直流电源环网故障监测与定位系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种直流电源环网故障监测与定位系统，用于对独立运行的直流电源I、II的直流互窜故障（即环网故障）进行在线监测和不断电定位，其包括主机、手持器和钳形电流互感器，主机和手持器无线连接，手持器和钳形电流互感器有线连接，主机包括切换桥电路，平衡桥电路I、II，电压采样电路I、II，处理器I和无线信号发送电路，处理器I分别与电压采样电路I、II和无线信号发送电路连接，平衡桥电路I连接在直流电源I的正、负端子之间，切换桥电路和平衡桥电路II并联后连接在直流电源II的正、负端子之间，电压采样电路I与直流电源I的正、负、地端子连接，电压采样电路II与直流电源II的正、负、地端子连接；手持器包括无线信号接收电路、处理器II和电流采样电路，无线信号接收电路和电流采样电路的输出分别连接至处理器II，电流采样电路的输入与钳形电流互感器的输出连接。
【专利说明】直流电源环网故障监测与定位系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力领域中的环网(即:直流互窜)故障，尤其涉及一种直流电源环网故障监测与定位系统。
【背景技术】
[0002]对于变电站或发电厂的直流电源系统，为了保证可靠性，一般采用两套直流电源(两组蓄电池和充电机实现)。正常情况下，两组蓄电池分开运行，构成两套独立的直流电源系统。但是，可能在施工过程中出现负荷电源线连接错误而跨接两段直流母线，造成某个负荷电源线多于两根，并且多出的电源线接到另一段母线；或者，可能在倒负荷操作时，将某负荷转到另一段母线后，未将原来的那一段的负荷开关断开，导致该负荷由两段母线同时供电；上述情况，均会造成两套独立运行的直流电源系统出现电气连接现象，即“环网(即直流互窜)现象。而出现环网时，则可能引起火灾、缩短蓄电池使用寿命、接地故障检测灵敏度下降、接地引起保护误动的机率增大和可能引起设备拒动等情况，降低了系统的安全性。
[0003]而目前出现环网时，一般采用拉刀闸、断保险、解端子的方法来查找直流互窜故障点，但是这种方式操作难度很大，故障点的查找过程中也可能会因为断电而导致继电保护误动作，因此，本领域技术人员迫切需要一种不用断电，即能实现直流电源环网故障点查找的方式。
实用新型内容
[0004]有鉴于此，本实用新型提供了一种直流电源环网故障监测与定位系统，可以实现直流电源环网的在线监测，并且不用断电就能实现直流互窜故障点的查找，满足本领域技术人员的需求。
[0005]本实用新型提供了一种直流电源环网故障监测与定位系统，用于对独立运行的直流电源1、II的直流互窜故障进行监测和定位，包括主机、手持器和钳形电流互感器，所述主机和手持器无线连接，所述手持器和钳形电流互感器有线连接，所述主机包括切换桥电路，平衡桥电路1、II，电压采样电路1、II，处理器I和无线信号发送电路，所述处理器I分别与电压采样电路Ι、π和无线信号发送电路连接，所述平衡桥电路I连接在直流电源I的正、负端子之间，所述切换桥电路和平衡桥电路II并联后连接在直流电源II的正、负端子之间，所述电压采样电路I与所述直流电源I的正、负、地端子连接，所述电压采样电路II与所述直流电源II的正、负、地端子连接；所述手持器包括无线信号接收电路、处理器II和电流采样电路，所述无线信号接收电路和电流采样电路的输出分别连接至所述处理器11，所述电流采样电路的输入与所述钳形电流互感器的输出连接。
[0006]进一步，所述主机还包括:与所述处理器I连接的控制按键1、液晶显示屏1、LED指示灯和蜂鸣器。
[0007]进一步，所述手持器还包括:与所述处理器II连接的控制按键II和液晶显示屏II。
[0008]进一步，所述电流采样电路与钳形电流互感器采用两芯屏蔽线连接。
[0009]进一步，所述电流采样电路包括:电阻1?1、1?2、1?3、1?4、1?5、1?6、1?7，电容C1、C2、C3，和运算放大器LM1、LM2，所述Rl串接在所述LMl的反相输入端和地之间，所述R2的两端分别连接第一参考电平和所述LMl的反相输入端，所述R3串接在所述LMl的同相输入端和地之间，所述R4和Cl并联后串接在所述LMl的输出端和反相输入端之间，所述C2和R5串联后串接在所述LMl的输出端和LM2的反相输入端之间，所述LM2的同相输入端连接第二参考电平，所述R6和C2并联后串接在所述LM2的输出端和反相输入端之间，所述R7的一端与所述LM2的输出端连接，另一端作为所述电流采样电路的输出，所述C3—端接地，另一端与所述R7相对于与所述LM2的输出端连接的一端连接。
[0010]进一步，所述电阻町、1?2、1?3、1?4、1?5、1?6、1?7的精度在0.1%以内。
[0011]本实用新型的有益效果:
[0012]本实用新型主要由主机、手持器和钳形电流互感器组成，其中主机与直流电源连接，实时监测两套独立运行的直流电源的直流互窜故障状况；手持器及钳形电流互感器为便携式，系统无直流互窜故障时，放置在仪器铝箱内，当两段直流电源出现直流互窜故障时，主机在有直流互窜的馈线回路上施加一个直流互窜特征信号，此时再开启手持器，接收主机发出的信号，并配合钳形电流互感器，对两套直流电源的所有馈线回路进行检测，检测各回路的信号电流，如果该回路有直流互窜故障(直流互窜故障包括:直流电源I的正极、负极、正负双极分别与直流电源II的正极、负极、正负双极分别形成正极直流互窜、负极直流互窜、双极直流互窜及直流电源I的正极与直流电源II的负极形成异极直流互窜及直流电源I的负极与直流电源II的正极形成异极环)，则存在一定的信号电流，无直流互窜故障则电流为0，通过对信号电流的跟踪查找，当信号电流从I段直流窜到II段直流(或从II段直流窜到I段直流)的位置·就是直流互窜故障点。同时，主机、手持器把系统检测分化处理，解决运行速度慢、通信数据可靠低的问题。
[0013]另外，钳形电流互感器可以选择为高精度的电流互感器，采样精度高，运行稳定性强，以增加结果的可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述:
[0015]图1是本实用新型提供的直流电源环网故障监测与定位系统的实施例的结构示意图。
[0016]图2是图1中的电流采样电路的实施例的结构示意图。
[0017]图3是本实用新型的接线及检测简图。
【具体实施方式】
[0018]请参考图1，是本实用新型提供的直流电源环网故障监测与定位系统的实施例的结构示意图，主要用于对独立运行的直流电源1、II的直流互窜故障进行在线监测和不断电定位，其主要包括:主机1、手持器2和钳形电流互感器3，其中，主机I和手持器2无线连接，手持器2和钳形电流互感器3有线连接。[0019]本实施例，在监测和定位时，可以按照图3所示进行接线。
[0020]本实施例，主机实时监测两套独立运行的直流电源1、II的直流互窜故障状况；手持器及钳形电流互感器为便携式，系统无直流互窜故障时，放置在仪器铝箱内，当两段直流电源出现直流互窜故障时，主机在有直流互窜的馈线回路上施加一个直流互窜特征信号，此时再开启手持器，接收主机发出的信号，并配合钳形电流互感器，对两套直流电源的所有馈线回路进行检测，检测各回路的信号电流，如果该回路有直流互窜故障，则存在一定的信号电流，无直流互窜故障则电流为0，通过对信号电流的跟踪查找，当信号电流从I段直流窜到II段直流(或从II段直流窜到I段直流)的位置就是直流互窜故障点。
[0021]本实施例，可检测的直流互窜故障包括:直流电源I的正极、负极、正负双极分别与直流电源II的正极、负极、正负双极分别形成正极直流互窜、负极直流互窜、双极直流互窜及直流电源I的正极与直流电源II的负极形成异极直流互窜及直流电源I的负极与直流电源II的正极形成异极环。
[0022]本实施例，主机、手持器把检测分化处理，解决运行速度慢、通信数据可靠低的问题。
[0023]本实施例，本实施例可以广泛应用于电厂、变电站、化工、电讯等直流电源系统，还可用于直流屏、蓄电池生产企业、科研院校等对直流电源系统运行状况的研究等。
[0024]继续如图1所示，主机I主要包括:切换桥电路11,平衡桥电路112、1113，电压采样电路114、1115，处理器116和无线信号发送电路17。
[0025]其中，处理器116分别与电压采样电路114、1115和无线信号发送电路17连接，平衡桥电路112连接在直流电源I的正、负端子之间，切换桥电路11和平衡桥电路1113并联后连接在直流电源II的正、负端子之间，电压采样电路114与直流电源I的正、负、地端子(+KM1，GND，-KM1)连接，电压采样电路1115与直流电源II的正、负、地端子(+KM2, GND, -KM2)连接。
[0026]本实施例，主机I还可以包括:与所述处理器116连接的控制按键1、液晶显示屏
1、LED指示灯和蜂鸣器，用于实现控制、显示、指示和报警等功能。
[0027]本实施例，处理器116控制切换桥电路11与平衡桥电路112、1113协同工作，以运行在不同的工作状态，为精确采集两套直流电源对地电压提供必要数据条件，并通过电压采样电路114、1115在多种不同的状态下采集直流电源1、II的多组数据，以精确计算直流电源的直流互窜状态。
[0028]本实施例，由于主机I具有监控两段独立运行直流系统的功能，为了解决独立运行的两段直流系统不因此构成环网，处理器116由主控CPU与两段的两个分控CPU共三个(PU构成。
[0029]本实施例，为了保证强电的完全隔离，切换桥与平衡桥电路、电压采样电路均为独立的相同的两个组成。
[0030]本实施例，一台主机监控两段直流系统，当有环网故障发生时，会自动退掉II段的切换桥、平衡桥，排除一段系统由于环网造成两点人工接地的情况。
[0031]本实施例，电压采样电路I用于将I段直流母线(即直流电源I)的+KMl电压采集并通过电阻分压，再通过光耦芯片U隔离放大，然后进入CPU的AD端口进行采集。-KMl电压采集并通过电阻分压，再通过光耦芯片U隔离放大，然后进入CPU的AD端口进行采集。对地电压采集并通过电阻R112、R113分压，再通过光耦芯片U隔离放大，然后进入CPU的AD
端口进行采集。
[0032]本实施例，电压采样电路II用于II段直流母线(即直流电源II)的+KM2电压采集并通过电阻分压，再通过光耦芯片U隔离放大，然后进入CPU的AD端口进行采集。-KM2电压采集并通过电阻分压，再通过光耦芯片U隔离放大，然后放大进入CPU的AD端口进行采集。对地电压采集并通过电阻分压，再通过光耦芯片U隔离放大，然后进入CPU的AD端口进行采集。
[0033]继续如图1所示，手持器2主要包括:无线信号接收电路21、处理器1122和电流采样电路23，无线信号接收电路21和电流采样电路23的输出分别连接至处理器1122，电流采样电路23的输入与钳形电流互感器3的输出连接。
[0034]本实施例，手持器2还可以包括:与处理器1122连接的控制按键II和液晶显示屏II，用于实现控制、显示等功能。
[0035]本实施例，无线信号接收电路21用于与无线信号发送电路17配合，实现主机I与手持器2间的信息交互，并且无线信号接收电路17和无线信号发送电路21可以使用
2.4GHz频段进行无线信号的发送和接收，以保证足够的通信距离和稳定性。
[0036]本实施例，当存在直流互窜故障时，无线信号接收电路21接收主机上传的信号，通过电流采样电路23对钳形电流互感器3检测到各个馈线回路的数据进行放大处理，再将其馈线的直流互窜状况显示在液晶显示屏上。
[0037]本实施例，电流采样电路23与钳形电流互感器3可以采用两芯屏蔽线连接。
[0038]如图2所示，电流采样电路23可以包括:电阻町、1?2、1?3、1?4、1?5、1?6、1?7，电容(:1、〇2工3，和运算放大器1111、1112，所述1?1串接在所述LMl的反相输入端和地之间，所述R2的两端分别连接第一参考电平和所述LMl的反相输入端，所述R3串接在所述LMl的同相输入端和地之间，所述R4和Cl并联后串接在所述LMl的输出端和反相输入端之间，所述C2和R5串联后串接在所述LMl的输出端和LM2的反相输入端之间，所述LM2的同相输入端连接第二参考电平，所述R6和C2并联后串接在所述LM2的输出端和反相输入端之间，所述R7的一端与所述LM2的输出端连接，另一端作为所述电流采样电路的输出，所述C3 —端接地，另一端与所述R7相对于与所述LM2的输出端连接的一端连接。
[0039]本实施例，电阻町、1?2、1?3、1?4、1?5、1?6、1?7的精度控制在0.1%以内，通过控制电阻
的精度，可以提高钳形电流互感器3的采样精度，使得钳形电流互感器3反馈回来的信号的精度更高，从而提高直流互窜故障定位的精准度。
[0040]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种直流电源环网故障监测与定位系统，用于对独立运行的直流电源1、II的直流互窜故障进行监测和定位，包括主机、手持器和钳形电流互感器，所述主机和手持器无线连接，所述手持器和钳形电流互感器有线连接，其特征在于: 所述主机包括切换桥电路，平衡桥电路1、II，电压采样电路1、II，处理器I和无线信号发送电路，所述处理器I分别与电压采样电路1、II和无线信号发送电路连接，所述平衡桥电路I连接在直流电源I的正、负端子之间，所述切换桥电路和平衡桥电路II并联后连接在直流电源II的正、负端子之间，所述电压采样电路I与所述直流电源I的正、负、地端子连接，所述电压采样电路II与所述直流电源II的正、负、地端子连接； 所述手持器包括无线信号接收电路、处理器II和电流采样电路，所述无线信号接收电路和电流采样电路的输出分别连接至所述处理器II，所述电流采样电路的输入与所述钳形电流互感器的输出连接。
2.如权利要求1所述的直流电源环网故障监测与定位系统，其特征在于:所述主机还包括:与所述处理器I连接的控制按键1、液晶显示屏1、LED指示灯和蜂鸣器。
3.如权利要求1所述的直流电源环网故障监测与定位系统，其特征在于:所述手持器还包括:与所述处理器II连接的控制按键II和液晶显示屏II。
4.如权利要求1所述的直流电源环网故障监测与定位系统，其特征在于:所述电流采样电路与钳形电流互感器采用两芯屏蔽线连接。
5.如权利要求1-4中任一项所述的直流电源环网故障监测与定位系统，其特征在于:所述电流采样电路包括:电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7，电容C1、C2、C3，和运算放大器LM1、LM2，所述Rl串接在所述LMl的反相输入端和地之间，所述R2的两端分别接第一参考电平和所述LMl的反相输入端，所述R3串接在所述LMl的同相输入端和地之间，所述R4和Cl并联后串接在所述LMl的输出端和反相输入端之间，所述C2和R5串联后串接在所述LMl的输出端和LM2的反相输入端之间，所述LM2的同相输入端连接第二参考电平，所述R6和C2并联后串接在所述LM2的输出端和反相输入端之间，所述R7的一端与所述LM2的输出端连接，另一端作为所述电流采样电路的输出，所述C3 —端接地，另一端与所述R7相对于与所述LM2的输出端连接的一端连接。
6.如权利要求5所述的直流电源环网故障监测与定位系统，其特征在于:所述电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7 的精度在 0.1% 以内。
【文档编号】G01R31/08GK203561724SQ201320699316
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年11月6日 优先权日:2013年11月6日
【发明者】赵应春, 向航, 刘清, 吴超, 房兆源, 廖立平, 蒋小红 申请人:国家电网公司, 国网重庆市电力公司检修分公司