直流接地故障监测装置的制作方法

1.本发明属于电力系统技术领域，尤其涉及一种直流接地故障监测装置。


背景技术：

2.电力系统中的直流系统接地故障是一种易发生且对电力系统危害性较大的故障。无论是正极接地或者负极接地，在两点接地的情况下，都可能造成保护误动或者保护拒动，危害一次系统正常运行，由于直流系统的复杂性和动态性，直流接地故障往往难以定位。同时由于微机保护和综合自动化系统的广泛应用，又对直流系统接地监测装置的准确性和安全性提出了更高的要求。
3.根据监测原理的不同，直流系统接地监测装置可分为交流低频检测原理与直流漏电流检测原理，交流低颇检测原理类型的绝缘监测装置在检测过程中必需向直流系统中施加一特定的检测信号，不能实时监测直流系统中各回路的漏电流大小，检测速度慢且抗分布电容扰能力弱，因此在行业标准中建议用户使用直流漏电流监测原理的绝缘监测装置，该装置采用纯直流漏电流监测原理，具有平衡桥检测模式与不平衡桥检测模式，可实时显示各回路漏电流大小。
4.直流系统中的瞬时接地故障是一种极难发现的绝缘故障类型，但瞬时接地故障极易引起保护误动作，如何检测直流系统中的瞬时接地故障一直以来是绝缘监测中的一大难题，因此，现阶段亟需一种直流接地故障监测装置来解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于：为了解决直流系统中的瞬时接地故障是一种极难发现的绝缘故障类型，但瞬时接地故障极易引起保护误动作，如何检测直流系统中的瞬时接地故障一直以来是绝缘监测中的一大难题的问题，而提出的一种直流接地故障监测装置。
6.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种直流接地故障监测装置，包括：
7.主控制器，所述主控制器固定于屏体上；
8.所述主控制器实时监控系统母线对地电压，当直流系统发生故障，系统电压偏高或者偏低超过预设整定值，或交流电压超过预设整定值时主控制器液晶屏显示告警信息时，电压越限指示灯和蜂鸣器同时告警，且所述告警信息还能够通过yx开关量和rs485接口上传到综合自动化系统或调度自动化系统上位机；
9.所述主控制器实时监控系统母线对地阻抗，当直流系统发生故障，正负对地电压不再平衡并超过预设整定值时，主控制器液晶屏显示告警信息，系统接地指示灯和蜂鸣器同时告警，且所述告警信息还能够通过yx开关量和rs485接口上传到综合自动化系统或调度自动化系统上位机；
10.所述主控制器实时接收子机上传的各回路特征状态信息，并通过模式匹配技术进行智能分析，区分出不同的接地状态，排除系统充电脉冲干扰，起伏电平干扰以及环路带来
的影响，最终准确判断接地回路，并计算接地阻抗，所述接地阻抗数值在液晶屏显示，并能够通过rs485接口上传到综合自动化系统或调度自动化系统上位机；
11.专用直流漏电流传感器，所述专用直流漏电传感器安装在各个直流馈线出线回路处；
12.所述专用直流漏电流传感器采集回路电流信号，经过子机模块实时反馈给主控制器，并显示于液晶屏上；
13.电流采集器，所述电流采集器位于主控制器与专用直流漏电传感器之间，且所述电流采集器能够根据需要灵活选择安装位置。
14.进一步的，所述主控制器、专用直流漏电流传感器和电流采集器组成的直流接地故障监测装置包括平衡桥检测模式与不平衡桥检测模式两种工作模式，所述平衡桥检测模式下直流接地故障监测装置通过系统对地电压计算出系统对地等效电阻，再根据各电流检测器回传的电流计算出各支路的等效电阻值。
15.作为上述技术方案的进一步描述：主控制器和电流采集器之间的通信由子机的唯一地址码决定，和子机的物理位置无关，给现场系统配置带来了高度的灵活性，主控制器和电流采集器能够带电热插拔，主控制器可自动识别电流采集器，无须人工设置。
16.进一步的，所述不平衡桥检测模式下直流接地故障监测装置通过启动内部不平衡电桥来计算出系统正负对地实际电阻，再根据各电流检测器在不平衡电桥下的电流变化值来计算各支路的正负对地实际电阻值，所述直流接地故障监测装置能够根据用户功能项的选择，进入平衡桥计算模式、电压平衡模式、瞬时接地检测模式或等待模式工作模式。
17.作为上述技术方案的进一步描述：在不平衡桥检测模式下，支路电流大于此门限值的一半才判定为接地或绝缘故障支路。
18.进一步的，所述主控制器与电流采集器之间采用星形联结和链形联结两种联结模式，所述电流采集器能够与主控制器通过通信总线直接相连，且所述电流采集器还能够通过另一个子机的级联口和主控制器间接相联。
19.作为上述技术方案的进一步描述：便于安装和布线，主控制器和电流采集器之间的通信由子机的唯一地址码决定，和子机的物理位置无关，给现场系统配置带来了高度的灵活性，主控制器和电流采集器可带电热插拔，主控制器可自动识别电流采集器，无须人工设置。
20.进一步的，所述电流采集器能够挂接八只专用直流漏电流传感器，所述电流采集器能够自动识别专用直流漏电流传感器。
21.作为上述技术方案的进一步描述：直流漏电电流传感器采集回路电流信号，经过子机模块实时反馈给主控制器，并显示于液晶屏上，能有效帮助运维人员准确了解直流系统当前的状态，迅速地排除故障，而提供的电流越限告警设置。
22.进一步的，所述系统母线接地电压包括系统电压、正对地电压、负对地电压及交流窜电电压，所述系统母线对地阻抗包括正对地电阻和负对地电阻。
23.作为上述技术方案的进一步描述：主控制器的检测精度极高，能够达到300k以上，因此可通过检测未接地回路的对地阻抗判断其长期变化的趋势，提供回路绝缘分级预警信息。
24.进一步的，所述主控制器和电流采集器能够设置1khz、500hz、250hz及125hz的瞬
时接地采样录波频率，且每条所述瞬时接地记录能够提供8通道的录波波形记录，其中包括正负对地电压波形及最多6条瞬时接地回路电流记录波形。
25.进一步的，所述直流接地故障监测装置通过过数据电流采集器和霍尔传感器，实时监测当前运行蓄电池回路是否发生绝缘降低或接地故障，若是蓄电池回路有故障，能够对故障蓄电池节数进行定位，对蓄电池回路监测时，对应霍尔传感器(ct)采集的数据就是相应的蓄电池回路的实时数据。
26.作为上述技术方案的进一步描述：直流接地故障监测装置分布电容检测功能，可检测本装置所接入的直流系统的分布电容大小，且还具备自检功能，开机会对装置各模块进行自检测。
27.进一步的，所述主控制器为高速32位工控cpu，所述电流采集器为单32位工控cpu，总处理能力随直流系统回路数(子机数)动态调整，最多能够支持数十个cpu同步运行，且对应专用直流漏电流传感器的每条直流回路数据采集通道都采用独立的高精度16位ad转换器，转换速度在每秒1000次以上，分辨率在1/50000以上。
28.进一步的，所述专用直流漏电流传感器采用分辨度达到0.01ma，精度高于1/1000的高稳定直流传感器，长时稳定性极高，能自动跟踪系统的细微变化。
29.作为上述技术方案的进一步描述：直流漏电电流传感器采集回路电流信号，经过子机模块实时反馈给主控制器，并显示于液晶屏上，能有效帮助运维人员准确了解直流系统当前的状态。
30.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
31.1、本发明中，主控制器和电流采集器之间的通信由子机的唯一地址码决定，和子机的物理位置无关，给现场系统配置带来了高度的灵活性，主控制器和电流采集器能够带电热插拔，主控制器可自动识别电流采集器，无须人工设置，专用直流漏电流传感器通过专用接口接入电流采集器后，电流采集器可自动识别直流漏电流传感器，无须人工设置。
32.2、本发明中，主控制器的检测精度极高，能够达到300k以上，因此可通过检测未接地回路的对地阻抗判断其长期变化的趋势，提供回路绝缘分级预警信息。
33.3、本发明中，瞬时接地监测采用快速响应直流漏电流传感器，且回路电流记录采用了接地故障模式匹配算法，完全克服了分布电容电流带来的影响，瞬时接地记录不仅显示波形曲线，还记算每条曲线的最大值最小值及峰值参数供用户参考，以便用户更加深入的分析系统及回路瞬时接地情况。
34.4、本发明中，直流漏电电流传感器采集回路电流信号，经过子机模块实时反馈给主控制器，并显示于液晶屏上，能有效帮助运维人员准确了解直流系统当前的状态，迅速地排除故障，而提供的电流越限告警设置，由于真实的接地电流值并不大，而寄生回路或环网供电产生的电流值往往很大，电流越限告警对于用户分析系统各回路状态很有帮助。
35.5、本发明中，交流窜电及接地记录将自动保存在eeprom中以供查阅，且该记录包括了窜电或接地的日期时间、接地阻抗和窜电电压，接地回路等信息并可掉电后保存，历史记录已对系统故障和回路故障进行了汇总，在同一条历史记录信息中用户能够查看到完整的系统故障信息与回路故障信息。
36.6、本发明中，直流系统负母线对地电压与正母线对地电压的比值超出保护误动风险因数1.222时，装置内部通过对地电压偏差补偿桥使直流系统对地电压恢复到平衡状态。
37.7、本发明中，直流接地故障监测装置分布电容检测功能，可检测本装置所接入的直流系统的分布电容大小，且还具备自检功能，开机会对装置各模块进行自检测，运行过程中实时检测平衡桥连接状态，定时检测检测桥连接状态。
38.8、本发明中，纯直流设计，采用直流传感器直接检测回路漏电流，不注入任何信号，不对直流系统的运行造成任何影响，所有采样单元均采用隔离设计，设备故障不影响直流系统正常的运行。
附图说明
39.图1为一种直流接地故障监测装置的系统结构框图。
40.图2为一种直流接地故障监测装置中各模式之间的转换关系图。
具体实施方式
41.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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
42.请参阅图1
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2，本发明提供一种技术方案：
43.一种直流接地故障监测装置，包括：
44.主控制器，主控制器固定于屏体上；
45.主控制器实时监控系统母线对地电压，当直流系统发生故障，系统电压偏高或者偏低超过预设整定值，或交流电压超过预设整定值时主控制器液晶屏显示告警信息时，电压越限指示灯和蜂鸣器同时告警，且告警信息还能够通过yx开关量和rs485接口上传到综合自动化系统或调度自动化系统上位机；
46.主控制器实时监控系统母线对地阻抗，当直流系统发生故障，正负对地电压不再平衡并超过预设整定值时，主控制器液晶屏显示告警信息，系统接地指示灯和蜂鸣器同时告警，且告警信息还能够通过yx开关量和rs485接口上传到综合自动化系统或调度自动化系统上位机；
47.主控制器实时接收子机上传的各回路特征状态信息，并通过模式匹配技术进行智能分析，区分出不同的接地状态，排除系统充电脉冲干扰，起伏电平干扰以及环路带来的影响，最终准确判断接地回路，并计算接地阻抗，接地阻抗数值在液晶屏显示，并能够通过rs485接口上传到综合自动化系统或调度自动化系统上位机；
48.专用直流漏电流传感器，专用直流漏电传感器安装在各个直流馈线出线回路处；
49.专用直流漏电流传感器采集回路电流信号，经过子机模块实时反馈给主控制器，并显示于液晶屏上；
50.电流采集器，电流采集器位于主控制器与专用直流漏电传感器之间，且电流采集器能够根据需要灵活选择安装位置。
51.具体的，主控制器、专用直流漏电流传感器和电流采集器组成的直流接地故障监测装置包括平衡桥检测模式与不平衡桥检测模式两种工作模式，平衡桥检测模式下直流接地故障监测装置通过系统对地电压计算出系统对地等效电阻，再根据各电流检测器回传的
电流计算出各支路的等效电阻值。
52.本实施方式具体为：主控制器和电流采集器之间的通信由子机的唯一地址码决定，和子机的物理位置无关，给现场系统配置带来了高度的灵活性，主控制器和电流采集器能够带电热插拔，主控制器可自动识别电流采集器，无须人工设置。
53.具体的，不平衡桥检测模式下直流接地故障监测装置通过启动内部不平衡电桥来计算出系统正负对地实际电阻，再根据各电流检测器在不平衡电桥下的电流变化值来计算各支路的正负对地实际电阻值，直流接地故障监测装置能够根据用户功能项的选择，进入平衡桥计算模式、电压平衡模式、瞬时接地检测模式或等待模式工作模式。
54.本实施方式具体为：在不平衡桥检测模式下，支路电流大于此门限值的一半才判定为接地或绝缘故障支路。
55.具体的，主控制器与电流采集器之间采用星形联结和链形联结两种联结模式，电流采集器能够与主控制器通过通信总线直接相连，且电流采集器还能够通过另一个子机的级联口和主控制器间接相联。
56.本实施方式具体为：便于安装和布线，主控制器和电流采集器之间的通信由子机的唯一地址码决定，和子机的物理位置无关，给现场系统配置带来了高度的灵活性，主控制器和电流采集器可带电热插拔，主控制器可自动识别电流采集器，无须人工设置。
57.具体的，电流采集器能够挂接八只专用直流漏电流传感器，电流采集器能够自动识别专用直流漏电流传感器。
58.本实施方式具体为：直流漏电电流传感器采集回路电流信号，经过子机模块实时反馈给主控制器，并显示于液晶屏上，能有效帮助运维人员准确了解直流系统当前的状态，迅速地排除故障，而提供的电流越限告警设置。
59.具体的，系统母线接地电压包括系统电压、正对地电压、负对地电压及交流窜电电压，系统母线对地阻抗包括正对地电阻和负对地电阻。
60.本实施方式具体为：主控制器的检测精度极高，能够达到300k以上，因此可通过检测未接地回路的对地阻抗判断其长期变化的趋势，提供回路绝缘分级预警信息。
61.具体的，主控制器和电流采集器能够设置1khz、500hz、250hz及125hz的瞬时接地采样录波频率，且每条瞬时接地记录能够提供8通道的录波波形记录，其中包括正负对地电压波形及最多6条瞬时接地回路电流记录波形。
62.具体的，直流接地故障监测装置通过过数据电流采集器和霍尔传感器，实时监测当前运行蓄电池回路是否发生绝缘降低或接地故障，若是蓄电池回路有故障，能够对故障蓄电池节数进行定位，对蓄电池回路监测时，对应霍尔传感器(ct)采集的数据就是相应的蓄电池回路的实时数据。
63.本实施方式具体为：直流接地故障监测装置分布电容检测功能，可检测本装置所接入的直流系统的分布电容大小，且还具备自检功能，开机会对装置各模块进行自检测。
64.具体的，主控制器为高速32位工控cpu，电流采集器为单32位工控cpu，总处理能力随直流系统回路数(子机数)动态调整，最多能够支持数十个cpu同步运行，且对应专用直流漏电流传感器的每条直流回路数据采集通道都采用独立的高精度16位ad转换器，转换速度在每秒1000次以上，分辨率在1/50000以上。
65.具体的，专用直流漏电流传感器采用分辨度达到0.01ma，精度高于1/1000的高稳
定直流传感器，长时稳定性极高，能自动跟踪系统的细微变化。
66.本实施方式具体为：直流漏电电流传感器采集回路电流信号，经过子机模块实时反馈给主控制器，并显示于液晶屏上，能有效帮助运维人员准确了解直流系统当前的状态。
67.使用时，装置通电后会自动进入到该系统信息页面，系统信息页面包括了系统电压信息、接地电阻信息、系统状态信息、装置状态信息和装置各项运行状态信息等，系统信息页面由四部分组成，分别是页面信息、测量信息、系统及装置状态信息、运行状态信息；
68.页面信息：用户能够通过点击其它页面标签进入到其它界面；
69.测量信息：实时显示系统测量信；
70.统及装置状态信息：显示系统状态及装置状态，系统状态包括“系统正常”“系统异常”及“系统故障”三种状态，当系统绝缘下降或电压偏差时显示“系统异常”，当系统接地故障或交流窜入故障或直流互窜故障或电压越限故障时显示“系统故障”，系统正常时显示“系统正常”，装置状包括“装置正常”“装置异常”及“装置故障”三种状态，当平衡桥故障或检测桥故障时显示“装置故障”，当电流采集器通信中断时显示“装置异常”，正常情况下显示“装置正常”；
71.运行状态信息：运行状态信息包括时间信息、状态显示、运行模式显示及部分操作按钮，状态信息由7组图标组成，分别是：主从机模式图标、电压平衡开关图标、蜂鸣器开关图标、工作模式选择、定时检测开关图标、瞬时记录开关图标、gps信号图标，运行模式由一组图标组成，该组图标显示装置当前五种运行模式，包括平衡桥和检测桥检测模式、等待模式、瞬时记录模式、电压平衡模式和平衡桥计算模式；
72.五个操作按钮实现功能如下：蜂鸣开关，开启或关闭蜂鸣器告警功能，模式切换，在平衡桥检测模式或检测桥检测模式下切换，定时检测，开启或关闭定时检测功能，瞬时记录，开启或关闭瞬时记录功能，gps对时，gps有信号时手动执行一次gps对时功能；
73.平衡桥和检测桥检测模式：在平衡桥检测模式下，该四个图标循环显示，在检测桥检测模式下该四个图标显示一次后进入到等待模式，瞬时记录模式，电压平衡模式，平衡桥计算模式，系统运行在其它页面时，90秒后会自动返回到该系统信息页面；
74.支路告警页面实时显示支路故障告警记录信息，页面中的每一行为一个支路故障记录，包括了故障支路号、故障类型和正负接地阻抗大小；
75.支路告警类别包括：接地故障、直流互窜和交流窜入共三种告警类别，
76.该页面显示了总的记录页数、条数及当前页数，用户可以通过“前页”“后页”按钮翻页查看；
77.支路预警页面实时显示支路绝缘下降记录信息，页面中的每一行为一个，支路绝缘下降记录，包括了故障支路号、故障类型和正负接地阻抗大小；
78.支路预警类别包括：绝缘下降、直流互窜和交流窜入三种预警类别，该页面显示了总的记录页数、条数及当前页数，用户可以通过“前页”“后页”按钮翻页查看。
79.以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。