移动式智能安全电源装置及操作方法与流程

1.本发明属于智能电源技术领域，涉及一种移动式智能安全电源装置及操作方法。


背景技术：

2.随着配电网规模的不断扩大和新型电力系统中分布式间歇性新能源发电电源的增加，配电台区运行工况的复杂性日益升高。在过负荷压力或其他因素下，配电台区极易发生台区中线路短路、漏电等故障，直接影响台区的电能质量和供电安全。
3.在低压检修作业过程中，传统的电力设备设施定期预防性试验对于故障的检测具有一定的作用，但在进行停电试验时，由于设备设施的停电状态和带电运行有一定差距，可能会导致故障漏检。且定期预防性试验所需的试验周期较长，对于急需用电的线路而言，无法满足生产需要，因此亟需一种既能供电又能监测设备绝缘状态的装置，在保证抢修现场配电安全经济运行的同时提高现场配电线路设备的安全、稳定、正常运行和控制水平。
4.目前绝缘监测装置大部分通过注入信号，采用电流互感器测量各回路的输出值，计算对地电阻，判断线路绝缘状态，但这种方法受母线对地间电容影响很大，因此亟需一种能减小对地电容影响的绝缘监测装置，以提高绝缘故障识别准确率。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是提供一种移动式智能安全电源装置及操作方法，采用低压接地方式，用电设备装置外壳通过等电位接地线连接到大地，供电电源与用电设备外壳连接时，不会对人体造成伤害，且故障电流非常低，不影响设备正常工作；采用智能绝缘监测系统实时监测线路绝缘电阻和泄露电容，减小低压中大型电网对地电容对绝缘检测系统的影响，提高故障诊断准确性，及时发现电路绝缘故障，可实现连续供电并有效保护作业人员的人身安全和设备安全。
6.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种移动式智能安全电源装置，它包括装置外壳、干式隔离变压器、动力设备柜、叉车口和装置侧盖；所述干式隔离变压器位于外壳内，动力设备柜位于干式隔离变压器一侧，叉车口位于外壳下部的底座上，装置侧盖位于外壳一侧靠近干式隔离变压器；所述动力设备柜包括声光报警器、电压选择按钮、复位按钮、控制输出回路按钮、显示屏、智能绝缘监测系统及输出和输入电缆端子组成的回路。
7.所述声光报警器位于动力设备柜外壳的顶端；电压选择按钮和复位按钮位于控制输出回路按钮左侧；电压选择按钮、复位按钮、控制输出回路按钮位于动力设备柜的上部；显示屏位于电压选择按钮、复位按钮和控制输出回路按钮下部，所述的智能绝缘监测系统位于显示屏下部；输出和输入电缆端子位于智能绝缘监测系统下部。
8.所述声光报警器用于报警故障；电压选择按钮用于选择输出电源电压；复位按钮用于报警复位和硬件复位；控制输出回路按钮用于控制输出回路；输出和输入电缆端子用于接插输出和输入电缆。
9.还包括接地；所述接地型式为低压接地方式，将it系统与三相五线制tn-s系统结合，变压器二次侧中性点不接地，用电设备外壳接地，且工作零线与保护零线完全分开。
10.所述智能绝缘监测系统由智能控制器、信号发生模块、信息采集模块、传感器模块、信息传输模块、决策模块、显示模块和报警模块组成；传感器模块由电流互感器、电压互感互感器和温度传感器组成；所有模块之间均由智能控制器连接。
11.所述显示屏显示输出电源电压值、输出电流值、设定绝缘电阻值、实际绝缘电阻值、泄露电容值、装置温度、设定动作绝缘电阻和切断延迟时间；绝缘电阻和泄露电容为与系统对地阻抗相关联的电阻和电容；所述设定动作包括报警或切断。
12.所述智能绝缘监测系统实时在线监测装置输出电源电压、输出电流、绝缘电阻、泄露电容和工作温度；当泄露电容未超出电容限值时，结合负载情况实时判断绝缘电阻的安全阈值并报警和保护输出；当泄露电容超出电容限值时，更换精度更高一级的电流互感器后，再次启动装置监测线路绝缘状态。
13.所述绝缘电阻、泄露电容监测方法为由智能控制器控制信号注入模块向被监线路注入低频交流信号，通过高精度电流互感器检测泄漏电流if，并经过计算线路对地阻抗令求解方程组，计算得线路绝缘电阻和泄露电容值其中z为线路对地阻抗，为线路电压，if为电流互感器检测泄漏电流，ω为电源频率，r为线路绝缘电阻值，c为泄露电容值，a和b为计算线路对低阻抗所得复数的实部和虚部；当输出电流、装置温度、实际绝缘电阻值任何一个超过设定阈值时，显示屏上对应的值标红，同时装置进入报警状态，报警器启动；当装置处于报警状态，仍能工作；当泄露电容值超过限值电容后，装置进入超限状态，停止监测。
14.当输入电压为三相400v工频电压，输出电源电压为三相五线400v工频电压，则直接提供单相220v工频电压。
15.如上所述的移动式智能安全电源装置的操作方法，它包括如下步骤：
16.s1，接线完成后，旋转电压选择按钮至相应位置，按下对应控制输出回路按钮，然后合闸，此时显示屏显示输出电源电压、输出电流；
17.s2，若装置因输出电流、装置温度、实际绝缘电阻值超过阈值进入报警状态，根据显示屏显示的标红项目找出故障并尽快排除；
18.s3，若故障短时间无法排除，可先按下复位按钮，关闭报警器，在故障排除后，长按复位按钮三秒，锁定解除后，再次合闸通电；
19.s4，若装置因泄露电容值超过电容限值，装置进入超限状态，更换精度更高一级的电流互感器后，再次合闸启动装置。
20.本发明的有益效果在于：
21.采用一种全新的低压接地方式，将三相五线制tn-s系统与it系统结合，变压器二次侧中性点不接地，用电设备外壳接地，且工作零线与保护零线完全分开，接地方式兼具tn-s系统和it系统的优点，克服了原检修现场tn-c系统的缺陷。
22.三相负荷不平衡，中性点电位升高，但外壳无电位，pe线也无电位；当发生绝缘故障时，电流不会通过变压器中性点形成回路；用电设备外壳接地，当接触外壳时，电压不会对人体造成伤害，且故障电流低。
23.在监测绝缘电阻的同时监测系统的泄露电容，当泄露电容超过电容限值时，提高电流传感器精度，减小低压中大型电网对地电容对绝缘检测系统的影响，提高故障诊断准确率
24.输出电源电压本发明的有益效果为：采用一种新型低压接地方式，用电设备装置外壳通过等电位接地线连接到大地，当接触装置外壳时，电压不会对人体造成伤害且故障电流非常低≤1ma，降低或避免火灾风险，同时延长设备寿命。
25.采用绝缘监测系统实时监测线路绝缘电阻和泄露电容，减小低压中大型电网对地电容对绝缘检测系统的影响，提高故障诊断准确率，及时发现电路绝缘故障，在配电运维带电检修作业以及重点保电任务等工作上，可实现连续供电并且有效的保护作业人员的人身安全和设备安全。
附图说明
26.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
27.图1为本发明的主视图。
28.图2为发明各模块控制框图。
29.图中，1-外壳、2-干式隔离变压器、3-动力设备柜、4-叉车口、5-声光报警器、6-电压选择按钮、7-复位按钮、8-控制输出回路按钮、9-显示屏、10-智能绝缘监测系统、11-输出和输入电缆端子、12-装置侧盖。
具体实施方式
30.如图1～图2中，一种移动式智能安全电源装置，它包括装置外壳1、干式隔离变压器2、动力设备柜3、叉车口4和装置侧盖12；所述干式隔离变压器2位于外壳1内，动力设备柜3位于干式隔离变压器2一侧，叉车口4位于外壳1下部的底座上，装置侧盖12位于外壳1一侧靠近干式隔离变压器2；所述动力设备柜3包括声光报警器5、电压选择按钮6、复位按钮7、控制输出回路按钮8、显示屏9、智能绝缘监测系统10及输出和输入电缆端子11组成的回路。
31.优选地，外壳1的尺寸为1700mm
×
900mm
×
1400mm，方便移动。
32.优选的方案中，所述声光报警器5位于动力设备柜3外壳的顶端；电压选择按钮6和复位按钮7位于控制输出回路按钮8左侧；电压选择按钮6、复位按钮7、控制输出回路按钮8位于动力设备柜3的上部；显示屏9位于电压选择按钮6、复位按钮7和控制输出回路按钮8下部，所述的智能绝缘监测系统10位于显示屏9下部；输出和输入电缆端子11位于智能绝缘监测系统10下部。
33.优选的方案中，所述声光报警器5用于报警故障；电压选择按钮6用于选择输出电源电压；复位按钮7用于报警复位和硬件复位；控制输出回路按钮8用于控制输出回路；输出
和输入电缆端子11用于接插输出和输入电缆。
34.优选的方案中，还包括接地；所述接地型式为低压接地方式，将it系统与三相五线制tn-s系统结合，变压器二次侧中性点不接地，用电设备外壳接地，且工作零线与保护零线完全分开。
35.优选的方案中，所述智能绝缘监测系统10由智能控制器、信号发生模块、信息采集模块、传感器模块、信息传输模块、决策模块、显示模块和报警模块组成；传感器模块由电流互感器、电压互感互感器和温度传感器组成；所有模块之间均由智能控制器连接。
36.优选地，智能控制器采用msp430f5438单片机，控制各模块。
37.优选地，号发生模块采用an77100-15低压交流源，向被监线路注入信号。
38.优选地，信息采集模块采用ads8364芯片，对传感器信号进行a/d采样，同时计算绝缘电阻r和泄露电容c。
39.优选地，信息传输模块采用zigbee无线通讯协议传输数据，最终通过65lbc184芯片，将数据传输至决策模块。
40.优选地，传感器模块采用zlb-c61零磁通电流传感器、hv-c54-xxxp5o9电压传感器和ds18b20温度传感器。
41.优选地，决策模块采用74ls85二进制比较器，比较绝缘电阻r、泄露电容值c和温度与设定阈值的大小关系，将比较后的信号输出至显示模块和报警模块。
42.优选地，显示模块通过stm32103zet6单片机控制oled8080显示屏。
43.优选地，报警模块采用有源蜂鸣器。
44.优选的方案中，所述显示屏8显示输出电源电压值、输出电流值、设定绝缘电阻值、实际绝缘电阻值、泄露电容值、装置温度、设定动作绝缘电阻和切断延迟时间；绝缘电阻和泄露电容为与系统对地阻抗相关联的电阻和电容；所述设定动作包括报警或切断。
45.优选的方案中，所述智能绝缘监测系统10实时在线监测装置输出电源电压、输出电流、绝缘电阻、泄露电容和工作温度；当泄露电容未超出电容限值时，结合负载情况实时判断绝缘电阻的安全阈值并报警和保护输出；当泄露电容超出电容限值时，更换精度更高一级的电流互感器后，再次启动装置监测线路绝缘状态。
46.优选地，电流传感器为高精度电流互感器，装置配备三种精度的电流互感器，分别为0.1s级、0.2s级、0.5级；其精度排序为0.1s级》0.2s级》0.5级。
47.优选的方案中，所述绝缘电阻、泄露电容监测方法为由智能控制器控制信号注入模块向被监线路注入低频交流信号，通过高精度电流互感器检测泄漏电流if，并经过计算线路对地阻抗令求解方程组，计算得线路绝缘电阻和泄露电容值其中z为线路对地阻抗，为线路电压，if为电流互感器检测泄漏电流，ω为电源频率，r为线路绝缘电阻值，c为泄露
电容值，a和b为计算线路对低阻抗所得复数的实部和虚部；当输出电流、装置温度、实际绝缘电阻值任何一个超过设定阈值时，显示屏上对应的值标红，同时装置进入报警状态，报警器启动；当装置处于报警状态，仍能工作；当泄露电容值超过限值电容后，装置进入超限状态，停止监测。
48.优选的方案中，当输入电压为三相400v工频电压，输出电源电压为三相五线400v工频电压，则直接提供单相220v工频电压。
49.优选的方案中，如上所述的移动式智能安全电源装置的操作方法，它包括如下步骤：
50.s1，接线完成后，旋转电压选择按钮至相应位置，按下对应控制输出回路按钮，然后合闸，此时显示屏显示输出电源电压、输出电流；
51.s2，若装置因输出电流、装置温度、实际绝缘电阻值超过阈值进入报警状态，根据显示屏显示的标红项目找出故障并尽快排除；
52.s3，若故障短时间无法排除，可先按下复位按钮，关闭报警器，在故障排除后，长按复位按钮三秒，锁定解除后，再次合闸通电；
53.s4，若装置因泄露电容值超过电容限值，装置进入超限状态，更换精度更高一级的电流互感器后，再次合闸启动装置。
54.优选的方案中，
55.当输入侧通电，手动或自动闭合输出电源电压回路，回路可手动和自动切断。
56.为防止误操作导致输出电源电压错误，显示屏上显示输出电源电压和电流值。
57.移动式智能安全电源装置具有显示功能、智能检测功能、保护功能、复位功能。
58.显示功能：
59.显示屏显示显示输出电源电压值v、输出电流值a、设定绝缘电阻值kω、实际绝缘电阻值kω、泄露电容值μf、装置温度℃、设定动作绝缘电阻kω、切断延迟时间s。
60.智能检测功能：
61.a.数据采集：
62.采集输出电源电压v、输出电流a、装置温度℃、实际绝缘电阻值kω、泄露电容值μf。
63.b.绝缘故障动作
[0064][0065]
保护功能：
[0066]
装置保护项目为输出电流、装置温度、实际绝缘电阻值、泄露电容值。
[0067]
当输出电流、装置温度、实际绝缘电阻值任何一个超过设定阈值时，显示屏上对应的值标红，同时装置进入报警状态，报警器启动。当装置处于报警状态，仍能工作。当泄露电
容值超过限值电容后，装置进入超限状态，停止监测。
[0068]
当装置处于报警状态时，如在切断延迟时间内，保护项目值回到正常范围，则装置退出报警状态。
[0069]
当装置处于报警状态时，如按下复位按钮，则报警器关闭；停止后，若保护项目值仍不满足正常条件，则装置仍为报警状态。
[0070]
当装置处于报警状态时，若持续时间达到设定时间，则装置再次报警。
[0071]
当装置处于报警状态切断电源后，再次通电，装置仍处于报警状态。只有按下复位按钮，才能复位装置。
[0072]
当报警时间到达设定值或保护项目值超过保护阈值，即保护阈值》报警阈值，装置立刻切断电源，进入保护状态。
[0073]
当装置处于保护状态，只有按下复位按钮，才能复位装置。
[0074]
报警及保护条件：
[0075]
a.输出电流》报警阈值，装置进入报警状态，并开始切断延迟时间倒计时；输出电流》保护阈值，装置立即切断电源，进入保护状态。
[0076]
b.当温度》温度报警阈值时，则装置进入报警状态。当处于报警状态时，装置温度变为正常值，则解除报警。若处于报警状态时间超过切断延迟时间，则装置自动切断电源。
[0077]
c.实际绝缘电阻值《切断阈值，装置立即切断电源并进入保护状态；切断阈值《实际绝缘电阻值《切断阈值
×
4，装置进入报警状态但不切断电源；装置处于报警状态，当实际绝缘电阻值满足》切断阈值
×
4后，则解除报警。
[0078]
d.泄露电容值》电容限值，装置进入超限状态，则目前所采用的智能监测系统无法监测该系统的绝缘状态，应更换精度更高一级的电流互感器。
[0079]
系统参数：
[0080]
输出电流报警阈值：ia*1.1a，ia为额定输出电流；
[0081]
输出电流保护阈值：ia*1.25a，ia为额定输出电流；
[0082]
装置温度报警阈值：变压器内温报警阈值110℃温升报警阈值75℃；
[0083]
设定动作绝缘电阻kω：250kω；
[0084]
电容限值：小型电网40μf中型电网500μf大型电网2000μf；
[0085]
过流切断延迟时间：30s；
[0086]
温度过高切断延迟时间：1h；
[0087]
设定动作绝缘电阻和切断延迟时间为人为可调。
[0088]
复位功能：
[0089]
复位分为报警复位和硬件复位两种。
[0090]
a.报警复位：短按复位按钮，用于报警状态下关闭报警器；长按复位按钮时间3s，用于报警状态下的装置复位，解除锁定。
[0091]
b.硬件复位：长按复位按钮时间大于3s。用于系统死机时的装置复位。
[0092]
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本技术中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。