一种直流系统绝缘接地故障在线监测定位装置及方法与流程

本发明涉及电力设备技术领域，具体涉及一种直流系统绝缘接地故障在线监测定位装置及方法。

背景技术：

电力系统中的继电保护、自动装置、信号装置、事故照明和电气设备的运行一般都依赖于直流电源供电。直流电源的输出质量及可靠性直接关系到各个电力设备的安全和可靠生产。直流电源最常见的故障是母线接地故障，当直流系统发生一点接地故障时，通常不会立即产生危害性后果。但是若发生两点或多点同时接地，则可能造成信号装置、控制回路和继电保护装置的误动作，导致断路器跳闸或者直接造成直流操作电源短路，引发严重的电力系统故障。因此，需要定期对直流系统的母线接地情况进行检查。但目前的直流系统绝缘监测功能单一，不能同时进行在线监测和接地位置的查找。

如中国专利cn106646079a，公开日2017年5月10日，一种配电自动化终端直流接地在线监测系统，包括处理器、直流接地监测仪、正极接地告警信号输出模块、负极接地告警信号输出模块和电源模块，所述处理器分别与直流接地监测仪、正极接地告警信号输出模块、负极接地告警信号输出模块和电源模块相连接；其配电自动化终端直流接地在线监测系统通过电压采集单元实时采集直流系统正负母线对地电压并传送给处理器，通过控制检测桥上继电器的导通或断开，且利用直流系统正负母线对地电压的变化可以计算出系统正负母线对地绝缘电阻，将系统绝缘电阻与告警阈值进行比较，输出告警信号用于告警，有效避免因绝缘下降而导致设备误动问题，以确保配电网设备的运行安全可靠性。但其不能解决接地支路查找不方便的技术问题，在进行接地支路查到时，仍需要拆除在线监测设备，效率低下。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：目前直流系统绝缘监测装置功能单一的技术问题。提出了一种兼具接地支路定位查找的直流系统绝缘接地故障在线监测定位装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种直流系统绝缘接地故障在线监测定位装置，包括壳体、母线绝缘在线检测模块、定位信号发生模块、定位信号检测模块、接地支路检测模块、控制器、接地定位按钮和告警指示模块，母线绝缘在线检测模块、定位信号发生模块、定位信号检测模块、接地支路检测模块以及控制器均安装在壳体内，告警指示模块安装在壳体上，母线绝缘在线检测模块与正母线+km以及负母线-km连接，检测正母线+km以及负母线-km的绝缘性，定位信号发生模块与正母线+km以及负母线-km连接，定位信号发生模块产生低频交流信号，定位信号检测模块与定位信号发生模块连接，定位信号检测模块检测定位信号发生模块与正母线+km以及负母线-km连接点处的电压信号，接地支路检测模块检测每条支路的交流电压信号，母线绝缘在线检测模块、定位信号发生模块、定位信号检测模块、接地支路检测模块、接地定位按钮以及告警指示模块均与控制器连接。

作为优选，所述定位信号发生模块包括光耦开关、振荡器、放大器、电子开关k1、电子开关k2、电容c1和电容c2，所述振荡器经光耦开关与电源连接，所述光耦开关与控制器连接，所述振荡器与放大器输入端连接，放大器输出端与电子开关k1以及电子开关k2连接，电子开关k1经电容c1与正母线+km连接，电子开关k2经电容c2与负母线-km连接。

作为优选，所述定位信号检测模块包括电压测量单元和相位检测单元，所述电压测量单元以及相位检测单元均与定位信号发生模块连接，检测定位信号发生模块输入到正母线+km以及负母线-km低频交流信号，电压测量单元以及相位检测单元均与控制器连接。

作为优选，所述母线绝缘在线检测模块包括可调电阻r1、可调电阻r2、正母线滤波电路、正母线电压变送器、负母线滤波电路和负母线电压变送器，可调电阻r1第一端与正母线+km连接，可调电阻r第二端与可调电阻r2第一端以及接地线dd连接，可调电阻r2第二端与负母线-km连接，所述正母线滤波电路与可调电阻r1第一端连接，正母线滤波电路输出端与正母线电压变送器连接，所述负母线滤波电路与可调电阻r2第一端连接，负母线滤波电路输出端与负母线电压变送器连接，正母线电压变送器以及负母线电压变送器均与控制器连接。当正母线+km或负母线-km单独发生接地故障，或者二者均发生接地故障，但接地程度不同时，采用电桥平衡法能够方便的检测出该接地故障。电桥平衡法中，采用的一对等值电阻的阻值与接地电阻越接近，则同样接地程度下，检测出的不平衡电流越大，即提高了检测灵敏度，因而采用可调电阻r1和可调电阻r2进行母线绝缘在线监测时，能够实现自动调节多个阻值下的电桥不平衡电流测量，提高母线绝缘监测的准确性。

作为优选，所述可调电阻r1包括粗调电阻r21和微调电阻r31，粗调电阻r21和微调电阻r31串联，所述可调电阻r2包括粗调电阻r22和微调电阻r32，粗调电阻r22和微调电阻r32串联。

作为优选，还包括可调电阻检验电路，所述可调电阻检验并指示电路检测可调电阻r1和可调电阻r2的阻值是否相等。

作为优选，所述可调电阻检验电路包括电子开关k3、电子开关k4、电子开关k5、电子开关k6、欧姆表ω1和欧姆表ω2，粗调电阻r21第一端与电子开关k3以及电子开关k4第一端连接，粗调电阻r21第二端与微调电阻r31第一端连接，微调电阻r31第二端与粗调电阻r22第一端连接，微调电阻r31第二端以及粗调电阻r22第一端均与接地线dd连接，粗调电阻r22第二端与微调电阻r32第一端连接，电子开关k3第二端与正母线+km连接，电子开关k4第二端与欧姆表ω1第一端连接，欧姆表ω1第二端与欧姆表ω2第一端连接，欧姆表ω2第二端与电子开关k6第一端连接，电子开关k6第二端以及电子开关k5第一端均与微调电阻r32第二端连接，电子开关k5第二端与负母线-km连接。

作为优选，还包括阻值自动调节装置，所述粗调电阻r21、粗调电阻r22、微调电阻r31以及微调电阻r32均为旋钮式可调电阻，粗调电阻r21以及粗调电阻r22相对并排固定安装在壳体内，微调电阻r31以及微调电阻r32相对并排固定安装在壳体内，所述阻值自动调节装置包括粗驱动板、粗驱动弹簧、第一压紧弹簧、第一压紧块、细驱动板、细驱动弹簧、第二压紧弹簧、第二压紧块、电阻开关k8、电阻开关k9、电阻开关k10和电子开关k11，所述粗驱动板以及细驱动板均活动卡接在壳体上，所述微调电阻r31以及微调电阻r32的旋钮分别与细驱动板相对的两侧面抵接，所述粗调电阻r21以及粗调电阻r22的旋钮分别与粗驱动板相对的两侧面抵接，粗驱动板以及细驱动板的侧面均具有橡胶防滑镶嵌层，所述第一压紧块以及第二压紧块均与壳体活动卡接，所述第一压紧块行程与粗驱动板行程方向垂直，所述第二压紧块行程与细驱动板行程方向垂直，所述粗驱动板一端与粗驱动弹簧第一端连接，粗驱动弹簧第二端与壳体固定连接，所述细驱动板一端与细驱动弹簧第一端连接，细驱动弹簧第二端与壳体固定连接，所述粗驱动弹簧第一端与电源正极连接，粗驱动弹簧第二端经电子开关k8与电源负极连接，所述第一压紧块一端与第一压紧弹簧第一端连接，第一压紧弹簧第二端与壳体固定连接，所述第一压紧弹簧第一端与电源负极连接，第一压紧弹簧第二端经电子开关k9与电源正极连接，所述细驱动弹簧第一端与电源正极连接，细驱动弹簧第二端经电子开关k11与电源负极连接，所述第二压紧块一端与第二压紧弹簧第一端连接，第二压紧弹簧第二端与壳体固定连接，所述第二压紧弹簧第一端与电源负极连接，第二压紧弹簧第二端经电子开关k10与电源正极连接。微调电阻r31以及微调电阻r32并排安装，当驱动板移动时，微调电阻r31以及微调电阻r32的阻值一个增加、另一个则减小，若微调电阻r31所在桥臂电阻大于微调电阻r32所在桥臂，则在减小微调电阻r31阻值的同时，驱动板会驱动微调电阻r32增大，从而快速方便的将两个电桥臂阻值调整一致。驱动弹簧通电收缩，通过控制电子开关的占空比，即采用pmw方式，既可以控制弹簧的收缩量，弹簧本身相当于电感，即具有等效电阻，为避免电流过大，串联限流电阻是已知技术。

作为优选，所述告警指示模块包括显示器、告警指示灯和告警输出接口，所述显示器、告警指示灯和告警输出接口均安装在壳体上，所述显示器、告警指示灯和告警输出接口均与控制器连接。

作为优选，所述接地支路检测模块包括滤波放大电路、ad变换电路和电流互感器，所述电流互感器与支路线耦合，检测支路电流，所述电流互感器经滤波放大电路与ad变换器连接，ad变换器与控制器连接。

作为优选，所述电流互感器为钳形电流互感器。

一种直流系统绝缘接地故障在线监测定位方法，适用于如前述的一种直流系统绝缘接地故障在线监测定位装置，包括以下步骤：a）控制器控制电子开关k3、k5断开，电子开关k4、k6闭合，控制器通过读取欧姆表ω1和欧姆表ω2的读数是否相同，若不同则判断差值是否超过第一阈值，若超过第一阈值则调整较小读数的欧姆表对应的粗调电阻，直到欧姆表ω1和欧姆表ω2读数的差值小于第一阈值，而后调整较小读数的欧姆表对应的细调电阻，直到欧姆表ω1和欧姆表ω2读数的差值小于第二阈值；b）控制器控制电子开关k3、k5闭合，电子开关k4、k6断开，通过正母线电压变送器和负母线电压变送器获得正母线+km以及负母线-km的对地电压，若二者对地电压差值超过设定阈值则进入步骤c），反之，则在t时间后返回步骤a）重新执行；c）控制器控制告警指示模块发出告警指示；d）巡检人员巡检时发现告警指示，按下接地定位按钮，控制器控制电子开关k3、k5断开，控制器控制定位信号发生模块发出低频交流电压信号，定位信号检测模块检测定位信号发生模块发出的低频交流电压信号的幅值和频率；e）接地支路检测模块检测每个支路的低频交流电压信号的幅值和频率，根据每个支路检测到的低频交流电压信号的幅值和频率判断接地点的位置。

本发明的实质性效果是：通过母线绝缘在线检测模块在线监测母线是否存在接地故障，在出现接地故障时能够及时发出告警，通过接地定位按钮实现一键切换工作模式，由母线绝缘在线检测模块切换为定位信号发生模块、定位信号检测模块以及接地支路检测模块，快速进行接地故障位置的查找，故障排除后，一键切换回绝缘在线监测模块的工作，提高了接地故障查找的效率，提高了直流系统的稳定性和安全性。

附图说明

图1为实施例一绝缘接地故障在线监测定位装置结构示意图。

图2为实施例一定位信号发生模块结构示意图。

图3为实施例一定位信号检测模块结构示意图。

图4为实施例一母线绝缘在线检测模块结构示意图。

图5为实施例一接地支路检测模块结构示意图。

图6为实施例二母线绝缘在线检测模块结构示意图。

图7为实施例一绝缘接地故障在线监测定位方法流程框图。

其中：100、母线绝缘在线检测模块，101、正母线电压变送器，102、负母线电压变送器，105、粗驱动弹簧，106、第一压紧块，107、第一压紧弹簧，108、粗驱动板，109、细驱动板，110、第二压紧弹簧，111、第二压紧块，112、细驱动弹簧，200、定位信号发生模块，201、光耦开关，202、振荡器，203、放大器，300、定位信号检测模块，301、电压测量单元，302、相位检测单元，400、控制器，500、接地定位按钮，600、接地支路检测模块，601、滤波放大电路，602、ad变换器，603、电流互感器，700、告警指示模块，800、上位机通讯接口。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。

实施例一：

一种直流系统绝缘接地故障在线监测定位装置，如图1所示，本实施例包括壳体、母线绝缘在线检测模块100、定位信号发生模块200、定位信号检测模块300、接地支路检测模块600、控制器400、接地定位按钮500、告警指示模块700和上位机通讯接口800，母线绝缘在线检测模块100、定位信号发生模块200、定位信号检测模块300、接地支路检测模块600以及控制器400均安装在壳体内，告警指示模块700以及上位机通讯接口800均安装在壳体上，母线绝缘在线检测模块100与正母线+km以及负母线-km连接，检测正母线+km以及负母线-km的绝缘性，定位信号发生模块200与正母线+km以及负母线-km连接，定位信号发生模块200产生低频交流信号，定位信号检测模块300与定位信号发生模块200连接，定位信号检测模块300检测定位信号发生模块200与正母线+km以及负母线-km连接点处的电压信号，接地支路检测模块600检测每条支路的交流电压信号，母线绝缘在线检测模块100、定位信号发生模块200、定位信号检测模块300、接地支路检测模块600、接地定位按钮500、告警指示模块700以及上位机通讯接口800均与控制器400连接。

如图2所示，定位信号发生模块200包括光耦开关201、振荡器202、放大器203、电子开关k1、电子开关k2、电容c1和电容c2，振荡器202经光耦开关201与电源连接，光耦开关201与控制器400连接，振荡器202与放大器203输入端连接，放大器203输出端与电子开关k1以及电子开关k2连接，电子开关k1经电容c1与正母线+km连接，电子开关k2经电容c2与负母线-km连接。如图3所示，定位信号检测模块300包括电压测量单元301和相位检测单元302，电压测量单元301以及相位检测单元302均与定位信号发生模块200连接，检测定位信号发生模块200输入到正母线+km以及负母线-km低频交流信号，电压测量单元301以及相位检测单元302均与控制器400连接。

如图4所示，母线绝缘在线检测模块100包括可调电阻r1、可调电阻r2、正母线滤波电路、正母线电压变送器101、负母线滤波电路和负母线电压变送器102，可调电阻r1第一端与正母线+km连接，可调电阻r第二端与可调电阻r2第一端以及接地线dd连接，可调电阻r2第二端与负母线-km连接，正母线滤波电路与可调电阻r1第一端连接，正母线滤波电路输出端与正母线电压变送器101连接，负母线滤波电路与可调电阻r2第一端连接，负母线滤波电路输出端与负母线电压变送器102连接，正母线电压变送器101以及负母线电压变送器102均与控制器400连接。当正母线+km或负母线-km单独发生接地故障，或者二者均发生接地故障，但接地程度不同时，采用电桥平衡法能够方便的检测出该接地故障。电桥平衡法中，采用的一对等值电阻的阻值与接地电阻越接近，则同样接地程度下，检测出的不平衡电流越大，即提高了检测灵敏度，因而采用可调电阻r1和可调电阻r2进行母线绝缘在线监测时，能够实现自动调节多个阻值下的电桥不平衡电流测量，提高母线绝缘监测的准确性。可调电阻r1包括粗调电阻r21和微调电阻r31，粗调电阻r21和微调电阻r31串联，可调电阻r2包括粗调电阻r22和微调电阻r32，粗调电阻r22和微调电阻r32串联。可调电阻检验并指示电路检测可调电阻r1和可调电阻r2的阻值是否相等。

可调电阻检验电路包括电子开关k3、电子开关k4、电子开关k5、电子开关k6、欧姆表ω1和欧姆表ω2，粗调电阻r21第一端与电子开关k3以及电子开关k4第一端连接，粗调电阻r21第二端与微调电阻r31第一端连接，微调电阻r31第二端与粗调电阻r22第一端连接，微调电阻r31第二端以及粗调电阻r22第一端均与接地线dd连接，粗调电阻r22第二端与微调电阻r32第一端连接，电子开关k3第二端与正母线+km连接，电子开关k4第二端与欧姆表ω1第一端连接，欧姆表ω1第二端与欧姆表ω2第一端连接，欧姆表ω2第二端与电子开关k6第一端连接，电子开关k6第二端以及电子开关k5第一端均与微调电阻r32第二端连接，电子开关k5第二端与负母线-km连接。告警指示模块700包括显示器、告警指示灯和告警输出接口，显示器、告警指示灯和告警输出接口均安装在壳体上，显示器、告警指示灯和告警输出接口均与控制器400连接。如图5所示，接地支路检测模块600包括滤波放大电路601、ad变换电路和电流互感器603，电流互感器603与支路线耦合，检测支路电流，电流互感器603经滤波放大电路601与ad变换器602连接，ad变换器602与控制器400连接。电流互感器603为钳形电流互感器603。

一种直流系统绝缘接地故障在线监测定位方法，如图7所示，包括以下步骤：a）控制器400控制电子开关k3、k5断开，电子开关k4、k6闭合，控制器400通过读取欧姆表ω1和欧姆表ω2的读数是否相同，若不同则判断差值是否超过第一阈值，若超过第一阈值则调整较小读数的欧姆表对应的粗调电阻，直到欧姆表ω1和欧姆表ω2读数的差值小于第一阈值，而后调整较小读数的欧姆表对应的细调电阻，直到欧姆表ω1和欧姆表ω2读数的差值小于第二阈值；b）控制器400控制电子开关k3、k5闭合，电子开关k4、k6断开，通过正母线电压变送器101和负母线电压变送器102获得正母线+km以及负母线-km的对地电压，若二者对地电压差值超过设定阈值则进入步骤c），反之，则在t时间后返回步骤a）重新执行；c）控制器400控制告警指示模块700发出告警指示；d）巡检人员巡检时发现告警指示，按下接地定位按钮500，控制器400控制电子开关k3、k5断开，控制器400控制定位信号发生模块200发出低频交流电压信号，定位信号检测模块300检测定位信号发生模块200发出的低频交流电压信号的幅值和频率；e）接地支路检测模块600检测每个支路的低频交流电压信号的幅值和频率，根据每个支路检测到的低频交流电压信号的幅值和频率判断接地点的位置。

实施例二：

本实施例在实施例一的基础上做了进一步的改进，如图6所示，本实施例还包括阻值自动调节装置，粗调电阻r21、粗调电阻r22、微调电阻r31以及微调电阻r32均为旋钮式可调电阻，粗调电阻r21以及粗调电阻r22相对并排固定安装在壳体内，微调电阻r31以及微调电阻r32相对并排固定安装在壳体内，阻值自动调节装置包括粗驱动板108、粗驱动弹簧105、第一压紧弹簧107、第一压紧块106、细驱动板109、细驱动弹簧112、第二压紧弹簧110、第二压紧块111、电阻开关k8、电阻开关k9、电阻开关k10和电子开关k11，粗驱动板108以及细驱动板109均活动卡接在壳体上，微调电阻r31以及微调电阻r32的旋钮分别与细驱动板109相对的两侧面抵接，粗调电阻r21以及粗调电阻r22的旋钮分别与粗驱动板108相对的两侧面抵接，粗驱动板108以及细驱动板109的侧面均具有橡胶防滑镶嵌层，第一压紧块106以及第二压紧块111均与壳体活动卡接，第一压紧块106行程与粗驱动板108行程方向垂直，第二压紧块111行程与细驱动板109行程方向垂直，粗驱动板108一端与粗驱动弹簧105第一端连接，粗驱动弹簧105第二端与壳体固定连接，细驱动板109一端与细驱动弹簧112第一端连接，细驱动弹簧112第二端与壳体固定连接，粗驱动弹簧105第一端与电源正极连接，粗驱动弹簧105第二端经电子开关k8与电源负极连接，第一压紧块106一端与第一压紧弹簧107第一端连接，第一压紧弹簧107第二端与壳体固定连接，第一压紧弹簧107第一端与电源负极连接，第一压紧弹簧107第二端经电子开关k9与电源正极连接，细驱动弹簧112第一端与电源正极连接，细驱动弹簧112第二端经电子开关k11与电源负极连接，第二压紧块111一端与第二压紧弹簧110第一端连接，第二压紧弹簧110第二端与壳体固定连接，第二压紧弹簧110第一端与电源负极连接，第二压紧弹簧110第二端经电子开关k10与电源正极连接。微调电阻r31以及微调电阻r32并排安装，当驱动板移动时，微调电阻r31以及微调电阻r32的阻值一个增加、另一个则减小，若微调电阻r31所在桥臂电阻大于微调电阻r32所在桥臂，则在减小微调电阻r31阻值的同时，驱动板会驱动微调电阻r32增大，从而快速方便的将两个电桥臂阻值调整一致。驱动弹簧通电收缩，通过控制电子开关的占空比，即采用pmw方式，既可以控制弹簧的收缩量，弹簧本身相当于电感，即具有等效电阻，为避免电流过大，串联限流电阻是已知技术。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。