直流馈线对地绝缘降低和交流窜入同时检测的装置及方法
【专利摘要】本发明提供一种直流馈线对地绝缘降低和交流窜入同时检测的装置及方法，包括交直流电流控制电路、多功能传感器及监测模块，所述监测模块包括漏电流测量电路和交流电流测量电路，所述多功能传感器由磁芯、第一绕组W1、第二绕组W2及第三绕组W3组成，第二绕组W2和第三绕组W3连接漏电流测量电路，所述第一绕组W1连接交流电流测量电路；本发明所采用的信号采集电路，所采集的信号精准无误，只要直流馈线系统，一旦出现了短路、断路、漏电或交流串入等故障现象，就能在1?10秒内，及时有效的发出信号给主控机的中央处理器，让系统作出快速反应，切断某一故障电路，以保护整个直流系统的安全运行。
【专利说明】
直流馈线对地绝缘降低和交流窜入同时检测的装置及方法
技术领域
[0001]本发明具体涉及一种直流馈线对地绝缘降低和交流窜入同时检测的装置及方法。
【背景技术】
[0002]在我国现有电力系统的运行中，由于交流窜入直流系统的现象不断发生，已严重影响到了电力系统的正常运行。从国内有关资料统计证实，由于交流混入直流系统，或交流分量指标超标，已造成多起继电保护装置失灵、误动作等重大事故，并造成较大的经济损失。因此，能及时发现交直流混线事故，能准确无误的判断出混入支路和混入母线位置，就成了我国电力系统急等解决的重大问题。发明和研制这种绝缘与交、直流窜入的检测装置，来装备和改善现有的直流系统，已迫在眉睫。这也将会成为我国未来直流系统的标准配置。尤其在500KV以上的变电站，配备交流窜入、直流互窜功能的检测器，已势在必行。
[0003]目前，在国家电网公司出台的最新十八项反事故措施中规定:新建或改造的变电所，直流系统绝缘监测装置应具备交流窜直流故障的测试和报警功能。
[0004]目前，国网已有部分直流电源系统采用了馈线监测传感器，该传感器不管是开关状态信号的采集、故障信号的处理，还是馈线状态信号的发送等，全都使用模拟信号。模拟信号线路是点对点输出，线路控制单一独立，线路结点增多，线路结构复杂，线材消耗量巨大，不便于集约化、网络化与智能化的管理。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种直流馈线对地绝缘降低和交流窜入同时检测的装置及方法，该直流馈线对地绝缘降低和交流窜入同时检测的装置及方法可以很好地解决上述问题。
[0006]为达到上述要求，本发明采取的技术方案是:提供一种直流馈线对地绝缘降低和交流窜入同时检测的装置及方法;包括交直流电流控制电路、多功能传感器及监测模块，监测模块包括漏电流测量电路和交流电流测量电路，所述多功能传感器由磁芯、第一绕组W1、第二绕组W2及第三绕组W3组成，所述第二绕组W2和第三绕组W3连接漏电流测量电路，所述第一绕组Wl连接交流电流测量电路；
多功能传感器，用于采集直流系统中的对地绝缘降低信号和交流窜入信号，并将采集到的信号传递给监测模块；
监测模块，用于对多功能传感器采集的信号进行处理，并根据处理结果判断是否对地绝缘降低，以及是否有交流信号窜入；
漏电流测量电路，利用多功能传感器采集到的漏电流计算得到漏电电压值；
交流电流测量电路，利用多功能传感器采集到的交流电流计算得到交流电压值。
[0007]直流馈线对地绝缘降低和交流窜入同时检测的方法，包括以下步骤:
S1、多功能传感器采集直流系统中的对地绝缘降低信号和交流窜入信号，并将采集到的信号传递给监测模块； 52、监测模块判断接收的多功能传感器的感应信号是对地绝缘降低信号还是交流窜入信号，若为对地绝缘降低信号执行步骤S3;若为交流窜入信号，执行步骤S4;
53、监测模块根据对地绝缘降低信号计算得到对地绝缘电阻，并将计算出的对地绝缘电阻与原来的对地绝缘电阻进行比较，若计算出的对地绝缘电阻小于原来的对地绝缘电阻，则发出对地绝缘降低告警，执行步骤SI;
54、监测模块根据交流窜入信号计算得到交流电压值，并将交流电压值与设定告警值进行比较，若交流电压值大于设定告警值，则发出交流窜入告警，执行步骤SI。
[0008]该直流馈线对地绝缘降低和交流窜入同时检测的装置及方法具有的优点如下:
(I)本方法以用巧妙的方法和较低的成本，实现了直流馈线对地绝缘降低和交流窜入同时检测。
[0009 ] (2 )本发明集成了直流馈线的绝缘检测、交流串入检测、直流互窜检测等多功能检测，大大提高了直流系统的智能监测能力，使整个直流系统的智能化监测水平提高，并大大减少了以前众多独立传感器的相关线路，使制造成本大幅度下降。
【附图说明】
[0010]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中:
图1为本申请的原理图。
[0011]图2为本申请的电路结构示意图。
【具体实施方式】
[0012]为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本申请作进一步地详细说明。
[0013]在以下描述中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”、“示例”等等的引用表明如此描述的实施例或示例可以包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度，但并非每个实施例或示例都必然包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度。另外，重复使用短语“根据本申请的一个实施例”虽然有可能是指代相同实施例，但并非必然指代相同的实施例。
[0014]为简单起见，以下描述中省略了本领域技术人员公知的某些技术特征。
[0015]根据本申请的一个实施例，提供一种直流馈线对地绝缘降低和交流窜入同时检测的装置及方法，如图1至图2所示，包括交直流电流控制电路、多功能传感器及监测模块，监测模块包括漏电流测量电路和交流电流测量电路，多功能传感器由磁芯、第一绕组Wl、第二绕组W2及第三绕组W3组成，所述第二绕组W2和第三绕组W3连接漏电流测量电路，第一绕组Wl连接交流电流测量电路；
多功能传感器，用于采集直流系统中的对地绝缘降低信号和交流窜入信号，并将采集到的信号传递给监测模块；
监测模块，用于对多功能传感器采集的信号进行处理，并根据处理结果判断是否对地绝缘降低，以及是否有交流信号窜入；
漏电流测量电路，利用多功能传感器采集到的漏电流计算得到漏电电压值； 交流电流测量电路，利用多功能传感器采集到的交流电流计算得到交流电压值。
[0016]直流馈线对地绝缘降低和交流窜入同时检测的方法，包括以下步骤:
51、多功能传感器采集直流系统中的对地绝缘降低信号和交流窜入信号，并将采集到的信号传递给监测模块；
52、监测模块判断接收的多功能传感器的感应信号是对地绝缘降低信号还是交流窜入信号，若为对地绝缘降低信号执行步骤S3;若为交流窜入信号，执行步骤S4;
53、监测模块根据对地绝缘降低信号计算得到对地绝缘电阻，并将计算出的对地绝缘电阻与原来的对地绝缘电阻进行比较，若计算出的对地绝缘电阻小于原来的对地绝缘电阻，则发出对地绝缘降低告警，执行步骤SI;
54、监测模块根据交流窜入信号计算得到交流电压值，并将交流电压值与设定告警值进行比较，若交流电压值大于设定告警值，则发出交流窜入告警，执行步骤SI。
[0017]其中步骤S3具体包括:
531、绝缘监测主机向微处理器发出对地绝缘电阻测量指令，微处理器接收到所述对地绝缘电阻测量指令后启动漏电流测量电路；
532、漏电流测量电路利用检测到的漏电流计算得到漏电电压信号，并传递给微处理器；
533、微处理器将所述漏电电压信号进行AD转换，并利用转换后的漏电电压信号计算得到对地绝缘电阻；
534、将计算出的对地绝缘电阻与原来的对地绝缘电阻进行比较，若计算出的对地绝缘电阻小于原来的对地绝缘电阻，则发出对地绝缘降低告警。
[0018]其中步骤S4具体包括:
541、绝缘监测主机向微处理器发出交流窜入检测指令，微处理器接收到所述交流窜入检测指令后启动交流电流测量电路；
542、交流电流测量电路利用检测到的交流电流计算得到交流电压值，并传递给微处理器；
543、微处理器将所述交流电压值进行AD转换，并将转化后的交流电压值与设定告警值进行比较，若交流电压值大于设定告警值，则发出交流窜入告警。
[0019]本方法关键是用一个超高导磁磁芯、三个绕组组成一个多功能检测器。本方法因为采用CTl直流一次测匝数多匝的方法，从根本上提高装置输入信号信噪比，其中CTl可以为过功能传感器。
[0020]绝缘监测原理:
当微处理器控制信号处理电路不工作，磁通门电路工作时，第二绕组W2和第三绕组W3构成磁通门检测线圈；Rp是平衡桥电阴，Rt检测桥电阻，电阻R3、R4是模拟直流馈线接地电阻;通过控制开关K1、K2的开断，可以使CTl流过不平衡电流。本方案采用特殊的电路，利用磁通门原理，可以测到0.02mA的直流对地漏电流，而现在国内所有的漏电流传感器，检测精度只能达到0.1mA。
[0021]交流窜入监测原理:
当微处理器控制信号处理电路工作，而磁通门电路不工作时，SI为交流电压，电阻R5为交流窜入直流母线时的抵触电阻。无论交流电压是窜入正母线还是负母线，通过控制开关Kl、K2，可以让交流电流通过CTl形成电流通路。因为10A级的直流电流正负母线同时穿过CTl，其磁通相互抵消。同样，本方案采用特殊的电路，可以检测到0.1mA交流电流。
[0022]绝缘监测装置最小漏电流1计算:
由于国标的要求绝缘电阻测量范围要大于O?999Κ，同时测量时，检测电阻的投入造成的负、正极对地电压之比U-/U+小于1.22。因为负极出口信号继电器电阻为20k且最起动电压为60%?70%Un。所以Rp与Rt并联电阻必须大于20*40/60=13k。通常平衡桥电阻Rt取30K，检测电阻为Rt取150k.当绝缘对地电阻R3或R4为999k时，流过CTI的漏电流为由图2可知:11+10 =220/(Rt//Rp+Rp//R-)
=220/(30//150+30//999)
=220/55
=4(mA)
1 =4*30/(30+999)
=0.12(mA)
灵敏度要求通过以上计算可知，绝缘监测装置的最小灵敏度应为0.12mA。目前国内外电流传感器最小分灵敏度仅能检测到0.1mA，不能满足国家标准的要求。而本方法因为采用CTl直流一次多匝的方法，从根本上提高了装置输入信号的灵敏度检测，灵敏度可做到
0.02mA，使灵敏度提高了 5倍。
[0023]抗外磁场干扰能力强:
由于灵敏很高，输入磁场强度为0.1mAEi，在磁路能形成的磁感应强度为为0.75Gs。计算如下:选用高导磁材料μ=300ηιΤ.m/A=3000Gs.m/A，装置用到的磁路总长L=40mm=0.04m。
[0024]Β=μΗ=μΙη/1=3000*0.1/(1000*0.04)=7.5Gs
这是一个很微弱的磁场，很容易受到外磁场的干扰，由于增加了一次匝数，抗外磁场干扰能力成倍增加。
[0025]以上所述实施例仅表示本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明保护范围。因此本发明的保护范围应该以所述权利要求为准。
【主权项】
1.一种直流馈线对地绝缘降低和交流窜入同时检测的装置，其特征在于，包括交直流电流控制电路、多功能传感器及监测模块，所述监测模块包括漏电流测量电路和交流电流测量电路，所述多功能传感器由磁芯、第一绕组Wl、第二绕组W2及第三绕组W3组成，所述第二绕组W2和第三绕组W3连接漏电流测量电路，所述第一绕组Wl连接交流电流测量电路； 所述多功能传感器，用于采集直流系统中的对地绝缘降低信号和交流窜入信号，并将采集到的信号传递给监测模块； 所述监测模块，用于对多功能传感器采集的信号进行处理，并根据处理结果判断是否对地绝缘降低，以及是否有交流信号窜入； 所述漏电流测量电路，利用多功能传感器采集到的漏电流计算得到漏电电压值； 所述交流电流测量电路，利用多功能传感器采集到的交流电流计算得到交流电压值。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于:所述监测模块还包括: 绝缘监测主机，接收多功能传感器传递的信号，并向交直流电流控制电路和微处理器发出控制信号； 微处理器，用于接收绝缘监测主机的控制信号，启动漏电流测量电路或交流电流测量电路工作，并对漏电流测量电路或交流电流测量电路传递的信号进行处理，根据处理结果判断是否对地绝缘降低，以及是否有交流信号窜入，并将判断结果发送给绝缘监测主机； 通讯接口电路，用于微处理器和绝缘监测主机之间的通信。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于:所述监测模块还包括: 声光报警电路，用于接收微处理器的控制信号进行声光报警。4.电源，用于给微处理器、通讯接口电路、声光报警电路、漏电流测量电路、交流电流测量电路、交直流电流控制电路及多功能传感器提供电源。5.据权利要求1所述的装置，其特征在于:所述通讯接口电路采用RS485通讯接口。6.—种直流馈线对地绝缘降低和交流窜入同时检测的方法，其特征在于，包括以下步骤: S1、多功能传感器采集直流系统中的对地绝缘降低信号和交流窜入信号，并将采集到的信号传递给监测模块； S2、监测模块判断接收的多功能传感器的感应信号是对地绝缘降低信号还是交流窜入信号，若为对地绝缘降低信号执行步骤S3;若为交流窜入信号，执行步骤S4; S3、监测模块根据对地绝缘降低信号计算得到对地绝缘电阻，并将计算出的对地绝缘电阻与原来的对地绝缘电阻进行比较，若计算出的对地绝缘电阻小于原来的对地绝缘电阻，则发出对地绝缘降低告警，执行步骤SI; S4、监测模块根据交流窜入信号计算得到交流电压值，并将交流电压值与设定告警值进行比较，若交流电压值大于设定告警值，则发出交流窜入告警，执行步骤SI。7.据权利要求6所述的方法，其特征在于:所述步骤SI具体为:多功能传感器采集直流系统中的对地绝缘降低信号和交流窜入信号，并将采集到的信号传递给绝缘监测主机。8.据权利要求7所述的方法，其特征在于:所述步骤S3具体包括: S31、绝缘监测主机向微处理器发出对地绝缘电阻测量指令，微处理器接收到所述对地绝缘电阻测量指令后启动漏电流测量电路； S32、漏电流测量电路利用检测到的漏电流计算得到漏电电压信号，并传递给微处理器； S33、微处理器将所述漏电电压信号进行AD转换，并利用转换后的漏电电压信号计算得到对地绝缘电阻； S34、将计算出的对地绝缘电阻与原来的对地绝缘电阻进行比较，若计算出的对地绝缘电阻小于原来的对地绝缘电阻，则发出对地绝缘降低告警。9.据权利要求7所述的方法，其特征在于:所述步骤S4具体包括: S41、绝缘监测主机向微处理器发出交流窜入检测指令，微处理器接收到所述交流窜入检测指令后启动交流电流测量电路； S42、交流电流测量电路利用检测到的交流电流计算得到交流电压值，并传递给微处理器； S43、微处理器将所述交流电压值进行AD转换，并将转化后的交流电压值与设定告警值进行比较，若交流电压值大于设定告警值，则发出交流窜入告警。
【文档编号】G01R27/08GK105823923SQ201610163725
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月22日
【发明人】黄飞, 王华林
【申请人】成都国能龙源科技有限公司