直流系統(tǒng)絕緣在線監(jiān)測裝置制造方法
【專利摘要】直流系統(tǒng)絕緣在線監(jiān)測裝置，屬于電力系統(tǒng)領(lǐng)域，本發(fā)明為解決現(xiàn)有直流系統(tǒng)絕緣在線監(jiān)測技術(shù)存在的問題。本發(fā)明包括中央處理單元、母線檢測單元、顯示報警單元和m個饋線漏電流采集單元，母線檢測單元采集母線電壓，所述母線電壓包括直流母線間電壓、正負母線對地電壓和交流混入電壓，母線檢測單元的母線電壓信號傳輸端與中央處理單元的母線電壓信號傳輸端相連；每個饋線漏電流采集單元采集n條饋線的接地漏電流，m個饋線漏電流采集單元的饋線接地漏電流信號傳輸端通過RS485總線與中央處理單元的饋線接地漏電流信號傳輸端相連；中央處理單元的報警顯示信號傳輸端與顯示報警單元的報警顯示信號傳輸端相連。
【專利說明】直流系統(tǒng)絕緣在線監(jiān)測裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及直流系統(tǒng)絕緣在線監(jiān)測裝置，屬于電力系統(tǒng)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]應(yīng)用于發(fā)電廠、變電站、換流站的直流系統(tǒng)，是電力系統(tǒng)中保障監(jiān)控裝置正常運行的電源系統(tǒng)。直流系統(tǒng)主要為信號裝置、控制裝置和繼電保護裝置等直流負載提供不間斷供電電源，因此電力系統(tǒng)的安全、可靠、高效運行直接受制于直流系統(tǒng)工作狀況的好壞。直流接地是直流系統(tǒng)的常見故障，直流接地可能造成負載裝置的誤操作，進而引發(fā)更為嚴重的事故，所以在線監(jiān)測直流系統(tǒng)的故障狀態(tài)具有重要的意義。同時完備的直流系統(tǒng)故障監(jiān)測機制減少了 25?50%的年維修費用，因直流系統(tǒng)故障而停電的時間減少了 75%。由此可見，對直流系統(tǒng)故障進行在線監(jiān)測可帶來巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。
[0003]圖1所示的是電壓等級為500kV的變電站內(nèi)的DC220V直流系統(tǒng)的模型圖，正常工作狀態(tài)下，由高頻開關(guān)充電裝置將380V三相交流電整流成220V直流電，直接給直流母線上的各饋線支路提供工作電源，同時對處于浮充狀態(tài)的蓄電池組進行補充充電，彌補蓄電池組因為浮充狀態(tài)損失的電能。但是如果高頻開關(guān)充電裝置發(fā)生供電故障時，蓄電池組轉(zhuǎn)換為正常放電狀態(tài)，給直流負載供電，以保障直流系統(tǒng)的不間斷供電。
[0004]在該直流系統(tǒng)中，母線由兩段母線組成，兩段母線可通過母線聯(lián)合器連接成一段母線。每段母線上都掛載了 一個充電機、一個蓄電池組和一個絕緣在線監(jiān)測裝置，備用充電機可通過閉鎖開關(guān)與兩段母線連接進行供電。蓄電池組采用單體電池標稱電壓為2V的閥控式密封鉛酸蓄電池(VRLA)，由于直流系統(tǒng)的母線電壓為直流系統(tǒng)標稱電壓220V的1.05倍，需要102?108只單體電池提供231V的直流母線電壓[8]。每段母線可掛載幾十條饋線支路，每條饋線支路上安裝傳感器(CT)測量該饋線的接地漏電流，絕緣在線監(jiān)測裝置收集每個傳感器的漏電流信息，監(jiān)測各饋線的絕緣狀態(tài)。
[0005]直流系統(tǒng)絕緣在線監(jiān)測常用的方法，平衡電橋法、切換電橋法、低頻小信號檢測法和直流漏電流檢測法。但以上四種監(jiān)測方法都存在各自的問題，具體分析如下:
[0006]平衡電橋法是一種傳統(tǒng)的母線接地檢測方法，但存在檢測死區(qū)。
[0007]切換電橋法需要找出切換電橋的合理判據(jù)，不能為了找出還未發(fā)生的接地故障，而不停地去切換電橋，因此需要找出切換電橋的合理判據(jù)。這增加了使用難度。
[0008]低頻小信號檢測法在使用時，注入的低頻小信號會經(jīng)過饋線的對地寄生電容形成回路，造成裝置的漏報或誤報直流系統(tǒng)接地故障。
[0009]直流漏電流檢測法使用的直流漏電流傳感器，該傳感器在復(fù)雜電磁環(huán)境下暴露出來的溫漂和零漂問題影響了饋線對地絕緣電阻的精確測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有直流系統(tǒng)絕緣在線監(jiān)測技術(shù)存在的問題，提供了一種直流系統(tǒng)絕緣在線監(jiān)測裝置。[0011]本發(fā)明所述直流系統(tǒng)絕緣在線監(jiān)測裝置，它包括中央處理單元、母線檢測單元、顯示報警單元和m個饋線漏電流采集單元，
[0012]母線檢測單元采集母線電壓，所述母線電壓包括直流母線間電壓、正負母線對地電壓和交流混入電壓，母線檢測單元的母線電壓信號傳輸端與中央處理單元的母線電壓信號傳輸端相連；
[0013]每個饋線漏電流采集單元采集η條饋線的接地漏電流，m個饋線漏電流采集單元的饋線接地漏電流信號傳輸端通過RS485總線與中央處理單元的饋線接地漏電流信號傳輸端相連；
[0014]中央處理單元的報警顯示信號傳輸端與顯示報警單元的報警顯示信號傳輸端相連。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點:本發(fā)明對現(xiàn)有絕緣在線監(jiān)測裝置和原理的分析，提出了一種母線和支路接地檢測相結(jié)合，平衡電橋與切換電橋相補充，兼顧交流混入檢測的改進型絕緣在線監(jiān)測方案。利用母線檢測單元和饋線漏電流采集單元檢測母線電壓和各饋線漏電流，由主控制器綜合處理分析，計算母線和各饋線的對地絕緣電阻，快速定位接地故障點，并進行報警與顯示。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是電壓等級為500kV的變電站內(nèi)的DC220V直流系統(tǒng)的模型圖；圖中a表示饋線.-^4 ，
[0017]圖2是本發(fā)明所述直流系統(tǒng)絕緣在線監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3是電橋電路圖；
[0019]圖4是形低通濾波器的電路圖；
[0020]圖5是直流正負母線對地電壓采樣電路圖；
[0021]圖6是饋線漏電流采集單元的原理框圖；
[0022]圖7是信號處理電路。
【具體實施方式】
[0023]【具體實施方式】一:下面結(jié)合圖1至圖7說明本實施方式，本實施方式所述直流系統(tǒng)絕緣在線監(jiān)測裝置，如圖2所示，它包括中央處理單元1、母線檢測單元2、顯示報警單元4和m個饋線漏電流采集單元5,
[0024]母線檢測單元2采集母線電壓，所述母線電壓包括直流母線間電壓、正負母線對地電壓和交流混入電壓，母線檢測單元2的母線電壓信號傳輸端與中央處理單元I的母線電壓信號傳輸端相連；
[0025]每個饋線漏電流采集單元5采集η條饋線的接地漏電流，m個饋線漏電流采集單元5的饋線接地漏電流信號傳輸端通過RS485總線與中央處理單元I的饋線接地漏電流信號傳輸端相連 ；
[0026]中央處理單元I的報警顯示信號傳輸端與顯示報警單元4的報警顯示信號傳輸端相連。
[0027]圖2中CTpCTy……CTn指的是η個直流漏電流傳感器，[0028]中央處理單元I的主控制器采用型號為STM32F103VET6的ARM處理器來實現(xiàn)。
[0029]母線檢測單元2包括電橋電路、直流母線電壓采樣電路和交流混入電壓測量電路；
[0030]電橋電路用于檢測直流母線間電壓；
[0031]直流母線電壓采樣電路用于檢測正負母線對地電壓；
[0032]交流混入電壓測量電路用于檢測交流混入電壓。
[0033]本實施方式給出一種如圖3所示的電橋電路，依次切換開關(guān)Sp S2，得到母線與地連接的兩種狀態(tài)，測量這兩種狀態(tài)下的母線對地電壓，即可計算出母線對地絕緣電阻。顯然切換電橋法可以完成母線不同種接地情況的檢測，但是不停地切換電橋使得母線對地電壓被拉偏，當母線對地電壓偏移較大時，保護繼電器跳閘，引起直流系統(tǒng)故障。電橋控制開關(guān)使用AQW214光耦隔離開關(guān)，其隔離電壓達400V，利用N溝道場效應(yīng)管BSP297對其進行驅(qū)動。
[0034]直流母線電壓采樣電路包括對稱π形低通濾波器、電壓處理電路、前級RC低通濾波器、隔離放大器、后級電壓跟隨器、后級RC低通濾波器。直流系統(tǒng)配電電纜較長，繼電保護裝置動作時引入的噪聲會影響直流母線電壓采樣的精度，因此使用對稱η形低通濾波器濾除其中的簡正模噪聲，如圖4所示。
[0035]本實施方式給出了如圖5所示的直流母線電壓采樣電路，正母線對地電壓Uz采樣使用電阻分壓網(wǎng)絡(luò)將O?330V輸入電壓縮小101倍；而負母線對地電壓Uf采樣使用反相比例運算放大電路將-330?O輸入電壓縮小了 -100倍。
[0036]交流混入一般是交流電源線直接與直流母線搭接，與地形成回路，所以在正母線與地、地與負母線之間并接單相交流電壓變送器HAV-T2，隔離測量25Hz?5kHz的O?450V交流電壓，測量準確度為±0.2%，輸出為4-20mA的電流信號，電流信號轉(zhuǎn)化為O?3V的電壓信號后，經(jīng)電壓跟隨器和RC低通濾波器送入AD進行采樣。HAV-T2的絕緣電阻大于100ΜΩ，不會對電橋電路參數(shù)產(chǎn)生任何影響。根據(jù)直流系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范，交流混入電壓超過10V，即應(yīng)報交流混入故障。
[0037]饋線漏電流采集單元5包括信號處理電路5-1、A/D采樣電路5_2和采樣控制器5-3，信號處理電路5-1接收η個直流漏電流傳感器檢測到的饋線接地漏電流信號，信號處理電路5-1的饋線接地漏電流信號輸出端與A/D采樣電路5-2的模擬信號輸入端相連，A/D采樣電路5-2的數(shù)字信號輸出端與采樣控制器5-3的饋線接地漏電流信號輸入端相連，采樣控制器5-3連接RS485總線。
[0038]采樣控制器5-3采用型號為F103RBT6的控制器來實現(xiàn)。
[0039]每個饋線漏電流采集單元5接受η臺直流漏電流傳感器的輸出電壓信號，通過信號處理電路5-1，由A/D采樣電路5-2進行AD采樣，濾波預(yù)存，接受到中央處理單元I的讀取命令后，將饋線接地漏電流信息通過RS485上傳給中央處理單元I。其中信號處理電路如圖7所示。
[0040]【具體實施方式】二:本實施方式對實施方式一作進一步說明，它還包括通訊單元3，中央處理單元I通過通訊單元3進行通訊。
[0041]直流系統(tǒng)母線是分段分屏布置的，每段母線負責不同區(qū)域的供電，每段母線都必須設(shè)置一臺絕緣在線監(jiān)測裝置。當直流系統(tǒng)運行方式發(fā)生改變時，兩段母線通過母線聯(lián)合器合成一段母線，絕緣在線監(jiān)測裝置之間互聯(lián)通訊，改變監(jiān)控策略。與此同時，每一臺裝置還需將監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳給集控室的上位機，這些數(shù)據(jù)的傳輸都需要通訊單元來完成?？紤]絕緣在線監(jiān)測裝置互聯(lián)的需求，以及用戶互聯(lián)操作的簡易性，通訊單元設(shè)置CAN總線、RS485和RS232三種通訊方式。
【權(quán)利要求】
1.直流系統(tǒng)絕緣在線監(jiān)測裝置，其特征在于，它包括中央處理單元(I)、母線檢測單元(2 )、顯示報警單元(4 )和m個饋線漏電流采集單元(5 )， 母線檢測單元(2 )采集母線電壓，所述母線電壓包括直流母線間電壓、正負母線對地電壓和交流混入電壓，母線檢測單元(2)的母線電壓信號傳輸端與中央處理單元(I)的母線電壓信號傳輸端相連； 每個饋線漏電流采集單元(5 )采集η條饋線的接地漏電流，m個饋線漏電流采集單元(5)的饋線接地漏電流信號傳輸端通過RS485總線與中央處理單元(I)的饋線接地漏電流信號傳輸端相連； 中央處理單元(I)的報警顯示信號傳輸端與顯示報警單元(4)的報警顯示信號傳輸端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述直流系統(tǒng)絕緣在線監(jiān)測裝置，其特征在于，它還包括通訊單元(3)，中央處理單元(I)通過通訊單元(3)進行通訊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述直流系統(tǒng)絕緣在線監(jiān)測裝置，其特征在于，中央處理單元(I)的主控制器采用型號為STM32F103VET6的ARM處理器來實現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述直流系統(tǒng)絕緣在線監(jiān)測裝置，其特征在于，母線檢測單元(2)包括電橋電路、直流母線電壓采樣電路和交流混入電壓測量電路； 電橋電路用于檢測直流母線間電壓； 直流母線電壓采樣電路用于檢測正負母線對地電壓； 交流混入電壓測量電路用于檢測交流混入電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述直流系統(tǒng)絕緣在線監(jiān)測裝置，其特征在于，饋線漏電流采集單兀(5)包括信號處理電路(5-1)、A/D米樣電路(5-2)和米樣控制器(5-3),信號處理電路(5-1)接收η個直流漏電流傳感器檢測到的饋線接地漏電流信號，信號處理電路(5-1)的饋線接地漏電流信號輸出端與A/D采樣電路(5-2)的模擬信號輸入端相連，A/D采樣電路(5-2 )的數(shù)字信號輸出端與采樣控制器(5-3 )的饋線接地漏電流信號輸入端相連，采樣控制器(5-3)連接RS485總線。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述直流系統(tǒng)絕緣在線監(jiān)測裝置，其特征在于，采樣控制器(5-3)采用型號為F103RBT6的控制器來實現(xiàn)。
【文檔編號】G01R31/02GK103592563SQ201310597921
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】于培永, 王立欣, 侯玉江, 蔡南, 陽薇, 景偉, 楊會民 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司檢修公司, 于培永, 王立欣