一种EDI直流电源模块接地故障检测装置及方法与流程

一种edi直流电源模块接地故障检测装置及方法
技术领域
1.本发明属于水处理技术领域，涉及一种edi直流电源模块接地故障检测装置及方法。


背景技术：

2.目前火电厂循环水排污水处理系统有部分采用edi电除盐装置，edi电除盐装置所采用直流电源模块输出正负极直接接在edi电除盐模块上，由于循环水排污水处理车间环境潮湿，存在很多工艺水管道，设备在运行时很容易发生直流电源模块接地故障。
3.直流电源模块在发生单点接地时对系统运行并不能造成影响，并且直流电源模块的过流和过载保护都不能及时反馈出故障，当系统发生成为两点接地故障时会导致系统短路，造成系统停运，更严重情况下会导致直流电源模块因短路故障而损坏设备，所以前期能够及时发现直流电源模块接地故障显的尤其重要。


技术实现要素：

4.为克服现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种edi直流电源模块接地故障检测装置及方法，当edi电除盐装置直流电源模块发生接地故障时，通过该方法能快速发现接地故障并给出触发信号。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
6.一种edi直流电源模块接地故障检测装置，包括电压采集单元、第一电阻电容串联电路单元、第二电阻电容串联电路单元、第一电阻分压单元、第二电阻分压单元、第一电压比较单元和第二电压比较单元；
7.电压采集单元用于对直流电源模块正极输出电压进行电压采集；
8.第一电阻电容串联电路单元和第二电阻电容串联电路单元用于对采集的电压进行不同时间常数处理，并输送给第一电阻分压单元和第二电阻分压单元；
9.第一电阻分压单元和第二电阻分压单元用于对处理后的电压进行分压之后输出路采样电压至第一电压比较单元和第二电压比较单元；
10.第一电压比较单元和第二电压比较单元用于对接收到的采样电压进行比较，并触发故障信号。
11.本发明进一步的改进在于，第一电阻电容串联电路单元的阻容系数大于第二电阻电容串联电路单元的阻容系数。
12.本发明进一步的改进在于，电压采集单元包括第一电阻和第二电阻；
13.第一电阻电容串联电路单元包括第三电阻和第一电容；
14.第二电阻电容串联电路单元包括第四电阻和第二电容；
15.第一电阻分压单元包括第五电阻和第六电阻；
16.第二电阻分压单元包括第七电阻和第八电阻；
17.第一电压比较单元包括第一电压比较器；
18.第二电压比较单元包括第二电压比较器；
19.第一电阻一端与直流模块正极相连，另一端与第二电阻一端、第三电阻一端和第四电阻一端相连，第二电阻另一端接地，第三电阻另一端与第一电容的正极、第五电阻一端以及第一电压比较器正端相连，第四电阻的一端以及第二电压比较器正端相连，第六电阻一端和第二电容的负极均接地，第六电阻另一端与第二电压比较器负端相连，第七电阻另一端与第一电压比较器负端相连，第二电容的负极与第八电阻的一端均接地，第八电阻的另一端与第一电压比较器负端相连。
20.本发明进一步的改进在于，第一电容和第二电容电容值相等，第三电阻比第四电阻阻值大。
21.一种如上所述的装置的edi直流电源模块接地故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
22.正常状态下edi直流电源模块正负极输出为悬空状态，电压采集单元测量电压在直流电源模块输出电压范围中间位置，第一电阻分压单元和第二电阻分压单元输出至第一电压比较单元和第二电压比较单元，第一电压比较单元和第二电压比较单元的正端电压大于负端电压，第一电压比较单元和第二电压比较单元输出均为高电平状态。
23.本发明进一步的改进在于，当edi直流电源模块负极发生接地故障时，电压采集单元输入电压从直流电源模块输出电压范围中间位置上升至高电位，输入至第一电压比较单元的正端电压低于负端电压，第一电压比较单元输出电平由高电平变为低电平，经一段时间后，第一电压比较单元的正端电压高于负端电压，第一电压比较单元输出电平由低电平变为高电平，第一电压比较单元输出一个负脉冲，用来触发edi直流电源模块负极接地故障。
24.本发明进一步的改进在于，当edi直流电源模块正极发生接地故障时，电压采集单元输入电压从直流电源模块输出电压范围中间位置下降至零电位，输入至第二电压比较单元的正端电压低于负端电压，第二电压比较单元输出电平由高电平变为低电平，经一段时间后，第二电压比较单元的正端电压高于负端电压，第二电压比较单元输出电平由低电平变为高电平，第二电压比较单元输出一个负脉冲，用来触发edi直流电源模块正极接地故障。
25.本发明进一步的改进在于，接地故障发生时第一电容和电容第二两端电压按照以下公式计算：
[0026][0027][0028]
式中，u
c21-第一电容两端电压；
[0029]uc31-第二电容两端电压；
[0030]u0c21-接地故障发生前正常状态下第一电容两端电压；
[0031]u0c31-接地故障发生前正常状态下第二电容两端电压；
[0032]u11-接地故障发生时电压采集单元输出电压。
[0033]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0034]
本发明中，正常状态下edi直流电源模块正极和负极对地为悬空状态，正极对地电
压测量值在edi直流电源模块输出电压范围之间，接近于中间值。当edi直流电源模块发生正极接地故障时，正极对地电压下降趋近于零电位；当edi直流电源模块发生负极接地故障时，正极对地电压上升趋近于edi直流电源模块电压范围最大值。通过两套不同阻容系数的第一电阻电容串联电路单元和第二电阻电容串联电路单元对采样电压进行处理，在采样电压上升或下降时第一电阻电容串联电路单元和第二电阻电容串联电路单元的电容端的电压响应时间不一致，使第一电压比较单元和第二电压比较单元正端和负端输入电压高低发生偏转，第一电压比较单元和第二电压比较单元输出电平发生变化，触发故障信号。直流电源模块正极接地故障和负极接地故障分别有触发信号，方便检修。本发明能快速发现直流电源模块接地故障、元器件少、成本低，并可以区分出正极接地故障和负极接地故障，输出触发信号可以用来报警或者停止系统运行，为edi电除盐装置安全运行和方便检修起到很大积极作用。
附图说明
[0035]
图1为本发明的装置整体结构示意图。
[0036]
图2为当edi直流电源模块负极发生接地故障时，电压采集单元输出电压u11变化图；
[0037]
图3为当edi直流电源模块负极发生接地故障时，第一电压比较单元正端输入电压u41和第一电压比较单元负端输出电压u52变化图；
[0038]
图4为当edi直流电源模块负极发生接地故障时，第一电压比较单元输出电平u61变化图；
[0039]
图5为当edi直流电源模块正极发生接地故障时，电压采集单元输出电压u11变化图；
[0040]
图6为当edi直流电源模块正极发生接地故障时，电压采集单元输出电压第二电压比较单元正端输入电压u42和第二电压比较单元负端输出电压u51变化图；
[0041]
图7为当edi直流电源模块正极发生接地故障时，第二电压比较单元输出电平u71变化图；
[0042]
其中，1为电压采集单元；2为第一电阻电容串联电路单元；3为第二电阻电容串联电路单元；4为第一电阻分压单元；5为第二电阻分压单元；6为第一电压比较单元；7为第二电压比较单元。
具体实施方式
[0043]
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
[0044]
参见图1，本发明包括电压采集单元1、两套电阻电容串联电路单元，分别为第一电阻电容串联电路单元2和第二电阻电容串联电路单元3、两套电阻分压单元，分别为第一电阻分压单元4和第二电阻分压单元5、两套电压比较单元，分别为第一电压比较单元6和第二电压比较单元7。
[0045]
具体的，电压采集单元1包括第一电阻r1和第二电阻r2。
[0046]
第一电阻电容串联电路单元2包括第三电阻r21和第一电容c21。
[0047]
第二电阻电容串联电路单元3包括第四电阻r31和第二电容c31。
[0048]
第一电阻分压单元4包括第五电阻r22和第六电阻r23。
[0049]
第二电阻分压单元5包括第七电阻r32和第八电阻r33。
[0050]
第一电压比较单元6包括第一电压比较器。
[0051]
第二电压比较单元7包括第二电压比较器。
[0052]
第一电阻r1一端与直流模块正极相连，另一端与第二电阻r2一端、第三电阻r21一端和第四电阻r31一端相连，第二电阻r2另一端接地，第三电阻r21另一端与第一电容c21的正极、第五电阻r22一端以及第一电压比较器正端相连，第四电阻r31另一端与第二电容c31的正极、第七电阻r32的一端以及第二电压比较器正端相连。第六电阻r23一端和第二电容c31的负极均接地，第六电阻r23另一端与第二电压比较器负端相连，第七电阻r32另一端与第一电压比较器负端相连，第二电容c31的负极与第八电阻r33的一端均接地，第八电阻r33的另一端与第一电压比较器负端相连。
[0053]
电压采集单元1对直流电源模块正极输出电压进行采样，通过第一电阻电容串联电路单元2和第二电阻电容串联电路单元3对采集电压进行不同时间常数处理，经第一电阻分压单元4和第二电阻分压单元5分压之后输出4路采样电压送至第一电压比较单元6和第二电压比较单元7进行比较。第一电阻电容串联电路单元2的阻容系数比第二电阻电容串联电路单元3要大一些，正常状态下edi直流电源模块正负极输出为悬空状态，电压采集单元1测量电压基本在直流电源模块输出电压范围中间位置。第一电阻分压单元4和第二电阻分压单元5输出至第一电压比较单元6和第二电压比较单元7电压均正端电压大于负端电压，第一电压比较单元6和第二电压比较单元7输出均为高电平状态。
[0054]
本发明的原理为：
[0055]
正常状态下edi直流电源模块正极和负极对地为悬空状态，正极对地电压测量值在edi直流电源模块输出电压范围之间，接近于中间值。
[0056]
当edi直流电源模块发生正极接地故障时，正极对地电压下降趋近于零电位；
[0057]
当edi直流电源模块发生负极接地故障时，正极对地电压上升趋近于edi直流电源模块电压范围最大值。通过两套不同阻容系数的第一电阻电容串联电路单元2和第二电阻电容串联电路单元3对采样电压进行处理，在采样电压上升或下降时第一电阻电容串联电路单元2和第二电阻电容串联电路单元3的电容端的电压响应时间不一致，使第一电压比较单元6和第二电压比较单元7正端和负端输入电压高低发生偏转，第一电压比较单元6和第二电压比较单元7输出电平发生变化，触发故障信号。
[0058]
本发明的工作过程：
[0059]
本方法中第一电阻电容串联电路单元2和第二电阻电容串联电路单元3相当于一个一阶rc充电电路，接地故障发生时第一电容c21和电容第二c31两端电压可近似按照以下公式解得：
[0060][0061][0062]
式中，u
c21-第一电容c21两端电压；
[0063]uc31-第二电容c31两端电压；
[0064]u0c21-接地故障发生前正常状态下第一电容c21两端电压；
[0065]u0c31-接地故障发生前正常状态下第二电容c31两端电压；
[0066]u11-接地故障发生时电压采集单元1输出电压。
[0067]
本方法中第一电容c21和第二电容c31电容值相等，第三电阻r21较第四电阻r31阻值大一个数量级。根据(式-1)、(式-2)可以得出，一阶rc充电电路时间常数等于电阻电容乘积。因r
21c21
大于r
31c31
，所以电阻电容串联单元2中第一电容c21电压变化速度比电阻电容串联单元3中第二电容c31电压变化速度慢。
[0068]
正常状态下，第一电压比较单元6正端电压u41和第二电压比较单元7正端电压u51相等，因电阻分压单元的原因，接入第一电压比较单元6正端电压u41较负端电压u52高，第一电压比较单元6输出高电平。接入第二电压比较单元7正端电压u51较负端电压u42高，第二电压比较单元7输出高电平。
[0069]
取r1＝9
×
104ω、r2＝1
×
104ω、r21＝105ω、c21＝0.1uf、r22＝1
×
106ω、r23＝9
×
106ω、r31＝104ω、c21＝0.1uf、r22＝1
×
106ω、r23＝9
×
106ω。
[0070]
当edi直流电源模块负极发生接地故障时，电压采集单元1输入电压从直流电源模块输出电压范围中间位置上升至高电位。由于第一电压比较单元6正端电压u41上升速度较负端电压u52上升速度慢，这样输入至第一电压比较单元6的正端电压低于负端电压，第一电压比较单元6输出电平由高电平变为低电平，经一段时间后第一电压比较单元6的正端电压高于负端电压，第一电压比较单元6输出电平由低电平变为高电平。此过程第一电压比较单元6输出一个负脉冲，用来触发edi直流电源模块负极接地故障。具体过程中电压曲线如图2、图3和图4所示。
[0071]
图中，u11为电压采集单元输出电压；u41为第一电压比较单元正端输入电压；u52为第一电压比较单元负端输出电压；u61为第一电压比较单元输出电平。
[0072]
当edi直流电源模块正极发生接地故障时，电压采集单元1输入电压从直流电源模块输出电压范围中间位置下降至零电位，由于第二电压比较单元7正端电压u51下降速度较负端电压u42下降速度快，这样输入至第二电压比较单元7的正端电压低于负端电压，第二电压比较单元7输出电平由高电平变为低电平，经一段时间后第二电压比较单元7的正端电压高于负端电压，第二电压比较单元7输出电平由低电平变为高电平。此过程电压比较单元输出一个负脉冲，用来触发edi直流电源模块正极接地故障。具体过程中电压曲线如图5、图6和图7所示。
[0073]
图中，u11为电压采集单元输出电压；u42为第二电压比较单元正端输入电压；u51为第二电压比较单元负端输出电压；u71为第二电压比较单元输出电平。
[0074]
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。