一种主从式直流系统接地故障检测方法、系统及装置与流程

本发明专利涉及一种主从式直流系统接地故障检测装置，尤其对直流电源系统间歇性接地故障排查的作用，属于输变电设备测试。

背景技术：

1、电力行业中的变电站用直流电源是种独立于交流电源之外的电源系统，具有不间断供电，不接地的工作特性。主要是对变电站内的事故照明、应急电源、保护设备、通信设备的供电。其分布广、回路多、接线种类多、行业内人们常称为“心液”。直流电源系统供电回路复杂，分布导线多，输变电设备对供电可靠性有着极高要求，因此变电站通常都配备了拥有独立回路的双电源系统，以确保供电的连续性和稳定性。传统的接地故障查找都是利用正负极同时钳一个电流钳内测试正负电极电流差值，由于其电流方向相反，电流值相同，无故障时不产生差值。同一变电站内的双电源常常出现混接，接线变的更加复杂，正负极不在同一端子排上、电流钳无法同时把正负极钳在一起，无法利用一把钳子测试出漏电流，使得传统的直流绝缘监测带来了较大的难题。

2、上述问题需要实现单芯检测的设备来进行检测，检测过程中必须解决负载电流(纯电阻负载电流、容性负载电流)干扰问题，特别是系统出现较大电容回路的容性电流或者负载电流较大时，要能区分容性负载电流与纯电阻负载电流；目前市面上并无相关产品实现单芯测量；

3、且直流系统接地故障中，间歇性直流接地占据较大比例，目前并无专门针对间歇性直流接地的相关产品，加之支路互联常常对直流接地故障排除造成干扰，目前市面上的产品把互联和接地都报成直流接地，无法实现区分。

技术实现思路

1、本发明提出一种主从式直流系统接地故障检测装置用以解决上述问题。

2、本发明采用如下技术手段实现：一种主从式直流系统接地故障检测装置，包括：主机，从机，正极电流采集钳、负极电流采集钳，所述的主机设置在直流电源上，所述的从机连接正极电流采集钳与负极电流采集钳，所述正极电流采集钳与负极电流采集钳设置在分支回路上；所述的主机与从机通过无线信号连接；

3、主机包括直流监测电桥，交流电压监测单元、直流电压监测单元、ad转换器、特征信号发生器、信号馈入单元、无线信号同步单元及单片机，直流监测电桥、直流电压监测单元、交流电压监测单元均与直流电源系统正极和负极相接，直流监测电桥、直流电压监测单元、交流电压监测单元采集的信号通过ad转换器输入单片机，特征信号发生器与信号馈入单元输入端相接，信号馈入单元输出端与直流电源正负极相接。

4、所述的无线信号同步单元设置在特征信号发生器与信号馈入单元之间，无线信号同步单元将征信号发生器产生的交变频率的电信号转换成有同步用的无线信号。

5、所述的主机设置在直流电源上与直流电源母线连接，所述的从机在每个分支电路上至少一组，所述的正极电流采集钳与负极电流采集钳在每一台从机上最多设置6组。

6、从机包括双通道采集器，带通滤波器，信号锁相器，无线信号接收单元，电流合成放大单元及cpu，所述的双通道采集器连接正极电流采集钳与负极电流采集钳用以测量正极和负极电流采集钳采样回来的信号，采样得到的信号经过带通滤波器滤波后送入锁相器锁相，而后送入电流合成放大单元，电流合成放大单元将采样信号进行合成，电流合成放大单元同时接收来自无线信号接收单元送来的主机发出的无线信号，将两个信号送入cpu内进行运算分析，判定漏电流值。

7、直流监测电桥为惠斯登电桥。

8、采集的信号包括直流电压信号及交流电压电源信号，直流电压信号包括直流母线正负之间电压信号、正对地直流电压信号、负对地直流电压信号；交流电压电源信号包括正对地交流信号和负对地交流信号。

9、还包括接地电阻测试电路，所述的接地电阻测试电路为四臂可控测量电桥及电流检测装置，所述的电流检测装置或者四臂可控测量电桥设置在主机的正极与负极上，四臂可控测量电桥及电流检测装置分别对接地电阻进行测试计算，最终得到相对准确的结果。

10、所述四臂可控测量电桥包括平衡桥电阻r、正对地检测电阻r1、r3及负对地检测电阻r2、r4，r1与r3各自与r形成并联电桥组合，单片机并可通过相应的开关进行通断控制；对不同状态电桥下进行测量对地电压值，同样地，r2与r4也各自与r构成并联连接电桥，且同样具备单片机通过独立开关实现的通断控制功能，具体测量步骤如下：

11、首先闭合开关r1和r2，同时断开r3和r4，测量此时的正对地电压u+1和负对地电压u-1，由于电阻r、r1、rx处于并联状态，依据并联电路的分压原理，可得：

12、

13、同理，得到：

14、

15、进一步推算，可以得到：

16、

17、由于电流相等，则电压与电阻存在相关性，即根据推导，得到：

18、

19、而后闭合开关r3和r4，同时断开r1和r2，测量此时的电压正对地电压u+2和负对地电压u-2，根据之前的推导过程，得到：

20、

21、根据两个公式，推算出正对地电阻，以及负对地电阻具体为：

22、

23、所述的电流检测装置分别设置在主机的正极与负极上，电流检测装置对交流电流进行正交分解，得到阻性电流和容性电流，装置根据注入交流电源电压除以阻性交流接地电流，得到正极接地电阻值为rx’，负极接地电阻为ry’；

24、最终接地电阻rx(实测)和ry(实测)为四臂可控测量电桥与电流检测装置计算结果的平均值，具体计算如下：

25、rx(实测)＝0.5×(rx+rx’)

26、ry(实测)＝0.5×(ry+ry’)。

27、一种主从式直流系统接地故障检测装置的测试方法，包括：

28、7-1)采集电流钳对分支电路上的电流信号进行采样；

29、7-2)对采样信号进行去噪、加权，得到纯电阻负载电流成分的信号值；

30、7-3)将信号值转化为频域数据，而后利用离散傅里叶变换计算频率点的幅度；

31、7-4)对信号进行滤波提取，提取频域数据转换回时域数据，而后进行逆傅里叶变换得到阻性电流与容性电流。

32、所述的电流信号采样包括正极信号及负极信号，通过正极电流采集钳与负极电流采集钳分别采样，其中一个电流采集钳采集的电流数据记为：x[n]，n＝0,1,2,…,n-1，x[n]表示为采集n次的电流，分别记录。

33、纯电阻负载电流成分的信号值为：

34、

35、式中x′[n]为所求出的纯电阻负载电流的信号值；

36、每个频率点的幅度值为：

37、

38、式中|x[k]|为采集信号所对应的频域数据的求模值，re(x[k])为信号的实部，im(x[k])为信号的虚部，

39、

40、单个电流采集钳采集的电流信号为：

41、

42、式中y[n]是单芯电流钳所得到的漏电流信号，

43、

44、式中fs是采样频率，w为设定的阈值，y[k]表示总电流的频域。

45、将两个电流采集钳采集的电流信号进行合成前需要对相位进行统一，具体步骤如下：

46、12-1)获取正级信号y1[n]以及负极信号y2[n]，依次通过对正级信号y1[n]以及负极信号y2[n]做频域转换，得到：

47、

48、

49、12-2)将正极信号与负极信号进行分解，得到y1[k]＝a1[k]+jb1[k]，y2[k]＝a2[k]+jb2[k]，其中a1和b1为y1[k]对应的实部与虚部，a2和b2为y2[k]对应的实部与虚部。依次可以得到y1[k]的相位角为

50、12-3)根据相位差调整y2[k]使其与y1[k]相位保持一致，得到在对y’2[k]进行逆傅里叶变化，得到

51、此时y1[n]与y′2[n]无相位差，两个信号可直接进行加法运算，最终得到ytotal[n]＝y1[n]+y′2[n]。

52、阻性电流与容性电流计算公式如下：

53、

54、式中ir[n]，为阻性电流，ic[n]为容性电流；

55、

56、∠y[k]表示y[k]的相位角，yr[k]为阻性电流频域，yc[k]为容性电流频域，

57、本发明利用双电流钳合成测试装置，当直流系统同一馈线回路不在同一相邻端子排时，无法用一个电流钳同时钳住正负极两根导线时，采用正负两指导对应的双钳，分别钳住正极和负极，利用信号监测与信号装置的特征信号通过无线特征信号处理，可以将正负极同时钳住的电流信号进行双电流钳的合成信号，区分负荷电流和漏电流。双电流钳的合成算法，主机解决检测信号同步，利用电流异频合成公式计算，

58、本发明利用检测信号相位超前锁定算法，电流钳测量到的信号包括了回路的电流信号，整个信号中有电容产生的电流信号和故障电阻产生的漏电流信号，要区分出容性电流信号和阻性漏电流信号，利用相位进行区别，首先解决回路电流钳回的信号进行提取分析，相位进行判断，信号相位超过检测同步信号的部份进行锁定，利用相位复合算法进行计算，

59、该装置能够在不停电的情况下迅速定位故障回路，从而确保站用电源的安全运行。