一种直流系统带电解环装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种直流系统带电解环装置，包括系统分析仪、支路探测仪及信号采集器，系统分析仪与支路探测仪之间内置了无线数传模块进行通信，系统分析仪与支路探测仪均设有测试模块和显示屏，系统分析仪具备调幅、调频、波形多种组合工作模式；系统分析仪与被测两段直流母线相连，向其中一段母线对地施加低频小信号源，比较两段母线电压变化波形，通过电压变化关系判断系统是否存在环网故障或绝缘故障，如存在环网故障或绝缘故障，则持续对地施加低频小信号源，以供支路探测仪实现环网故障点的定位；当两段支路存在环网故障时，使用支路探测仪和信号采集器对可能存在环网故障的支路进行逐一检测，根据控测仪显示波形和方向最终实现环网故障点的查找。
【专利说明】—种直流系统带电解环装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力检测设备领域，具体是一种直流系统带电解环装置。
【背景技术】
[0002]根据国家电网反措的要求，“220kV及以上变电站应安装双套直流系统，正常应开环运行”。但是由于变电站/所施工改造、设备大修、人员误操作等因素，有可能发生将两套直流系统错误合环的现象。由于合环前后的电压状态量没有变化，导致目前站内安装的直流监视装置不能对合环报警。但两套直流系统合环的危害是显而易见的，主要包括:1、接地故障检测灵敏度下降和保护误动作机会增加；2、引起两套直流系统同时接地故障告警:一段正极接地，另一段负极接地；3、造成该负荷“失压”，即没有工作电源，可能引起相关拒动；
4、缩短蓄电池寿命；5、引起直流系统火灾等，后果不堪没想。
[0003]目前的合环查找，都是通过其他异常间接反映出两套直流合环的信息。比如发生直流接地时，两套直流系统均报接地信号，在拉路查找直流接地的过程中才能发现直流系统有环路。查找过程通常是通过拉路查找，运行设备保护装置需要短时停用，危险性较大，且比较耗时。对维护人员的素质要求较高。
[0004]通过本装置YW-J1000智能型直流带电解环仪实现实时检测正极环网、负极环网、两极环网、异极环网、及200kQ以内各种环网故障，且实现环网正确报警率达100%，同时，可以在直流电源系统不停电的情况下，查找正极、负极、两极、异极、小于200kQ的各种环网故障并安全可靠地解除环网故障。彻底消除站内的环路隐患，大大缩短站内直流非正常运行的时间，大大提闻变电站抵御系统事故的能力。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种直流系统带电解环装置。
[0006]本实用新型的技术方案是这样实现的:
[0007]—种直流系统带电解环装置，其特征在于:包括系统分析仪、支路探测仪及与支路探测仪连接的信号采集器，其中，所述系统分析仪包括分析仪壳体、设置在分析仪壳体上的分析仪显示屏和分析仪控制功能键、设置在分析仪壳体内的分析仪直流电压采集分析模块、交流电压采集模块、分析仪显示模块、恒流输出模块、分析仪无线通信模块及分析仪告警模块；分析仪直流电压采集模块将被测系统的正对地电压、负对地电压及正负电压进行采集，经计算处理后由分析仪显示模块进行显示；分析仪交流电压采集模块将被测系统的对地交流电压进行采集，经计算处理后由分析仪显示模块进行显示；分析仪显示模块除显示正对地电压、负对地电压、系统电压、交流串电电压外，还显示系统平衡桥大小、系统绝缘阻抗大小信息；恒流输出模块(是基准电压)根据用户设定信号频率和幅值大小进行信号输出、分析仪无线通信模块将系统电压信息及信号同步信息通过无线方式传送给支路探测仪；分析仪告警模块根据分析结果给出声光报警信息；
[0008]所述支路探测仪包括信号采集器、探测仪壳体、设置在探测仪壳体上的探测仪显示屏和探测仪控制功能键、设置在探测仪壳体内的24位模数转换器、探测仪快速FFT变换模块、探测仪显示模块、探测仪无线通信模块及探测仪告警模块；所述信号采集器的一端伸进探测仪壳体中与探测仪固定连接，信号采集器将直流漏电流信号转化为电压信号，其直流检测分辨率可达0.0lmA ,24位模数转换器将信号采集器所输出的模拟电压信号转化为24位的数字信号，由控制器将其存储在数据存储模块中；所述探测仪快速FFT变换模块对24位模数转换器的连续256个采样数据进行快速FFT变换，并将变换后的幅频特性曲线由探测仪显示模块显示出来；按键输入模块提供了三个按键，分别为电源开关键、功能切换键及开始检测按键；所述探测仪显示模块可显示被测馈线的漏电流波形曲线图形、幅频特性曲线图、被测馈线绝缘阻抗大小、漏电流大小、故障点方向等信息；所述无线通信模块其工作频段为2.4G，功能为与系统分析仪无线通信模块进行通信，通信数据包括系统正负对地电压、同步信号及绝缘状态。
[0009]所述系统分析仪壳体内还设有CPU (内部集成12位DA)、基准电压电路、比较器、检测桥电路和电源、调频程序模块、调幅程序模块、正弦波程序模块、方波程序模块和模式切换程序模块，所述调频、调幅、波形和模式切换通过4个独立按键实现切换。
[0010]所述调频是在程序中定义一个变量来控制定时时间，检测到按键按下后[0011 ] 通过加一个值或减一个值来改变输出频率大小。
[0012]所述调幅是在程序中定义一个变量来控制信号幅值，检测到按键按下后
[0013]通过加一个值或减一个值来改变输出幅值大小，单片机自带DA 0-2.5V输出可选。
[0014]所述波形是在程序中定义正弦波和方波两条子程序，检测到按键按下后在两条子程序中切换。
[0015]自动模式为当单片机检测到第I段母线系统对地电压发生一定偏差后，
[0016]I/O 口置高电平，导通光耦，启动信号模式进行环网故障判断，当系统恢复正常后会自动I/O 口置低电平；主动模式则是单片机控制I/O 口置高电平，一直向系统施加检测信号。
[0017]所述系统分析仪与被测两段直流母线相连，向其中一段母线对地施加低频小信号源，比较两段母线电压变化波形，通过电压变化关系判断系统是否存在环网故障或绝缘故障，如果存在环网故障或绝缘故障，则持续对地施加低频小信号源，以供支路探测仪实现环网故障点的定位。
[0018]当两段支路存在环网故障时，使用支路探测仪和信号采集器对可能存在环网故障的支路进行逐一检测，根据控测仪显示波形和方向最终实现环网故障点的查找。
[0019]所述系统分析仪与支路探测仪之间内置了无线数传模块进行通信，系统分析仪与支路探测仪均设有测试模块和人机界面模块，显示完备信息便于处理直流系统中的各类环网及绝缘故障情况。
[0020]本实用新型的功能特点:
[0021](I).系统对地电压测量功能，仪器可测量系统正对地电压，负对地电压，系统电压，可实现O — 300V的电压监测范围；
[0022](2).系统绝缘阻抗测量功能，仪器可测量系统正对地绝缘阻抗，负对地绝缘阻抗，平衡桥大小检测，测量范围O —999kΩ ；
[0023](3).交流串电检测功能，仪器可判断直流系统中的交流串电故障，并可测量直流系统中串入的交流电电压值，交流电压测量范围为O — 280V ；
[0024](4).环网检测及定位功能，仪器可以检测两段母线中存在的各种环网故障，包括正极环、负极环、两极环及异极环等，并可通过波形显示及方向显示来实现环网故障点的定位；
[0025](5).装置具有调幅、调频、信号波形选择功能按键，可实现高阻环网故障的查找定位。
[0026](6).支路绝缘阻抗测量及绝缘故障定位功能，仪器测量每条支路对地绝缘阻抗大小，并可通过波形显示及方向显示实现绝缘故障点的定位；
[0027](7).信号频谱分析功能，装置通过快速FFT变换实现电流信号的频谱分析功能，有效提取被测信号频点的信号幅值，提高检测精度；
[0028](8).电流表功能，装置可做高精度电流表使用，电流测量分辨率可达0.0lmA;
[0029](9).波形曲线显示及方向显示功能，在使用探测仪对被测支路进行检测时，显示屏会以波形曲线形式显示被测支路电流变化情况，方便使用者快速准确的实现故障点的查找，有环网故障时显示故障点方向。
[0030]本实用新型设备特点:
[0031](I)、高可靠性的设计，装置采用进口 32位微控制器做主系统，硬件设计严格遵照电力及电磁兼容相关标准进行，内部采用多处冗余方式保证装置与被测设备的可靠性；
[0032](2)、精密选材，装置采用高精度直流钳表做为信号采集单元，电压采样采用高精度的进口模数转换芯片，电压与阻抗的测量准确；
[0033](3)、人性化的人机交互界面，系统分析仪与支路探测仪均采用TFT液晶显示屏供用户查看信息；操作简单快捷，在实现对不同支路的检测时，只需要按一次启动键即可完成；测试结果显示直观明了，测试结果可通过多种显示形式呈现给用户，包括接地与否，波形曲线，绝缘等级，绝缘阻抗，漏电流大小，方向信息等；
[0034](4)、智能化的检测识别系统:
[0035]系统分析仪可以自动识别系统电压等级，可判断环网故障类别；
[0036]支路探测仪与系统分析仪信息同步一次之后，不受检测距离的影响；
[0037]支路探测仪在进行检测时，钳表即可钳单根电源线，也可钳多根电源线，提高检测效率；
[0038]支路探测仪检测完成之后，如被测支路有环网或绝缘故障，会判断出故障点相对测试点的方向信息；
[0039](5)、完备的测试功能与处理故障能力，
[0040]系统分析仪与支路探测仪之间内置了无线数传模块进行通信，测试功能与显示信息完备，可以处理直流系统中的各类环网及绝缘故障情况；
[0041]系统分析仪具备调幅、调频、波形多种组合工作模式选择功能，可适应各种复杂的应用环境。
[0042](6)、高安全性，装置采用微安级的检测信号配合高分辨率的直流检测钳表实现故障检测及定位，对直流系统无任何影响。
[0043]下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
[0044]
【专利附图】
【附图说明】
[0045]图1为本实用新型装置检测原理示意图；
[0046]图2为本实用新型基准电压电路原理示意图；
[0047]图3为本实用新型直流电源分析仪结构框图；
[0048]图4为本实用新型馈线绝缘探测仪；
[0049]图5为本实用新型比较器电路原理示意图；
[0050]图6为本实用新型检测桥电路原理示意图；
[0051]图7为本实用新型调频子程序原理示意图；
[0052]图8为本实用新型调幅子程序原理示意图；
[0053]图9为本实用新型波形切换子程序原理示意图；
[0054]图10为本实用新型模式切换子程序原理示意图。
【具体实施方式】
[0055]如图1-6所示，本实用新型为一种直流系统带电解环装置，包括系统分析仪、支路探测仪及与支路探测仪连接的信号采集器，所述系统分析仪包括分析仪壳体、设置在分析仪壳体上的分析仪显示屏和分析仪控制功能键、设置在分析仪壳体内的分析仪直流电压采集分析模块、交流电压采集模块、分析仪显示模块、恒流输出模块、分析仪无线通信模块及分析仪告警模块；分析仪直流电压采集模块将被测系统的正对地电压、负对地电压及正负电压进行采集，经计算处理后由分析仪显示模块进行显示；分析仪交流电压采集模块将被测系统的对地交流电压进行采集，经计算处理后由分析仪显示模块进行显示；分析仪显示模块除显示正对地电压、负对地电压、系统电压、交流串电电压外，还显示系统平衡桥大小、系统绝缘阻抗大小信息；恒流输出模块根据用户设定信号频率和幅值大小进行信号输出、分析仪无线通信模块将系统电压信息及信号同步信息通过无线方式传送给支路探测仪；分析仪告警模块根据分析结果给出声光报警信息；
[0056]所述支路探测仪包括信号采集器、探测仪壳体、设置在探测仪壳体上的探测仪显示屏和探测仪控制功能键、设置在探测仪壳体内的24位模数转换器、探测仪快速FFT变换模块、探测仪显示模块、探测仪无线通信模块及探测仪告警模块；所述信号采集器的一端伸进探测仪壳体中与探测仪固定连接，信号采集器将直流漏电流信号转化为电压信号，其直流检测分辨率可达0.0lmA，24位模数转换器将信号采集器所输出的模拟电压信号转化为24位的数字信号，由控制器将其存储在数据存储模块中；所述探测仪快速FFT变换模块对24位模数转换器的连续256个采样数据进行快速FFT变换，并将变换后的幅频特性曲线由探测仪显示模块显示出来；按键输入模块提供了三个按键，分别为电源开关键、功能切换键及开始检测按键；所述探测仪显示模块可显示被测馈线的漏电流波形曲线图形、幅频特性曲线图、被测馈线绝缘阻抗大小、漏电流大小、故障点方向等信息；所述无线通信模块其工作频段为2.4G,功能为与系统分析仪无线通信模块进行通信，通信数据包括系统正负对地电压、同步信号及绝缘状态。
[0057]所述系统分析仪壳体内还设有CPU (内部集成12位DA)、基准电压电路、比较器、检测桥电路和电源、调频程序模块、调幅程序模块、正弦波程序模块、方波程序模块和模式切换程序模块，所述调频、调幅、波形和模式切换通过4个独立按键实现切换。
[0058]所述调频是在程序中定义一个变量来控制定时时间，检测到按键按下后
[0059]通过加一个值或减一个值来改变输出频率大小；通过该按键可以实现电流信号频率的调节，信号频率可在0.125Hz, 0.25Hz，0.5Hz，IHz之间进行循环设定，开机默认为
0.25Hz。如图7所示为本实用新型调频子程序原理示意图。
[0060]所述调幅是在程序中定义一个变量来控制信号幅值，检测到按键按下后
[0061]通过加一个值或减一个值来改变输出幅值大小，单片机自带DA 0-2.5V输出可选；通过该按键可以实现电流信号幅值大小的调节，电流信号幅值可在OmA, 0.25mA, 0.5mA, 1mA, 2mA之间进行循环设定，开机默认为0.25mA。如图8所示为本实用新型调幅子程序原理示意图。
[0062]所述波形是在程序中定义正弦波和方波两条子程序，检测到按键按下后在两条子程序中切换；通过该按键可以实现电流信号波形的选择，信号波形可选择为方波或正弦波，当设定为方波时分析仪状态栏波形显示为“Z”，当设定为正弦波时分析仪状态栏显示为“S”。如图9所示为本实用新型波形切换子程序原理示意图。
[0063]模式:通过该按键可以实现系统分析仪工作模式的选择，系统分析仪工作模式可选择为自动模式或强制模式，当设定为自动模式时系统分析仪状态栏模式显示为“A”，当设定为强制模式时系统分析仪状态栏模式显示为“F”。如图10所示为本实用新型模式切换子程序原理示意图。
[0064]关于强制模式与自动模式的说明:当系统分析仪式工作在自动模式时，只有检测到第I段母线系统对地电压发生一定偏差之后才启动信号模式进行环网故障判断，当系统恢复正常后会自动停止施加信号；当系统分析仪工作在强制模式时，系统分析仪会主动施加信号进行环网故障检测，检测完成之后无论是否存在环网故障将会向系统对地施加一低频信号。
[0065]自动模式为当单片机检测到第I段母线系统对地电压发生一定偏差后，
[0066]I/O 口置高电平，导通光耦，启动信号模式进行环网故障判断，当系统恢复正常后会自动I/O 口置低电平；主动模式则是单片机控制I/O 口置高电平，一直向系统施加检测信号。
[0067]所述系统分析仪与被测两段直流母线相连，向其中一段母线对地施加低频小信号源，比较两段母线电压变化波形，通过电压变化关系判断系统是否存在环网故障或绝缘故障，如果存在环网故障或绝缘故障，则持续对地施加低频小信号源，以供支路探测仪实现环网故障点的定位。
[0068]当两段支路存在环网故障时，使用支路探测仪和信号采集器对可能存在环网故障的支路进行逐一检测，根据控测仪显示波形和方向最终实现环网故障点的查找。
[0069]所述系统分析仪与支路探测仪之间内置了无线数传模块进行通信，系统分析仪与支路探测仪均设有测试模块和人机界面模块，显示完备信息便于处理直流系统中的各类环网及绝缘故障情况。
[0070]本实用新型探测仪操作:
[0071 ] 支路探测仪面板共设有三个按键，分别为“电源” “功能” “测试”，支路探测仪所有的检测功能均可通过这三个按键来实现。
[0072]电源:电源开关按键；
[0073]功能:按功能键选择所需要的测试功能项；
[0074]测试:选择需要的功能后按此键开始测试。
[0075]本实用新型系统分析仪显示:
[0076]开机后系统分析仪进入主界面显示，系统分析仪有一个显示画面。系统分析仪主界面上显示了系统当前电压、系统正负对地电压、系统平衡桥大小及对地绝缘电阻大小及是否存在环网故障。
[0077]如果系统分析仪检测到系统存在环网故障，则“正极环”或“负极环”故障指示灯闪烁。
[0078]系统分析仪检测到系统存在环网故障时，不进行系统平衡电桥与对地绝缘电阻的计算,均显示为999.9k Ω。
[0079]开机后如果系统正负对地电压偏差小于10V，系统分析仪不会主动进行环网故障的检测，可以按“模式”键将模式设置为“F”(强制模式)进行检测。
[0080]主界面状态栏显示了当前系统的工作状态:
[0081]电流:该值大小表示系统分析仪工作在当前电流信号大小模式下，可通过“调幅”键进行设定；
[0082]频率:该值大小表示系统分析仪工作在当前信号频率模式下，可通过“调频”键进行设定；
[0083]波形:显示系统分析仪当前波形类型，可通过“波形”键进行设定；
[0084]模式:显示系统分析仪当前工作模式，可通过“模式”键进行设定；
[0085]本实用新型支路探测仪界面操作与显示:
[0086]将充好电的5号充电电池装入探测仪电池仓，并将信号采集器与探测仪相连后，开启探测仪“电源”开关，即进入探测仪功能选择界面。
[0087]在该界面下，用户可以通过“功能”键在“环网故障定位”、“信号频谱分析”、“直流电流测量”三个功能之间切换。当“?”符号位于该功能项前时表示该功能项处于激活状态。
[0088]状态栏分别显示了当前时间，系统分析仪所发信号的电压幅值，信号频率，通信状态，电池电量等信息。
[0089]选定好功能项，将探测仪信号采集器钳入被测支路，按下“测试”键即可按选定的功能对被测支路进行检测。故障定位画面显示了被测回路的电流波形图、绝缘阻抗大小、故障点方向等信息。
[0090]对于存在故障支路的检测，可以看出支路探测仪检测到了与系统分析仪所发同频率信号的电流信息，并以波形的形式显示出来，检测完成之后并指出故障点的方向。故障点方向显示为“同向”或“反向”，该方向是相对于检测点的信号采集器而言。
[0091]信号频谱分析由两幅画面组成，即信号频谱原始电流波形图和经FFT变换后的频谱图。该功能先将原始电流信号以波形显示出来，然后进行快速FFT变换，再将该信号的频谱图显示出来，并计算出最大信号幅值的频点及电流信号幅值。在该界面下按“测试”键可对当前测试电流进行清零操作。
[0092]上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种直流系统带电解环装置，其特征在于:包括系统分析仪、支路探测仪及与支路探测仪连接的信号采集器，其中， 所述系统分析仪包括分析仪壳体、设置在分析仪壳体上的分析仪显示屏和分析仪控制功能键、设置在分析仪壳体内的分析仪直流电压采集分析模块、交流电压采集模块、分析仪显示模块、恒流输出模块、分析仪无线通信模块及分析仪告警模块；分析仪直流电压采集模块采集测系统的正对地电压、负对地电压及正负电压再由分析仪显示模块进行显示；分析仪交流电压采集模块采集被测系统的对地交流电压再由分析仪显示模块进行显示；分析仪显示模块除显示正对地电压、负对地电压、系统电压、交流串电电压外，还显示系统平衡桥大小、系统绝缘阻抗大小信息；分析仪无线通信模块将系统电压信息及信号同步信息通过无线方式传送给支路探测仪；分析仪告警模块根据分析结果给出声光报警信息； 所述支路探测仪包括信号采集器、探测仪壳体、设置在探测仪壳体上的探测仪显示屏和探测仪控制功能键、设置在探测仪壳体内的24位模数转换器、探测仪快速FFT变换模块、探测仪显示模块、探测仪无线通信模块及探测仪告警模块；所述信号采集器的一端伸进探测仪壳体中与探测仪固定连接，信号采集器将直流漏电流信号转化为电压信号，其直流检测分辨率可达0.0lmA，24位模数转换器将信号采集器所输出的模拟电压信号转化为24位的数字信号，由控制器将其存储在数据存储模块中；按键输入模块提供了三个按键，分别为电源开关键、功能切换键及开始检测按键； 所述系统分析仪壳体内还设有CPU、基准电压电路、比较器、检测桥电路和电源； 所述系统分析仪与支路探测仪均采用TFT液晶显示屏，人机界面模块自带处理器，与功能控制模块之间通过RS232进行通信；测试结果可通过多种显示形式呈现给用户，包括接地与否，波形曲线，绝缘等级，绝缘阻抗，漏电流大小，方向信息。
【文档编号】G01R31/00GK203929904SQ201320722888
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2013年11月15日 优先权日:2013年11月15日
【发明者】赵应龙, 王伟, 曾建斌 申请人:广州优维电子科技有限公司