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用于直流接地選線和交流竄入選線的傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及用于直流接地選線和交流竄入選線的傳感器，該傳感器包括：至少一個用于感應(yīng)直流或交流電流的磁芯或鐵芯，所述磁芯或鐵芯的感應(yīng)信號經(jīng)電流信號調(diào)整單元、微處理單元傳輸給對外接口電路。所述傳感器可以及時檢測出故障支路，為檢修人員對故障排查提供依據(jù)，方便用戶盡快的解決處理故障，為直流電源系統(tǒng)的安全可靠穩(wěn)定運行提供了有力的保障。
【專利說明】用于直流接地選線和交流竄入選線的傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及傳感器，特別是涉及用于直流接地選線和交流竄入選線的傳感器，應(yīng)用直流IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]電力系統(tǒng)中的直流電源系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測，一般可分為三個部分，即接地檢測、接地選線和接地探測。接地檢測是通過對直流系統(tǒng)正負母線對地電阻的計算，及時發(fā)現(xiàn)絕緣下降故障，并發(fā)出報警信號，通知運行人員及維護人員進行處理；接地選線用來確定發(fā)生絕緣下降的支路，避免盲目拉閘斷電，縮小故障范圍；接地探測是根據(jù)選定的故障支路，查找發(fā)生絕緣下降的具體位置，以便對接地故障進行排除。
[0003]目前，對于發(fā)電廠和變電站所使用的直流絕緣監(jiān)測裝置，一般采用以下兩種方法進行接地選線:
[0004]其一為信號注入法，即產(chǎn)生一個交變信號注入直流系統(tǒng)與大地之間，發(fā)生接地的支路便會與該交變信號源構(gòu)成回路，通過檢測安裝于各支路上的能夠測量交流電流的傳感器來定位接地的故障支路。因為信號的注入引起直流系統(tǒng)紋波的增加，常為直流系統(tǒng)帶來繼電保護誤動、斷路器誤跳閘等問題，對直流系統(tǒng)和繼電保護系統(tǒng)具有安全隱患，所以采用信號注入法的直流絕緣監(jiān)測裝置正在逐漸淘汰；
[0005]其二為直流漏電流法，由于直流絕緣監(jiān)測裝置設(shè)有平衡電橋和不平衡電橋，發(fā)生接地的支路必會(對地)產(chǎn)生泄漏電流，通過檢測安裝于各支路上的能夠測量直流漏電流的傳感器來定位接地故障支路。
[0006]當(dāng)交流電串入直流系統(tǒng)后，交流電壓會疊加到直流電壓上，可以通過檢測直流母線上的電壓波形來判斷是否有故障發(fā)生。對于采用信號注入法的直流絕緣監(jiān)測裝置，可以通過支路上的交流傳感器檢測支路上是否存在交流電流來定位交流串入故障發(fā)生的支路；而對于采用直流漏電流法的絕緣監(jiān)測裝置，因為直流漏電流傳感器無法檢測交流電流，所以無法實現(xiàn)交流電串入的故障定位。
[0007]專利201210273496.0提供了一種能夠確定交流電串入直流系統(tǒng)故障支路的系統(tǒng)及方法，在采用直流漏電流法的直流絕緣監(jiān)測裝置中，能夠確定交流電串入直流系統(tǒng)故障支路。該系統(tǒng)及方法是通過交流電竄入直流系統(tǒng)導(dǎo)致的金屬性接地，將直流漏電流最大的一條支路判定為接地支路，在一定程度上解決了采用直流漏電流法進行接地選線的系統(tǒng)定位交流竄入直流的問題，但是該方法得到的故障支路是間接的，從而在定位準(zhǔn)確性上可能存在一些不確定的因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的是提供一種在直流絕緣監(jiān)測裝置中，用于直流接地選線和交流竄入直流回路選線的監(jiān)測方案，能夠準(zhǔn)確定位發(fā)生故障的線路。[0009]本實用新型的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0010]用于直流接地選線和交流竄入選線的傳感器，該傳感器包括:
[0011]至少一個用于感應(yīng)直流電流的第一磁芯或鐵芯，
[0012]至少一個用于感應(yīng)交流電流的第二磁芯或鐵芯，
[0013]所述第一磁芯或鐵芯的感應(yīng)信號經(jīng)直流調(diào)整單元輸出兩路信號，一路信號送給微處理單元，由微處理單元對接收的直流信號進行處理，并將處理后的信號傳輸給對外接口電路，另一路信號通過直流信號輸出單元傳輸至對外接口電路，所述第二磁芯或鐵芯的感應(yīng)信號經(jīng)交流調(diào)整單元輸出兩路信號，一路信號送給微處理單元，由微處理單元對接收的交流信號進行處理，并將處理后的信號傳輸給對外接口電路，另一路信號通過交流信號輸出單元傳輸至對外接口電路。
[0014]進一步，該傳感器還包括用于給所述直流和交流調(diào)整單元、微處理單元，直流和交流信號輸出單元，對外接口電路供電的電源單元。
[0015]進一步,所述第一和第二磁芯或鐵芯的初始磁導(dǎo)率不小于8X IO4 Gs/0e。
[0016]進一步，所述直流調(diào)整單元包括振蕩電路、拾取電路、第一調(diào)整電路和第一濾波電路，所述第一磁芯或鐵芯上感應(yīng)直流電流的繞組與振蕩電路連接，該振蕩電路的輸出信號經(jīng)拾取電路、第一調(diào)整電路送給第一濾波電路。
[0017]進一步，所述交流調(diào)整單元包括放大電路、調(diào)整電路和濾波電路，所述第二磁芯或鐵芯上感應(yīng)交流電流的繞組與放大電路連接，該放大電路的輸出信號經(jīng)第二調(diào)整電路送給第二濾波電路。
[0018]進一步，所述微處理單元包括用于捕捉脈沖信號的捕獲電路和用于A/D轉(zhuǎn)換的A/D轉(zhuǎn)換電路單元，該捕獲電路與所述的第一濾波電路連接，該A/D轉(zhuǎn)換電路單元與所述第二濾波電路連接。
[0019]進一步，所述微處理單元與對外接口電路之間還連接有一用于交換數(shù)據(jù)的通信電路。
[0020]進一步，所述的通信電路是RS485電路、RS232電路、CAN電路、以太網(wǎng)電路、USB電路或者上述任一電路的組合。
[0021]進一步，所述的直流信號輸出單元輸出0-5V、0-10V、0-10mA、4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號或者上述任一信號的組合。
[0022]本實用新型的優(yōu)點在于:
[0023]本實用新型采用上述技術(shù)在直流絕緣監(jiān)測系統(tǒng)中，實現(xiàn)對直流電源系統(tǒng)的接地故障的檢測、選線，同時也對直流電源系統(tǒng)中交流電串入進行檢測、選線。通過該傳感器能夠及時檢測到故障線路并發(fā)出報警信號。采用此技術(shù)后，可以及時檢測出故障支路，為檢修人員對故障排查提供依據(jù)，方便用戶盡快的解決處理故障，為直流電源系統(tǒng)的安全可靠穩(wěn)定運行提供了有力的保障。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是直流接地選線和交流竄入選線傳感器原理框圖。
[0025]圖2是直流絕緣裝置檢測系統(tǒng)框圖。該圖說明了該實用新型在絕緣監(jiān)測系統(tǒng)的具體位置。[0026]圖3是直流絕緣裝置檢測裝置內(nèi)部正、負母線對地絕緣故障檢測原理圖。
[0027]圖4是交流竄入直流回路原理圖。
【具體實施方式】
[0028]以下結(jié)合附圖對本實用新型進行詳細說明。本實用新型的一個目的是提供一種直流接地選線和交流竄入選線傳感器，如圖1所示為該選線傳感器的結(jié)構(gòu)原理框圖。直流接地選線和交流竄入選線的傳感器由直流調(diào)整單元、交流調(diào)整單元、電源單元、微處理單元、直流信號輸出單元、交流信號輸出單元、通信電路、顯示電路、對外接口電路組成。其工作原理:分別由套在主回路的直流互感器和交流互感器感應(yīng)接地故障電流和交流竄入電流來判斷是否有故障發(fā)生。
[0029]接地故障檢測工作過程:正負母線從直流互感器中心穿過，形成一次側(cè)，直流互感器的二次側(cè)穿入直流調(diào)整單元的振蕩電路，當(dāng)無接地故障時，流過直流互感器的電流失量和為零，二次側(cè)振蕩電路頻率和脈沖輸出不變。當(dāng)有接地故障時，無論是正極對絕緣下降還是負極對地絕緣下降，并且下降到小于某一值時(互感器所能感應(yīng)到最小電流值)就會對地有漏電流，漏電流流過直流互感器，使通過直流互感器的電流失量和不為零，從而引起互感器二次側(cè)振蕩電路輸出脈沖寬度有所變化，即改變了正負脈沖占空比。改變后的波形經(jīng)直流調(diào)整單元的信號拾取電路、調(diào)整電路、濾波電路輸出；輸出信號分兩路，一路接至微處理單元的捕獲電路，由微處理單元結(jié)過比較、計算、分析，通過微處理單元的通信接口輸入到通信電路，通信電路的輸出接對外接口的輸入電路，再由對外接口電路傳送到直流絕緣監(jiān)測裝置；另一路接至直流信號輸出單元的接地電壓調(diào)整電路，由該電路把信號調(diào)整為標(biāo)準(zhǔn)的直流電壓信號如:0 — 5V或O — 10V，標(biāo)準(zhǔn)電壓信號通過對外接口電路輸出到直流絕緣監(jiān)測裝置或輸出到外部采集模塊匯總轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號經(jīng)通信輸入直流絕緣監(jiān)測裝置，同時，標(biāo)準(zhǔn)信號另一路輸入到直流信號輸出單元的接地V/I轉(zhuǎn)換電路，由V/I轉(zhuǎn)換電路把標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號如:0 — IOmA或4一20mA，標(biāo)準(zhǔn)電流信號通過對外接口電路輸出到直流絕緣監(jiān)測裝置或輸出到外部采集模塊匯總轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號經(jīng)通信再輸入直流絕緣監(jiān)測裝置。完成接地故障信號的采集。
[0030]交流竄入直流系統(tǒng)檢測工作過程:正負母線從交流互感器中心穿過，形成一次側(cè)，交流互感器的二次側(cè)接入直流調(diào)整單元的放大電路，當(dāng)無交流竄入時，交流互感器二次側(cè)輸出為零，當(dāng)有交流電竄入時，如從正極對地竄入，經(jīng)正極母線及直流絕緣檢測裝置內(nèi)的平衡橋電阻Rl (如圖3所示)對地構(gòu)成回路；如從負極對地竄入，經(jīng)負極母線及直流絕緣檢測裝置內(nèi)的平衡橋電阻R2 (如圖3所示)對地構(gòu)成回路，無論從正極還是負極竄入，都可以構(gòu)成回路，就會有電流流過交流互感器一次側(cè)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，交流互感器二次側(cè)感應(yīng)出交流信號，該信號輸出分兩路:一路接至微處理單元的A/D電路，由微處理單元結(jié)過比較、計算、處理，通過微處理單元的通信接口輸入到通信電路，通信電路的輸出接對外接口的輸入電路，再由對外接口電路傳送到直流絕緣監(jiān)測裝置；另一路接至交流信號輸出單元的交流電壓調(diào)整電路，由該電路把信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的直流電壓標(biāo)準(zhǔn)信號如:0— 5V或O— 10V，標(biāo)準(zhǔn)電壓信號通過對外接口電路輸出到直流絕緣監(jiān)測裝置或輸出到外部采集模塊匯集轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號經(jīng)通信輸入直流絕緣監(jiān)測裝置，同時，標(biāo)準(zhǔn)電壓信號另一路輸入到交流信號輸出單元的交流V/I轉(zhuǎn)換電路，由V/I轉(zhuǎn)換電路把標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號如:0—IOmA或4一20mA，標(biāo)準(zhǔn)電流信號通過對外接口電路輸出到直流絕緣監(jiān)測裝置或輸出到外部采集模塊匯集轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號經(jīng)通信再輸入直流絕緣監(jiān)測裝置。完成交流竄入直流信號的米集。
[0031]顯示電路:顯示電路由發(fā)光二極管和/或數(shù)碼管和/或液晶示器組成，顯示發(fā)生故障時的信息，包括支路編號、接地絕緣電阻值及交流竄入直流回路電壓值。
[0032]電源工作過程:電源電壓由對外接口電路輸入，接到到電源單元的濾波電路。輸入電壓可以從AC/DC24-220V，經(jīng)過兩極降壓變成高精度的穩(wěn)定可靠的精密電源供直流接地選線和交流竄入選線的傳感器可靠的工作。完成故障時的選線功能。
[0033]本實用新型的另一個目的是提供一種直流絕緣監(jiān)測裝置系統(tǒng)，圖2為接地選線和交流竄入選線傳感器在整個直流絕緣裝置監(jiān)測系統(tǒng)中所處的位置。其工作過程如下所示:
[0034]直流絕緣監(jiān)測裝置系統(tǒng)是由直流絕緣監(jiān)測裝置和接地選線和交流竄入選線互感器組成。直流絕緣監(jiān)測裝置安裝在主母線位置(主屏)，接地選線和交流竄入選線互感器安裝在各饋電支路。
[0035]直流絕緣電阻檢測及選線:
[0036]直流絕緣監(jiān)測裝置內(nèi)部設(shè)有平衡電橋和檢測電橋，如圖3所示。平衡電橋由接在正母線對地電阻Rl和負母線對地電阻R2組成；檢測電橋由接在正母線對地之間的電阻R3、Kl和負母線對地之間電阻R4、K2組成。平衡電橋由兩個作用，一是鉗制正負母線對地電壓，正常情況下保證正負母線對地電壓相等；二是實時檢測正負母線對地電壓。檢測電橋作用測量正負母線對地的絕緣電阻。工作過程:當(dāng)正、負母線對地絕緣電阻發(fā)生變化時，必然會引起正、負母線對地電壓的發(fā)生變化，當(dāng)直流絕緣裝置系統(tǒng)檢測到正、負母線對地壓差或?qū)Φ仉妷鹤陨碜兓窟_到事前設(shè)定值，檢測橋就會自動啟動。分別投入Kl和K2，測量出兩組正、負母線對地電壓值，列方程，計算出正、負母線對地絕緣電阻。同時，啟動支路巡檢。由支路直流接地選線和交流竄入選線傳感器測量出本支路的接地故障電流值，并把該測量值上傳到直流絕緣監(jiān)測裝置，再由裝置根據(jù)測量的母線電壓值和接收到的該支路電流值，計算出該支路的絕緣電阻值，如接地電阻達到預(yù)設(shè)報警值由裝置發(fā)出報警信號并在裝置上顯示支路號和絕緣下降后的電阻值，同時把數(shù)據(jù)下傳到該支路的直流接地選線和交流竄入選線傳感器，由支路傳感器顯示該支路的絕緣電阻值和支路號，完成直流電源系統(tǒng)絕緣電阻的測量和接地故障選線功能。
[0037]交流竄入直流回路及選線:
[0038]交流竄入直流回路，一般多發(fā)生在饋電回路未端，如圖4所示，在支路的正極或負極竄入交流電，當(dāng)交流電串入直流系統(tǒng)后，交流電壓會疊加到直流電壓上，使整個直流系統(tǒng)帶有交流電，這時可以通過直流絕緣監(jiān)測裝置檢測直流母線上的電壓波形來判斷是否有交流竄入故障發(fā)生。當(dāng)某支路竄入交流電后，如圖4所示，支路正極對地竄入交流電，通過直流絕緣裝置內(nèi)部的平衡橋電阻Rl形成回路，產(chǎn)生交流電流，使電流流過直流接地選線和交流竄入選線傳感器的交流線圈的一次側(cè)，在交流線圈的二次側(cè)產(chǎn)生感應(yīng)電流來判斷該支路是否發(fā)生交流竄入直流故障發(fā)生。同時，通過傳感器采集的信號上傳至直流絕緣監(jiān)測裝置，由裝置發(fā)出故障報警信號和顯示交流竄入直流回路的電壓值和支路號，并且支路傳感器也具有顯示功能，顯示該支路交流竄入直流回路的電壓值和支路號。由直流絕緣監(jiān)測裝置和傳感器共同完成交流竄入回路的檢測和選線功能。同理，也可以完成負極交流竄入直流回路的檢測和故障選線功能。
[0039]應(yīng)當(dāng)理解，以上借助優(yōu)選實施例對本實用新型的技術(shù)方案進行的詳細說明是示意性的而非限制性的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀本實用新型說明書的基礎(chǔ)上可以對各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實用新型各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.用于直流接地選線和交流竄入選線的傳感器，其特征在于，該傳感器包括: 至少一個用于感應(yīng)直流電流的第一磁芯或鐵芯， 至少一個用于感應(yīng)交流電流的第二磁芯或鐵芯， 所述第一磁芯或鐵芯的感應(yīng)信號經(jīng)直流調(diào)整單元輸出兩路信號，一路信號送給微處理單元，由微處理單元對接收的直流信號進行處理，并將處理后的信號傳輸給對外接口電路，另一路信號通過直流信號輸出單元傳輸至對外接口電路，所述第二磁芯或鐵芯的感應(yīng)信號經(jīng)交流調(diào)整單元輸出兩路信號，一路信號送給微處理單元，由微處理單元對接收的交流信號進行處理，并將處理后的信號傳輸給對外接口電路，另一路信號通過交流信號輸出單元傳輸至對外接口電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于直流接地選線和交流竄入選線的傳感器，其特征在于，該傳感器還包括用于給所述直流和交流調(diào)整單元、微處理單元，直流和交流信號輸出單元，對外接口電路供電的電源單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于直流接地選線和交流竄入選線的傳感器，其特征在于，所述第一和第二磁芯或鐵芯的初始磁導(dǎo)率不小于8 X IO4 Gs/Oe。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于直流接地選線和交流竄入選線的傳感器，其特征在于，所述直流調(diào)整單元包括振蕩電路、拾取電路、第一調(diào)整電路和第一濾波電路，所述第一磁芯或鐵芯上感應(yīng)直流電流的繞組與振蕩電路連接，該振蕩電路的輸出信號經(jīng)拾取電路、第一調(diào)整電路送給第一濾波電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于直流接地選線和交流竄入選線的傳感器，其特征在于，所述交流調(diào)整單元包括放大電路、調(diào)整電路和濾波電路，所述第二磁芯或鐵芯上感應(yīng)交流電流的繞組與放大電路連接，該放大電路的輸出信號經(jīng)第二調(diào)整電路送給第二濾波電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于直流接地選線和交流竄入選線的傳感器，其特征在于，所述微處理單元包括用于捕捉脈沖信號的捕獲電路和用于A/D轉(zhuǎn)換的A/D轉(zhuǎn)換電路單元，該捕獲電路與所述的第一濾波電路連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于直流接地選線和交流竄入選線的傳感器，其特征在于，所述微處理單元包括用于捕捉脈沖信號的捕獲電路和用于A/D轉(zhuǎn)換的A/D轉(zhuǎn)換電路單元，該A/D轉(zhuǎn)換電路單元與所述第二濾波電路連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的用于直流接地選線和交流竄入選線的傳感器，其特征在于，所述微處理單元與對外接口電路之間還連接有一用于交換數(shù)據(jù)的通信電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于直流接地選線和交流竄入選線的傳感器，其特征在于，所述的通信電路是RS485電路、RS232電路、CAN電路、以太網(wǎng)電路、USB電路或者上述任一電路的組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于直流接地選線和交流竄入選線的傳感器，其特征在于，所述的直流信號輸出單兀輸出0-5V、0-10V、0-10mA、4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號或者上述任一信號的組合。
【文檔編號】G01R31/02GK203688721SQ201320670906
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月29日
【發(fā)明者】王洪, 尹中恒, 周毅, 林雄武, 袁永明, 南寅, 王雪楠, 劉付亮, 趙立成, 王和, 任啟, 郭靜峰, 康占民, 李冬 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)冀北電力有限公司張家口供電公司, 北京人民電器廠有限公司