一种防瞬时交流窜入绝缘监测装置的制作方法

本发明涉及对直流系统的绝缘监测，尤其是一种防瞬时交流窜入绝缘监测装置。

背景技术：

直流电源的安全可靠运行对于变电站的安全可靠运行至关重要。但由于直流电源供电设备多，供电线缆长，在实际运行中经常出现直流接地等故障。虽然直流系统浮地运行，单点接地不影响系统的正常运行，但必须尽快查找故障予以消除，否则发生第二点接地时，就会造成继电器或保护装置误动作，引起严重后果。目前，变电站中普遍使用了直流系统绝缘及选线装置，起到了较好的效果。

在实际运行中，有一种特殊的接地故障破坏性更大，这就是交流电窜入直流系统。大多数厂家的绝缘监测装置仍然不具备交流窜入故障的测记及报警功能，而具备该功能的监测装置对交流窜入故障的响应时间普遍较长。通过对交流窜入故障案例展开深度的理论分析，发现保护设备误动往往发生在交流窜入故障后很短的时间以内，在无法杜绝该类故障的情况下，如何能够快速识别交流窜入故障并记录故障数据为事故成因的分析提供数据依据，尤其是对瞬时交流窜入故障的测记。

技术实现要素：

为克服上述技术的不足之处，本发明提供了一种防瞬时交流窜入绝缘监测装置，不仅具有监测直流系统是否发生绝缘降低并选线功能，而且能够监测直流系统是否发生交流窜入故障、定位交流窜入的支路，尤其对瞬时交流窜入的检测及告警。

本发明是采取以下技术方案实现的：

一种防瞬时交流窜入绝缘监测装置，包括主机、选线装置、直流漏电流传感器；

所述主机包括CPU数据处理模块，数据采集模块，平衡桥、不平衡桥电路模块，电源模块，显示模块，报警模块和通讯模块；

所述CPU数据处理模块与所述的数据采集模块相连，负责对选线装置采集数据的分析处理，从而检测整个直流系统的绝缘状况及是否发生交流窜入故障；

所述数据采集模块包括多路采集电子开关、运算放大器和高精度AD芯片，实时采集直流母线正负对地电压，直流母线电压；

所述平衡桥、不平衡桥电路模块包括一组平衡桥电阻和检测桥电阻；

所述显示模块与所述的CPU数据处理模块相连，用于实时显示直流系统电压及绝缘数据，并将显示模块设定的参数信息传送给CPU数据处理模块；

所述报警模块与所述CPU数据处理模块相连，用于输出告警信号；

选线装置和CPU数据处理模块通过所述的通讯模块相连接，实现数据通讯；

所述选线装置与直流漏电流传感器相连，采集数据的同时并给直流漏电流传感器供电，主要用于采集直流漏电流传感器转换出的直流电压值，并定位绝缘降低支路及交流窜入支路；

所述的直流漏电流传感器将支路的漏电流转化为直流电压并上传至选线装置。

所述的直流漏电流传感器卡接到每一路直流馈线上，由选线装置提供电源，并将故障支路产生的漏电流转换为直流电压上传给选线装置。

所述CPU数据处理模块采用市售的CPU中央处理器模块。采用德州仪器（TI）公司生产的DSP芯片（数字信号处理芯片），具有浮点计算单元，能够高效的完成FFT计算。

所述显示模块采用7寸彩色触摸液晶显示屏对数据进行展示，并且能够通过触摸液晶显示屏对装置内部参数进行修改，如告警参数、功能控制参数、装置本身的运行参数等。

报警模块采用继电器进行告警，继电器告警输出节点能够长期承受220V直流工作电压。

通讯模块采用RS232/RS485/网口三种通讯方式，三种方式可以通过显示模块设置进行选择；通讯协议方式为Modbus RTU方式。

所述直流漏电流传感器采用市售的开口式直流漏电流传感器，在安装过程中避免支路停电，提高施工安全性。

所述选线装置采用市售的小电流接地选线装置。

本发明的工作原理：

本发明的主机中包含有CPU数据处理模块，数据采集模块，平衡桥、不平衡桥电路模块，电源模块，显示模块，报警模块和通讯模块；通过平衡桥和不平衡桥相结合的方式，在有交流窜入时，数据采集模块将实时采集正负对地电压值并上传至CPU数据处理模块，CPU数据处理模块进行相应的逻辑判断和快速傅里叶变换算法，从而得出系统有无交流窜入以及交流窜入的波形和幅值，装置自动进行投退检测桥，从而引起正负对地电压变化，根据交流窜入的持续时间分为瞬时交流窜入和交流窜入，若为瞬时交流窜入，装置的报警模块将输出告警信号并记录瞬时交流窜入波形；若为交流窜入，CPU数据处理模块将会进行交流窜入支路的定位和选线。

本发明装置的监测方法，包括如下步骤：

1）主机通过数据采集模块实时检测直流系统的母线电压及正负母线对地电压，并将所测得的母线电压和正负母线对地电压发送到CPU数据处理模块；

2）CPU数据处理模块进行相应的逻辑判断和快速傅里叶变换算法，从而得出有无交流窜入以及交流窜入的波形和幅值，根据交流窜入的持续时间分为瞬时交流窜入和交流窜入；如果有瞬时交流窜入则通过显示模块记录并显示瞬时交流窜入波形，通过报警模块进行输出告警信号；如果是交流窜入则进入步骤3）；

3）启动平衡桥、不平衡桥电路模块，CPU数据处理模块进行交流窜入支路的定位和选线，通过显示模块将所选出的故障支路及接地阻值直观显示出来，并通过所述的报警模块进行相应的干接点及声光告警。

步骤2）中逻辑判断和快速傅里叶变换算法的具体过程是，通过对采集数据的FFT计算，得到本次20ms时间内直流系统中的交流分量，如果计算的交流分量超过设定的交流窜入电压上限值，则认为直流系统发生交流窜入故障，并且会自动启动故障录波机制，记录故障时刻的电压数据；所述FFT计算的变换点数为64点，采用实数运算方式展开计算。

本发明的优点在于：

（1）该装置在原微机型绝缘监测装置的基础之上，能够实现对交流窜入故障的快速监测、告警、录波及支路选线功能，并能诊断瞬时交流窜入故障，记录故障时刻波形信息。

（2）可以实现对直流电源系统整体及分布对地绝缘状况的监控分析，能够准确识别所有类型的接地故障，并且定位至故障发生的实际位置，大大缩短故障排查时间，安全可靠的保障直流电源系统的运行，有效防止直流系统故障造成的事故扩大。

附图说明

以下将结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明绝缘监测装置的电路构成图。

图2是本发明主机的直流系统绝缘电阻测量以及交流电压测量电路图；

图3是本发明监测方法的判断逻辑流程图。

图3中：KM+、KM-分别为直流系统的正、负母线，Rx、Ry分别为需要检测的直流系统绝缘电阻；C1、C2为电容；R1、R2为采样电阻；R3、R4为采样电阻；R5、R6为检测电阻；K1、K2为电子开关。

具体实施方式

参照附图1，一种防瞬时交流窜入绝缘监测装置，包括主机、选线装置、直流漏电流传感器。

所述的主机包含有CPU数据处理模块，数据采集模块，平衡桥、不平衡桥电路模块，电源模块，显示模块，报警模块，通讯模块；

直流漏电流传感器卡接到每一路直流馈线上，由所述的选线装置提供电源，并将故障支路产生的漏电流转换为直流电压上传给选线装置；

主机通过数据采集模块实时检测直流系统的母线电压及正负母线对地电压，并通过所述的显示模块进行实时显示，当系统发生绝缘接地故障时，直流系统正负对地电压发生相应的变化，所述CPU数据处理模块，通过分析启动检测桥电路模块。

选线装置通过所述的通讯模块与主机相连，并将各个支路的电压数据上传到主机，主机通过此电压信号的变化选出相应的馈线支路，得到接地阻值。

主机通过显示模块将所选出的故障支路及接地阻值直观显示出来，并通过所述的报警模块进行相应的干接点及声光告警。

参照附图2，C1，C2，R1，R2组成交流电压测量电路。其中R1，R2为采样电阻，当有交流窜入时，交流电流通过C1，C2，R1，R2与大地形成回路，主机通过数据采集模块采集R1，R2两端的电压变化即可判断直流系统是否发生交流窜入。

R3，R4，R5，R6，K1，K2为直流系统绝缘电阻测量电路，R3，R4为采样电阻，R5，R6为检测电阻，K1，K2为电子开关；测量时，首先将K1闭合，K2断开，R5投入直流系统，R6退出直流系统，测得R3，R4两端电压U1+和U1-；然后将K1断开，K2闭合，R5退出直流系统，R6投入直流系统，测得R3，R4两端电压为U2+和U2-；通过U1+、U1-、U2+、U2-四个电压，根据欧姆定律即可得到直流系统绝缘电阻Rx、Ry的阻值。