直流电源系统接地故障检测方法及其检测电路技术方案

本发明专利技术提供了一种直流电源系统接地故障检测方法及检测电路。在直流电源系统各支路上装一霍尔电流互感器，支路的正负出线同时穿过该互感器，进行绝缘电阻测量时，在系统正母线／负母线对地之间加入一无源恒电流电路，测量此时负母线／正母线对地电压值以及恒电流电路的电流值，计算出二者的比值即为系统的绝缘电阻；当出现接地故障时，在非接地母线与地之间加入无源恒电流电路，测量此时接地母线对地电压值以及由各支路霍尔电流互感器测量流过各支路的电流值，计算二者的比值即可得到各支路的绝缘电阻值，绝缘电阻值低于设定标准值的支路即为接地支路，利用手持霍尔电流互感器沿该支路检测即可找出接地故障点。本发明专利技术实施简单、可靠，检测精度和准确度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及直流电源系统接地故障检测方法，适用于电力系统变电站、发电厂以及厂矿企业继电保护或控制装置采用的直流电源供电系统的绝缘及接地故障在线检测与定位。
技术介绍
目前，直流电源系统接地故障检测方法从技术上可分为交流法和直流法两大类。交流法一般是通过一低频信号发生器向接地母线注入一低频电流信号，然后利用信号接收器接收各供电支路中的交流电流幅值或相位，以判断接地支路。随着直流供电系统的复杂化以及数字保护及控制装置的大量使用使得系统分布电容和滤波电容容量急剧增加，容性电流的存在使该方法的精度和准确度降低。直流法一般是利用霍尔电流互感器测量系统各支路正负母线的对地漏电流，以判断系统接地故障，该方法可以不受分布电容的影响，但系统漏电流大小受系统绝缘电阻大小的影响，即使正或负母线产生直接接地故障，其漏电流大小却取决于另一正常母线绝缘电阻的大小。另外，由于系统绝缘电阻变化较大，漏电流也随之在很大范围内变化，因此该方法精度和准确度受到现有霍尔电流互感器灵敏度和精度的限制。总之现有故障检测方法的精度和准确度较差。
技术实现思路
本专利技术针对现有直流电源系统接地故障检测方法精度和准确度差的不足，提供一种精度和准确度高的直流电源系统接地故障检测方法及其检测电路。本专利技术采用的解决方案是在直流电源系统各支路上装一霍尔电流互感器，支路的正负出线同时穿过该互感器，在进行绝缘电阻测量时，在系统正母线/负母线对地之间加入一无源恒电流电路，测量此时负母线/正母线对地电压值以及恒电流电路的电流值，计算出二者的比值即为系统的绝缘电阻；当系统出现接地故障时，在非接地母线与地之间加入无源恒电流电路，测量此时接地母线对地电压值以及由各支路霍尔电流互感器测量流过各支路的电流值，通过计算二者的比值即可得到各支路的绝缘电阻值，绝缘电阻值低于设定标准值的支路即为接地支路，利用手持霍尔电流互感器沿该支路检测即可找出接地故障点。适用于上述检测方法的检测电路由无源恒电流电路、开关、电流检测电路、正负母线电压检测电路、各支路霍尔电流互感器及其测量和控制电路以及运算电路组成，无源恒电流电路经开关以及电流检测电路连到正母线或负母线与地之间；各支路正负母线经断路器后穿过霍尔电流互感器；控制电路控制无源恒电流电路的投入与切出，运算电路对测量值进行运算。无源恒电流电路由功率管及电流反馈单元组成。当该电路跨接在母线与地之间时，可以使流过该电路的电流值近似保持恒定，并在很大范围内与跨接在该电路上的电压值无关。无源恒电流电路的电流值设定在接近或等于霍尔电流互感器的额定值。各支路的霍尔电流互感器选用额定值≤10mA的互感器，本专利技术加入无源恒电流电路，利用母线电压产生恒定直流电流，无需外加信号。恒定电流值在较大范围内不受接地电阻值大小的影响，人为的将系统的漏电流或接地电流控制在霍尔电流互感器的额定工作电流值附近，霍尔电流互感器工作时处在最高精度状态，使得检测精度和准确度大大提高。不仅不受接地电容的影响，而且能实时准确地检测出直流母线的绝缘电阻、接地故障支路和接地电阻，实施简单、可靠，检测精度和准确度高。附图说明图1是本专利技术直流电源系统接地故障检测方法的电路原理图。图2是本专利技术的原理框图。图3是本专利技术中无源恒电流电路的特性曲线图。图4是本专利技术中无源恒电流电路的电路图。其中1、正直流母线，2、负直流母线，3、双刀单掷开关，4、双刀双掷开关，5、无源恒电流电路，6、电流检测电路，7、差分运算放大器，8、接地，9、核心电路，10、支路1断路器，11、支路1霍尔电流互感器，12、支路n断路器，13、支路n霍尔电流互感器，14、接地，15、多路模拟开关电路，16、高精度数/模(A/D)转换器电路，17、单片机电路，18、显示及键盘电路，19、报警电路，20、远传通讯电路，21、无源恒电流电路负极，22、无源恒电流电路正极，23、MOSFET功率管T1栅极，24、小功率三极管T2基极，Eb、直流电源，Rs1和Rs2、电流检测电阻，Rg、接地故障等效电阻，V1、正母线对地电压，V2、负母线对地电压，Is、正母线接地故障发生时本装置投入运行时由无源恒电流电路产生的流经接地故障点的电流，Ir、无源恒电流电路的电流设定值，Rgm、使无源恒电流电路维持恒电流的绝缘电阻或接地电阻最大值，T1、MOSFET功率管，T2、小功率三极管，R1、T1源极电流检测电阻，R2、T1栅极电阻具体实施方式实施例在图1给出的电路原理图中，直流电源系统由直流电源Eb、正直流母线1、负直流母线2和各支路及支路断路器10、12等组成。直流电源Eb通过正直流母线1、负直流母线2和支路断路器10、12向各支路提供直流电，正负母线1、2经断路器10、12后同时穿过各支路霍尔电流互感器11、13。本专利技术核心电路9中，正负母线1、2经开关3和开关4与无源恒电流电路5和电流检测电阻Rs1和Rs2相连。用差分运算放大器7检测电阻Rs1和Rs2上的电压降，可检测出恒电流电路5的电流值。V1和V2分别用于检测正母线1和负母线2的对地电压值。当检测母线绝缘电阻或接地电阻时，首先将开关4打到左侧或右侧位置，然后再合上开关3。当开关4打到左侧时，恒电流电路5的电流经开关4的右刀和电阻Rs1流入大地8，再由大地经母线对地等效绝缘电阻流入负母线2，经过直流电源Eb后，通过正母线1、开关3和开关4的左刀流回恒电流电路5形成一电流闭合回路。当开关4打到右侧时，恒电流电路5的电流经开关4的右刀和开关3流入负母线2，经过直流电源Eb后，通过正母线1由母线对地等效绝缘电阻流入大地8，电流由大地8经电阻Rs2和开关4的左刀流回恒电流电路5形成一电流闭合回路。开关3和4可以是继电器、机械开关或电子开关。当某支路正母线出现接地故障时，无源恒电流电路5通过开关3和4以及电流检测电路6连接到负母线2与地8之间；当某支路负母线出现接地故障时，无源恒电流电路5通过开关3和4以及电流检测电路6连接到正母线1与地8之间。例如，当支路n的正母线1发生接地故障时，其等效接地电阻为Rg，此时将开关4打到如图1所示位置，然后再合上开关3，恒电流电路5电流流动方向如图1虚线Is所示。那么由霍尔电流互感器13所测得的电流值就是Is(忽略其它漏电流时)。由于恒电流电路5产生的电流在接近霍尔电流互感器的额定电流值，因此具有较高的测量精度。此时利用手持霍尔电流传感器沿该支路n检测即可找出接地故障点。在图2所示框图中，来自霍尔电流互感器11、13等的信号经多路模拟开关15转换后与来自核心电路9检测的正负母线电压信号V1和V2以及恒电流电路电流检测值一起接入高精度数/模(A/D)转换电路16，然后由单片机17对这些A/D转换值进行分析计算，由显示电路18显示计算结果，并由报警电路19进行报警，同时可将数据通过通讯电路20上传到上位机。图中，单片机17对开关3和4以及多路模拟开关电路15和A/D转换电路16进行控制。通过键盘18或上位机通过通讯电路20可以设置比如支路数，接地电阻报警值，正负母线电压报警值等系统参数，实现人机对话。图3中，电流值Ir为恒电流电路5的设定值，有Rgm≈Eb/Ir(Rs1和Rs2很小，这里可以忽略)。Ir由图4中小功率三极管T2的基极24与射极之间的电压值与电阻R1的比本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流电源系统接地故障检测方法，其特征是：在直流电源系统各支路上装一霍尔电流互感器，支路的正负出线同时穿过该互感器，在进行绝缘电阻测量时，在系统正母线／负母线对地之间加入一无源恒电流电路，测量此时负母线／正母线对地电压值以及恒电流电路的电流值，计算出二者的比值即为系统的绝缘电阻；当系统出现接地故障时，在非接地母线与地之间加入无源恒电流电路，测量此时接地母线对地电压值以及由各支路霍尔电流互感器测量流过各支路的电流值，通过计算二者的比值即可得到各支路的绝缘电阻值，绝缘电阻值低于设定标准值的支路即为接地支路，利用手持霍尔电流互感器沿该支路检测即可找出接地故障点。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王广柱，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：88[中国|济南]