直流电源系统备瞬时接地故障绝缘监测系统及监测方法与流程

1.本发明涉及直流电源系统监测技术领域，是一种直流电源系统备瞬时接地故障绝缘监测系统及监测方法。


背景技术：

2.直流系统是变电站二次设备的电源系统，变电站直流系统网络庞大，直流电源系统设计为不接地系统，避免接地故障构成错误回路导致保护误动作或者拒动作事故发生。现有运行的直流电源系统绝缘监测装置与接地查找仪都是针对永久性接地故障，不可靠接地故障因接地故障存在时间短，现有设备不能有效监测与查找，给电力生产维护人员带来极大困扰。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种直流电源系统备瞬时接地故障绝缘监测系统及监测方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有直流电源系统故障监测存在的不能对不可靠接地故障因接地故障，即瞬时故障进行监测的问题。
4.本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种直流电源系统备瞬时接地故障绝缘监测系统，包括后端控制装置、后端传输装置、多个绝缘监测主机、多个监测辅机、多个选线模块和多个电流感应模块；所述后端传输装置包括交换机、长距离传输模块或短距离传输模块；后端控制装置与交换机，交换机通过长距离传输模块或短距离传输模块与每个绝缘监测主机连接，绝缘监测主机和监测辅机一一对应连接，每个监测辅机与多个选线模块连接，每个选线模块与多个电流感应模块连接。
5.下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：上述绝缘监测主机包括主机总控单元、电压采集单元、母线电阻调节单元、主机通信显示单元、报警单元和主机电源单元，所述主机总控单元分别与电压采集单元、母线电阻调节单元、报警单元和主机通信显示单元连接，主机电源单元为绝缘监测主机供电。
6.上述主机总控单元包括主机主控模块和主机存储模块，主机主控模块分别与电压采集单元、母线电阻调节单元、主机通信显示单元、主机电源单元和主机存储模块连接；或/和，所述电压采集单元包括分压电路、线性光耦器件和放大滤波电路，分压电路、线性光耦器件和放大滤波电路依次连接；或/和，所述主机通信显示单元包括主机通信模块和主机显示模块，主机通信模块和主机显示模块均与主机总控单元连接。
7.上述监测辅机包括辅机主控单元、辅机通信显示单元、辅机存储单元和辅机电源单元，辅机主控单元分别与辅机存储单元和辅机通信显示单元连接，辅机电源单元为监测辅机供电。
8.上述选线模块包括选线总控单元、电流采集单元、选线通信单元和选线电源单元，选线总控单元分别与电流采集单元和选线通信单元连接，选线电源单元为选线模块供电。
9.上述电流采集单元包括第一放大电路和第二放大电路，第一放大电路与第二放大
电路连接；或/和，所述选线总控单元包括选线主控模块、选线存储模块和故障指示模块，选线存储模块和故障指示模块均与选线主控单元连接。
10.本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种直流电源系统备瞬时接地故障绝缘监测方法，包括：后端控制装置通过后端传输装置选择绝缘监测主机；绝缘监测主机采集实时直流母线对地电压信号，并通过监测辅机启动对应的选线模块实时采集支路电流信号；绝缘监测主机持续判断实时直流母线对地电压信号是否正常，响应于绝缘监测主机判断直流母线对地电压信号持续异常，则控制选线模块选线，判断各支路电流信号是否正常；绝缘监测主机持续判断实时直流母线对地电压信号是否正常，响应于否，则完成接地故障定位，选线模块显示选线结果，响应于是，则确定瞬时接地故障，绝缘监测主机根据监测辅机、选线模块的回传信息确定瞬时接地支路。
11.下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：上述完成接地故障定位及瞬时接地故障定位进一步包括：绝缘监测主机判断实时直流母线对地电压信号是否正常；响应于否，则进行录波，并确定对应的绝缘电阻，同时判断直流母线对地电压信号是否保持异常；响应于是，则显示计算获得的绝缘电阻，并控制选线模块选线，选线模块判断各支路电流信号是否正常，同时绝缘监测主机持续判断实时直流母线对地电压信号是否正常，响应于否，则确定瞬时接地故障，绝缘监测主机根据监测辅机、选线模块的回传信息确定瞬时接地支路；响应于绝缘监测主机判断直流母线对地电压信号异常消失，则确定瞬时接地故障，绝缘监测主机根据监测辅机、选线模块的回传信息确定瞬时接地支路，响应于绝缘监测主机判断直流母线对地电压信号异常，则完成接地故障定位，选线模块显示选线结果，并进行录波。
12.本发明结构简单、使用方便，通过后端控制装置、后端传输装置、绝缘监测主机、监测辅机、选线模块和电流感应模块相配合，实现了对直流电源系统绝缘故障进行实时监控、判断及定位，并能有效对瞬时接地故障（即不可靠接地故障）进行判断定位，为直流系统所有绝缘故障点排查提供依据，缩短故障存在时间，提升直流电源系统安全性，保障电力系统安全可靠运行。
附图说明
13.附图1为本发明实施例1的电路结构示意图。
14.附图2为本发明实施例2的绝缘监测主机电路结构示意图。
15.附图3为本发明实施例中隔离电源模块的电路结构示意图。
16.附图4为本发明实施例中第二电源转换输出模块的电路结构示意图。
17.附图5为本发明实施例中2电压采集单元的电路结构示意图。
18.附图6为本发明实施例中2主机存储模块的电路结构示意图。
19.附图7为本发明实施例中485通信电路的电路结构示意图。
20.附图8为本发明实施例中网络通信接口电路的电路结构示意图。
21.附图9为本发明实施例中主机显示模块的电路结构示意图。
22.附图10为本发明实施例3的监测辅机电路结构示意图。
23.附图11为本发明实施例4的选线模块电路结构示意图。
24.附图12为本发明实施例4中电流采集单元的电路结构示意图。
25.附图13为本发明实施例5的方法流程示意图。
26.附图14为本发明实施例5中故障定位的方法流程示意图。
具体实施方式
27.本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
28.下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：实施例1，如附图1所示，本实施例公开了一种直流电源系统备瞬时接地故障绝缘监测系统，包括后端控制装置、后端传输装置、多个绝缘监测主机、多个监测辅机、多个选线模块和多个电流感应模块；所述后端传输装置包括交换机、长距离传输模块或短距离传输模块；后端控制装置与交换机连接，交换机通过长距离传输模块或短距离传输模块与每个绝缘监测主机连接，绝缘监测主机和监测辅机一一对应连接，每个监测辅机与多个选线模块连接，每个选线模块与多个电流感应模块连接。
29.上述技术方案中，后端控制装置可为上位机，后端传输装置包括交换机、长距离传输模块或短距离传输模块；后端控制装置与交换机连接，交换机通过长距离传输模块或短距离传输模块与每个绝缘监测主机连接，实现后端控制装置与绝缘监测主机之间的数据传输，其中长距离传输模块可为多个光纤收发器，用于远距离数据传输，短距离传输模块可为电缆，用于短距离数据传输。
30.上述技术方案中，绝缘监测主机与监测辅机一对一连接，监测辅机与选线模块一对多连接，选线模块与电流感应模块一对多连接，电流感应模块可为电流互感器ct，用于感应直流母线的电流信号；其中绝缘监测主机实时测量直流母线对地电压高速运作状态，选线模块使用时与多个电流感应模块连接，采集电流感应模块感应的直流母线的电流信号，并判断电流信号是否异常；当绝缘监测主机确定直流母线对地电压异常时，则通过监测辅机询问选线模块的电流判断情况，，同时持续对直流母线对地电压进行判断，若直流母线对地电压依然异常，则确定接地故障支路（即异常电流所对应的电流感应模块所在的支路），若直流母线对地电压恢复正常，则确定为瞬时接地故障支路。
31.综上，本发明结构简单、使用方便，通过后端控制装置、后端传输装置、绝缘监测主机、监测辅机、选线模块和电流感应模块相配合，实现了对直流电源系统绝缘故障进行实时监控、判断及定位，并能有效对瞬时接地故障（即不可靠接地故障）进行判断定位，为直流系统所有绝缘故障点排查提供依据，缩短故障存在时间，提升直流电源系统安全性，保障电力系统安全可靠运行。
32.实施例2，如附图2所示，本实施例公开了一种直流电源系统备瞬时接地故障绝缘监测系统，其中绝缘监测主机进一步包括主机总控单元、电压采集单元、母线电阻调节单
元、主机通信显示单元、报警单元和主机电源单元，所述主机总控单元分别与电压采集单元、母线电阻调节单元、报警单元和主机通信显示单元连接，主机电源单元为绝缘监测主机供电。
33.上述技术方案中，主机电源单元为绝缘监测主机供电；本发明中主机电源单元可包括第一电源转换输出模块、隔离电源模块和第二电源转换输出模块，其中第一电源转换输出模块用于将110v/220vac转换为所需要的电压，例如将110v/220vac转换为5v（供给数字电路与模拟电路工作）和24vdc（给显示与测量部分供电），这里可选用明伟电源模块；由于本发明的电压采集单元有高压采集需要隔离电源，故而设置隔离电源模块，隔离电源模块可选用金升阳电源公司的0505隔离电源模块实现，具体如附图3所示；由于本发明的主机总控单元等数字电路部分的供电需求，故而设置第二电源转换输出模块，用于将5vdc转换为3.3vdc，本发明中可采用电源芯片asm1117实现，具体如附图4所示。
34.上述技术方案中，母线电阻调节单元包括多个平衡电桥，每个平衡电桥均与总控单元连接。母线电阻调节单元包括多个平衡电桥，总控单元通过控制每个平衡电桥的电阻投入，控制直流母线的电阻，从而实现对于直流母线的电压调节。
35.上述技术方案中，报警单元为现有公知技术，可为现有声光报警器。
36.基于上述绝缘监测主机的电路结构，其对应的工作过程如下：首先，电压采集单元用于实时采集直流母线对地电压，并发送至总控单元存储分析；然后，总控单元将某一时刻的直流母线对地电压与电压预设值比较，判断是否异常，响应于异常，总控单元根据已存储的录波信息确定绝缘电阻（录波可为存储异动前缓存的1s数据和异动后40s异动后数据，形成41s数据变化趋势），并持续判断直流母线对地电压是否保持异常，响应于是，则获取选线模块确定的电流信号异常结果，同时持续判断电压是否保持异常，响应于是，则根据电流信号异常结果确定接地故障支路，响应于否，则电流信号异常结果对应的支路为瞬时接地故障，完成直流电源系统的不可靠接地故障监测。
37.如附图5所示，实施例2中电压采集单元进一步包括分压电路、线性光耦器件和放大滤波电路，分压电路、线性光耦器件和放大滤波电路依次连接。
38.上述技术方案中，电压采集单元包括分压电路、线性光耦器件和放大滤波电路，电压首先通过分压电路进行分压，分压后输入线性光耦器件中输入电压控制需在0v至200mv之间，电压经线性光耦器件的放大后再经过放大滤波电路放大滤波，输出最高电压接近ad的基准电压，电压处理完成后进入主机总控单元进行ad采样。其中线性光耦器件可采用hcpl
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7840线性光耦器件，放大滤波电路可通过lm358放大器实现。
39.如附图2所示，实施例2中主机总控单元进一步包括主机主控模块和主机存储模块，主机主控模块分别与电压采集单元、母线电阻调节单元、通信显示单元、电源单元和主机存储模块连接。
40.上述技术方案中，主机总控单元包括主机主控模块和主机存储模块，其中主机主控模块可为stm32f103zet6芯片，stm32f103zet6芯片是arm 32位的cortex
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m3 cpu，具有运行速度快、存储量大、功耗低和各种功能接口数量众多的特点，其最快72mhz工作频率；12通个ad通道，112个快速双向i/o口，13个通信接口，包括usb2.0全速接口和sdio接口。主机存储模块可为8g存储芯电路，存储主机主控模块获得的信息数据，具体电路如附图6所示。
41.如附图2所示，实施例2中主机通信显示单元进一步主机通信显示单元包括主机通信模块和主机显示模块，主机通信模块和主机显示模块均与主机总控单元连接。
42.上述技术方案中，主机通信模块可包括485通信电路和网络通信接口电路；485通信电路可如附图7所示，包括一片电平转换芯片sn75lbc184，该芯片完成总控单元输出的信号转换为485电平信号，pcb板上还放置一个4位接线端子con2，方便接线到本发明上设置的接线端子；网络通信接口电路可如附图8所示。
43.上述技术方案中，主机显示模块为现有公知技术，具体可如附图9所示，lcd驱动的电路u6是ttl转232电平芯片，l1位120r的磁珠，可以有效地抑制高频干扰，同时显示模块可采用7寸串口工业触屏，触屏输入接电路232输出。
44.实施例3，如附图10所示，本实施例公开了一种直流电源系统备瞬时接地故障绝缘监测系统，其中监测辅机进一步包括辅机主控单元、辅机通信显示单元、辅机存储单元和辅机电源单元，辅机主控单元分别与辅机存储单元和辅机通信显示单元连接，辅机电源单元为监测辅机供电。
45.上述技术方案中，监测辅机包括辅机主控单元、辅机通信显示单元、辅机存储单元和辅机电源单元，辅机电源单元可将110v/220vac转换为所需要的电压，例如将110v/220vac转换为5v（供给数字电路与模拟电路工作）和24vdc（给显示与测量部分供电），这里可选用明伟电源模块；辅机主控单元可为stm32f103zet6芯片，stm32f103zet6芯片是arm 32位的cortex
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m3 cpu，具有运行速度快、存储量大、功耗低和各种功能接口数量众多的特点；辅机通信显示单元用于将远端的选线模块采集到的电流信号、判断信号等传输至绝缘监测主机，并将绝缘监测主机的控制命令等传输至对应的选线模块；辅机存储单元可与主机存储模块结构相同，即可为8g存储芯电路，存储辅机辅机主控单元获得的信息数据。
46.如附图10所示，实施例3中辅机通信显示单元进一步包括辅机通信模块和辅机显示单元，辅机通信模块和辅机显示单元均与辅机总控单元连接。
47.上述技术方案中，辅机通信模块可包括485通信电路和网络通信接口电路；485通信电路可如附图7所示，包括一片电平转换芯片sn75lbc184，该芯片完成总控单元输出的信号转换为485电平信号，pcb板上还放置一个4位接线端子con2，方便接线到本发明上设置的接线端子；网络通信接口电路可如附图8所示。
48.上述技术方案中，辅机显示模块为现有公知技术，可与主机显示模块的结构相同，具体可如附图9所示，lcd驱动的电路u6是ttl转232电平芯片，l1位120r的磁珠，可以有效地抑制高频干扰，同时显示模块可采用7寸串口工业触屏，触屏输入接电路232输出。
49.实施例4，如附图11所示，本实施例公开了一种直流电源系统备瞬时接地故障绝缘监测系统，其中选线模块进一步包括选线总控单元、电流采集单元、选线通信单元和选线电源单元，选线总控单元分别与电流采集单元和选线通信单元连接，选线电源单元为选线模块供电。
50.上述技术方案中，选线模块包括选线总控单元、电流采集单元、选线通信单元和选线电源单元，其中选线电源单元可包括第一电源转换输出模块、隔离电源模块和第二电源转换输出模块，其中第一电源转换输出模块用于将110v/220vac转换为所需要的电压，例如将110v/220vac转换为5v（供给数字电路与模拟电路工作）和24vdc（给显示与测量部分供电），这里可选用明伟电源模块；由于本发明的电压采集单元有高压采集需要隔离电源，故
而设置隔离电源模块，隔离电源模块可选用金升阳电源公司的0505隔离电源模块实现，具体如附图3所示；由于本发明的总控单元等数字电路部分的供电需求，故而设置第二电源转换输出模块，用于将5vdc转换为3.3vdc，本发明中可采用电源芯片asm1117实现，具体如附图4所示；电流采集单元用于连接电流感应模块，采集对应的实时电流信号；选线总控单元用于判断接收到的电流是否异常，响应于是，则判断出现接地故障，并进行录波，故而实现对接地故障的选线定位；选线通信单元可包括485通信电路和网络通信接口电路；485通信电路可如附图7所示，包括一片电平转换芯片sn75lbc184，该芯片完成总控单元输出的信号转换为485电平信号，pcb板上还放置一个4位接线端子con2，方便接线到本发明上设置的接线端子；网络通信接口电路可如附图8所示。
51.如附图12所示，实施例4中电流采集单元进一步包括第一放大电路和第二放大电路，第一放大电路与第二放大电路连接。
52.上述技术方案中，电流经ct感应后，依次通过第一放大电路和第二放大电路进行放大后，由选线总控单元进行ad转换换算。
53.如附图11所示，实施例4中选线总控单元进一步包括选线主控模块、选线存储模块和故障指示模块，选线存储模块和故障指示模块均与选线主控单元连接。
54.上述技术方案中，选线主控模块为现有公知技术，可为可为stm32f103zet6芯片，stm32f103zet6芯片是arm 32位的cortex
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m3 cpu，具有运行速度快、存储量大、功耗低和各种功能接口数量众多的特点；选线存储模块可与主机存储模块的结果相同，可为8g存储芯电路，存储选线主控模块获得的信息数据，具体电路如附图6所示；故障指示模块可为故障指示灯。
55.实施例5，如附图13所示，本实施例公开了一种直流电源系统备瞬时接地故障绝缘监测方法，包括：步骤s101，后端控制装置通过后端传输装置选择绝缘监测主机；步骤s102，绝缘监测主机采集实时直流母线对地电压信号，并通过监测辅机启动对应的选线模块实时采集支路电流信号；步骤s103，绝缘监测主机持续判断实时直流母线对地电压信号是否正常，响应于绝缘监测主机判断直流母线对地电压信号持续异常，则控制选线模块选线，判断各支路电流信号是否正常；步骤s104，绝缘监测主机持续判断实时直流母线对地电压信号是否正常，响应于否，则完成接地故障定位，选线模块显示选线结果，响应于是，则确定瞬时接地故障，绝缘监测主机根据监测辅机、选线模块的回传信息确定瞬时接地支路。
56.这里选线模块的回传信息包括选线模块采集到的电流信号、录波信息及判断结果。
57.如附图14所示，实施例5中完成接地故障定位及瞬时接地故障定位进一步包括：步骤s301，绝缘监测主机判断实时直流母线对地电压信号是否正常；步骤s302，响应于否，则进行录波，并确定对应的绝缘电阻，同时判断直流母线对地电压信号是否保持异常；步骤s303，响应于是，则显示计算获得的绝缘电阻，并控制选线模块选线，选线模块判断各支路电流信号是否正常，同时绝缘监测主机持续判断实时直流母线对地电压信号
是否正常，响应于否，则确定瞬时接地故障，绝缘监测主机根据监测辅机、选线模块的回传信息确定瞬时接地支路；步骤s304，响应于绝缘监测主机判断直流母线对地电压信号异常消失，则确定瞬时接地故障，绝缘监测主机根据监测辅机、选线模块的回传信息确定瞬时接地支路，响应于绝缘监测主机判断直流母线对地电压信号异常，则完成接地故障定位，选线模块显示选线结果，并进行录波。
58.上述录波在本发明中可存入异动前缓存的1s数据和异动后40s异动后数据，形成41s数据变化趋势。
59.以上技术特征构成了本发明的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。