本发明专利技术公开了直流系统接地故障检测装置和方法。本发明专利技术的装置包括微处理器和多个电流互感器。微处理器连接有低频信号源、检测电桥、显示报警器和采样保持电路。其同步环节的输入端与直流系统的正负母线连接，同步环节的输出端通过隔离环节与所述多路开关的输入端连接。本发明专利技术的方法包括：通过双不对称电桥来监测直流系统的绝缘状况，当监测到接地故障时判断接地极性，并向微处理器发出信息以启动低频信号源，向直流系统注入稳定的正弦或余弦低频电压信号，当电流互感器电流大于１Ａ时进行环网支路处理，否则进行一般支路处理等步骤。本发明专利技术能有效地完成直流系统存在环网和较大对地电容情况下的接地故障检测。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力系统接地故障检测
，尤其是电力系统中的直流系统故障检测装置及其检测方法。
技术介绍
发电厂、变电站的直流系统是电力系统中非常重要的工作电源，它为电气、热工、自动装置、继电保护、事故照明、通讯等二次设备提供电源。这些二次设备的正常工作对于保障发电厂、变电站的安全运行十分重要。因此，要求其工作电源——直流系统及其网络具有高度的可靠性。当直流系统发生一点接地故障(直接接地或对地绝缘电阻减小)时，由于没有短路电流流过，熔断器不会熔断，一般不会立即产生危害性后果，但若发生两点同时接地，则可能造成信号装置、控制回路和继电保护装置的误动作，致使断路器跳闸，或直接造成直流操作电源短路，从而引发严重的电力系统事故。目前，对于直流系统接故障的检测主要有几种方法传统的平衡电桥法、低频信号注入法、双低频信号注入法、直流检测法等。以上各种方法都有其自身的特点，都在一定程度对于消除接地故障，提高直流系统的安全、可靠性做出了各自的贡献。在实际中运行的直流系统是一个接线复杂，庞大的多分支的供电网络。对于重要负载，为了提高其供电的可靠性，一般采用分段环形供电法，并且按照负荷的种类和路径，分成各自独立的供电网。环网方式供电使直流电网结构复杂，进行接地检测的困难变大。另一方面，由于线路本身的分布电容以及电力系统自动化装置中大量引入的抗干扰滤波电容的存在，使得传统检测装置无法对接地点进行有效检测。因此，如何准确可靠的检测接地故障是当前直流系统运行中存在的一个主要问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种直流系统接地故障的检测装置，该方法能有效的完成在系统存在环网和较大对地电容情况下的接地故障检测。本专利技术所要解决的另一技术问题是，提供一种直流系统接地故障的检测方法，该装置能有效的完成在系统存在环网和较大对地电容情况下的接地故障检测。为解决上述技术问题是，本专利技术的直流系统接地故障检测装置包括微处理器和多个电流互感器，多个电流互感器分别套在直流系统不同支路上，其特征是，所述直流系统接地故障检测装置还包括低频信号源、检测电桥、显示报警器和采样保持电路；所述多个电流互感器的输出端分别与多路开关的输入端连接，多路开关的输出端与所述采样保持电路的输入端连接；所述直流系统接地故障检测装置设置有同步环节，同步环节的输入端与直流系统的正负母线连接，同步环节的输出端通过隔离环节与所述多路开关的输入端连接；所述低频信号源的输出端与直流系统的正负母线连接，用于在接地故障时向直流系统注入低频信号电压源；所述检测电桥与直流系统的正负母线连接，用于监测直流系统的绝缘状况；当监测到接地故障时，判断接地极性，并向微处理器发出信息以启动低频信号源，向直流系统注入稳定的正弦或余弦信低频电压信号，低频信号的频率在10-35HZ之间，低频信号的幅值在20-30V之间。所述的微处理器是ARM单片机。所述的检测电桥是双不对称电桥。所述低频信号源是频率为30Hz、幅值为30V的正弦或余弦低频电压信号。为解决上述技术问题是，本专利技术的直流系统接地故障检测方法包括以下步骤(1)通过双不对称电桥来监测直流系统的绝缘状况，当直流系统正常时，电桥装置在线实时监测正负母线对地缘状况；(2)当监测到接地故障时，判断接地极性，并向微处理器发出信息以启动低频信号源；(3)向直流系统注入稳定的正弦或余弦低频电压信号，低频信号的频率在10-35HZ之间，低频信号的幅值在20-30V之间；(4)通过套在各个支路的电流互感器来检测支路电流信号，当电流互感器电流大于1A时进行步骤(6)环网支路处理，否则进行步骤(5)一般支路处理；(5)一般支路处理对加载到直流电网母线上的低频电压信号进行采样，根据一种傅里叶算法来计算幅值U和相位φ；将电流互感器检测到的支路电流信号离散化为等间隔的采样序列；并在同一时刻对支路电流信号和低频电压信号进行采样；采用基于3次B样条小波变换的滤波方法，进行滤波预处理，滤除干扰和高次谐波；采用基于Morlet小波变换的低频分量提取方法，从复杂的支路电流信号中同时提取出低频分量的幅值和相位；根据得到的低频电压幅值、相位和支路低频电流的幅值、相位，计算支路接地电阻值，与接地判断标准比较，即可判定该支路是否发生接地；以同样方法检测其他支路；(6)环网支路处理选择Morlet小波作为对电流互感器检测到的电流信号进行连续小波变换的小波基，选用ω0＝10的Morlet小波，并计算不同频率对应的尺度、频窗中心和频率支撑空间，进行连续小波变换就把不同的频率分量限制在一定的带宽中；根据盒维数在求形体表面上所占有的优势，构造“采样频率-尺度-小波变换系数”的立体图形；对图形表面求取分形维数值和凹凸度参数值，分形维数D和凹凸度∧都是盒子边长L的函数； 当L选定后，每个L对应一个∧(L)和D(L)，在二维平面上绘制“分形维数-凹凸度”点图；根据多次试验结果确定的故障区域，分析此分形-凹凸度点是否在故障区域，以判定该环网支路是否出现接地故障。所述的低频信号源是频率为30Hz、幅值为30V的正弦或余弦低频电压信号。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果(一)本专利技术能有效地完成系统存在环网和较大对地电容情况下的接地故障检测，不受复杂、庞大的多分支供电网络的影响，提高了直流系统供电的可靠性；(二)本专利技术采用双不对称电桥监测直流系统的绝缘状况，解决了正、负极绝缘均匀下降的识别问题。附图说明图1是本专利技术直流系统接地故障检测装置的原理方框图；图2是本专利技术直流系统接地故障检测方法的检测流程框图；图3-1是非环网支路原始信号；图3-2是原始信号经3次B样条小波滤波后的曲线；图3-3是经Morlet小波提取后的曲线；图4-1是环网支路故障支路与环网非故障支路原始信号；图4-2是连续小波变换产生的3D图；图4-3分形维数-凹凸度点图。具体实施例方式以下结合实施例和附图对本专利技术作详细说明。本专利技术直流系统接地故障检测装置的实施例如图1所示，本专利技术的直流系统接地故障检测装置包括微处理器和多个电流互感器，多个电流互感器分别套在直流系统不同支路上。图1中多个电流互感器，分别用CT1、CT2……CTn表示。微处理器为高级精简指令微处理器，简称ARM单片机。微处理器连接有低频信号源、检测电桥、显示报警器和采样保持电路。多个电流互感器的输出端分别与多路开关的输入端连接，多路开关的输出端与所述采样保持电路的输入端连接。直流系统接地故障检测装置设置有同步环节，同步环节的输入端与直流系统的正负母线连接，同步环节的输出端通过隔离环节与所述多路开关的输入端连接。低频信号源的输出端与直流系统的正负母线连接，用于在接地故障时向直流系统注入低频信号电压源。检测电桥为双不对称电桥，双不对称电桥与直流系统的正负母线连接，用于监测直流系统的绝缘状况。当监测到接地故障时，判断接地极性，并向微处理器发出信息以启动低频信号源，向直流系统注入稳定的正弦或余弦低频电压信号，低频信号的频率在10-35HZ之间，低频信号的幅值在20-30V之间。在实施例中，低频信号源采用的是频率为30Hz、幅值为30V的正弦或余弦低频电压信号。本专利技术直流系统接地故障检测装置以ARM微处理器S3C44BOX为核心，高性能、低功耗满足处理小波、分形算法的要求，且本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种直流系统接地故障检测装置，包括微处理器和多个电流互感器，多个电流互感器分别套在直流系统不同支路上，其特征是，所述直流系统接地故障检测装置还包括低频信号源、检测电桥、显示报警器和采样保持电路；所述多个电流互感器的输出端分别与多路开关的输入端连接，多路开关的输出端与所述采样保持电路的输入端连接；所述直流系统接地故障检测装置设置有同步环节，同步环节的输入端与直流系统的正负母线连接，同步环节的输出端通过隔离环节与所述多路开关的输入端连接；所述低频信号源的输出端与直流系统的正负母线连接，用于在接地故障时向直流系统注入低频信号电压源；所述检测电桥与直流系统的正负母线连接，用于监测直流系统的绝缘状况；当监测到接地故障时，判断接地极性，并向微处理器发出信息以启动低频信号源，向直流系统注入稳定的正弦或余弦低频电压信号，低频信号的频率在１０－３５ＨＺ之间，低频信号的幅值在２０－３０Ｖ之间。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李冬辉，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]
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