流串入的依据；
通讯电路单元与所述故障定位装置进行通讯，读取故障定位装置的信息，作为判断发生交流串入直流故障支路的依据。
3.如权利要求1或2所述的确定交流电串入直流***故障支路的***，其特征在于所述故障定位装置包括互感器、直流漏电流测量单元、处理器、通讯电路单元，其中：
直流***支路的两根分别连接直流母线正极和直流母线负极的导线穿过互感器；
直流漏电流测量单元的输入与互感器相连，直流漏电流测量单元输出反映穿过互感器的电路的漏电流大小及方向的脉冲信号或模拟信号给处理器；
处理器通过检测脉冲宽度的变化或通过检测模拟信号的幅值来确定漏电流大小及方向，处理器将漏电流的大小及方向通过通讯电路单元传输给在线式监测装置。
4.如权利要求1或2所述的确定交流电串入直流***故障支路的***，其特征在于所述故障定位装置包括故障定位信号采集装置和若干第一故障定位装置，其中：
第一故障定位装置将支路产生的直流漏电流转换为模拟量或数字量，故障定位信号采集装置采集各第一故障定位装置输出的模拟量或数字量，并输出给在线式监测装置。
5.如权利要求4所述的确定交流电串入直流***故障支路的***，其特征在于：
所述第一故障定位装置包括互感器、直流漏电流测量单元，直流漏电流测量单元将穿过互感器的直流***支路的两根导线中的直流漏电流转换为模拟信号输出给所述故障定位信号采集装置；
所述故障定位信号采集装置包括处理器、至少一个AD转换器、通讯电路单元，AD转换器将第一故障定位装置输出的模拟信号转换为数字信号，处理器根据AD转换器的输出计算各支路的直流漏电流值，通讯电路单元与在线式监测装置通讯，传输各支路的直流漏电流值。
6.如权利要求4所述的确定交流电串入直流***故障支路的***，其特征在于：
所述第一故障定位装置包括互感器、直流漏电流测量单元、第一处理器、通讯电路单元，直流漏电流测量单元与互感器相连，输出反映穿过互感器的直流***支路的漏电流大小及方向的脉冲信号或模拟信号，并输入给第一处理器；第一处理器通过检测脉冲宽度的变化或通过检测模拟信号的幅值来确定漏电流大小及方向，漏电流的大小及方向通过通讯电路单元传输给所述故障定位信号采集装置；
所述故障定位信号采集装置包括第一通讯电路单元、第二处理器、第二通讯电路单元，第一通讯电路单元通过第一故障定位装置的通讯电路单元与第一故障定位装置通讯，接收第一故障定位装置传来的直流漏电流信息，第二处理器对所有支路的漏电流信息进行汇总，并通过第二通讯电路单元传输给在线式监测装置。
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