一种直流接地故障在线检测及报警装置的制作方法

本发明涉及一种直流接地故障在线检测及报警装置，属于故障检测领域。

背景技术：

直流系统是发电厂、变电站及通信基站中的一个重要组成部分，是一个复杂的多分支网络，它为电力系统和通信系统中信号装置、继电保护装置、控制装置及事故照明设备等重要负载提供工作电源。直流系统的工作状况好坏将直接影响电力系统和通信系统的安全、可靠和高效运行。直流接地故障是直流系统最常见的故障，可能造成控制回路和继电保护装置的误动、拒动、烧坏继电器接点和熔断保险等，从而引发严重的事故。对于电厂特别是水电厂，因厂房环境潮湿导致直流系统对地绝缘情况不太好，直流回路电缆分布广、元器件多，故障点更难查找。当直流系统绝缘下降后，将影响发电机组控制系统的安全运行。

传统查找直流接地故障是“拉路寻找分段处理”的方法，即：遵循先信号后操作部分、先室外后室内部分对直流系统进行拉路寻找、分段处理的步骤逐步确定哪条支路有接地故障的人工解线找出故障点方法。在短时拉回路电源时可能因直流失电引起继电保护装置或自动装置由于抗干扰性能或故障判据的问题造成误动跳闸，采用拉合直流支路法检测故障点所带来的危害是非常严重的。因此国电公司发输电综函[2001]238号《水电厂无人值班的若干规定》7.6.1条中指出：严禁在设备运行中采取切直流负荷的方法，查找和处理直流接地故障。在用500V摇表测试绝缘时，要将弱电回路全部退出，以防损坏。这种方法不能对故障点进行精确定位，排除故障费时费力，使现场人员在查找直流接地时感到无从下手，困难重重。

另外老式绝缘监测装置采用电桥平衡原理的缺点是不能真正反映直流母线的绝缘，只能反映正、负母线绝缘电阻的不平衡情况，在接地检测回路中的接地监测继电器使母线的绝缘电阻限制在30kΩ的水平。

近年来，还有采用钳形电流表按支路查找的方法。因钳形电流表的检测灵敏度不高，难以检测毫安级的接地故障。

而采用外部注入低频信号的方式，则因注入的交流成分会通过直流电源系统的蓄电池以及受二次回路分布电容的影响，已逐步不推荐使用。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供了一种能实现运行中电气设备不停电且能够准确定位的直流接地故障在线检测及报警装置。

本发明采用如下技术方案：

一种直流接地故障在线检测及报警装置，其包括漏电流检测模块、A/D转换电路、微处理器、报警阈值控制模块、音频及声音控制电路和声光报警电路；所述漏电流检测模块的输入端安装在负载的直流电源进线端，所述漏电流检测模块的输出端经所述A/D转换电路接入微处理器，所述微处理器与报警阈值控制模块双向连接，所述微处理器的输出端经音频及声音控制电路接入声光报警电路的输入端。

进一步的，所述漏电流检测模块包括感应线圈和电磁转换电路，所述感应线圈对应安装在各个二次回路负载的直流电源进线端，所述感应线圈的输出接入电磁转换电路的输入端，所述电磁转换电路的输出端接所述A/D转换电路的输入端。

进一步的，所述直流接地故障在线检测及报警装置分别安装在每个负载的直流电源进线端，且各个所述直流接地故障在线检测及报警装置之间相互独立，其数量根据负载的个数对应配置。

进一步的，所述报警阈值控制模块包括由双运算放大器LM4558及其外围元器件，是供微处理器运算用的逻辑电路。

进一步的，所述音频及声音控制电路包括立体声集成电路芯片LM4610及其外围元器件。

进一步的，本发明还包括节能电源，所述节能电源为微处理器供电。

进一步的，所述负载包括开关柜、保护屏以及其他控制和通讯系统的任意直流用电设备。

本发明的有益效果如下：

本发明是一种智能化、高精度的直流接地故障在线检测及报警装置，能实现运行中设备不停电的情况下准确定位到接地故障支路及接地故障。其不同于其它集散式监控系统，本装置不需要配置复杂的通讯和处理系统，直接安装在二次回路负载的直流电源进线端，可以实现该负载回路直流绝缘情况的实时在线监测，通过合理布置本装置，可方便实现直流接地故障的精确定位功能，从而实现故障的快速查找和避免拉路排查带来的故障危害。

本发明基于实时在线不间断监测功能，实现对电气设备电源回路直流接地故障的实时在线监视。

本发明检测的负载可以是开关柜、保护屏以及其他控制和通讯系统的任意直流用电设备；各直流接地故障在线检测及报警装置之间相互独立，可以根据负载的个数进行配置。安装配置灵活，能够及时反映直流回路是否存在短路或接地故障，能够为专业人员提供可靠、及时的排除故障依据。

本发明通过内置的微处理器实现阈值的设定和故障的声光告警，具有简单、高精度以及智能化的特点。

附图说明

图1为本发明的结构框图。

图2为本发明的逻辑关系图。

图3为本发明的工作原理图。

其中，1直流接地故障在线检测及报警装置。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合图1~图3和具体实施例对发明进行清楚、完整的描述。

本发明设计了一种智能化、高精度的直流接地故障在线检测及报警装置，检测灵敏度可达0.2毫安，适用于发电厂、变电站等直流二次回路。可广泛应用于电力系统变电站、火发电厂、水电站以及煤矿、钢铁、冶金、化工等工矿企业的供、配、用电系统。

本发明适用于220V、110V直流电源供电系统，通信设备48V、36V直流电源供电系统。

如图1~图3所示，本实施例包括漏电流检测模块、A/D转换电路、微处理器、报警阈值控制模块、音频及声音控制电路和声光报警电路；所述漏电流检测模块的输入端安装在负载的直流电源进线端，所述漏电流检测模块的输出端经所述A/D转换电路接入微处理器，所述微处理器与报警阈值控制模块双向连接，所述微处理器的输出端经音频及声音控制电路接入声光报警电路的输入端。

进一步的，所述漏电流检测模块包括感应线圈和电磁转换电路，所述感应线圈对应安装在各个二次回路负载的直流电源进线端，所述感应线圈的输出接入电磁转换电路的输入端，所述电磁转换电路的输出端接所述A/D转换电路的输入端。

进一步的，所述直流接地故障在线检测及报警装置分别安装在每个负载的直流电源进线端，且各个所述直流接地故障在线检测及报警装置之间相互独立，其数量根据负载的个数对应配置。

进一步的，所述报警阈值控制模块包括由双运算放大器LM4558及其外围元器件。

进一步的，所述音频及声音控制电路包括立体声集成电路芯片LM4610及其外围元器件。

进一步的，本发明还包括节能电源，所述节能电源为微处理器供电。

进一步的，所述负载包括开关柜、保护屏以及其他控制和通讯系统的任意直流用电设备。

如图3所示，本装置采用差流检测原理，对于任一支路从电源正极流出的电流I+，流经本支路全部负载后，返回电源负极的电流I-，当该支路没有接地故障时，I+ = I- ，穿过本装置的电流相等，本装置无信号输出。当发生接地电阻为Rd时，接地电流为Ir的接地故障时，I+ =I- + Ir ，流经本装置的电流不相等，本装置输出一个反应该差值的信号，即为漏电流信号。

本实施例的主要功能如下：

1）实时监测，准确定位。

实时监测所在直流支路的直流漏电流，据此监视该回路直流对地绝缘状态以及接地故障情况，并精确定位到故障支路。

2）越限报警，根据设备和运行条件的不同,通过拨码开关设置越限报警值；

3）具有多途径告警功能，报警时指示灯闪烁并伴有蜂鸣器鸣响，方便运行维护人员快速查找接地点；

4）信号记忆复位功能，当电流越限报警后，即使电流又减小到低于越限值，报警灯和蜂鸣器并不关闭，需经人工手动复位后才关闭信号。

本实施例的优点如下：

（1）能实现设备不停电，准确定位到接地故障支路及接地故障装置。

（2）节省了查找故障的人力与时间，同时有效防止了误拉路。

（3）安全、可靠性高。直流接地定位装置与外部系统不存在电气连接，不对直流供电回路产生任何影响；

（4）能检测出多路支路、多设备同时接地的情况。

（5）无需给直流系统注入交流信号，也不会增大直流系统电压纹波系数对直流系统的安全运行没有影响。检测出的接地电阻不受支路对地分布电容的影响。不影响直流系统原有的绝缘监测的正常运行。

（6）体积小巧、结构简单、安装容易。该直流接地指示器利用内置的单片机实现状态的检测和报警，不需要外部复杂的监视系统及接线；采用标准卡轨式安装，快速简单；

（7）各个直流接地指示器相互独立，可以根据系统的不同要求以及直流系统负载的增减灵活配置；

（8）采用大规模集成芯片设计，结构密封防潮性好、抗干扰性能强，环境适应能力强。

（9）灵敏度高。此接地指示器检测灵敏度可到0.1毫安，较之手持式钳形漏电流查找方式更准确，能发现高阻接地和绝缘下降情况；

（10）接地点查找迅速。由于对接地元件已有指示，因此无需逐一回路查找，大大节省故障查找时间。

（11）安装快捷。通过2根跨接线过渡，即可实现不停电快速安装本指示器，对二次设备和回路无影响。

（12）通过连接通信设备还可将指示器的数据传到集控中心的服务器上，实现对多个变电站直流系统直流接地和绝缘状况的在线远程监视，为直流系统的状态维修和故障处理提供依据。

造成直流系统接地的主要原因是：电缆或设备元器件的绝缘老化、受潮、破损以及装置电源板发生损坏的故障。发电厂和变电站的直流系统多采用110V或220V电源供电，正、负母线对地浮空。在发生一点接地故障时，由于没有形成对地回路，直流系统仍能保持正常运行，接地故障不易察觉。但是，如果伴随其它一点或多点接地，将造成继电保护装置及控制装置的误动或拒动。为避免这种情况，目前通常的做法是利用集散式的监控系统对绝缘情况进行实时在线监测，但是这种方式具有投资大，接线复杂以及易受干扰等缺点。

现有二次系统已广泛使用微机保护、智能接口（IED），其内部驱动继电器的启动电流一般是毫安级电流，因此，即使是几十千欧的高电阻接地均有可能产生几毫安的电流导致二次回路的误动或拒动，潜在危害很大。

二次系统微电子化、小型化的结果，要求直流接地检测装置能够灵敏地反应低至0.1毫安的漏电流。

本实施例采用漏电流检测技术检测直流回路是否存在接地故障，体积小，为手掌般大小。本实施例是智能化的高精度直流接地检测指示装置，检测灵敏度可达0.2毫安，适用于发电厂、变电站等直流二次回路。不同于其它集散式监控系统，本实施例中直流接地定位装置不需要配置复杂的通讯和处理系统，它直接安装在二次回路负载的直流电源进线端，可以实现该负载回路直流绝缘情况的实时在线监测，并通过内置的单片机实现阈值的设定和故障的声光告警；具有简单、高精度以及智能化的特点。通过合理布置本装置，可方便实现直流接地故障的精确定位功能，从而实现故障的快速查找和避免拉路排查带来的故障危害，对于提高电网安全、稳定、高效运行具有重要意义。

本装置分别接于多个负载上，其之间互相独立，通过在线检测该直流负载回路的漏电流即不平衡电流，实现对该负载有无直流接地的判断。

正常运行时，若无直流接地，穿过直流接地故障在线检测及报警装置的漏电流为零或小于设定报警阈值，直流接地指示器不报警。

当通过本装置供电的负载设备或电路出现直流接地或绝缘降低时，穿过本装置的漏电流将超过报警阈值，此时用蜂鸣和灯光闪烁方式报警。

本实施例能实现运行中设备不停电的情况下准确定位到接地故障支路及接地故障。

本实施例通过以下方法实现：

1. 采用漏电流检测技术检测直流回路是否存在漏电流，检测灵敏度可达0.1~0.2毫安。

2. 微处理器通过回路漏电流检测并与装置设定报警阈值比较，漏电流为零或小于设定报警阈值，则不报警。当通过直流接地故障在线检测及报警装置的负载设备或电路出现直流接地或绝缘降低时，穿过本装置的漏电流将超过报警阈值，此时用蜂鸣和灯光闪烁方式报警。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。