一种直流系统接地故障实时监测系统及其控制方法与流程

本发明涉及直流系统接地故障，特别是一种直流系统接地故障实时监测系统及其控制方法。

背景技术：

1、直流系统在变电站中为控制装置、信号装置、继电保护、自动装置以及事故照明等提供可靠的直流电源。它还为操作提供可靠的操作电源，直流系统的可靠与否，对变电站的安全运行起着至关重要的作用，是变电站安全运行的保证。直流系统主要的负荷为电气设备内的控制回路和电气保护装置，设备内各种控制线缆、与其他设备关联线缆过多，不可避免的会出现电缆绝缘破损造成直流接地的情况。当直流系统发生两点接地故障时，就可能构成系统接地短路，并可能造成继电保护装置、信号以及自动装置的误动或是拒动，甚至也会造成直流保险的熔断，导致保护及自动装置、控制回路彻底的失去电源，造成直流系统中断无法工作。当直流系统发生两点接地故障时，检修人员无法及时赶到现场处理，会对直流系统造成不利的影响，严重的还会发展成直流系统的故障，对直流系统的绝缘产生了巨大的威胁。直流系统发生绝缘破坏，无法及时更换直流回路，对于重要直流负荷，容易造成失电的隐患。因此，需要正确且及时的将接地回路从系统中切除。

2、现有技术直流发生接地时，不会像交流接地时电流会有明显的变化，因此很难采用过电流保护的方式，如果单纯依赖接地电流作为接地判据，容易发生负荷增大导致电流增大，而使系统误判接地的情况。若采用漏电保护，又可能会因为系统内电缆线路过长，产生较大的零序电流而使开关误动。因此，无论是单一的过电流保护或者是电流漏电保护都无法运用在直流系统。目前直流系统还没有直接确定接地点的技术措施，发生直流接地时，大多采用传统的拉路法查找，需要将每一条直流支路空开进行分合，直至故障消失，处理时间长，步骤繁多，容易出现误操作的风险。因此需要准确定位接地位置，且不影响支路正常运行的方法。

3、现有技术中申请号为201010229641.6，专利名称为直流系统接地故障自动隔离并定位的方法及装置和申请号为201010594500.4，专利名称为一种查找电力系统中的直流接地故障的方法，它们均采用了增加电源的方法将直流支路切换到备用电源上，增加备用电源不但增加了投入成本，还增加了维护成本；且它们均是只能定位到整个总支路上，后期检修时还是需要对总支路下面的所有支路以及分路进行一路一路切换，直到找到接地点，无法对具体的接地点精确定位。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种直流系统接地故障实时监测系统及其控制方法，当直流系统发生接地故障时，通过依据基尔霍夫电流定律原理的差动保护装置快速定位到接地区间，解决了无法使用电流作为直流接地判断依据的问题，并通过旁路替换法，在保证不失电的情况下对具体的接地点精确定位；且利用直流旁路，将故障直流线路切除，并将直流负荷切至旁路供电。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：

3、一种直流系统接地故障实时监测系统，其特征在于，包括电压检测装置、直流电流互感器、差动保护装置、开关变位采集模块、开入模块、dsp模块、cpu控制器、存储器、开出模块、通讯模块、显示装置、电机控制模块和由电机控制分合闸的总开关、支路开关、分路开关、旁路开关、旁支开关以及旁分开关；

4、所述电压检测装置的输出端与开入模块的输入端相连接，电压检测装置将实时采集的信号传输至开入模块，电压检测装置用于实时检测直流母线的电压；

5、所述直流电流互感器的输出端与开入模块的输入端相连接，直流电流互感器将实时采集的信号传输至开入模块，直流电流互感器用于实时采集流过各总开关、各支路开关、各分路开关的电流；

6、所述差动保护装置的输入端与直流电流互感器的输出端相连接，差动保护装置的输出端与cpu控制器的输入端相连接，差动保护装置用于实时监测所属保护范围差动电流，当检测到差动电流大于差动保护装置的动作定值时，则差动保护装置向cpu控制器发送异常指令；

7、所述开关变位采集模块的输出端与开入模块的输入端相连接，开关变位采集模块将实时采集的开关变为信号传送至开入模块，开关变位采集模块用于监测开关变为信息；

8、所述开入模块的输出端与dsp模块的输入端相连接，开入模块用于实时接收电压检测装置、直流电流互感器以及开关变位采集模块采集的信号，并通过dsp模块传输至cpu控制器；

9、所述dsp模块的输出端与cpu控制器的输入端相连接；dsp模块用于将开入模块的模拟信号转化为数字信号，并将数字信号传输至cpu控制器；

10、所述cpu控制器的输出端与存储器的输入端相连接，cpu控制器通过监测和分析信号，判断直流系统当前处于正常或异常状态，并将异常数据标记，且储存在存储器中；

11、所述开出模块的输入端与cpu控制器的输出端相连接，开出模块的输出端与通讯模块的输入端相连接；开出模块用于执行cpu控制器发出的命令，并通过通讯模块传送；

12、所述通讯模块的输出端分别与显示装置、电机控制模块的输入端相连接，通讯模块用于接收开出模块传输的信号，并将告警信息显示在显示装置上；

13、所述电机控制模块的输出端分别与总开关、支路开关、分路开关、旁路开关、旁支开关、旁分开关的控制端相连接，电机控制模块接收到通讯模块传输的命令，通过控制电机的正反转动，实现所有开关的分合。

14、优选地，所述直流母线连接有数路总开关，每个总开关都连接数路支路开关，每个支路开关都连接数路分路开关；每个支路开关均通过旁支开关连接到旁路开关上，每个分路开关均通过旁分开关连接到旁路开关上，旁路开关与直流母线相连接。

15、优选地，所述差动保护装置的动作定值为差动电流百分比大于等于20％，即i差动≥20％，差动电流百分比＝所有支路电流向量和的绝对值/总支路电流的绝对值*100％。

16、优选地，还包括后台控制中心和智能移动终端，所述后台控制中心的输入端与通讯模块的输出端相连接，后台控制中心的输出端与智能移动终端相连接；通讯模块将信号远程传输至后台控制中心，后台控制中心通过无线通讯传输至智能移动终端。

17、一种直流系统接地故障实时监测系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

18、步骤一：当电压监测装置所采集的电压突变量u1＜20％，差动保护装置的差动电流i差动＜20％时，电压和电流都为正常区间值，系统控制显示装置显示系统正常运行状态，系统进入正常运行程序；

19、步骤二：当电压监测装置所采集的电压突变量u1≥20％，差动保护装置的差动电流i差动＜20％时，系统检测到电压明显降低，系统判别为直流电压异常，系统控制显示装置发出“直流电压异常”告警，并将告警信息上传至后台控制中心，系统进入直流电压异常运行程序；

20、步骤三：当电压监测装置所采集的电压突变量u1＜20％，差动保护装置的差动电流i差动≥20％时，系统判别为直流电流异常，则系统控制显示装置发出“直流电流异常”告警，并将告警信息上传至后台控制中心，系统进入直流电流异常运行程序；

21、步骤四：当电压监测装置所采集的电压突变量u1≥20％，差动保护装置的差动电流i差动≥20％时，系统判别为存在直流接地，则系统控制显示装置发出“直流电流接地”告警，并将告警信息上传至后台控制中心，系统进入直流接地运行程序；系统定位到相对应的差动保护装置所属保护范围，开始对保护范围内故障线路进行查找；若系统定位差动保护装置所属保护范围为支路，则执行步骤五；若系统定位差动保护装置所属保护范围为分路，则执行步骤六；

22、步骤五：按照系统预设定的程序，即按照支路1到n预设定的编号依次进行，先合上旁路开关，再按照编号合上旁支开关1，断开支路开关1，以此类推，直至电压恢复正常，系统立即停止切换，并判定最后一次切换的支路k(k≤n)存在接地点；同时将已经完成切换的直流支路从k-1开始,先合上对应的支路开关k-1，分开对应的旁支开关k-1，合上对应的支路开关k-2，分开对应的旁支开关k-2，以此类推，进行切换，恢复原来的运行方式；此时支路k接地点即支路开关k与支路直流电流互感器k之间从直流系统中隔离，非接地部分由直流母线通过旁路继续供电；则系统发出“直流故障隔离，旁路启动”告警信息；

23、步骤六：按照系统预设定的程序，即按照分路1到n预设定的编号依次进行，先合上旁路开关，再按照编号合上旁分开关1，断开分路开关1，以此类推，直至电压恢复正常，系统立即停止切换，并判定最后一次切换的分路k(k≤n)存在接地点；同时将已经完成切换的直流分路从k-1开始,先合上对应的分路开关k-1，分开对应的旁分开关k-1，合上对应的分路开关k-2，分开对应的旁分开关k-2，以此类推，进行切换，恢复原来的运行方式；此时分路k接地点即分路开关k与分路直流电流互感器k之间从直流系统中隔离，非接地部分由直流母线通过旁路继续供电，则系统发出“直流故障隔离，旁路启动”告警信息。

24、本发明与现有技术相比，其显著优点：

25、(1)本发明直流系统接地故障实时监测系统及其控制方法通过差动保护装置能够快速定位接地点所在区间，只需要对该区间内的线路进行查找即可，大大缩短了查找时间，实现了快速定位接地故障点。

26、(2)本发明直流系统接地故障实时监测系统及其控制方法控制电机完成开关自动分合闸，自行完成直流系统接地故障的查找环节，并在找到故障点后自动隔离故障，并采用旁路恢复送电；既可以快速定位并完成故障查找，又可以自动将故障隔离。

27、(3)本发明直流系统接地故障实时监测系统及其控制方法提供了旁路回路，采用旁路恢复送电，恢复故障线路所带负荷的供电需求，无需增加备用电源。