一种时长可控电阻可调的直流接地保护响应时间测试装置及方法与流程

本发明涉及电力系统，更具体地说，它涉及一种时长可控电阻可调的直流接地保护响应时间测试装置及方法。

背景技术：

1、直流电源系统是变电站、发电厂中继电保护装置、自动控制装置及断路器操作机构的核心工作电源，其运行可靠性直接关系到电力系统的安全稳定。当直流系统发生一点接地故障时，虽不立即造成保护误动，但若未能及时发现并处理，一旦发生第二点接地，可能引发继电器误动作或保护拒动，导致越级跳闸等重大事故。因此，直流系统普遍配置绝缘监测装置，用于实时监测系统对地绝缘状况，并在绝缘下降至设定阈值时发出告警信号。绝缘监测装置的响应时间是其最关键的性能指标之一，直接决定了故障发现的速度和系统应对的及时性。

2、目前，国内外已有多种直流系统绝缘监测装置校验设备，主要用于验证绝缘监测装置的接地电阻检测精度、接地选线正确性以及交流窜电识别能力。这些校验设备通常采用固定电阻或继电器阵列组合的方式模拟不同阻值的接地故障，通过人工读取绝缘监测装置的显示值进行比对，以判断其测量精度是否达标。然而，现有校验设备普遍存在以下不足：其一，故障模拟方式多为人工瞬时接地或长期固定接地，无法实现毫秒级精准时长可控投切，难以模拟实际直流系统中可能出现的瞬时性、间歇性接地故障；其二，响应时间测试依赖人工秒表计时，测试精度低、误差大，且无法实现自动化闭环测试，测试结果缺乏可追溯性和标准化依据；其三，现有设备缺乏对绝缘监测装置告警信号的硬件自动采集接口，无法自动捕捉告警电平翻转时刻并关联故障注入时刻，导致响应时间测试效率低下且重复性差。

3、因此，研究设计一种能够克服上述缺陷的时长可控电阻可调的直流接地保护响应时间测试装置及方法是目前急需解决的问题。

技术实现思路

1、为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种时长可控电阻可调的直流接地保护响应时间测试装置及方法，通过唯一可控单点接地回路实现接地故障时长毫秒级精准可控，且通过双时间戳同步采集实现响应时间自动高精度测量，同时通过可调高阻接地电阻实现多绝缘泄漏程度工况灵活模拟。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、第一方面，提供了一种时长可控电阻可调的直流接地保护响应时间测试装置，用于串联接入包括直流母线、被测绝缘监测装置、直流负荷和接地汇流排的直流系统，包括：

4、可控高阻接地测试单元，串联设置于直流负荷侧与所述接地汇流排之间，用于在直流负荷侧与大地之间建立唯一可控的单点接地回路；

5、所述可控高阻接地测试单元，包括：

6、可调高阻接地电阻，其阻值连续可调，用于模拟不同绝缘泄漏程度的接地故障；

7、高速电子开关，与所述可调高阻接地电阻串联构成纯电阻接地回路，所述高速电子开关的动作延时低于预设阈值；

8、毫秒级时序控制模块，内置高精度时钟源，用于输出可编程配置的触发信号控制所述高速电子开关的导通时长，所述导通时长在毫秒级范围内任意设定；

9、开关量采集模块，电性连接所述被测绝缘监测装置的开关量告警输出端，用于实时监测告警电平翻转并捕获告警时间戳；

10、其中，所述毫秒级时序控制模块与所述开关量采集模块共用同一时间基准，以实现故障起始时间戳与告警时间戳的双时间戳同步采集，并自动计算响应时间。

11、进一步的，所述可调高阻接地电阻的阻值调节范围为10kω至100kω；

12、所述高速电子开关的动作延时不超过0.5ms；

13、所述毫秒级时序控制模块的时间分辨率不大于0.1ms；

14、以及，所述导通时长的设定范围为1ms至2000ms。

15、进一步的，所述高速电子开关为金属氧化物半导体场效应晶体管，其寄生电容小于预设阈值，使得所述纯电阻接地回路在毫秒级开关过程中可忽略寄生效应，视为理想纯电阻特性。

16、进一步的，所述可调高阻接地电阻由多个精密电阻通过继电器阵列组合而成；

17、其中，所述继电器阵列受所述毫秒级时序控制模块控制，实现电阻值的步进或连续调节。

18、进一步的，所述毫秒级时序控制模块还用于在触发所述高速电子开关导通的瞬间，锁存故障起始时间戳；

19、所述开关量采集模块用于在检测到所述被测绝缘监测装置的告警电平翻转时，锁存告警时间戳；

20、所述毫秒级时序控制模块或上位机根据所述告警时间戳减去所述故障起始时间戳计算响应时间。

21、进一步的，所述开关量采集模块包括光电隔离电路，用于将所述被测绝缘监测装置的无源干接点信号转换为电平信号，并滤除抖动干扰。

22、进一步的，还包括人机交互模块；

23、所述人机交互模块与所述毫秒级时序控制模块通信连接，用于接收用户设定的接地电阻值、接地持续时长以及测试次数，并显示测试结果。

24、进一步的，所述直流负荷侧为所述直流母线的负极；

25、所述可控高阻接地测试单元的一端连接所述直流母线的负极，另一端连接所述接地汇流排。

26、第二方面，提供了一种时长可控电阻可调的直流接地保护响应时间测试方法，该方法应用于第一方面中任意一项所记载的一种时长可控电阻可调的直流接地保护响应时间测试装置，包括以下步骤：

27、s1：测试装置上电初始化自检，确认直流系统无原始接地故障；

28、s2：设定目标接地电阻值和接地持续时长；

29、s3：所述毫秒级时序控制模块输出触发信号使所述高速电子开关导通，所述可调高阻接地电阻接入所述直流负荷侧与所述接地汇流排之间，形成唯一单点接地故障，同时所述毫秒级时序控制模块锁存故障起始时间戳；

30、s4：所述开关量采集模块实时监测所述被测绝缘监测装置的告警输出端，当检测到告警电平翻转时锁存告警时间戳；

31、s5：根据所述告警时间戳与所述故障起始时间戳的差值自动计算响应时间，并在达到预设的接地持续时长后由所述毫秒级时序控制模块控制所述高速电子开关关断，消除接地故障；

32、s6：重复步骤s2至s5，遍历不同电阻值与时长组合，完成多工况测试。

33、进一步的，所述测试装置上电初始化自检，包括：

34、通过测量所述直流母线正负极对地电压之和是否等于母线额定电压来判断是否存在原始接地故障；

35、在自动计算响应时间时，扣除所述高速电子开关的固有动作延时，所述固有动作延时预先存储于所述毫秒级时序控制模块中。

36、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

37、1、本发明提供的一种时长可控电阻可调的直流接地保护响应时间测试装置，通过将可控高阻接地测试单元串联设置于直流负荷侧与接地汇流排之间，在直流负荷侧与大地之间建立了唯一可控的单点接地回路。该回路中，可调高阻接地电阻连续可调，能够模拟不同绝缘泄漏程度的接地故障；高速电子开关与可调高阻接地电阻串联构成纯电阻接地回路，其动作延时低于预设阈值，确保接地回路的快速投切；毫秒级时序控制模块内置高精度时钟源，输出可编程配置的触发信号控制高速电子开关的导通时长，使导通时长在毫秒级范围内任意设定；开关量采集模块电性连接被测绝缘监测装置的开关量告警输出端，实时监测告警电平翻转并捕获告警时间戳。特别地，毫秒级时序控制模块与开关量采集模块共用同一时间基准，实现了故障起始时间戳与告警时间戳的双时间戳同步采集并自动计算响应时间。本发明克服了传统测试依赖人工秒表计时、故障投切时长不可控、无法模拟毫秒级瞬时接地故障的缺陷，实现了接地故障时长的毫秒级精准可控和响应时间的自动化高精度测量，测试误差不超过正负0.1ms。

38、2、本发明中的可调高阻接地电阻的阻值调节范围能够模拟从微弱泄漏到中度泄漏的多种绝缘故障场景，毫秒级至秒级的时长设定可覆盖瞬时性、间歇性和稳态持续性接地故障的全部类型。高速电子开关采用金属氧化物半导体场效应晶体管，其寄生电容小于预设阈值，使得纯电阻接地回路在毫秒级开关过程中可忽略寄生效应，视为理想纯电阻特性，避免了开关寄生参数对测试精度的干扰。可调高阻接地电阻由多个精密电阻通过继电器阵列组合而成，继电器阵列受毫秒级时序控制模块控制，实现电阻值的步进或连续调节，保证了阻值设定的准确性和重复性。本发明确保了测试装置能够在全工况范围内保持高精度、高重复性的测试性能。

39、3、本发明通过毫秒级时序控制模块在触发高速电子开关导通的瞬间锁存故障起始时间戳，开关量采集模块在检测到被测绝缘监测装置的告警电平翻转时锁存告警时间戳，并由毫秒级时序控制模块或上位机根据告警时间戳减去故障起始时间戳计算响应时间，实现了响应时间的全自动计算，消除了人工秒表计时的主观误差。开关量采集模块包括光电隔离电路，用于将被测绝缘监测装置的无源干接点信号转换为电平信号，并滤除抖动干扰，保证了告警时间戳的准确捕获，避免了触点抖动导致的误触发。