专利名称：直流系统接地与环网故障定位系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电力自动化领域，尤其是一种直流系统接地与环网故障定位系统。
背景技术：
目前，变电站直流电源系统在运行过程中会出现各种环网故障类型，例如单极接地、两极接地、两极平衡接地、两极环网、单极环网、异极环网等故障，从而影响变电站直流电源系统的正常工作。为了保证变电站直流电源系统可靠工作，必须要及时检测出所发生的环网故障类型并进行准确定位，但是，由于环网故障种类繁多，现有的故障检测装置在故障检测及故障定位方面存在许多不足例如接地故障定位不准、两极同时接地不能准确告警、两套独立运行的直流电源因施工或接地而环到一起不能告警等，将会造成直流系统故障或使继电保护装置误动。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种直流系统接地与环网故障定位系统，解决了现有检测装置接地定位不准的问题，能够快速准确地检测出各种环网故障类型并对接地故障和环网故障准确定位以彻底消除变电站内的环路隐患。本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的一种直流系统接地与环网故障定位系统，包括一台故障定位主机、多台故障定位辅机、多台故障定位模块和多台电流互感器，该故障定位主机直接与一段母线和二段母线相连接并通过RS485总线与多台故障定位模块、多台故障定位辅机相连接，故障定位辅机通过RS485总线与故障定位模块相连接，故障定位模块通过电流互感器连接到一段母线和二段母线的各个馈线支路上。而且，所述的故障定位主机包括CPU、两个电压采集单元、两个A/D转换单元、两个桥电阻单元、两个桥电阻控制单元、低频信号控制单元、低频信号源、显示单元、键盘和485 总线单元，两个电压采集单元、两个桥电阻单元分别连接到一段母线和二段母线上，电压采集模块、桥电阻单元分别通过A/D转换单元、桥电阻控制单元与CPU相连接，CPU通过低频信号源与低频信号控制单元相连接，该低频控制单元同时与一段母线和二段母线相连接，CPU 还通过I/O接口与显示单元、键盘、485总线单元相连接，485总线单元通过485总线与故障定位模块、故障定位辅机相连接。而且，所述的故障定位主机还包括上位机通讯控制单元，该上位机通讯控制单元连接到CPU的I/O端口上，同时与上位机相连接并将故障定位数据上传到上位机。而且，所述的故障定位辅机包括CPU、上位通讯模块、显示模块、键盘和下位通讯模块，CPU通过I/O接口与上位通讯模块、显示模块、键盘、下位通讯模块相连接，上位通讯模块通过485总线与故障定位主机相连接，下位通讯模块通过485总线与故障定位模块相连接。[0009]而且，所述的故障定位模块包括14路通道CT输入/输出单元、CT信号处理单元、 A/D转换单元、CPU、通讯模块和CT自检/校验单元，CPU通过I/O接口与通讯模块、A/D转换单元及CT自检/校验单元相连接，A/D转换单元的输入端与CT信号处理单元的输出端相连接，CT信号处理单元的输入端与14路通道CT输入/输出单元相连接，CT自检/校验单元相连接的输出端与14路通道CT输入/输出单元相连接，14路通道CT输入/输出单元与连接在电流互感器相连接。本实用新型的优点和积极效果是1、本故障定位系统将故障定位主机、故障定位辅机、故障定位模块及电流互感器有机地结合在一起并连接到母线上，通过使用平衡桥和不平衡桥的切换及对电压的计算， 实现对单极接地、两极接地、两极平衡接地、两极环网、单极环网、异极环网故障的判别；通过低频信号注入直流电源系统，检测馈线支路低频信号的方式实现接地故障、环网故障的定位；通过接地电阻及直流电源系统母线对地电压对蓄电池组接地进行告警并准确定位。2、本故障定位系统可以灵活设置多种工作模式，故障定位主机可以运行在两段母线单独运行模式、一段单独运行故障定位主机模式、一段单独运行不带环网检测模式、二段单独运行从机模式、二段单独运行不带环网检测模式、两段母线并联运行模式，上述六种运行模式可以满足两电三充系统的各种运行状态，也可以满足两电两充和一电一充系统。3、本故障定位系统的故障定位主机下可带多套故障定位辅机运行，以适应不同变电站直流电源系统的要求，故障定位辅机主要是控制各个分屏或小室内的故障定位模块对其馈线支路进行检测，达到定位的目的，同时故障定位辅机检测所带故障定位模块功能是否正常，实现了完善的设备自检功能。4、本故障定位系统通过正常运行时支路CT输出标准电流与故障情况下检测到的微电流的比较处理，提升CT的检测精度；同时通过系统对地电容的检测，考虑容抗的影响， 提升检测灵敏度，通过对CT的自动校验提高CT的精度，并能及时发现CT是否存在故障，提高了定位可靠性。5、本故障定位系统的故障定位主机可以与上位机进行数据通讯功能，将故障定位数据发送到后台，方便运行人员查阅，方便调度查阅；提供开关量信号输出，能方便及时地输出告警信息。6、本实用新型设计合理，实现接地故障告警及定位、环网故障告警及定位、蓄电池组接地故障定位，同时能监测各种环网故障类型，并对接地故障和环网故障准确定位，彻底消除了站内的环路隐患，大大减少了接地故障和环网故障处理时间，降低了处理难度。
图1是本实用新型的系统连接示意图；图2是故障定位主机的电路框图；图3是故障定位辅机的电路框图；图4是故障定位模块的电路框图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述[0022]一种直流系统接地与环网故障定位系统，如图1所示，包括一台故障定位主机、多台故障定位辅机、多台故障定位模块和多台电流互感器(CT)，故障定位主机通过数据通讯端口与控制中心的上位机相连接并将故障定位数据上传到上位机，该故障定位主机直接与一段母线和二段母线相连接并通过RS485总线与多台故障定位模块、多台故障定位辅机相连接，故障定位主机一方面通过故障定位模块判断是否存在环网故障及接地故障并进行准确定位，另一方面控制故障定位辅机进行故障判断和故障定位。故障定位辅机通过RS485 总线与故障定位模块相连接，故障定位辅机一方面接收来自故障定位主机的控制命令，另一方面控制自身所管理的故障定位模块进行接地故障及环网故障判断和定位。故障定位模块通过电流互感器连接到一段母线和二段母线的各个馈线支路上，故障定位模块一方面接收故障定位辅机或故障定位主机的控制命令，另一方面控制自身所管理的电流互感器进行信号采集并进行接地或环网故障的判断和定位。连接在馈线支路上的电流互感器由故障定位模块控制，将馈线支路中的电流信号返回给故障定位模块，由故障定位模块进行故障判断与定位。在本实施例中，故障定位辅机的数量为20台，每个定位辅机下可接16个故障定位模块，连接在一段母线上的故障定位模块数量和二段母线上的故障定位模块数量均为16 个，每个故障定位模块连接14条馈线支路。如图2所示，故障定位主机包括CPU(IO)、两个电压采集单元(1、5)、两个々/1)转换单元(3、6)、两个桥电阻单元0、4)、两个桥电阻控制单元(7、8)、低频信号控制单元、低频信号源(9)、显示单元(11)、键盘(1幻、485总线单元(13)、上位机通讯控制单元(14)。两个电压采集单元、两个桥电阻单元分别连接到一段母线和二段母线上，电压采集模块、桥电阻单元分别通过A/D转换单元、桥电阻控制单元与CPU相连接，CPU通过低频信号源与低频信号控制单元相连接，该低频控制单元同时与一段母线和二段母线相连接，CPU还通过I/O 接口与显示单元、键盘、485总线单元、上位机通讯控制单元相连接，上位机通讯控制单元与上位机相连接，485总线单元通过485总线与故障定位模块、故障定位辅机相连接。故障定位主机中的CPU是核心部分，负责对各个功能单元的控制功能。电压采集单元接受CPU的控制并对母线电压进行取样，然后将取样信号送A/D转换单元处理。桥电阻单元提供直流电源系统需要的平衡桥电阻及切换桥，以满足一套系统有一个平衡桥的条件。桥电阻控制单元用于控制切换桥动作，目的是计算母线对地电阻及环网判断。低频信号源产生低频信号，耦合到直流系统中，目的是给CT提供信号，通过CT对基波信号的检测对接地故障及环网故障进行定位。低频信号控制单元控制低频信号耦合到直流电源系统中，该低频信号控制单元为一个由分立元件组成的电路，低频信号经过电压放大、电流放大后经过限流电阻和电容，最后经继电器选择后耦合至直流电源系统的正母线或负母线与大地之间。显示单元和键盘提供人机交互平台。485总线单元控制故障定位辅机及故障定位模块的通讯总线。上位机通讯控制单元提供数据通讯接口，可将数据直接上传到上位机。故障定位主机的工作原理是电压采集单元、A/D转换单元采样直流电源系统母线对地电压及母线电压；桥电阻控制单元、桥电阻单元切换桥电阻，计算母线对地电阻及母线环网状态。若存在接地故障或环网故障通过低频信号源、低频信号控制单元耦合低频信号到直流电源系统，通过485总线单元控制故障定位辅机、故障定位模块对接地故障或环网故障进行准确定位，并将定位结果通过显示单元显示出来，同时通过上位通讯控制单元将故障定位结果传输到上位机并将耦合到系统中的低频信号退出。[0025]如图3所示，故障定位辅机包括CPU(I)、上位通讯模块O)、显示模块(3)、键盘 G)、下位通讯模块(5)，CPU通过I/O接口与上位通讯模块、显示模块、键盘、下位通讯模块相连接。故障定位辅机中的CPU为故障定位辅机中的核心部件，通过上位通讯模块接收来自故障定位主机的数据及命令，并通过对命令的判断及解释控制下位通讯模块以控制故障定位模块，并且控制显示模块更新显示内容。上位通讯模块接收来自故障定位主机的通讯数据及命令，将信号传送至CPU。显示单元提供用户提供需要的数据显示。键盘通过键盘操作修改系统参数，或查看需要的数据。下位通讯模块位接收来自CPU的命令，控制故障定位模块动作。故障定位辅机通过上位通讯模块接受故障定位主机的命令控制所属故障定位模块进行设备自检、CT自校验及故障定位等操作，并将检测信息返回给故障定位主机。如图4所示，故障定位模块包括14路通道CT输入/输出单元⑴、CT信号处理单元(2)、A/D转换单元(3)、CPU(4)、通讯模块(5)和CT自检/校验单元(6)。CPU通过I/O 接口与通讯模块、A/D转换单元及CT自检/校验单元相连接，A/D转换单元的输入端与CT 信号处理单元的输出端相连接，CT信号处理单元的输入端与14路通道CT输入/输出单元相连接，CT自检/校验单元相连接的输出端与14路通道CT输入/输出单元相连接。故障定位模块中的CPU是故障定位模块中的核心部件，用于接收来自通讯模块的命令，控制CT 自检/校验单元或者14路通道CT输入/输出单元从而得到各个馈线支路的信息。14路通道CT输入/输出单元提供14个馈线支路上CT的接口。CT信号处理单元对14路通道 CT输入单元进行处理并送A/D转换单元进行模数转换。A/D转换单元对14路通道的信号进行模数转换。通讯模块接收来自故障定位辅机或故障定位主机的命令，并将数据回传。 CT自检/校验单元对CT进行自我校验信号产生电路。故障定位模块通过485通讯接受故障定位主机或故障定位辅机的控制，处理自身所带14路CT的模拟信号，并将计算结果返回给故障定位主机或故障定位辅机。本实用新型通过使用平衡桥和不平衡桥的切换及对电压的计算，实现对单极接地、两极接地、两极平衡接地、两极环网、单极环网、异极环网故障的判别；通过低频信号注入直流电源系统，检测馈线支路低频信号的方式实现接地故障、环网故障的定位；通过接地电阻及直流电源系统母线对地电压对蓄电池组接地进行告警并准确定位。达到了以下目标接地选线灵敏度不低于99% ；可以判断是否是正-正极环网，正-负极环网，负-负极环网故障，环网支路选线灵敏度不低于90% ；蓄电池组接地故障定位到士 1节。需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型并不限于具体实施方式
中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。
权利要求1.一种直流系统接地与环网故障定位系统，其特征在于包括一台故障定位主机、多台故障定位辅机、多台故障定位模块和多台电流互感器，该故障定位主机直接与一段母线和二段母线相连接并通过RS485总线与多台故障定位模块、多台故障定位辅机相连接，故障定位辅机通过RS485总线与故障定位模块相连接，故障定位模块通过电流互感器连接到一段母线和二段母线的各个馈线支路上。
2.根据权利要求1所述的直流系统接地与环网故障定位系统，其特征在于所述的故障定位主机包括CPU、两个电压采集单元、两个A/D转换单元、两个桥电阻单元、两个桥电阻控制单元、低频信号控制单元、低频信号源、显示单元、键盘和485总线单元，两个电压采集单元、两个桥电阻单元分别连接到一段母线和二段母线上，电压采集模块、桥电阻单元分别通过A/D转换单元、桥电阻控制单元与CPU相连接，CPU通过低频信号源与低频信号控制单元相连接，该低频控制单元同时与一段母线和二段母线相连接，CPU还通过I/O接口与显示单元、键盘、485总线单元相连接，485总线单元通过485总线与故障定位模块、故障定位辅机相连接。
3.根据权利要求1或2所述的直流系统接地与环网故障定位系统，其特征在于所述的故障定位主机还包括上位机通讯控制单元，该上位机通讯控制单元连接到CPU的I/O端口上，同时与上位机相连接并将故障定位数据上传到上位机。
4.根据权利要求1或2所述的直流系统接地与环网故障定位系统，其特征在于所述的故障定位辅机包括CPU、上位通讯模块、显示模块、键盘和下位通讯模块，CPU通过I/O接口与上位通讯模块、显示模块、键盘、下位通讯模块相连接，上位通讯模块通过485总线与故障定位主机相连接，下位通讯模块通过485总线与故障定位模块相连接。
5.根据权利要求1或2所述的直流系统接地与环网故障定位系统，其特征在于所述的故障定位模块包括14路通道CT输入/输出单元、CT信号处理单元、A/D转换单元、CPU、 通讯模块和CT自检/校验单元，CPU通过I/O接口与通讯模块、A/D转换单元及CT自检/ 校验单元相连接，A/D转换单元的输入端与CT信号处理单元的输出端相连接，CT信号处理单元的输入端与14路通道CT输入/输出单元相连接，CT自检/校验单元相连接的输出端与14路通道CT输入/输出单元相连接，14路通道CT输入/输出单元与连接在电流互感器相连接。
专利摘要本实用新型涉及一种直流系统接地与环网故障定位系统，包括一台故障定位主机、多台故障定位辅机、多台故障定位模块和多台电流互感器，该故障定位主机直接与一段母线和二段母线相连接并通过RS485总线与多台故障定位模块、多台故障定位辅机相连接，故障定位辅机通过RS485总线与故障定位模块相连接，故障定位模块通过电流互感器连接到一段母线和二段母线的各个馈线支路上。本实用新型设计合理，实现接地故障告警及定位、环网故障告警及定位、蓄电池组接地故障定位，同时能监测各种环网故障类型，并对接地故障和环网故障准确定位，彻底消除了站内的环路隐患，大大减少了接地故障和环网故障处理时间，降低了处理难度。
文档编号G01R31/02GK202153246SQ20112027834
公开日2012年2月29日 申请日期2011年8月2日 优先权日2011年8月2日
发明者付艳华, 何菊, 刘继平, 单大鹏, 徐玉凤, 李志强, 李永祥, 田强, 金卫军 申请人:天津市电力公司, 广州市仟顺电子设备有限公司