本發(fā)明涉及電纜分布電容監(jiān)控領(lǐng)域，尤其是涉及一種電纜分布電容風(fēng)險預(yù)警控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

當(dāng)直流系統(tǒng)接地或交流竄入直流時，會通過電纜的分布電容構(gòu)成回路，產(chǎn)生電容電流，導(dǎo)致一些動作值低、靈敏度高的繼電器誤動。誤動的主要因素為繼電器的動作值(電壓和功率)、電纜對地的分布電容值。《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》從設(shè)計角度對繼電器動作功率和動作電壓做出相應(yīng)要求，但在發(fā)生直流接地或交流串入時，若控制電纜的分布電容超過臨界值，出口繼電器還是會誤動。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種高安全性、高可靠性、全面監(jiān)控、精確測量、簡單易用、靈活經(jīng)濟的電纜分布電容風(fēng)險預(yù)警控制系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種電纜分布電容風(fēng)險預(yù)警控制系統(tǒng)，用以對電纜分布電容進行監(jiān)控，防止繼電器誤動，該系統(tǒng)包括分別與直流母線正極和負極連接的低頻信號源和電壓均衡模塊以及設(shè)置在至少一條直流母線支路上的微小交直流檢測裝置。

所述的微小交直流檢測裝置包括單片機以及分別與單片機連接的直流檢測回路和交流檢測回路，所述的直流檢測回路上設(shè)有直流電流傳感器和第一開關(guān)，所述的交流檢測回路上設(shè)有交流電流傳感器和第二開關(guān)。

所述的第一開關(guān)和第二開關(guān)的通斷相互連鎖。

所述的直流電流傳感器為磁飽和電流傳感器，所述的交流電流傳感器為磁通感應(yīng)電流傳感器。

該系統(tǒng)還包括分別與直流母線正極和負極連接的微機絕緣檢測儀。

所述的微機絕緣檢測儀型號為ATCWZJ5。

所述的低頻信號源為便攜式絕緣檢測儀BXJY-A。

每條直流母線支路上的微小交直流檢測裝置均設(shè)有一保護裝置。

所述的直流電流傳感器的量程為±30mA，精度為0.01mA，所述的交流電流傳感器的量程為±15mA，精度為0.01mA。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

一、高安全性、高可靠性

微小交直流CT體積小，提升了直流屏柜內(nèi)作業(yè)在空間上的安全裕度；電壓均衡模塊參與了母線電壓的平衡控制，降低了電壓偏移程度。利用高可靠性的便攜式檢測儀作為低頻信號發(fā)生源，確保了直流系統(tǒng)的長期可靠運行。

二、全面監(jiān)控、精確測量

除了具有直流絕緣監(jiān)測、接地選線、母線過電壓/欠電壓監(jiān)控功能外，還具有交流竄入直流支路故障監(jiān)控、母線電壓均衡控制和分布電容在線測量功能。微小交直流CT能耐受大電流沖擊，能夠長期精確測量。

三、簡單易用、靈活經(jīng)濟

主要組件采用分布式設(shè)計，接口簡單，易于組合安裝，系統(tǒng)接線簡潔，方便維護與管理；基于原有設(shè)備進行的擴展，經(jīng)濟實惠，操作人員無需重新培訓(xùn)即可使用。

附圖說明

圖1為帶長電纜的跳閘回路圖。

圖2為直流系統(tǒng)等效電路圖。

圖3為正極接地等效圖。

圖4為繼電器正電源接地等效圖。

圖5為在線監(jiān)測分布電容系統(tǒng)圖。

圖6為交直流微小電流檢測框圖。

圖7為電壓均衡模塊設(shè)計圖，其中，圖(7a)為主視圖，圖(7b)為左視圖，圖(7c)為俯視圖。

圖8為電壓均衡模塊結(jié)構(gòu)及控制效果圖，其中，圖(8a)為電壓均衡模塊電路結(jié)構(gòu)圖，圖(8b)為輸出波形圖。

圖9為直流絕緣監(jiān)測系統(tǒng)連接圖。

其中，1、低頻信號源，2、電壓均衡模塊，3、微小交直流檢測裝置，4、微機絕緣檢測儀，5、保護裝置，31、單片機，32、直流電流傳感器，33、交流電流傳感器。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。

實施例：

操作箱的手跳、三跳繼電器及失靈保護啟動開入光耦的一端一般都與電源負極相連，另一端與控制電纜相連，如圖1所示，其等效電路見圖2。圖1中：T為保護動作接點；TBJ為保護動作繼電器；DL為開關(guān)輔助接點；TQ為跳閘線圈。圖2中E為等效電源；R1和R2分別為正極、負極的平衡電橋電阻；R+和R-分別為正極、負極的絕緣電阻；C₊和C-分別為正極、負極的分布電容；R為繼電器電阻；C為繼電器正極對地分布電容。引至開關(guān)端子箱的長電纜，在其芯線和屏蔽層之間有較大的分布電容，當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生一點接地時，可能導(dǎo)致基于低頻信號注入法的便攜式接地電阻測試儀的誤選，甚至造成動作功率較小的繼電器或光耦開入誤動。

一點接地分布電容臨界值分析

(1)正極接地

直流正極接地(圖2中P點接地)，其等效電路見圖3。從接地瞬間開始，直流系統(tǒng)通過繼電器對電纜分布電容充電。

由KVL定理可得下面的關(guān)系式：

圖3為一個簡單的直流激勵下的零狀態(tài)響應(yīng)，聯(lián)合式(1)和式(2)求解得：

u_R(t)＝Ee^-t/RC (3)

假設(shè)中間繼電器的動作時間為t_d，該時刻作用在繼電器的功率P(t_d)為：

根據(jù)繼電器的動作功率P_R(5W或7W)，可求取分布電容的臨界值，即P(t_d)＝P_R：

直流負極接地(圖2中N點接地)，等于繼電器R和分布電容C被短接掉，繼電器不能動作，將會拒動。

(2)繼電器正電源接地

繼電器正電源接地(圖2中Q點接地)，其等效圖如圖4所示。直流系統(tǒng)通過繼電器對電纜分布電容充電，從接地瞬間開始。

繼電器兩端電壓的初值和終值為：

根據(jù)KCL定律可得：

求解繼電器兩端電壓u_R為：

其中，τ＝(R₁//R₂//R₊//R_-//R)·(C₊//C_-)。

交流串入時分布電容臨界值分析

(1)機理分析

當(dāng)交流電源從母線竄入直流系統(tǒng)時，將通過電纜分布電容C構(gòu)成回路?？偦芈纷杩篂椋?/p>

Z＝R+1/(jωC) (10)

加在繼電器的電壓為：

u_R＝u_s/[1+1/(jωRC)] (11)

當(dāng)交流電源從繼電器靠電纜側(cè)竄入時，將通過電纜分布電容C-構(gòu)成回路，計算過程同上。u_s為竄入交流的電壓。

(2)臨界值求取

若加在繼電器上的電壓u_R在變化過程中高于繼電器動作電壓，且功率大于功率啟動值P_d，則會導(dǎo)致繼電器誤動。

作用在繼電器的功率為：

P＝u_R²/R (12)

根據(jù)P等于繼電器動作功率Pd求取分布電容的臨界值。

當(dāng)分布電容大于分布電容的臨界值，則滿足功率大于功率啟動值。監(jiān)測分布電容大小，當(dāng)分布電容接近臨界值時，則預(yù)警。

分布電容在線監(jiān)測

當(dāng)分布電容大到滿足繼電器動作功率時，直流單點接地時繼電器仍會誤動，因此需要在線檢測支路的分布電容。

利用便攜式移動裝置設(shè)置頻率和電壓，使直流母線上產(chǎn)生低頻交流信號，若某支路的交流CT檢測裝置能檢測出相應(yīng)的交流信號，則可測量出該支路分布電容，且滿足相應(yīng)標準。在線測量分布電容的技術(shù)方案如圖5所示。

圖5中注1提供合理的低頻交流信號；但缺少交流信號測量CT，需要新增，如圖5注2所示；為了滿足平穩(wěn)、精確測量分布電容的要求，需設(shè)計母線電壓均衡裝置，如圖5注3所示。

設(shè)計一種傳感器(微小交直流電流檢測裝置)，同時能檢測DC微小電流信號和AC微小交流信號，微小交直流電流檢測如圖6所示：DC微小電流檢測原理為磁飽和原理，使用相關(guān)的振蕩電路或調(diào)制脈沖檢測磁場強度反應(yīng)對應(yīng)的直流電流；AC微小電流檢測原理為磁通感應(yīng)原理，可以由感應(yīng)線圈直接感應(yīng)出相關(guān)的交流電流。DC檢測原理和AC檢測原理互斥，使用同線圈切換，減少成本和體積。

DC電流傳感器啟動：K1合上，K2斷開，DC電流傳感器工作，可選擇PWM或ADC輸出。AC電流傳感器啟動：K1斷開，K2閉合，AC電流傳感器工作。微小交直流電流檢測傳感器參數(shù)如下：DC，最小電流檢測精度為±最小電流檢測；AC，最小電流檢測精度為±最小電流檢測。

對接地電阻的歷史數(shù)據(jù)進行趨勢分析，不僅有助于分析二次回路的絕緣水平及變化速率，尋找絕緣急劇下降的預(yù)警點，實現(xiàn)二次電纜的狀態(tài)檢修；還有助于在線監(jiān)測CT零漂情況、評估加熱器除濕效果等。當(dāng)接地電阻趨勢發(fā)生逆向變化時，可能是CT零漂導(dǎo)致。當(dāng)接地電阻加速變小，可能是受潮等外部原因。

母線電壓均衡控制

當(dāng)發(fā)生母線電壓偏移后，通過采集母線電壓來控制電力電子元件，使得正母負母等效電阻相等，達到正母負母電壓平衡。電壓均衡模塊設(shè)計如圖7所示，針對直流負端對地引腳一個調(diào)節(jié)接地電阻，實現(xiàn)系統(tǒng)正負母線對地電壓的壓差絕對值不超過額定電壓的10％，即直流系統(tǒng)負極(母線)對地電壓不超過額定電壓的55％。其中，電壓測量為固定量程，DC：300V，AC：250V。

當(dāng)發(fā)生電壓母線偏移后，電壓均衡模塊采用直流電子負載中的恒阻模式，即通過調(diào)整電流來達到恒阻模式，其效果如圖8所示。圖(8a)中，當(dāng)R4為1％，如果輸入電壓為1V，那么U1(LM358)的+上的電壓為10mV，也就控制R1上的電壓為10mV，即流過R1的電流I＝10mV/0.01Ω＝0.01V/0.01Ω＝1A，從而等效的電子負載的電阻值RL＝1V/1A＝1Ω。從圖(8b)輸出波形可以看出硬件設(shè)計的電子負載為純電阻屬性。

本系統(tǒng)由微機絕緣監(jiān)測儀ATCWZJ5、微小交直流CT、電壓均衡模塊和便攜式絕緣檢測儀BXJY-A(提供低頻信號)構(gòu)成，系統(tǒng)連接圖如圖9所示。在監(jiān)測直流系統(tǒng)接地電阻的基礎(chǔ)上，進一步增加對分布電容的在線監(jiān)測功能、趨勢分析及風(fēng)險預(yù)警。