本實(shí)用新型涉及電力檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種交流竄入故障告警及防誤動(dòng)裝置。

背景技術(shù)：

直流電源系統(tǒng)是給保護(hù)提供動(dòng)力電源的系統(tǒng)，它的穩(wěn)定性、可靠性如何，直接影響保護(hù)的工作狀況，其中交流竄入直流電源系統(tǒng)是影響直流電源系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性的主要故障之一，它可以直接導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)，從而產(chǎn)生嚴(yán)重的系統(tǒng)故障。

從目前了解的情況看，目前國(guó)內(nèi)有很多針對(duì)交流竄入直流電源系統(tǒng)告警與選線的裝置、專利以及期刊等相關(guān)的技術(shù)方案。例如：(1)名稱：變電站用交流竄入直流電源報(bào)警裝置，申請(qǐng)專利號(hào)：CN201220534548.0，公開號(hào)：CN202854307U，公開日期：2013-4-3；(2)名稱：一種變電站直流電源系統(tǒng)的交流竄入預(yù)警監(jiān)控裝置，申請(qǐng)專利號(hào)：201310698981.7，申請(qǐng)時(shí)間：2013.12.18；

但目前已存在的產(chǎn)品或技術(shù)方案絕大多數(shù)的直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)裝置是沒有具備交流竄入的檢測(cè)功能的，少數(shù)的直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)裝置是具備了交流竄入告警與選線的功能，也可以進(jìn)行交流波形錄波，但只是簡(jiǎn)單的具有監(jiān)測(cè)交流竄入直流系統(tǒng)故障，并告警與選線定位功能而已，并沒有專門針對(duì)發(fā)生這種交流竄入直流電源系統(tǒng)做進(jìn)一步的保護(hù)措施。已有的產(chǎn)品和技術(shù)主要存在的缺點(diǎn)有：

第一，目前大部分的產(chǎn)品或技術(shù)方案只是對(duì)交流竄入直流電源系統(tǒng)故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)和選線定位功能；

第二，目前為止，基本沒有任何的產(chǎn)品對(duì)已發(fā)生交流竄入直流電源系統(tǒng)故障采取防誤動(dòng)防范措施，來減低誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本實(shí)用新型提供了一種交流竄入故障告警及防誤動(dòng)裝置，具體技術(shù)方案如下：

一種交流竄入故障告警及防誤動(dòng)裝置包括取樣隔離單元、放大濾波單元、AD采樣單元、主處理器MCU單元、顯示單元、告警輸出單元、存儲(chǔ)單元、電容控制單元、電容輸出單元；所述取樣隔離單元與放大濾波單元連接；所述放大濾波單元與AD采樣單元連接；所述AD采樣單元與主處理器MCU單元連接；所述顯示單元、告警輸出單元、存儲(chǔ)單元、電容控制單元分別與主處理器MCU單元連接；所述電容輸出單元與電容控制單元連接；所述取樣隔離單元包括分壓取樣模塊、隔離模塊；所述分壓取樣模塊采用電阻R1、電阻R2分壓，采用電阻R3取樣；所述隔離模塊包括交直流隔離模塊、光電隔離模塊；所述交直流隔離模塊通過電容C實(shí)現(xiàn)；所述光電隔離模塊通過隔離線性光耦實(shí)現(xiàn)；交流信號(hào)竄入直流電源系統(tǒng)后依次經(jīng)過電阻R1、電阻R2分壓和電阻R3取樣后輸入至電容C進(jìn)行交直流隔離和輸入至隔離線性光耦進(jìn)行光電隔離，交流信號(hào)經(jīng)過分壓取樣和隔離后依次輸入至放大濾波單元、AD采樣單元處理后輸入至主處理器MCU單元進(jìn)行處理，再輸入至顯示單元、存儲(chǔ)單元，當(dāng)主處理器MCU單元判斷交流信號(hào)的幅值大于設(shè)定的閾值，主處理器MCU單元會(huì)啟動(dòng)告警輸出單元和電容控制單元，電容控制單元控制電容輸出單元在直流系統(tǒng)的母線和大地之間投入對(duì)應(yīng)的電容器；所述交流信號(hào)的頻率為50Hz；所述設(shè)定的閾值為10V。

進(jìn)一步，所述隔離線性光耦的放大倍數(shù)為8倍。

進(jìn)一步，所述放大濾波單元包括放大電路、濾波電路；所述放大電路包括放大倍數(shù)為40倍的一級(jí)低通放大器，所述濾波電路為低通濾波電路。

進(jìn)一步，所述AD采樣單元采用的是12位AD芯片采樣，基準(zhǔn)電壓為2.5V。

進(jìn)一步，所述主處理器MCU單元選擇STM32系列單片機(jī)作為CPU，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控交流竄入故障，對(duì)交流信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，并通過FFT算法對(duì)采樣到的數(shù)字信號(hào)序列進(jìn)行傅里葉變換。

進(jìn)一步，所述顯示單元包括液晶顯示屏。

進(jìn)一步，所述告警輸出單元包括語音告警、指示燈告警。

進(jìn)一步，所述電容控制單元包括繼電器。

進(jìn)一步，所述電容輸出單元中的電容根據(jù)電容控制單元輸出的控制信號(hào)調(diào)整電容器的大小。

本實(shí)用新型具有以下有益效果：

1、適用于變電站或發(fā)電廠中220V/110V/48V等不同電壓等級(jí)直流電源系統(tǒng)；

2、能檢測(cè)0V至285V以內(nèi)各種幅值的交流竄入故障；

3、能對(duì)交流瞬間竄入直流系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，告警時(shí)間小于0.2秒，并且進(jìn)行交流波形錄波，有利于日后對(duì)發(fā)生的事故進(jìn)行進(jìn)一步研究分析；

4、能對(duì)竄入交流的支路進(jìn)行選線定位，方便工作人員進(jìn)行接地故障的排查；

5、可以根據(jù)交流竄入的電壓幅值大小，自動(dòng)選擇在直流電源母線與大地之間投入合適的容性負(fù)載，這樣就可以減少交流竄入直流電源系統(tǒng)的交流電壓幅值，從而可以大大降低直流電源系統(tǒng)因交流電源竄入故障導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)；

6、可以實(shí)時(shí)監(jiān)控直流電源系統(tǒng)的安全運(yùn)行情況，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)交流竄入故障，及時(shí)告警，有利用于及時(shí)處理故障，有利于提升變電直流系統(tǒng)運(yùn)行管理水平，有利于提高變電站設(shè)備運(yùn)行可靠性，減少重、特大事故發(fā)生，使投入資金創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型一種交流竄入故障告警及防誤動(dòng)裝置的原理示意圖；

圖2是本實(shí)用新型一種交流竄入故障告警及防誤動(dòng)裝置的檢測(cè)原理示意圖；

圖3是本實(shí)用新型一種交流竄入故障告警及防誤動(dòng)裝置的電容控制輸出原理圖。

具體實(shí)施方式

為了更好的理解本實(shí)用新型，下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明：

如圖1所示，一種交流竄入故障告警及防誤動(dòng)裝置包括取樣隔離單元、放大濾波單元、AD采樣單元、主處理器MCU單元、顯示單元、告警輸出單元、存儲(chǔ)單元、電容控制單元、電容輸出單元；所述取樣隔離單元與放大濾波單元連接；所述放大濾波單元與AD采樣單元連接；所述AD采樣單元與主處理器MCU單元連接；所述顯示單元、告警輸出單元、存儲(chǔ)單元、電容控制單元分別與主處理器MCU單元連接；所述電容輸出單元與電容控制單元連接；所述取樣隔離單元包括分壓取樣模塊、隔離模塊；所述分壓取樣模塊采用電阻R1、電阻R2分壓，采用電阻R3取樣；所述隔離模塊包括交直流隔離模塊、光電隔離模塊；所述交直流隔離模塊通過電容C實(shí)現(xiàn)；所述光電隔離模塊通過隔離線性光耦實(shí)現(xiàn)；交流信號(hào)竄入直流電源系統(tǒng)后依次經(jīng)過電阻R1、電阻R2分壓和電阻R3取樣后輸入至電容C進(jìn)行交直流隔離和輸入至隔離線性光耦進(jìn)行光電隔離，交流信號(hào)經(jīng)過分壓取樣和隔離后依次輸入至放大濾波單元、AD采樣單元處理后輸入至主處理器MCU單元進(jìn)行處理，再輸入至顯示單元、存儲(chǔ)單元，當(dāng)主處理器MCU單元判斷交流信號(hào)的幅值大于設(shè)定的閾值，主處理器MCU單元會(huì)啟動(dòng)告警輸出單元和電容控制單元，電容控制單元控制電容輸出單元在直流系統(tǒng)的母線和大地之間投入對(duì)應(yīng)的電容器；優(yōu)選地，交流信號(hào)的頻率為50Hz；設(shè)定的閾值為10V。

取樣隔離單元包括分壓取樣模塊、隔離模塊；分壓取樣模塊包括電阻R1、電阻R2、取樣電阻R3，如圖3所示；隔離模塊包括交直流隔離模塊、光電隔離模塊；交直流隔離模塊通過電容C實(shí)現(xiàn)，如圖3所示；光電隔離模塊通過隔離線性光耦實(shí)現(xiàn)；隔離線性光耦的放大倍數(shù)為8倍。

放大濾波單元包括放大電路、濾波電路；放大電路包括放大倍數(shù)為40倍的一級(jí)低通放大器，濾波電路為低通濾波電路。

AD采樣單元采用的是12位AD芯片采樣，基準(zhǔn)電壓為2.5V。因此12位的AD轉(zhuǎn)換芯片的分辨率為0.6mV。通過對(duì)分壓電阻、電容C以及放大電路選擇合理的參數(shù)，電阻R1、R2參數(shù)分別為500k/1W，電容C為105/400V，即容抗為3.18k，取樣R3電阻為190歐姆。由于隔離線性光耦為8倍放大關(guān)系，放大電路的放大倍數(shù)為40倍，所以保證了285V的交流信號(hào)經(jīng)過電路處理后在AD采樣處信號(hào)的有效峰峰值不大于2.5V，計(jì)算公式：285V*500/（500+500）*0.18/(3.18+0.18)*8*40=2.442V<2.5V，那么按照理想比例的情況下有效值為0.1V的交流信號(hào)在AD采樣處的信號(hào)有效值為0.877mV，計(jì)算公式：1000*0.1V*2.5V/285V=0.877mV，因此0V-285V的交流竄入直流系統(tǒng)，對(duì)于分辨率為0.6mV的AD采樣芯片來說是完全可以捕捉到的。

主處理器MCU單元選擇的是ST公司的STM32系列單片機(jī)中的STM32F407ZGT6作為CPU，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控交流竄入故障，對(duì)交流信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，并通過FFT算法對(duì)采樣到的數(shù)字信號(hào)序列進(jìn)行傅里葉變換。STM32F407ZGT6選擇的是72M的系統(tǒng)時(shí)鐘，單指令周期最小13.9nS；50Hz的交流信號(hào)每個(gè)周期采集40個(gè)數(shù)據(jù)，每個(gè)采樣數(shù)據(jù)間隔0.5mS，可以60mS內(nèi)記錄下竄入的交流信號(hào)波形，可以做到預(yù)警時(shí)間小于0.2S。

優(yōu)選地，顯示單元包括液晶顯示屏。

優(yōu)選地，所述告警輸出單元包括語音告警、指示燈告警；主處理器MCU單元實(shí)時(shí)監(jiān)控交流竄入故障，當(dāng)監(jiān)測(cè)到的交流幅值超過設(shè)定的閾值10V時(shí)，即主處理器MCU單元控制告警輸出單元發(fā)出聲光告警信息，即發(fā)出語音告警、指示燈告警，且主處理器MCU單通過電容控制單元的繼電器將電容輸出單元的電容器投入到直流系統(tǒng)母線與大地之間，電容輸出單元中的電容可以根據(jù)電容控制單元輸出的控制信號(hào)調(diào)整電容器的大小。

如圖2所示，50Hz交流電源竄入直流系統(tǒng)后，經(jīng)過電阻R1、R2分壓、電阻R3取樣再經(jīng)過電容C進(jìn)行交直流隔離、隔離線性光耦進(jìn)行光電隔離再輸入至放大電路和濾波電路，經(jīng)過放大電路和濾波電路處理后，由AD采樣單元進(jìn)行采樣并進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為一系列的數(shù)字序列提供給主處理器MCU單元通過FFT算法對(duì)采樣到的數(shù)字序列進(jìn)行傅里葉變換并輸入到液晶顯示屏顯示和輸入到存儲(chǔ)單元進(jìn)行存儲(chǔ)。

如圖1和3所示，如果竄入直流系統(tǒng)的交流信號(hào)幅值達(dá)到或者超過設(shè)定的閾值10V主處理器MCU單元?jiǎng)t進(jìn)行告警輸出，再根據(jù)測(cè)量到的交流電壓幅值的大小，進(jìn)行計(jì)算、分析、處理并通過電容控制單元控制將電容器接入到直流母線與大地之間。

如圖3所示，當(dāng)發(fā)生交流經(jīng)過電阻或者電容隔離竄入直流電源系統(tǒng)后，直流系統(tǒng)母線對(duì)地電壓中存在著交流成分，其幅值的大小V1與直流系統(tǒng)橋電阻R1、橋電阻R2的大小及竄入回路電阻R4有關(guān)系，而且幅值的大小就等于直流系統(tǒng)橋電阻R1、橋電阻R2與竄入回路電阻R4構(gòu)成分壓回路后在橋電阻R1上的分壓。因此通過改變橋電阻R1的大小就可以改變交流竄入直流電源系統(tǒng)的交流電壓幅值V1的大小，從而實(shí)現(xiàn)裝置在發(fā)生交流竄入直流電源系統(tǒng)故障后，自動(dòng)采取補(bǔ)救措施，降低交流竄入的電壓幅值，降低誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)防范因交流竄入故障而引發(fā)誤動(dòng)事故。具體如下：當(dāng)發(fā)生交流經(jīng)過電阻或者電容隔離竄入直流電源系統(tǒng)的正極后，根據(jù)圖2的檢測(cè)原理，測(cè)量到竄入到直流電源系統(tǒng)后，母線對(duì)地的交流電壓幅值為V1，其計(jì)算公式為：

V1=Vac*{R1/(2*R4+R1)}；

其中Vac為交流電源的電壓，電阻R1=R2，R4為竄入回路電阻；

裝置根據(jù)V1的大小關(guān)系，在負(fù)極與大地之間接入一個(gè)電容C1后，直流母線對(duì)地的交流電壓幅值為：

V2=Vac/{1+(R4/Rc)+(2*R4/(R1)}；

；

其中Rc為電容C1的容抗，f為交流信號(hào)的頻率，C1為電容C1的大小；

根據(jù)上面的公式可得：對(duì)于50Hz的交流信號(hào)竄入直流電源系統(tǒng)，電容C1增加，容抗Rc減小，母線對(duì)地的交流電壓V2減小；反之電容C1減小，Rc增大，母線對(duì)地交流電壓V2增大。因此通過改變接入直流母線與大地之間的電容C1的大小可以調(diào)節(jié)發(fā)生交流電源經(jīng)過電阻或者電容竄入直流電源系統(tǒng)故障的交流電壓幅值V2的大小，從而降低因發(fā)生交流竄入故障而引起誤動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到防范誤動(dòng)的目的。

本實(shí)用新型不局限于以上所述的具體實(shí)施方式，以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施案例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。