一种直流互窜故障检测装置与方法与流程

本发明涉及故障检测技术领域，具体而言，涉及一种直流互窜故障检测装置与方法。

背景技术：

变电站直流电源系统是站用电源系统的重要组成部分，相当于变电站的“心脏”，保障了变电站信号、控制、继电保护和事故照明等操作电源的供应，为提高直流供电安全可靠性，一般110kv，220kv重要的变电站系统采用“两充两电”模式(两组充电机，两组蓄电池)，构成两段独立的直流电源系统；但是由于一些原因，同时也会造成两段直流系统出现互窜，两段直流系统之间有了电气连接，也就是常说的环网故障。

直流互窜问题是变电站运行中的一种故障问题，给整个电力系统运行的稳定性和可靠性造成很大影响，直流系统直流互窜问题会引发比较严重的危害，当两段直流系统出现互窜，导致两段蓄电池并列运行，可能会产生巨大的电流，出现发热情况，甚至可能会产生火灾；同时也会降低蓄电池的使用寿命；也会引发操作电源的一些误动作。并且，目前市场上现有的绝缘监测装置没有直流互窜检测功能，示意并不能对直流互窜进行有效的检测。

有鉴于此，如何解决上述问题，是本领域技术人员关注的重点。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种直流互窜故障检测装置，以解决现有技术中无法对直流互窜进行有效检测的问题。

本发明的另一目的在于提供一种直流互窜故障检测方法，以解决现有技术中无法对直流互窜进行有效检测的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

一方面，本发明实施例提出了一种直流互窜故障检测装置，所述直流互窜故障检测装置包括第一母线、第二母线、互窜检测桥、第一开关、第二开关以及主机，所述互窜检测桥的两端分别与所述第一母线的正极、所述第一母线的负极电连接，所述第一开关和所述第二开关串联于所述第二母线的正极和所述第二母线的负极之间，所述互窜检测桥包括检测节点，所述检测节点与所述第一开关和所述第二开关均电连接，所述主机用于获取在所述第一开关闭合且第二开关断开时的第一母线的正极的第一电压，及所述第一母线的负极的第二电压以及所述检测节点的第三电压，所述主机还用于获取在所述第一开关断开且第二开关闭合时的第一母线的正极的第四电压，及所述第一母线的负极的第五电压以及所述检测节点的第六电压，并依据所述第一电压、所述第二电压以及所述第三电压或所述第四电压、所述第五电压以及所述第六电压建立等效方程，以求得所述第一母线与所述第二母线之间的等效电阻的阻值，并依据所述等效电阻的阻值与预设定的阻值确定所述第一母线与所述第二母线是否发生直流互窜故障。

进一步地，所述主机还用于在接收到所述第三电压与所述第六电压后，依据所述第三电压与所述第六电压的正负确定所述直流互窜故障的类型，并依据所述直流互窜故障的类型以及所述第一电压、所述第二电压以及所述第三电压或所述第四电压、所述第五电压以及所述第六电压建立等效方程。

进一步地，所述主机用于在所述第三电压为正且所述第六电压为负时，确定所述直流互窜故障的类型为第一故障类型，并依据所述第一故障类型与所述第一电压、所述第二电压以及所述第三电压建立所述等效方程；所述主机还用于在所述第三电压为负且所述第六电压为负时，确定所述直流互窜故障的类型为第二故障类型，并依据所述第二故障类型与所述第一电压、所述第二电压以及所述第三电压建立所述等效方程；所述主机还用于在所述第三电压为负且所述第六电压为正时，确定所述直流互窜故障的类型为第三故障类型，并依据所述第三故障类型与所述第四电压、所述第五电压以及所述第六电压建立所述等效方程；所述主机还用于在所述第三电压为正且所述第六电压为正时，确定所述直流互窜故障的类型为第四故障类型，并依据所述第四故障类型与所述第四电压、所述第五电压以及所述第六电压建立所述等效方程。

进一步地，所述第一母线与所述第二母线均包括多条支线，所述直流互窜故障检测装置还包括多个霍尔传感器，每个所述霍尔传感器均安装于一个所述支线上，所述霍尔传感器用于检测所在支线的漏电流，并将所述漏电流发送至所述主机，所述主机还用于在确定所述第一母线与所述第二母线发生直流互窜故障后，依据直流互窜故障的类型接收相应支线上的霍尔传感器传输的漏电流，并依据所述漏电流与预设定的电流确定发生直流互窜故障的支线。

进一步地，所述直流互窜故障检测装置还包括第一平衡桥、第二平衡桥以及第三开关，所述第一平衡桥的两端分别与所述第一母线的正极与负极电连接，所述第二平衡桥的两端分别与所述第二母线的正极与负极电连接，所述第二平衡桥的中间位置通过所述第三开关接地。

进一步地，所述互窜检测桥包括第一电阻与第二电阻，所述第一电阻与所述第二电阻串联于所述第一母线的正极和所述第一母线的负极之间，且所述检测节点位置为所述第一电阻与所述第二电阻的连接处。

另一方面，本发明实施例还提供了一种直流互窜故障检测方法，应用于直流互窜故障检测装置的主机，所述直流互窜故障检测装置还包括第一母线、第二母线、互窜检测桥、第一开关、第二开关，所述互窜检测桥的两端分别与所述第一母线的正极、所述第一母线的负极电连接，所述第一开关和所述第二开关串联于所述第二母线的正极和所述第二母线的负极之间，所述互窜检测桥包括检测节点，所述检测节点与所述第一开关和所述第二开关均电连接，所述直流互窜故障检测方法包括：

控制所述第一开关闭合且第二开关断开，并获取当前状态下第一母线的正极的第一电压，及所述第一母线的负极的第二电压以及所述互窜检测桥的中间位置的第三电压；

控制所述第一开关断开且第二开关闭合，并获取当前状态下的第一母线的正极的第四电压，及所述第一母线的负极的第五电压以及所述互窜检测桥的中间位置的第六电压；

依据所述第一电压、所述第二电压以及所述第三电压或所述第四电压、所述第五电压以及所述第六电压建立等效方程；

依据所述等效方程求得所述第一母线与第二母线之间的等效电阻的阻值；

当所述等效电阻的阻值小于或等于预设定的阻值时，确定所述第一母线与所述第二母线发生直流互窜故障。

进一步地，所述依据所述第一电压、所述第二电压以及所述第三电压或所述第四电压、所述第五电压以及所述第六电压建立等效方程的步骤包括：

依据所述第三电压与所述第六电压的正负确定所述直流互窜故障的类型；

依据所述直流互窜故障的类型以及所述第一电压、所述第二电压以及所述第三电压或所述第四电压、所述第五电压以及所述第六电压建立等效方程。

进一步地，所述依据所述第三电压与所述第六电压的正负确定所述直流互窜故障的类型的步骤包括：

第三电压为正且所述第六电压为负时，确定所述直流互窜故障的类型为第一故障类型；

所述依据所述直流互窜故障的类型以及所述第一电压、所述第二电压以及所述第三电压或所述第四电压、所述第五电压以及所述第六电压建立等效方程的步骤包括：

依据所述第一故障类型与所述第一电压、所述第二电压以及所述第三电压建立所述等效方程。

进一步地，所述第一母线与所述第二母线均包括多条支线，所述流互窜故障检测装置还包括多个霍尔传感器，每个所述霍尔传感器均安装于一个所述支线上，所述直流互窜故障检测方法还包括：

依据直流互窜故障的类型接收相应支线上的霍尔传感器传输的漏电流；

当所述支线的漏电流大于或等于预设定的电流时，确定所述支线为发生直流互窜故障的支线。

相对现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的了一种直流互窜故障检测装置与方法，该直流互窜故障检测装置包括第一母线、第二母线、互窜检测桥、第一开关、第二开关以及主机，其中，互窜检测桥的两端分别与第一母线的正极、第一母线的负极电连接，第一开关和第二开关串联于第二母线的正极和第二母线的负极之间，互窜检测桥包括检测节点，检测节点与第一开关和第二开关均电连接。主机用于获取在第一开关闭合且第二开关断开时的第一母线的正极的第一电压，及第一母线的负极的第二电压以及检测节点的第三电压。主机同时还用于获取在第一开关断开且第二开关闭合时的第一母线的正极的第四电压，及第一母线的负极的第五电压以及检测节点的第六电压，并依据第一电压、第二电压以及第三电压或第四电压、第五电压以及第六电压建立等效方程，以求得第一母线与第二母线之间的等效电阻的阻值，并依据等效电阻的阻值与预设定的阻值确定第一母线与第二母线是否发生直流互窜故障。一方面，由于本发明通过建立等效方程的方式，能够确定第一母线与第二母线之间的等效电阻的阻值，同时依据等效电阻的阻值与预设定的阻值能够确定第一母线与第二母线是否发生直流互窜故障，从而实现精确有效的检测，提高了直流系统的稳定可靠性。另一方面，本发明提供的直流互窜检测装置能够利用主机实现自动检测，无需工作人员进行手动检测，从而减少了工作人员的工作量。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明的实施例提供的直流互窜故障检测装置的电路示意图。

图2示出了本发明的实施例提供的第一故障类型的等效电路图。

图3示出了本发明的实施例提供的第二故障类型的等效电路图。

图4示出了本发明的实施例提供的第三故障类型的等效电路图。

图5示出了本发明提供的第四故障类型的等效电路图。

图6示出了本发明提供的直流互窜故障检测方法的流程图。

图标：100-直流互窜故障检测装置；110-第一母线；120-第二母线；130-互窜检测桥；131-第一电阻；132-第二电阻；140-第一开关；150-第二开关；160-霍尔传感器；170-地偶一平衡桥；180-第二平衡桥；190-第三开关。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参照图1，本发明实施例提供了一种直流互窜故障检测装置100，该直流互窜故障检测装置100包括第一母线110、第二母线120、互窜检测桥130、第一开关140、第二开关150以及主机，其中，互窜检测桥130的两端分别与第一母线110的正极、第一母线110的负极电连接，第一开关140和第二开关150串联于第二母线120的正极和第二母线120的负极之间，互窜检测桥130包括检测节点，检测节点与第一开关140和第二开关150均电连接。

需要说明的是，在本实施例中，主机包括控制器、电脑等具有处理功能的设备，利用互窜检测桥130进行测量能够减少互窜检测本身对直流系统的干扰和影响。

进一步地，在其它的一些实施例中，第一母线110与第二母线120可分别由第一从机、第二从机进行控制，且第一从机与第二从机均与主机通信连接以进行通信。同时，于本实施例中，利用电压传感器进行电压的测量，并将电压发送至主机，或通过第一从机，第二从机发送至主机中，本实施例对此并不做任何限定。

在本实施例中，主机用于获取在第一开关140闭合且第二开关150断开时的第一母线110的正极的第一电压，及第一母线110的负极的第二电压以及检测节点的第三电压，主机还用于获取在第一开关140断开且第二开关150闭合时的第一母线110的正极的第四电压，及第一母线110的负极的第五电压以及检测节点的第六电压，并依据第一电压、第二电压以及第三电压或第四电压、第五电压以及第六电压建立等效方程，以求得第一母线110与第二母线120之间的等效电阻的阻值，并依据等效电阻的阻值与预设定的阻值确定第一母线110与第二母线120是否发生直流互窜故障。

进一步的，在本实施例中，互窜检测桥130包括第一电阻131与第二电阻132，第一电阻131与第二电阻132串联于第一母线110的正极和第一母线110的负极之间，且检测节点位置为第一电阻131与第二电阻132的连接处。当然地，在其它的一些实施例中，互窜检测敲也可包括更多的电阻，本实施例对此并不做任何限定。

具体地，于本实施例中，为了更加快速判断第一母线110与第二母线120是否发生直流互窜故障，主机会先依据检测节点的正负判断直流互窜故障的类型，并依据直流互窜故障的类型建立等效方程。

下面进行具体说明：

本实施例的直流互窜故障的类型包括第一故障类型、第二故障类型、第三故障类型以及第四故障类型，其中，在本实施例中，第一故障类型正-正极互窜类型，即第一母线110的正极与第二母线120的正极发生互窜故障；第二故障类型负-正极互窜类型，即第一母线110的负极与第二母线120的正极发生互窜故障；第三故障类型负-负极互窜类型，即第一母线110的负极与第二母线120的负极发生互窜故障；第四故障类型正-负极互窜类型，即第一母线110的正极与第二母线120的负极发生互窜故障。

在主机接收到第三电压与第六电压后，依据第三电压与第六电压的正负确定直流互窜故障的类型，判断的方法为：在第三电压为正且第六电压为负时，确定直流互窜故障的类型为第一故障类型；在第三电压为负且第六电压为负时，确定直流互窜故障的类型为第二故障类型；在第三电压为负且第六电压为正时，确定直流互窜故障的类型为第三故障类型；在第三电压为正且第六电压为正时，确定直流互窜故障的类型为第四故障类型。同时，主机依据直流互窜故障的类型以及第一电压、第二电压以及第三电压或第四电压、第五电压以及第六电压建立等效方程。

具体地，在本实施例中，针对第一故障类型而言，其等效电路如图2所示，依据该等效电路，能够建立等效方程

i3＝i1+i2，其中，rx为第一母线110与第二母线120之间的等效电阻，ua为第一电压，ub为第二电压，u0为第三电压，r1为第一电阻131，r2为第二电阻132。第一电压、第二电压以及第三电压均能够通过电压传感器进行测量，所以能够计算出等效电阻的阻值。进一步地，在主机内预存储一阻值，该阻值为第一母线110与第二母线120正常运行时，二者之间的等效电阻的阻值。当计算出的等效电阻的阻值小于或等于预设定的阻值是，能够判定当前系统存在环路互窜，且该环路互窜的类型为正-正极互窜类型。

针对第二故障类型而言，其等效电路如图3所示，依据该等效电路，能够建立等效方程

i1＝i2+i3，其中，rx为第一母线110与第二母线120之间的等效电阻，ua为第一电压，ub为第二电压，u0为第三电压，r1为第一电阻131，r2为第二电阻132，由于第一电压、第二电压以及第三电压均能够通过电压传感器进行测量，所以能够计算出等效电阻的阻值。进一步地，在主机内预存储一阻值，该阻值为第一母线110与第二母线120正常运行时，二者之间的等效电阻的阻值。当计算出的等效电阻的阻值小于或等于预设定的阻值时，能够判定当前系统存在环路互窜，且该环路互窜的类型为负-正极互窜类型。

针对第三故障类型而言，其等效电路如图4所示，依据该等效电路，能够建立等效方程

i1＝i2+i3，其中，rx为第一母线110与第二母线120之间的等效电阻，um为第一电压，un为第二电压，u1为第三电压，r1为第一电阻131，r2为第二电阻132，由于第一电压、第二电压以及第三电压均能够通过电压传感器进行测量，所以能够计算出等效电阻的阻值。进一步地，在主机内预存储一阻值，该阻值为第一母线110与第二母线120正常运行时，二者之间的等效电阻的阻值。当计算出的等效电阻的阻值小于或等于预设定的阻值时，能够判定当前系统存在环路互窜，且该环路互窜的类型为负-负极互窜类型。

针对第四故障类型而言，其等效电路如图5所示，依据该等效电路，能够建立等效方程

i3＝i1+i2，其中，rx为第一母线110与第二母线120之间的等效电阻，um为第一电压，un为第二电压，u1为第三电压，r1为第一电阻131，r2为第二电阻132，由于第一电压、第二电压以及第三电压均能够通过电压传感器进行测量，所以能够计算出等效电阻的阻值。进一步地，在主机内预存储一阻值，该阻值为第一母线110与第二母线120正常运行时，二者之间的等效电阻的阻值。当计算出的等效电阻的阻值小于或等于预设定的阻值时，能够判定当前系统存在环路互窜，且该环路互窜的类型为正-负极互窜类型。

进一步的，在确定了第一母线110与第二母线120之间出现直流互窜的故障之后，由于第一母线110与第二母线120均包括多条支线，因此为了方便维修人员进行维修，需要确定出具体的出现直流互窜故障的支线。

有鉴于此，在本实施例中，直流互窜故障检测装置100还包括多个霍尔传感器160，每个霍尔传感器160均安装于一个支线上，霍尔传感器160用于检测所在支线的漏电流，并将漏电流发送至主机，或通过第一从机与第二从机将漏电流发送至主机。主机还用于在确定第一母线110与第二母线120发生直流互窜故障后，依据直流互窜故障的类型接收相应支线上的霍尔传感器160传输的漏电流，并依据漏电流与预设定的电流确定发生直流互窜故障的支线。

例如，当出现正-负极互窜类型的故障时，则第一母线110的所有正极的支路上的霍尔传感器160进行工作，检测出漏电流，同时，第一母线110的负极的所有支路上的霍尔传感器160不进行工作；第二母线120的所有负极的支路上的霍尔传感器160进行工作，检测出漏电流，同时，第二母线120的正极的所有支路上的霍尔传感器160不进行工作，从而减少了数据处理量，提升了处理效率。当然的，在其它的一些实施例中，也可检测母线上的所有支路上的漏电流，本实施例对此并不做任何限定。

主机在获取支路上的漏电流后，可判断漏电流是否大于或等于与设定的电流，如果是，则判断该条支路为出现直流互窜故障的支路。

同时，还需要说明的是，为了避免其它二段母线的影响，于本实施例中，直流互窜故障检测装置100还包括第一平衡桥、第二平衡桥180以及第三开关190，第一平衡桥的两端分别与第一母线110的正极与负极电连接，第二平衡桥180的两端分别与第二母线120的正极与负极电连接，第二平衡桥180的中间位置通过第三开关190接地。当在进行电压的检测时，可断开该第三开关190，从而隔断了其它二段母线的干扰。

需要说明的是，当检测到当前系统存在互窜告警，会一直触发该检测过程，并上传至后台通知维修人员，直至环路解开或者手动停止检测。并且，本发明实施例提供的直流互窜故障检测装置100不仅当前互窜环路是否存在，而且能精确计算出互窜的电阻值，并判定互窜的类型，选出互窜的馈线支路，方便维修人员进行维修。

第二实施例

请参阅图6，本发明实施例还提供饿了一种直流互窜故障检测方法，应用于第一实施例所述的直流互窜故障检测装置100的主机，

该直流互窜故障检测方法包括：

步骤s101，控制第一开关140闭合且第二开关150断开，并获取当前状态下第一母线110的正极的第一电压，及第一母线110的负极的第二电压以及互窜检测桥130的中间位置的第三电压。

步骤s102，控制第一开关140断开且第二开关150闭合，并获取当前状态下的第一母线110的正极的第四电压，及第一母线110的负极的第五电压以及互窜检测桥130的中间位置的第六电压。

步骤s103，依据第一电压、第二电压以及第三电压或第四电压、第五电压以及第六电压建立等效方程。

其中，步骤s103包括：

子步骤s1031，依据第三电压与第六电压的正负确定直流互窜故障的类型。

子步骤s1032，依据直流互窜故障的类型以及第一电压、第二电压以及第三电压或第四电压、第五电压以及第六电压建立等效方程。

例如，当第三电压为正且第六电压为负时，确定直流互窜故障的类型为第一故障类型。并依据第一故障类型与第一电压、第二电压以及第三电压建立等效方程。

步骤s104，依据等效方程求得第一母线110与第二母线120之间的等效电阻的阻值。

步骤s105，当等效电阻的阻值小于或等于预设定的阻值时，确定第一母线110与第二母线120发生直流互窜故障。

步骤s106，依据直流互窜故障的类型接收相应支线上的霍尔传感器160传输的漏电流；

步骤s107，当支线的漏电流大于或等于预设定的电流时，确定支线为发生直流互窜故障的支线。

综上所述，本发明提供的了一种直流互窜故障检测装置与方法，该直流互窜故障检测装置包括第一母线、第二母线、互窜检测桥、第一开关、第二开关以及主机，其中，互窜检测桥的两端分别与第一母线的正极、第一母线的负极电连接，第一开关和第二开关串联于第二母线的正极和第二母线的负极之间，互窜检测桥包括检测节点，检测节点与第一开关和第二开关均电连接。主机用于获取在第一开关闭合且第二开关断开时的第一母线的正极的第一电压，及第一母线的负极的第二电压以及检测节点的第三电压。主机同时还用于获取在第一开关断开且第二开关闭合时的第一母线的正极的第四电压，及第一母线的负极的第五电压以及检测节点的第六电压，并依据第一电压、第二电压以及第三电压或第四电压、第五电压以及第六电压建立等效方程，以求得第一母线与第二母线之间的等效电阻的阻值，并依据等效电阻的阻值与预设定的阻值确定第一母线与第二母线是否发生直流互窜故障。一方面，由于本发明通过建立等效方程的方式，能够确定第一母线与第二母线之间的等效电阻的阻值，同时依据等效电阻的阻值与预设定的阻值能够确定第一母线与第二母线是否发生直流互窜故障，从而实现精确有效的检测，提高了直流系统的稳定可靠性。另一方面，本发明提供的直流互窜检测装置能够利用主机实现自动检测，无需工作人员进行手动检测，从而减少了工作人员的工作量。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。