直流系统环网告警装置的制作方法

本实用新型主要涉及电网技术领域，特指一种直流系统环网告警装置。

背景技术：

站用直流电源系统是二次设备的主要电源，220kv及以上变电站直流电源系统设计都是分i段和ii段共两段直流电源，两段直流电源做互为备用设计，但长期独立运行。由于直流电源技术和二次设备运行要求决定了两套独立直流电源不能长期合环运行。两套独立直流系统环网运行的危害主要有：(1)可能引发火灾；(2)可能降低绝缘监测装置的灵敏度；(3)可能导致保护拒动；(4)保护误动几率增加；(5)缩短蓄电池寿命；(6)导致直流系统接地；(7)影响空开级差配合。

由于环网故障危害巨大，所以电网反措要求两套直流电源不能长期合环运行。然而在2014年绝缘监测行业标准未颁布前，很多厂家生产的绝缘监测装置不具备环网、交流窜电、蓄电池接地定位等特殊故障监测功能；由于交流窜电直接引发电力系统大面积停电事故已有多起，交流窜电引起人们高度重视，新行业标准未颁布后就研制了“交流告警模块”弥补众多绝缘监测装置的缺陷；直流系统环网方面研究甚少，目前为止还没有专用的环网告警装置弥补绝缘监测装置在环网监测方面的不足。

为消除环网导致的影响，增加电力系统运行风险，需要有一种装置能够实时监测两套直流系统间的环网情况，一旦出现环网，提醒检修人员第一时间前往现场排查、处理。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种结构简单、易于实现、有效避免直流系统环网故障风险的直流系统环网告警装置。

为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：

一种直流系统环网告警装置，包括环网电压监测电路、母线电压检测电路、控制电路和报警电路，所述环网电压监测电路位于各直流系统之间，用于检测直流系统之间的环网电压；所述母线电压检测电路用于检测各直流系统的母线电压；所述环网电压监测电路和母线电压检测电路的输出端均与所述控制电路的输入端相连，所述控制电路的输出端与所述报警电路相连。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述环网电压监测电路包括电阻r0～r5、电阻rm、开关s1～s7；所述开关s1的一端与i段直流系统的正直流母线km1+相连，另一端与电阻r0的一端相连，电阻r0的另一端与地相连，所述开关s1与电阻r0构成i段正极高阻接地电路；

所述开关s2的一端连接至i段直流系统的负直流母线km1-相连，另一端与电阻r1的一端相连，所述电阻r1的另一端与地相连；所述开关s2与电阻r1构成i段直流系统负极接地电路；

所述开关s5的一端与ii段直流系统的正直流母线km2+相连，另一端与电阻r4的一端相连，电阻r4的另一端与地相连，所述开关s5与电阻r4构成ii段正极高阻接地电路；

所述开关s6的一端与i段直流系统的负直流母线km1-相连，另一端与电阻rm的一端相连，所述电阻rm的另一端ii段直流系统的负直流母线km2-相连，所述开关s6与电阻rm构成高阻环网电路；

所述开关s4的一端与km1+相连，另一端与电阻r3的一端相连，电阻r3的另一端与所述km2-相连，所述开关s4和电阻r3构成异极环网模拟电路；

所述开关s3的一端与km1+相连，另一端与电阻r2的一端相连，电阻r2的另一端与km2+相连；所述开关s7的一端与km1+相连，另一端与电阻r5的一端相连，电阻r5的另一端与km2+相连；所述开关s3和电阻r2、开关s7和电阻r5分别构成正极环网模拟电路。

所述母线电压检测电路包括依次相连的分压采样电路、隔离放大电路和ad转换电路。

所述分压采样电路包括电阻r11和电阻r12，其中电阻r11的一端接直流系统电压，另一端与电阻r12的一端相连，电阻r12的另一端与地相连，其中电阻r11和电阻r12的公共端作为分压采样电路的输出端。

所述隔离放大电路包括电压跟随器和光耦电路，所述电压跟随器的同相输入端与分压采样电路的输出端相连，所述电压跟随器的反相输入端与所述电压跟随器的输出端相连，所述电压跟随器的输出端与光耦电路的输入端相连。

所述电压跟随器的同相输入端经一rc滤波电路与分压采样电路的输出端相连，所述rc滤波电路包括电阻r13和电容c1，所述电阻r13串联于电压跟随器的同相输入端与分压采样电路的输出端之间，所述电容c1的一端与电压跟随器的同相输入端相连，另一端与地相连。

所述ad转换电路包括控制逻辑电路、时钟、逐次逼近寄存器、d/a转换器及电压比较器；所述电压比较器的同相输入端连接光耦电路的输出端，反相输入端连接d/a转换器的输出端，d/a转换器的输入端经逐次逼近寄存器与控制逻辑电路相连，所述时钟与所述控制逻辑电路相连。

所述报警电路包括电阻r21、r22、发光二极管d1、三极管q1和蜂鸣器；所述电阻r21的一端与控制电路相连，另一端与三极管q1的基极相连，电阻r22的一端与三极管q1的源极相连，另一端与发光二极管d1的阳极相连，发光二极管d1的阴极与地相连，蜂鸣器的一端与电阻r22的一端相连，另一端与地相连。

还包括按键单元和显示单元，所述按键单元和显示单元均与所述控制电路相连。

所述控制电路为单片机或plc。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

本实用新型通过构建环网电压监测电路、母线电压检测电路，采样i/ii段的直流系统的直流母线电压和高阻环网回路测量分流产生的电压，判断是否存在环网，易于识别且不会出现误判，同时检测过程中不会影响直流系统正常运行；母线电压检测电路中设有隔离放大电路，能够将母线电压检测电路与两套直流系统隔离，有效避免两段直流系统环网故障风险。本实用新型的直流系统环网告警装置填补目前直流系统环网监测的不足，尽可能的降低环网给直流系统带来的损失，有效保证电力系统的安全可靠运行；而且整体电路结构简单且易于实现。

附图说明

图1为本实用新型在实施例的方框结构图。

图2为本实用新型的环网电压监测电路在实施例的电路原理图。

图3为本实用新型的母线电压检测电路在实施例的方框结构图。

图4为本实用新型的分压采样电路在实施例的电路原理图。

图5为本实用新型的隔离放大电路在实施例的电路原理图。

图6为本实用新型的ad转换单元在实施例的电路原理图。

图7为本实用新型的报警电路在实施例的电路原理图。

图中标号表示：1、环网电压监测电路；2、母线电压检测电路；201、分压采样电路；202、隔离放大电路；203、ad转换单元；3、控制电路；4、报警电路；5、电源单元；6、按键单元；7、显示单元。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步描述。

如图1和图2所示，本实施例的直流系统环网告警装置，包括环网电压监测电路1、母线电压检测电路2、控制电路3、报警电路4和电源单元5，其中电源单元5为各电路提供电源；环网电压监测电路1位于i/ii段直流系统之间，用于检测i/ii段直流系统之间的环网电压；母线电压检测电路2用于检测i/ii段直流系统的母线电压；环网电压监测电路1和母线电压检测电路2的输出端均与控制电路3的输入端相连，控制电路3的输出端与报警电路4相连。本实用新型通过构建环网电压监测电路1、母线电压检测电路2，采样i/ii段的直流系统的直流母线电压和高阻环网回路测量分流产生的电压，判断是否存在环网，易于识别且不会出现误判，同时检测过程中不会影响直流系统正常运行；填补目前直流系统环网监测的不足，尽可能的降低环网给直流系统带来的损失，有效保证电力系统的安全可靠运行。

如图2所示，本实施例中，环网电压监测电路1包括电阻r0～r5、电阻rm、开关s1～s7；开关s1的一端与i段直流系统的正直流母线km1+相连，另一端与电阻r0的一端相连，电阻r0的另一端与地相连，开关s1与电阻r0构成i段正极高阻接地电路；开关s2的一端连接至i段直流系统的负直流母线km1-相连，另一端与电阻r1的一端相连，电阻r1的另一端与地相连；开关s2与电阻r1构成i段直流系统负极接地电路；开关s5的一端与ii段直流系统的正直流母线km2+相连，另一端与电阻r4的一端相连，电阻r4的另一端与地相连，开关s5与电阻r4构成ii段正极高阻接地电路；开关s6的一端与i段直流系统的负直流母线km1-相连，另一端与电阻rm的一端相连，电阻rm的另一端ii段直流系统的负直流母线km2-相连，开关s6与电阻rm构成高阻环网电路；开关s4的一端与km1+相连，另一端与电阻r3的一端相连，电阻r3的另一端与km2-相连，开关s4和电阻r3构成异极环网模拟电路；开关s3的一端与km1+相连，另一端与电阻r2的一端相连，电阻r2的另一端与km2+相连；开关s7的一端与km1+相连，另一端与电阻r5的一端相连，电阻r5的另一端与km2+相连；开关s3和电阻r2、开关s7和电阻r5分别构成正极环网模拟电路。

检测i/ii段直流系统的母线电压、高阻环网回路电压3个参数，通过投入高阻检测环网情况，结合3个参数的变化，判断是否存在环网及其类型，具体过程为：s6闭合，正常环网回路没电压，若s2闭合，i段负极接地，电压降在环网电阻rm(1m电阻)上，影响不到ii段(波动不过1v)；s1和s3闭合，50k环网时投高阻二段无反应，说明50k以上环网对两段系统无影响；系统运行正常检测环网，s1和s6闭合，电阻rm电压降约5v，ii段还是没影响(波动不过1v)。因此，说明构建上述环网电压监测电路1是不会影响直流系统的正常运行的。对应的，各环网类型分析如下：

1)同极环网：s6常闭，s1闭合，投入r0检测环网故障，此时测量到电阻rm上的分压电压vm≈-5v，s3闭合，投入同极环网电阻r3，相比正常情况此时vm≈-3v，压降△vm＞2v，ii段没受到影响；s7闭合，投入电阻r5，环网故障严重化后，此时ii段才会受影响，电压vm变化更大。

2)异极环网：s6常闭，s4闭合，投入r3，此时电压vm有高压，(u1+)+(u2+)≈u1≈u2；s1闭合，投入r0，i段直流系统的正极母线对地电压u1+和ii段直流系统的正极母线对地电压u2+会有明显电压变化，压降△vm＞2v。

3)两段直流系统不同极接地：s6常闭，s2闭合，s5闭合，这种情况类似异极环网；i段直流系统的负极经r1负极接地，ii段直流系统的正极经r4接地，此时电压vm同样有高压；s1闭合，投入r0后，i段正极母线对地电压u1+会有明显的电压变化，ii段正极母线对地电压u2+无变化，压降△vm＞2v。

因此，通过检测压降△vm是否超过2v，再结合两套直流系统的母线电压，即可判断环网类型，此方式易识别，不会出现结果误判。

本实施例中，还包括按键单元6和显示单元7(如触摸屏)，按键单元6和显示单元7均与控制电路3(单片机或plc)相连。具体地，按键单元6(如按键)可单独布置，也可以集成在触摸屏内，用于对各开关进行开关控制。

如图3所示，母线电压检测电路2包括依次相连的分压采样电路201、隔离放大电路202和ad转换单元203三个部分。其中分压采样电路201其作用是采集两段直流系统的母线电压；隔离放大电路202其作用是把采集到的电压信号进行电气隔离，放大n倍转换成a/d转换电路所需的信号；ad转换单元203其作用是把电压信号进行模数转换得到相应的数字量，传输到控制电路3。

如图4所示，分压采样电路201包括r11(150k)和r12(2k)，电阻r11和电阻r12相互串联，其中电阻r11的一端接蓄电池电压，另一端与电阻r12的一端相连，电阻r12的另一端与地相连，其中电阻r11和电阻r12的公共端作为分压采样电路201的输出端u1。由于正常状态下，蓄电池的母线电压220v，而转换电路最高电压才3.3v，因此需进行分压采样。

如图5所示，隔离放大电路202包括电压跟随器ad1和光耦电路(如光耦opt3)。其中电压跟随器ad1的同相输入端接rc滤波电路，其中rc滤波电路包括电阻r13和电容c1，其中电阻r13的一端与分压采样电路201的输出端u1相连，另一端与电容c1的一端和电压跟随器ad1的同相输入端相连，电容c1的另一端接地。分压采样电路201输出的电压经rc滤波电路滤波后，再经电压跟随器ad1电压跟随，从而消除对前级电路(即分压采样电路201)的影响。其中光耦opt3对电压跟随器ad1输出的信号进行光耦隔离，防止因直流系统故障损坏后续电路，提高整个装置的稳定性。

如图6所示，本实施例中，ad转换单元203包括控制逻辑电路、时钟、逐次逼近寄存器、d/a转换器及电压比较器。其中电压比较器的同相输入端连接光耦电路的输出端，反相输入端连接d/a转换器的输出端，d/a转换器的输入端经逐次逼近寄存器与控制逻辑电路相连。在启动信号控制下，首先控制逻辑电路，给逐次逼近寄存器最高位置“1”，经d/a转换成模拟量后与输入模拟量进行比较，电压比较器给出比较结果。如果输入量大于或等于经d/a变换后输出的量，则比较器为1，否则为0，置数选择逻辑电路根据比较器输出的结果，修改逐次逼近寄存器中的内容，使其经d/a变换后的模拟量逐次逼近输入模拟量。这样经过若干次修改后的数字量，便是a/d转换结果的量。

如图7所示，本实施例中，报警电路4主要包括电阻r21、r22、发光二极管d1、三极管q1和蜂鸣器。电阻r21的一端与单片机相连，另一端与三极管q1的基极相连，电阻r22的一端与三极管q1的源极相连，另一端与发光二极管d1的阳极相连，发光二极管d1的阴极与地相连，蜂鸣器的一端与电阻r22的一端相连，另一端与地相连。当控制电路3输出告警信号时，就会触发蜂鸣器发声，同时发光二极管d1也会发亮，起到提醒的作用。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。