CN203396920U

CN203396920U - 手持式交流串入直流回路监测报警装置

Info

Publication number: CN203396920U
Application number: CN201320444546.7U
Authority: CN
Inventors: 亓常松; 贾成龙; 潘洪军
Original assignee: Zhejiang Ocean University ZJOU
Current assignee: Zhejiang Ocean University ZJOU
Priority date: 2013-07-23
Filing date: 2013-07-23
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2023-07-23

Abstract

一种手持式交流串入直流回路监测报警装置，包括报警电路，所述报警电路包括交直流隔离电路、降压电路、整流电路、稳压电路和警示电路，所述报警电路的输入端机即交直流隔离电路的输入端连接直流母线，直流母线中的交流和直流信号经过交直流隔离电路后只剩下交流信号，然后该交流信号经过降压电路降压以及整流电路整流后转换成另一直流信号，该另一直流信号经过稳压电路稳压后就通过警示电路进行报警。本实用新型的装置利用实时跟踪处理技术集成度高、抗干扰能力强、灵敏度高、功耗低、操作简单，所有参数均可设置，解决了交流信号窜入直流回路时的实时故障监测报警。

Description

手持式交流串入直流回路监测报警装置

技术领域

本实用新型涉及一种报警装置，特别是涉及一种手持式交流串入直流回路监测报警装置。

背景技术

电力***的飞速发展使得电网的规模越来越大，不同区域之间的互联也越来越复杂和紧密，这就使得***中所发生的故障对***本身的影响也随之扩大，在复杂故障、自动装置动作不正常或者信道原因导致的数据通信不正常情况下很难给出准确实时的故障诊断结果。从20世纪80年代起国内外已经进行了大量的研究工作，除了数据采集监控和管理***在电网调度中得到广泛应用，还提出了专家***、人工神经网络、优化技术、Petri网络、粗糙集理论、模糊集理论、贝叶斯网络、多Agent技术和基于故障录波器信息等电力***故障诊断的技术方法，由于这些方法过于复杂、花费时间较多，所以实际应用***中问题并未得到很好解决。

厂站电源***包括交流电源***和直流电源***，其中经过整流将交流电源变换为继电保护、自动控制装置需要的直流电源，以及挂在直流母线上浮充的蓄电池组构成了直流电源***。直流电源***通过绝缘监察装置接地，交流***有地线，正常运行时两***决不会连接。但是电源***实际运行过程中可能会出现因误接线、误碰等造成交流串入直流回路的事故，其对交流回路的影响一般局限在该交流回路内，却危及到全站的直流***以及直流回路，除了具有直流接地所有的危害外，还会引起保护误动、开关误跳，甚至会损坏继电保护装置和自动控制装置。

目前，电力工作人员大多是通过借助于其他电力***故障诊断技术方法和经验判断是否有交流串入直流回路发生，诊断时间比较长。虽然国内有一两家公司生产相关监测报警装置，但是设计过于复杂、体积大不方便、反应速度较慢大约在1s左右，完全不能满足检测的实时性要求。因此，开发一种专用的、便捷、高灵敏度的交流串入直流回路监测报警装置具有广泛的应用前景和推广价值。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种反应时间快、体积小并且灵敏、便捷的交流串入直流回路报警装置。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种手持式交流串入直流回路监测报警装置，包括报警电路，其特征在于：所述报警电路包括交直流隔离电路、降压电路、整流电路、稳压电路和警示电路，所述报警电路的输入端机即交直流隔离电路的输入端连接直流母线，直流母线中的交流和直流信号经过交直流隔离电路后只剩下交流信号，然后该交流信号经过降压电路降压以及整流电路整流后转换成另一直流信号，该另一直流信号经过稳压电路稳压后就通过警示电路进行报警。

优选地，所述降压电路包括变压器。

为了便于使用者选择，所述稳压电路分为两组，每组分别将整流电路输出的直流信号稳压成两个不同高低的电压，其中第一组输出连续可调电压1V～25V，第二组输出直流电压5V。

优选地，整流电路的其中第一组包括第一稳压芯片，该第一稳压芯片为LM317，另外第二组包括第二稳压芯片，该第二稳压芯片为78L05。

优选地，所述警示电路包括灯以及蜂鸣器。

为了实时监测串入直流回路的交流信号的情况，还包括一交流监测输出电路，该交流监测输出电路包括隔离采样电路、电压偏移电路、电压跟随电路、限幅保护电路以及输出显示电路，该交流监测输出电路的输入端即隔离采样电路的输入端连接直流母线，串入了交流信号的直流母线信号经过隔离采样电路后将交流直流信号进行隔离，隔离后的交流信号经过降压后被采样，然后通过电压偏移电路增加偏移量后输出至电压跟随电路，电压跟随电路对电压进行跟随后输出至限幅保护电路，该限幅保护电路为之后输出显示电路中的输入DSP的电压进行二极管箝位限幅，输出显示电路将采样后的信号进行处理、输出和显示。

为了便于显示、控制和通信，所述输出显示电路包括一触摸显示屏和所述DSP芯片，所述DSP芯片选择32位DSP芯片，电压经DSP芯片A/D采样、处理后直接将数据信息输出显示在触摸液晶屏上，该DSP芯片并且预留RS232、RS485串行数据通讯接口方便与外部设备进行通信。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于本实用新型的装置利用实时跟踪处理技术，采用32位DSP芯片为主控芯片，集成度高、抗干扰能力强、灵敏度高、功耗低、操作简单，所有参数均可设置，不仅解决了交流信号窜入直流回路时的实时故障监测报警，并可在触摸液晶屏上调用显示捕捉到的交流电压幅值、波形、交流窜入直流时间等信息数据，或者通过串口将信息数据输出。

附图说明

图1为本实用新型报警装置的原理框图。

图2为本实用新型报警装置中的报警电路的原理框图。

图3为本实用新型报警装置中的交流监测输出电路的原理框图。

图4为本实用新型220V交流串入直流回路的等效电路图。

图5为本实用新型报警装置中的报警电路的电路图。

图6为本实用新型报警装置中的交流监测输出电路的电路图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

如图4所示，为220V交流串入直流回路的等效电路图,串入的220V交流电源与厂用电380V相连，内阻可看作0，将其等效为理想交流电源；C为直流母线间的等效电容；直流母线由浮充电装置及蓄电池组同时供电，在直流母线间等效为理想220V直流电压源；将电缆对地阻抗等效为对地分布电容与对地电阻并联，C1、C2为直流母线对地等效分布电容，由于直流供电范围的较大，馈线电缆较长，那么直流母线的对地分布电容偏大，R1、R2为直流母线对地等效电阻，C3、C4为保护回路电缆对地分布电容；挂在直流母线上的微机保护装置直流逆变电源中，往往在正、负直流母线之间并接大量的滤波电容器；光耦1、2代表2个保护开入量。

当交流电源串入直流母线的正极时，交流电源相当于短路，从而将C1、R1并联回路短接，故直流母线正极对地的等效电阻为0，相当于正极直接接地。另外，根据线形电路叠加原理可知，在交流等效电路中直流电源220V相当于短路，因而直流正、负母线对地交流电压为220V。这就是会出现中央控制信号屏“直流***故障”光字牌亮、直流监控屏“直接接地”灯亮,以及切换“-”对地电压为220V、“+”对地电压为0V的原因。

由于电缆中存在对地电容，则交流回路可经灯泡、电缆、电缆对地电容、大地形成回路，从而屏的故障光字牌和故障灯会亮。

在正常情况下直流回路不存在交流电源，要相应继电保护动作或中间继电器励磁，只有闭合回路上的接点回路才会导通，光耦得到开入量，微机保护才会启动，进而发出跳闸、远跳等命令和执行。然而在交流串入直流***的异常情况下，由于回路电缆的长度较大，光耦的动作电压又比较低，一般为24V，远低于交流电压220V，交流电源经电缆对地分布电容C3、C4绕过接点串入直流***，在交流电正半波时候一旦电压脉冲幅值超过光耦动作电压，就会致使光耦误动作，造成保护误动、开关误跳等严重后果。

经过上述分析可知，交流串入直流回路相当于在直流母线直接接地的基础上又施加了一个交流电源，它比直流直接接地造成的破坏恶劣的多，因此交流串入直流回路故障出现时应当尽快地被监测出来并采取相应措施将损失减到最低。

当出现直流接地、大部分光字牌信号暗亮、频繁烧控制保险，以及频繁跳、合线圈时，应首先考虑是否是交流串入直流回路。通常为证实推断，最简单的方法是将万用表的电压档打至交流档，测量正、负直流母线对地交流电压，若测得220V，则是普通交流电源串入直流***；若测得为60V或100V，则为电压互感器二次回路交流源串入直流***，考虑到实际电压偏差，测得值会有所偏差。本实用新型正是利用这个原理设计了一种手持式交流电源串入直流***的监测报警装置，该装置利用实时跟踪处理技术，采用32位DSP芯片为主控芯片，集成度高、抗干扰能力强、灵敏度高、功耗低、操作简单，所有参数均可设置，不仅解决了交流信号窜入直流回路时的实时故障监测报警，并可在触摸液晶屏上调用显示捕捉到的交流电压幅值、波形、交流窜入直流时间等信息数据，或者通过串口将信息数据输出。

本实用新型的报警装置，如图1所示，该报警装置的输入端输入交流和直流信号，进行交流信号的采集，然后将交流信号进行信号数据的处理，然后根据处理后的信号进行故障报警，同时也可以将处理后的交流信号进行监测输出。该报警装置，主要包括一对信号进行故障报警的报警电路，如图2、5所示，该报警电路包括交直流隔离电路11、降压电路12、整流电路13、稳压电路14和警示电路15。该报警电路的输入端机即交直流隔离电路11的输入端连接直流母线，直流母线中的交流和直流信号经过交直流隔离电路11后只剩下交流信号，然后交流信号经过降压电路12降压以及整流电路13整流后转换成直流信号，直流信号经过稳压电路14稳压后就通过警示电路15进行报警。具体地，如图2所示，该交直流隔离电路11包括一串联的电容C和电阻R，电容C的一端接直流母线，电阻R的一端接地，电阻R和电容C之间连接降压电路12，降压电路12为一变压器F1，变压器F1的输出端连接整流电路13，该整流电路13可以为一由四个整流二极管D1、D2、D3和D4组成的桥式整流电路，整流电路13的输出端连接稳压电路14，该稳压电路14可以分为两组，每组分别将整流电路13输出的直流信号稳压成两个不同高低的电压，其中一组包括第一稳压芯片U1，该第一稳压芯片U1为LM317，另外一组包括第二稳压芯片U2，该第二稳压芯片U2为78L05。其中LM317的第一端串联一电阻R1和电容C1后接地，电阻R1为2.2Ω/2W，电容C1为1000uF/50V，电阻R1和电容C1之间即接整流电路13的输出端；LM317的第二端通过一可变电阻RW接地，该可变电阻RW为0-4.7KΩ；LM317的第三端和第二端之间连接一电阻R2，R2为220Ω，第三端与地之间连接一电容C2，C2为470uF/50V；该第三端即为输出端，通过调节可变电阻RW，该稳压电路的第一组可输出1V-25V的可变电压。稳压电路的第二组包括一第二稳压芯片U2为78L05，该78L05的第一端也通过串联的电阻R1和电容C1接地，第二端直接接地，第三端即为输出端，该第三端通过一电容C3接地，电容C3为470uF/50V，该稳压电路的第二组输出5V的电压。警示电路15包括一灯H和一蜂鸣器BL，该灯H和蜂鸣器BL分别并联，两者的一端接地，另一端均通过一开关K连接至稳压电路的任意一组的输出端。

假设传入的交流电压为220V、50Hz、0.5A，报警电路首先经过高速交流信号采样将交直流信号隔离，交流信号经变压器变为17V～22V交流小信号，再经过整流和稳压处理可输出电压5V和连续可调电压1V～25V两组直流电压，输出端接灯、蜂鸣器即可实现声光报警。实际中，直流回路可能会混入电压值比220V小的其他交流信号，可以在负载端的信号保护设备中设定门限值，选择好输出电压分组后，一旦外部窜入的交流电压脉冲大于所设定门限值就会报警。

该报警电路还可包括一交流监测输出电路，如图3、6所示，该交流监测输出电路包括隔离采样电路21、电压偏移电路22、电压跟随电路23、限幅保护电路24以及输出显示电路25。该交流监测输出电路的输入端即隔离采样电路21的输入端连接直流母线，串入了交流信号的直流母线信号经过隔离采样电路21后将交流直流信号进行隔离，隔离后的交流信号经过降压后被采样，然后通过电压偏移电路22增加偏移量后输出至电压跟随电路23，电压跟随电路23对电压进行跟随后输出至限幅保护电路24，该限幅保护电路24主要用于为之后输出显示电路25中的输入DSP的电压进行二极管箝位限幅，以防止信号异常导致DSP芯片损坏，输出显示电路25用于将DSP芯片采样后的信号进行输出和显示。

具体地，该隔离采样电路21包括一一串联的电容C和电阻R，电容C的一端接直流母线，电阻R的一端接地，电阻R和电容C之间连接变压器F1，变压器F1为降压器件，变压器F1的输出端通过一电阻R4连接至一放大器A1的负极，在变压器F1的输出端和地之间连接有电阻R3，该R3为10KΩ，电阻R4为10KΩ，放大器A1的负极和正极之间连接一电容C4,该电容为0.01uF，放大器A1的负极通过电容C4接地，正极直接接地；并且该放大器A1的负极和输出端之间连接电阻R5，R5为10KΩ；其中电阻R4和电容C4是为了抑制干扰。该放大器A1的输出端连接电阻R6，电阻R6连接电压偏移电路22的输入端，该电压偏移电路22包括电3.3V直流电源和电阻R7，电阻R7一端连接一3.3V的电压，另一端连接至该电压偏移电路的输出端，其中R6和R7均为10KΩ。电压偏移电路22的输出端连接至电压跟随电路23，电压跟随电路23包括放大器A2和电阻R8，电压偏移电路22的输出端连接至放大器A2的正极，放大器A2的负极直接连接放大器A2的输出端，该放大器A2的输出端连接电阻R8后输出，R8为1KΩ。电压跟随电路23的输出端连接至限幅保护电路24，限幅保护电路24包括两个串联的二极管D5、D6以及一电容C5，C5为0.01uF，该两个串联的二极管一端接3.3V的直流电，另一端接地，该限幅保护电路24的输入端位于该两个二极管之间，输出端也位于该两个二极管之间，该两个二极管之间与地之间连接有电容C5。输出显示电路25包括DSP芯片以及显示屏，限幅保护电路24的输出端连接至该DSP芯片的A/D采样端。该DSP芯片选择32位DSP芯片，电压经DSP芯片A/D采样、处理后直接将数据信息输出显示在触摸液晶屏上，所选液晶屏可以保存、查看200条以上的事故报警信息和波形记录，另外预留RS232、RS485串行数据通讯接口方便与外部设备进行通信。上述两个放大器A1、A2可由内置具有两个放大器的芯片LF353来实现。

该交流监测输出电路中的DSP部分程序设计包括初始化程序、交流采集处理程序、屏显程序。初始化程序主要是配置DSP的A/D采集通道、定时器和显示屏；DSP进行A/D采样时需要在1个工频周期内采集50个点，即时间间隔为400us，采集程序使用定时器中断服务程序实现，在定时器中断里读出数据，当采集完50个点的数据后设置一个标志通知主程序已经采集完数据，主程序通过全局的数据缓冲区与定时器中断服务程序实现数据的交互；信号处理时将送到DSP芯片的A/D采样值减去直流偏置电压的大小就是当前的交流采样瞬时值；可通过通信接口将交流电压波形、幅值、相位、纹波系数、交流窜入直流时间等信息输出；选用工业级触摸液晶显示屏，利用自带软件二次开发了人性化的操作界面，使操作更简单。

当然本领域技术人员也可以了解到，不一定要采用如上所述的具体结构的交流监测输出电路和报警电路，只要能够实现同样的功能，采用其他元器件的电路亦可。

本实用新型的手持式交流串入直流回路监测报警装置不改变原有直流接地巡检仪，采用32位DSP芯片为主控芯片，集成度高，运算速度快，抗干扰能力强，功耗低；实现交流串入直流故障实时声光报警，还可输出交流信号信息；另外通过对所用液晶屏进行二次开发，使操作界面更加人性化，还可以保存、查看200条以上的事故报警信息和波形，另外该装置还提供串行数据通讯接口（RS232、RS485）和外部设备联系。可以用于380V、220V或110V的直流电体系中，可以测量交流电的范围为0-400V；而且对于母线电压测量的精度为±3％，对于交流窜入的反应时间小于0.2秒。

Claims

1.一种手持式交流串入直流回路监测报警装置，包括报警电路，其特征在于：所述报警电路包括交直流隔离电路（11）、降压电路（12）、整流电路（13）、稳压电路（14）和警示电路（15），所述报警电路的输入端机即交直流隔离电路(11)的输入端连接直流母线，直流母线中的交流和直流信号经过交直流隔离电路(11)后只剩下交流信号，然后该交流信号经过降压电路(12)降压以及整流电路(13)整流后转换成另一直流信号，该另一直流信号经过稳压电路（14）稳压后就通过警示电路（15）进行报警。

2.如权利要求1所述的手持式交流串入直流回路监测报警装置，其特征在于：所述降压电路（12）包括变压器。

3.如权利要求1所述的手持式交流串入直流回路监测报警装置，其特征在于：所述稳压电路（14）分为两组，每组分别将整流电路（13）输出的直流信号稳压成两个不同高低的电压，其中第一组输出连续可调电压1V～25V，第二组输出直流电压5V。

4.如权利要求3所述的手持式交流串入直流回路监测报警装置，其特征在于：整流电路（13）的其中第一组包括第一稳压芯片（U1），该第一稳压芯片（U1）为LM317，另外第二组包括第二稳压芯片（U2），该第二稳压芯片（U2）为78L05。

5.如权利要求4所述的手持式交流串入直流回路监测报警装置，其特征在于：所述警示电路（15）包括灯以及蜂鸣器。

6.如权利要求1所述的手持式交流串入直流回路监测报警装置，其特征在于：还包括一交流监测输出电路，该交流监测输出电路包括隔离采样电路（21）、电压偏移电路（22）、电压跟随电路（23）、限幅保护电路（24）以及输出显示电路（25），该交流监测输出电路的输入端即隔离采样电路（21）的输入端连接直流母线，串入了交流信号的直流母线信号经过隔离采样电路（21）后将交流直流信号进行隔离，隔离后的交流信号经过降压后被采样，然后通过电压偏移电路（22）增加偏移量后输出至电压跟随电路（23），电压跟随电路（23）对电压进行跟随后输出至限幅保护电路（24），该限幅保护电路为之后输出显示电路中的输入DSP的电压进行二极管箝位限幅，输出显示电路将采样后的信号进行处理、输出和显示。

7.如权利要求6所述的手持式交流串入直流回路监测报警装置，其特征在于：所述输出显示电路（25）包括一触摸显示屏和所述DSP芯片，所述DSP芯片选择32位DSP芯片，电压经DSP芯片A/D采样、处理后直接将数据信息输出显示在触摸液晶屏上，该DSP芯片并且预留RS232、RS485串行数据通讯接口方便与外部设备进行通信。