專利名稱：電力系統(tǒng)直流操作電源接地探測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種電力系統(tǒng)直流操作電源接地探測(cè)裝置，適用于電力系統(tǒng)直流操作電源中直流接地電阻檢測(cè)、故障支路判斷和接地故障點(diǎn)探測(cè)。
目前的檢測(cè)方法及其局限性目前檢測(cè)直流系統(tǒng)對(duì)地絕緣電阻的方法為交流檢測(cè)法和漏電流檢測(cè)法。交流法存在以下缺點(diǎn)(1)裝置復(fù)雜，成本高；(2)檢測(cè)精度受系統(tǒng)分布電容影響較大，特別是在系統(tǒng)分布電容較大時(shí)，甚至無法測(cè)出接地故障點(diǎn)；(3)需要向直流系統(tǒng)注入交流信號(hào)，對(duì)直流系統(tǒng)有不良影響，極端情況下，甚至引起直流系統(tǒng)負(fù)載的誤動(dòng)作等。漏電流法的不足之處是檢測(cè)精度低，無法測(cè)出具體故障點(diǎn)等。
本實(shí)用新型的目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠迅速探測(cè)出直流接地選線并能夠探測(cè)出接地點(diǎn)、檢測(cè)精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，操作使用方便的電力系統(tǒng)直流操作電源接地探測(cè)裝置。
本實(shí)用新型的目的是采用如下方式來實(shí)現(xiàn)的該電力系統(tǒng)直流操作電源接地探測(cè)裝置，包括CPU及與CPU相連的顯示器，其特征在于設(shè)置與CPU相連的接地電阻檢測(cè)電路，接地電阻檢測(cè)電路主要包括，接在直流操作電源母線正負(fù)極與地之間的開關(guān)、限流電阻和直流電流檢測(cè)器。
本實(shí)用新型的目的還可采用如下方式來實(shí)現(xiàn)所述的接地電阻檢測(cè)電路中的開關(guān)、限流電阻為R1、S1相串聯(lián)，上端接直流母線負(fù)極KM-，下端接地，R2、S2相串聯(lián)上端接直流母線正極KM+，下端接地。
所述的直流電流檢測(cè)器中采用的主要元件是霍耳電流傳感器，固定設(shè)置在供電支路上靠近直流屏的各支路開關(guān)處，且正負(fù)兩根供電線纜均穿過位于該支路的霍耳電流傳感器的原邊檢測(cè)孔。
所述的直流電流檢測(cè)器中采用的主要元件是手持式鉗形霍耳電流傳感器。
所述的接地電阻檢測(cè)電路中同時(shí)設(shè)置固定在供電支路上靠近直流屏的各支路開關(guān)處的霍耳電流傳感器和手持式鉗形霍耳電流傳感器為最佳。
所述的控制開關(guān)S1、S2為電子開關(guān)、光控電子開關(guān)、繼電器、手動(dòng)開關(guān)中的一種。
所述的控制開關(guān)S1、S2為光控電子開關(guān)時(shí)，采用光電耦合器O3、O4及與其相連的場(chǎng)效應(yīng)管M1、M2及外圍電阻R5、R6、R11、R12構(gòu)成，電阻R5、R11、光電耦合器O3、場(chǎng)效應(yīng)管M1構(gòu)成控制開關(guān)S2，電阻R6、R12、光電耦合器O4、場(chǎng)效應(yīng)管M2構(gòu)成控制開關(guān)S1，光電耦合器O1、O2組成隔離傳輸電路，電阻R7、可調(diào)電阻RP1電阻R9、可調(diào)電阻RP2構(gòu)成信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，電阻R0、電容C1，電阻R10、電容C2構(gòu)成濾波電路。
所述的控制開關(guān)S1、S2為繼電器電路時(shí)，采用繼電器K1、二極管V1、三極管VT1構(gòu)成，二極管V1并接在繼電器K1兩端，通過三極管VT1驅(qū)動(dòng)，繼電器K1的觸點(diǎn)構(gòu)成控制開關(guān)S1、S2。
所述的霍耳電流傳感器H1與運(yùn)算放大器N1A和N1B及其外圍元件構(gòu)成的絕對(duì)值電路相接。
所述的手持式霍耳電流傳感器H2通過運(yùn)算放大器N2A、N2B及其外圍元件構(gòu)成的絕對(duì)值電路與運(yùn)算放大器N2C構(gòu)成的故障指示電路相接。
本實(shí)用新型的電力系統(tǒng)直流操作電源接地探測(cè)裝置，主要發(fā)明點(diǎn)是設(shè)置與CPU相連的接地電阻檢測(cè)電路，接地電阻檢測(cè)電路主要包括，接在直流操作電源母線正負(fù)極與地之間的開關(guān)、限流電阻和直流電流檢測(cè)器，該接地電阻檢測(cè)裝置由三部分組成，一、接地電阻數(shù)值檢測(cè)及越限判斷部分；二、對(duì)所有供電支路進(jìn)行巡回檢測(cè)，以判斷接地故障所在的支路的巡回檢測(cè)部分；三、接地點(diǎn)的查找部分。分別加以說明一、用開關(guān)在直流系統(tǒng)正極出現(xiàn)接地故障時(shí)，將直流母線的負(fù)極通過一限流電阻接地，從而將直流系統(tǒng)的總電壓施加于直流系統(tǒng)正極對(duì)地絕緣電阻和限流電阻上，產(chǎn)生一直流電流，檢測(cè)該直流電流的數(shù)值，根據(jù)母線電壓值，可以計(jì)算出直流系統(tǒng)正極對(duì)地絕緣電阻，電壓÷電流-限流電阻值。
二、用開關(guān)在直流系統(tǒng)負(fù)極出現(xiàn)接地故障時(shí)，將直流母線的正極通過一限流電阻接地，從而將直流系統(tǒng)的總電壓施加于直流系統(tǒng)負(fù)極對(duì)地絕緣電阻和限流電阻上，產(chǎn)生一直流電流，檢測(cè)該直流電流的數(shù)值，根據(jù)母線電壓值，可以計(jì)算出直流系統(tǒng)負(fù)極對(duì)地絕緣電阻，電壓÷電流-限流電阻值。
三、在每一個(gè)供電支路上靠近直流屏的支路開關(guān)處，分別設(shè)置一個(gè)霍耳電流傳感器，讓所有支路的正、負(fù)兩根供電線纜都穿過位于該支路的霍耳電流傳感器的原邊檢測(cè)孔。正常情況下，由于經(jīng)過負(fù)載的電流在正、負(fù)兩根線纜中大小相等、方向相反，總的電流效應(yīng)為零，霍耳電流傳感器的輸出為零。但當(dāng)某一支路出現(xiàn)接地故障時(shí)，假設(shè)3號(hào)支路的正極上某一點(diǎn)處，出現(xiàn)接地故障，此時(shí)，通過開關(guān)將直流母線的負(fù)極通過一限流電阻接地，則從直流電源正極經(jīng)接地電阻、開關(guān)、限流電阻到直流電源的負(fù)極，形成一電流。該電流只經(jīng)過3號(hào)支路的正極供電線纜，因而從位于3號(hào)支路的霍耳電流傳感器，可以檢測(cè)到該電流的大小，只要該電流大于某一數(shù)值(直流系統(tǒng)允許的漏電流)，即可判斷出接地故障在該支路。類似地，若3號(hào)支路的負(fù)極上某一點(diǎn)出現(xiàn)接地故障時(shí)，只要通過開關(guān)和限流電阻，將直流系統(tǒng)正極接地，同樣可以判斷出接地故障在該支路。
四、在判斷出接地故障所在支路后，用手持式鉗型霍耳電流傳感器作成的電流檢測(cè)儀表，從直流電源屏(柜)開始，同時(shí)卡住故障支路的正負(fù)兩條供電線纜，緩慢向負(fù)載端滑動(dòng)，在接地故障點(diǎn)前，可以檢測(cè)到一個(gè)故障電流，而一旦越過故障點(diǎn)，電流檢測(cè)儀表的讀數(shù)立即下降到系統(tǒng)允許的漏電流之下，以此可判斷出故障點(diǎn)所在。
與現(xiàn)有技術(shù)的交流檢測(cè)法相比，該實(shí)用新型有下列優(yōu)點(diǎn)1、不對(duì)直流系統(tǒng)注入任何信號(hào)，因而不會(huì)對(duì)直流系統(tǒng)產(chǎn)生任何不良影響；2、不受直流系統(tǒng)分布電容的影響，檢測(cè)精度高，故障支路和故障點(diǎn)判斷準(zhǔn)確；3、不需信號(hào)發(fā)生裝置，因而大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，顯著降低材料成本；4、因檢測(cè)對(duì)象為直流信號(hào)，檢測(cè)電路簡(jiǎn)單，整個(gè)測(cè)試程序簡(jiǎn)單，因而可以大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，從而降低開發(fā)成本。


圖1是本實(shí)用新型的電力系統(tǒng)直流操作電源接地探測(cè)裝置電路原理框圖；圖2是本實(shí)用新型的電力系統(tǒng)直流操作電源接地探測(cè)裝置電路原理結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型的控制開關(guān)S1、S2為光控電子開關(guān)電路原理圖；圖4是本實(shí)用新型的控制開關(guān)S1、S2為另一種光控電子開關(guān)電路原理圖；圖5是本實(shí)用新型的控制開關(guān)S1、S2為繼電器電路原理圖；圖6是本實(shí)用新型的直流系統(tǒng)供電支路上直流電流檢測(cè)器電路原理圖；圖7是本實(shí)用新型的直流系統(tǒng)供電支路上手持式直流電流檢測(cè)器電路原理圖；圖8是本實(shí)用新型的電力系統(tǒng)直流操作電源接地探測(cè)裝置CPU電路原理圖；圖9是本實(shí)用新型的電力系統(tǒng)直流操作電源接地探測(cè)裝置顯示器電路原理圖；圖1、2、3、6、7、8、9是本實(shí)用新型的電力系統(tǒng)直流操作電源接地探測(cè)裝置的最佳實(shí)施例。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的電力系統(tǒng)直流操作電源接地探測(cè)裝置作進(jìn)一步詳細(xì)說明；如圖1所示1開關(guān)和限流電阻組成的正負(fù)極對(duì)地接地電阻檢測(cè)電路2位于每一條支路的霍耳電流傳感器構(gòu)成的接地故障選線電路3手持式鉗形霍耳電流互感器和中央處理器CPU單元及顯示器構(gòu)成。其中，開關(guān)和限流電阻組成的正負(fù)極對(duì)地接地電阻檢測(cè)電路1到CPU單元之間，有3條線相連，兩條模擬量輸入線A/D，用來給CPU提供檢測(cè)到的電流信號(hào)，1條數(shù)字量輸出也稱控制信號(hào)，用來控制兩個(gè)開關(guān)的接通或斷開。位于每一條支路的霍耳電流傳感器構(gòu)成的接地故障選線電路2和CPU之間，有8根模擬量輸入線，以8條支路為例，用來為CPU提供每個(gè)支路傳感器的輸出量。顯示器用LED數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)，手持式鉗形霍耳電流互感器3和其他部分沒有連線關(guān)系。
如圖2所示設(shè)Rg1、Rg2為直流系統(tǒng)正、負(fù)極對(duì)地絕緣電阻也稱接地電阻，KM+、KM-為母線正負(fù)極11、12、13電流R1、R2限流電阻S1、S2控制開關(guān)HL1、HL2、HL3霍耳電流傳感器，正常情況下，接地電阻Rg1和Rg2的數(shù)值很大，通過的漏電流可以忽略。當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)，正極接地電阻Rg1或負(fù)極接地電阻Rg2顯著減小。我們假設(shè)，出現(xiàn)正極接地，正極接地電阻Rg1減小，此時(shí)，控制開關(guān)S1接通，則母線正極KM+經(jīng)正極接地電阻Rg1到地，再到接地點(diǎn)A，經(jīng)控制開關(guān)S1和電阻R1回到母線負(fù)極KM-，此處忽略了經(jīng)過Rg2的電流，形成電流I1，測(cè)的電流I1的大小，根據(jù)控制母線電壓，可以算出R1+Rg1的值，因電阻R1為已知量，從而可以求出正極接地電阻Rg1的數(shù)值。當(dāng)出現(xiàn)負(fù)極接地現(xiàn)象時(shí)，控制開關(guān)S2接通，根據(jù)同樣的過程，可以算出負(fù)極接地電阻Rg2的數(shù)值。圖2右邊所示的各支路電路，與控制開關(guān)S1、S2回路配合，當(dāng)支路中某一點(diǎn)出現(xiàn)接地故障時(shí)，從霍耳電流傳感器中可以測(cè)出故障電流。因正常情況下，通過負(fù)載的電流數(shù)值相等，方向相反而抵消，只有對(duì)地的電流才可以從霍耳電流傳感器中體現(xiàn)出來，由此，可判斷故障支路。
如圖3所示R3-R12電阻O1-O4光電耦合器M1-M2場(chǎng)效應(yīng)管RP1-RP2可調(diào)電阻C1-C2電容非門D7，該電路為圖1開關(guān)和限流電阻組成的正負(fù)極對(duì)地接地電阻檢測(cè)電路1的具體實(shí)現(xiàn)電路，CB為來自CPU的控制信號(hào)。R3、R4為限流電阻。O1-O4為光電耦合器，O1-O2型號(hào)可以是4N25、4N35等，O3-O4的型號(hào)為TLP521-1。場(chǎng)效應(yīng)管M1-M2為IR840 MOSFET管，電阻R5、R11、光電耦合器O3和場(chǎng)效應(yīng)管M1構(gòu)成可控開關(guān)S2，當(dāng)CB為高電平時(shí)，光電耦合器O4導(dǎo)通，場(chǎng)效應(yīng)管M2關(guān)斷，光電耦合器O3關(guān)斷，場(chǎng)效應(yīng)管M1導(dǎo)通。當(dāng)CB為低電平時(shí)，光電耦合器O4關(guān)斷，場(chǎng)效應(yīng)管M2導(dǎo)通，光電耦合器O3導(dǎo)通，場(chǎng)效應(yīng)管M1關(guān)斷。電阻R6、R12、光電耦合器O4、場(chǎng)效應(yīng)管M2構(gòu)成圖2所示的開關(guān)S1。光電耦合器O1、O2用來將電流I2、I1隔離傳輸，經(jīng)電阻R7、可調(diào)電阻RP1或電阻R9、可調(diào)電阻RP2構(gòu)成的轉(zhuǎn)換電路變換為電壓信號(hào)，再經(jīng)電阻R0、電容C1或電阻R10、電容C2濾波后送給CPU，供CPU進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。
如圖4所示R13-R21電阻O5-O8光電耦合器RP3-RP4可調(diào)電阻C3-C4電容非門D14，光電耦合器O6、O7采用AVQ254型，輸出級(jí)可耐400V高壓，省掉了場(chǎng)效應(yīng)管M1、M2，使電路更加簡(jiǎn)單。工作原理同圖3省略。
如圖5所示R22-R28電阻O9-O10光電耦合器RP5-RP6可調(diào)電阻C5-C6電容V1二極管VT1三極管，K1繼電器K1-1、K1-2繼電器K1的觸點(diǎn)，采用繼電器K1的觸點(diǎn)K1-1、K1-2構(gòu)成可控開關(guān)，該繼電器K1可選DS2Y-12型繼電器?？刂菩盘?hào)CB加在電阻R23的輸入端。工作原理同圖3省略。
如圖6所示H1支路上的霍耳電流傳感器R29-R37電阻C7-C8電容N1A-N1B運(yùn)算放大器V2-V3二極管，電阻R29為霍耳電流傳感器所需的轉(zhuǎn)換元件，將電流變?yōu)殡妷海娮鑂30、電容C8進(jìn)行低通濾波，運(yùn)算放大器N1A、N1B及其外圍元器件構(gòu)成絕對(duì)值電路。運(yùn)算放大器N1A、N1B可選LM324或TL084等。該電路圖所示單元的個(gè)數(shù)和直流系統(tǒng)供電支路數(shù)相等，其輸出經(jīng)多輸入模擬開關(guān)D5，輸入CPU。
如圖7所示H2手持式鉗形霍耳電流傳感器R38-R50電阻C9-C10電容N2A-N2C運(yùn)算放大器V4-V5二極管L1發(fā)光二極管該部分是圖1手持式鉗形霍耳電流傳感器3的展開。H2為可移動(dòng)的手持式鉗型霍耳電流傳感器。該電路的N2B之前和圖6完全一樣。不同之處在于，1)圖6所示的單元，檢測(cè)裝置中有很多個(gè)；2)圖6所示的單元的輸出送給CPU單元，進(jìn)行統(tǒng)一的判斷和顯示，而圖7所示電路的輸出直接用電壓比較器，判斷有無接地故障，直接進(jìn)行故障指示。當(dāng)手持式鉗形霍耳電流傳感器H2輸出足夠大時(shí)，N2C的輸出為低電平，L1發(fā)亮，當(dāng)鉗形霍耳電流傳感器H2的輸出小于系統(tǒng)所允許的漏電流時(shí)，N2C的輸出為高電平，L1不亮。指示燈L1由亮變暗的那一點(diǎn)正是接地故障點(diǎn)。該單元的元件選用情況同上。
如圖8所示該單元為CPU單元，由電阻R51、電容C11-C13、晶振G1、80C196型單片機(jī)D1存儲(chǔ)器2764 D2地址鎖存器74LS573 D3、三八譯碼器74LS138 D4多輸入模擬開關(guān)74HCT4051 D5非門D6等組成。多輸入模擬開關(guān)74HCT4051用來將多路模擬量分時(shí)輸入給CPU。
如圖9所示顯示器部分，由D9-D13 74LS573數(shù)據(jù)鎖存器、D8 74LS138 3-8譯碼器和LED1-LED5 LA2351數(shù)碼管等組成，顯示故障支路號(hào)和接地電阻值。
權(quán)利要求1.電力系統(tǒng)直流操作電源接地探測(cè)裝置，包括CPU及與CPU相連的顯示器，其特征在于設(shè)置與CPU相連的接地電阻檢測(cè)電路，接地電阻檢測(cè)電路主要包括，接在直流操作電源母線正負(fù)極與地之間的開關(guān)、限流電阻和直流電流檢測(cè)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)直流操作電源接地探測(cè)裝置，其特征在于所述的接地電阻檢測(cè)電路中的開關(guān)、限流電阻為R1、S1相串聯(lián)，上端接直流母線負(fù)極KM-，下端接地；R2、S2相串聯(lián)上端接直流母線正極KM+，下端接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)直流操作電源接地探測(cè)裝置，其特征在于所述的直流電流檢測(cè)器中采用的主要元件是霍耳電流傳感器，固定設(shè)置在供電支路上靠近直流屏的各支路開關(guān)處，且正負(fù)兩根供電線纜均穿過位于該支路的霍耳電流傳感器的原邊檢測(cè)孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)直流操作電源接地探測(cè)裝置，其特征在于所述的直流電流檢測(cè)器中采用的主要元件是手持式鉗形霍耳電流傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3、4所述的電力系統(tǒng)直流操作電源接地探測(cè)裝置，其特征在于所述的接地電阻檢測(cè)電路中同時(shí)設(shè)置固定在供電支路上靠近直流屏的各支路開關(guān)處的霍耳電流傳感器和手持式鉗形霍耳電流傳感器為最佳。
6.根據(jù)權(quán)利要2所述的電力系統(tǒng)直流操作電源接地探測(cè)裝置，其特征在于所述的控制開關(guān)S1、S2為電子開關(guān)、光控電子開關(guān)、繼電器、手動(dòng)開關(guān)中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要6所述的電力系統(tǒng)直流操作電源接地探測(cè)裝置，其特征在于所述的控制開關(guān)S1、S2為光控電子開關(guān)時(shí)，采用光電耦合器O3、O4及與其相連的場(chǎng)效應(yīng)管M1、M2及外圍電阻R5、R6、R11、R12構(gòu)成，電阻R5、R11、光電耦合器O3、場(chǎng)效應(yīng)管M1構(gòu)成控制開關(guān)S2，電阻R6、R12、光電耦合器O4、場(chǎng)效應(yīng)管M2構(gòu)成控制開關(guān)S1，光電耦合器O1、O2組成隔離傳輸電路，電阻R7、可調(diào)電阻RP1，電阻R9、可調(diào)電阻RP2構(gòu)成信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，電阻R0、電容C1，電阻R10、電容C2構(gòu)成濾波電路。
8.根據(jù)權(quán)利要6所述的電力系統(tǒng)直流操作電源接地探測(cè)裝置，其特征在于所述的控制開關(guān)S1、S2為繼電器電路時(shí)，采用繼電器K1、二極管V1、三極管VT1構(gòu)成，二極管V1并接在繼電器K1兩端，通過三極管VT1驅(qū)動(dòng)，繼電器K1的觸點(diǎn)構(gòu)成控制開關(guān)S1、S2。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電力系統(tǒng)直流操作電源接地探測(cè)裝置，其特征在于所述的霍耳電流傳感器H1與運(yùn)算放大器N1A和N1B及其外圍元件構(gòu)成的絕對(duì)值電路相接。
10.根據(jù)權(quán)利要4所述的電力系統(tǒng)直流操作電源接地探測(cè)裝置，其特征在于所述的手持式霍耳電流傳感器H2通過運(yùn)算放大器N2A、N2B及其外圍元件構(gòu)成的絕對(duì)值電路與運(yùn)算放大器N2C構(gòu)成的故障指示電路相接。
專利摘要一種電力系統(tǒng)直流操作電源接地探測(cè)裝置,適用于電力系統(tǒng)直流操作電源中直流接地電阻檢測(cè)、故障支路判斷和接地故障點(diǎn)探測(cè),包括CPU及與CPU相連的顯示器,其特征在于設(shè)置與CPU相連的接地電阻檢測(cè)電路,接地電阻檢測(cè)電路主要包括,接在直流操作電源母線正負(fù)極與地之間的開關(guān)、限流電阻和直流電流檢測(cè)器,具有迅速探測(cè)出直流接地選線并能夠探測(cè)出接地點(diǎn)、檢測(cè)精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01R27/20GK2453449SQ00256408
公開日2001年10月10日 申請(qǐng)日期2000年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月13日
發(fā)明者張艷莉, 費(fèi)萬民 申請(qǐng)人:張艷莉