專利名稱：直流系統(tǒng)接地故障的探測方法及探測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流系統(tǒng)接地故障的探測方法及探測裝置，特別適用于直流系統(tǒng)具有很大分布電容的場合。發(fā)電廠和變電站的直流系統(tǒng)為其控制、保護(hù)、信號和自動裝置提供電源，直流系統(tǒng)的安全連續(xù)運(yùn)行對保證發(fā)電供電有著極大的重要性。由于直流系統(tǒng)為浮空制的不接地系統(tǒng)，如果發(fā)生兩點(diǎn)接地可能引起上述裝置誤動作跳閘停電，造成重大事故。因此當(dāng)發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)就應(yīng)準(zhǔn)確迅速地在保證直流正常供電的同時(shí)檢測出接地點(diǎn)，消除接地故障，避免因兩點(diǎn)接地可能帶來的危害。
近來，國內(nèi)外對直流系統(tǒng)接地故障的檢測進(jìn)行了很多研究并相繼研制一些實(shí)用裝置。例如在直流母線上加一低頻信號源，然后用帶有放大電路的鉗形電流表檢測母線上各支路的低頻電流，當(dāng)某一支路的電流增加，大于設(shè)定值時(shí)即認(rèn)為該支路發(fā)生接地故障。與此相似的還有在直流母線對稱對地的回路中利用斷續(xù)器產(chǎn)生直流脈沖信號，利用探頭檢測各支路電流的磁場變化探測故障支路。還有利用微機(jī)控制對交流電流信號進(jìn)行采樣、處理、計(jì)算，給出接地電阻阻值或故障距離。
由于在大型變電裝置直流系統(tǒng)線路長分布廣分布電容大使得上述檢測電流不僅包含要檢測的電阻性的故障電流而且還包含較大的電容電流，造成不易準(zhǔn)確探測線路接地故障。為此，一些裝置分別采用不同的措施力圖解決由于較大線路分布電容存在所帶來的問題。例如檢測探頭設(shè)置補(bǔ)償電容電流回路，比較檢測電流相位及利用正、負(fù)直流回路電流的直流磁勢補(bǔ)償-助磁變換等，來提高檢測的準(zhǔn)確度和靈敏度。但上述裝置或則需要在檢測過程中反復(fù)調(diào)整，操作復(fù)雜影響檢測速度或則裝置數(shù)量繁多系統(tǒng)龐大。
本發(fā)明的目的是提出一種直流系統(tǒng)接地故障線路和故障點(diǎn)探測的新方法和實(shí)用裝置。本發(fā)明的方法和裝置探測接地故障線路和故障點(diǎn)不受支路對地電容大小的影響，屬于便攜式探測裝置，不需再在每條支路上加裝傳感器，能夠準(zhǔn)確探測到故障線路和故障點(diǎn)。
本方法由專用低頻電壓信號源在直流母線與地之間用定時(shí)切換的方式交替注入二個(gè)不同頻率的低頻電壓信號，再利用專用電流探頭(2)探測各支路的低頻電流，通過比較各支路的二個(gè)低頻電流信號的比值與幅值，可判別出接地支路和接地點(diǎn)。
該發(fā)明的原理是如圖一，設(shè)支路對地電容為C，兩個(gè)低頻信號頻率為f1及f2，且f1＞f2。在支路無接地故障時(shí)，流過該支路電容電流If1，If2為If1＝2πf1CU ……(1)If2＝2πf2CU ……(2)式中U為低頻電壓值式(2)和(1)的比值為(If2)/(If2) = (2πf2CU)/(2πf1CU) = (f2)/(f1) ……(3)該比值由所加電壓信號的頻率決定的，是一設(shè)定的常數(shù)。
當(dāng)該支路經(jīng)Rk電阻接地時(shí)，該支路接地電流為
Ifl′=(URK)2+(2πf1CU)2----(4)]]>If2′=(URk)2+(2πf2CU)2----(5)]]>這二個(gè)電流的比值為I′f2I′f1=(URK)2+(2πf2CU)2(URK)2+(2πf1CU)2]]>=f2f1·(1f2)2+(2πRkC)2(1f1)2+(2πRkC)2---(6)]]>因f1＞f2所以( 1/(f2) )2＋(2πRk C)2＞( 1/(f1) )2＋(2πRk C)2這樣得到
(I′f2)/(I′f1) ＞ (If2)/(If1) ……(7)即支路接地時(shí),低頻電流If2與If1之比值變大，變大的數(shù)值由該線路對地電容，接地電阻及頻差大小決定。通過故障時(shí)電流比值 (I′f2)/(I′f1) 與正常時(shí)的 (If2)/(If1) 相比較，可以分辨出接地支路，解決了支路對地電容大時(shí)，難于探測到接地支路的困難。
當(dāng)直流系統(tǒng)對地電容很小時(shí)，則可以直接利用探測電流幅值大小決定故障線路。
當(dāng)檢測到接地故障支路后，沿著支路逐級測量低頻電流信號，當(dāng)檢查到電流信號幅值突然變小，該相應(yīng)的點(diǎn)即為故障點(diǎn)。根據(jù)該方法提出的一種接地故障探測裝置為能適應(yīng)不同的直流系統(tǒng)和不同的接地電阻，低頻信號電壓幅值應(yīng)能在2-40伏內(nèi)可調(diào)，第一低頻信號頻率在10-20Hz，第二低頻信號頻率在20-40Hz范圍內(nèi)可調(diào)。以下結(jié)合附圖
對本探測裝置實(shí)施例作詳細(xì)說明，其中圖一.裝置結(jié)構(gòu)示意二.專用低頻信號源方框三.便攜電流探頭方框四.微機(jī)判別儀方框五.專用低頻信號源原理簡六.便攜電流探頭原理七.探測接地故障軟件邏輯框圖依據(jù)本方法制成的新型裝置由三部分組成，分別是專用低頻信號源(1)、專用便攜電流探頭(2)及微機(jī)判別儀(3)。專用低頻信號源由正弦波發(fā)生器(4)、(5)及定時(shí)切換電路(6)，電壓功率放大電路(7)、變壓器及電容耦合電路(8)組成，由(9)(10)、(11)輸出端輸出，分別接直流正母線、直流負(fù)母線及大地。圖五中的F是功率放大器，A是毫安表，V是電壓表。等電位的低頻信號同時(shí)加在正、負(fù)直流母線上，可降低交流信號在直流系統(tǒng)中產(chǎn)生的紋波。
專用便攜電流探頭(2)由鉗形電流表(12)、電容補(bǔ)償電路(13)、小信號放大電路(14)組成。由探頭檢測到的信號由屏蔽電纜(15)送入微機(jī)判別儀(3)。補(bǔ)償電路(13)的二個(gè)電容C3、C4同極性接電阻R4二端，放大器輸入端二極管其作用是限幅和保護(hù)。元件參數(shù)的選擇由探頭特性、電容、電阻匹配情況決定。該補(bǔ)償電路是補(bǔ)償鉗形電流表的激磁阻抗。
微機(jī)判別儀(3)由模擬信號處理、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及電源三部分組成。由專用便攜電流探頭(2)輸入的信號，經(jīng)帶通濾波器(16)、(17)濾波，經(jīng)二級放大電路(18)、(20)放大后輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器(21)，其中(19)是放大量程切換電路。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由MCS-51單片機(jī)(23)，程序存貯器(24)，數(shù)據(jù)存貯器(25)，并行接口(26)，數(shù)碼顯示器(27)，開關(guān)量輸入電路(28)，指示燈(29)及模數(shù)轉(zhuǎn)換器(21)相連的接口電路(22)組成。電源部分由蓄電池充電器(30)、蓄電池組(31)、穩(wěn)壓器(32)組成，達(dá)到便攜及再充電之功能。
整個(gè)系統(tǒng)的工作過程是當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生接地故障后投入信號源(1)，然后用電流探頭(2)及微機(jī)判別儀(3)依次逐級檢測各支路，用電流比值的方法找出接地支路，再沿故障線用電流幅值突變的辦法找到故障點(diǎn)。比值和幅值由數(shù)碼管(27)顯示。
圖七是軟件邏輯框圖。軟件有自檢及運(yùn)行二種功能。自檢可以檢查數(shù)碼管、程序存貯器、數(shù)據(jù)存貯器、A/D轉(zhuǎn)換功能、信號源頻率。運(yùn)行狀態(tài)有顯示幅值及比值之功能。功能控制由開關(guān)量狀態(tài)控制，其關(guān)鍵在于進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，通過對采樣數(shù)據(jù)處理、計(jì)算，區(qū)分兩種不同頻率之采樣值，經(jīng)軟件濾波及計(jì)算顯示二個(gè)信號之比值及幅值。
本發(fā)明和裝置的優(yōu)點(diǎn)在于利用比值可以解決支路對地電容較大的直流系統(tǒng)，利用幅值之大小可以解決支路對地電容較小的直流系統(tǒng)接地故障和尋找故障點(diǎn)。便攜式電流探頭和微機(jī)判別儀由蓄電池供電，體積小，便于攜帶，準(zhǔn)確、靈敏，不需在各支路安裝傳感器，造價(jià)低。
權(quán)利要求
1.一種直流系統(tǒng)接地故障的探測方法，首先在直流母線與地之間施加低頻電壓信號，利用便攜電流探頭探測母線上各支路的電流，其特征在于所述施加低頻電壓信號是交替施加兩種不同頻率(f1＞f2)的低頻電壓信號，所述探測電流利用微機(jī)判別儀比較各支路低頻電流的幅值以及兩個(gè)低頻電流的比值(f2/f1)，根據(jù)所述幅值或比值增大的支路即可判別為接地故障支路，沿故障支路探測，當(dāng)所述電流幅值突然變小時(shí)，對應(yīng)的探測點(diǎn)即為接地故障點(diǎn)，上述過程逐級進(jìn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測方法，其特征在于交替施加的兩個(gè)低頻(f1、f2)電壓信號，其電壓范圍為2～40V，頻率范圍為20～40Hz(f1)與10～20Hz(f2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測方法，其特征在于由所述電流探頭檢測電流信號，經(jīng)過帶通濾波、放大、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸入到以單片機(jī)為核心的判別儀進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲，依據(jù)存儲軟件程序進(jìn)行處理計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果顯示輸出，可供判斷該支路是否存在接地故障。
4.一種直流系統(tǒng)接地故障探測裝置，該裝置包括可交替產(chǎn)生兩種不同頻率的低頻電壓信號源(1)，便攜式電流探頭(2)，其特征在于還包括能夠根據(jù)探頭(2)檢測的兩種頻率的電流的幅值和比值過高判別接地故障的微機(jī)判別儀(3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的探測裝置，其特征在于所述低頻電壓信號源(1)有兩個(gè)低頻電壓信號源(4、5)并聯(lián)于自動切換電路(6)輸入端，自動切換電路(6)輸出端依次串接電壓及功率放大電路(7)和變壓器、電容輸出電路(8)而構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的探測裝置，其特征在于所述便攜電流探頭(2)由鉗形電流表(12)、電容補(bǔ)償電路(13)和放大電路(14)串聯(lián)構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的探測裝置，其特征在于所述微機(jī)判別儀的輸入信號處理硬件電路包括帶通濾波器(16、17)，放大器(18、20)量程轉(zhuǎn)換器(19)、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(21)、接口(22、26)，微機(jī)部分有單片機(jī)(23)、程序存儲器(24)數(shù)據(jù)存儲器(25)，顯示部分有數(shù)碼顯示器(27)，開關(guān)量輸入(28)，指示燈(29)，電源部分有蓄電池充電器(30)，蓄電池組(31)、穩(wěn)壓器(24)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種直流系統(tǒng)接地故障探測方法及探測裝置，特別適用于直流系統(tǒng)具有很大分布電容的場合。利用在直流母線與地之間交替加入二個(gè)不同頻率的低頻電壓信號，通過便攜式電流探頭探測各支路電流，由微機(jī)判別儀指示出二種頻率電流的幅值和比值，決定故障線路和故障點(diǎn)，準(zhǔn)確，可靠，方便。
文檔編號G01R31/02GK1066507SQ9210487
公開日1992年11月25日 申請日期1992年6月22日 優(yōu)先權(quán)日1992年6月22日
發(fā)明者任元恒, 陳志業(yè), 龐華 申請人:華北電力學(xué)院