用于直流接地选线和交流窜入选线的传感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及用于直流接地选线和交流窜入选线的传感器，该传感器包括：至少一个用于感应直流或交流电流的磁芯或铁芯，所述磁芯或铁芯的感应信号经电流信号调整单元、微处理单元传输给对外接口电路。所述传感器可以及时检测出故障支路，为检修人员对故障排查提供依据，方便用户尽快的解决处理故障，为直流电源系统的安全可靠稳定运行提供了有力的保障。
【专利说明】用于直流接地选线和交流窜入选线的传感器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及传感器，特别是涉及用于直流接地选线和交流窜入选线的传感器，应用直流IT系统绝缘监测领域。
【背景技术】
[0002]电力系统中的直流电源系统的绝缘监测，一般可分为三个部分，即接地检测、接地选线和接地探测。接地检测是通过对直流系统正负母线对地电阻的计算，及时发现绝缘下降故障，并发出报警信号，通知运行人员及维护人员进行处理；接地选线用来确定发生绝缘下降的支路，避免盲目拉闸断电，缩小故障范围；接地探测是根据选定的故障支路，查找发生绝缘下降的具体位置，以便对接地故障进行排除。
[0003]目前，对于发电厂和变电站所使用的直流绝缘监测装置，一般采用以下两种方法进行接地选线:
[0004]其一为信号注入法，即产生一个交变信号注入直流系统与大地之间，发生接地的支路便会与该交变信号源构成回路，通过检测安装于各支路上的能够测量交流电流的传感器来定位接地的故障支路。因为信号的注入引起直流系统纹波的增加，常为直流系统带来继电保护误动、断路器误跳闸等问题，对直流系统和继电保护系统具有安全隐患，所以采用信号注入法的直流绝缘监测装置正在逐渐淘汰；
[0005]其二为直流漏电流法，由于直流绝缘监测装置设有平衡电桥和不平衡电桥，发生接地的支路必会(对地)产生泄漏电流，通过检测安装于各支路上的能够测量直流漏电流的传感器来定位接地故障支路。
[0006]当交流电串入直流系统后，交流电压会叠加到直流电压上，可以通过检测直流母线上的电压波形来判断是否有故障发生。对于采用信号注入法的直流绝缘监测装置，可以通过支路上的交流传感器检测支路上是否存在交流电流来定位交流串入故障发生的支路；而对于采用直流漏电流法的绝缘监测装置，因为直流漏电流传感器无法检测交流电流，所以无法实现交流电串入的故障定位。
[0007]专利201210273496.0提供了一种能够确定交流电串入直流系统故障支路的系统及方法，在采用直流漏电流法的直流绝缘监测装置中，能够确定交流电串入直流系统故障支路。该系统及方法是通过交流电窜入直流系统导致的金属性接地，将直流漏电流最大的一条支路判定为接地支路，在一定程度上解决了采用直流漏电流法进行接地选线的系统定位交流窜入直流的问题，但是该方法得到的故障支路是间接的，从而在定位准确性上可能存在一些不确定的因素。
【发明内容】
[0008]针对以上现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种在直流绝缘监测装置中，用于直流接地选线和交流窜入直流回路选线的监测方案，能够准确定位发生故障的线路。[0009]本实用新型的目的通过以下技术方案来实现:
[0010]用于直流接地选线和交流窜入选线的传感器，该传感器包括:
[0011]至少一个用于感应直流电流的第一磁芯或铁芯，
[0012]至少一个用于感应交流电流的第二磁芯或铁芯，
[0013]所述第一磁芯或铁芯的感应信号经直流调整单元输出两路信号，一路信号送给微处理单元，由微处理单元对接收的直流信号进行处理，并将处理后的信号传输给对外接口电路，另一路信号通过直流信号输出单元传输至对外接口电路，所述第二磁芯或铁芯的感应信号经交流调整单元输出两路信号，一路信号送给微处理单元，由微处理单元对接收的交流信号进行处理，并将处理后的信号传输给对外接口电路，另一路信号通过交流信号输出单元传输至对外接口电路。
[0014]进一步，该传感器还包括用于给所述直流和交流调整单元、微处理单元，直流和交流信号输出单元，对外接口电路供电的电源单元。
[0015]进一步,所述第一和第二磁芯或铁芯的初始磁导率不小于8X IO4 Gs/0e。
[0016]进一步，所述直流调整单元包括振荡电路、拾取电路、第一调整电路和第一滤波电路，所述第一磁芯或铁芯上感应直流电流的绕组与振荡电路连接，该振荡电路的输出信号经拾取电路、第一调整电路送给第一滤波电路。
[0017]进一步，所述交流调整单元包括放大电路、调整电路和滤波电路，所述第二磁芯或铁芯上感应交流电流的绕组与放大电路连接，该放大电路的输出信号经第二调整电路送给第二滤波电路。
[0018]进一步，所述微处理单元包括用于捕捉脉冲信号的捕获电路和用于A/D转换的A/D转换电路单元，该捕获电路与所述的第一滤波电路连接，该A/D转换电路单元与所述第二滤波电路连接。
[0019]进一步，所述微处理单元与对外接口电路之间还连接有一用于交换数据的通信电路。
[0020]进一步，所述的通信电路是RS485电路、RS232电路、CAN电路、以太网电路、USB电路或者上述任一电路的组合。
[0021]进一步，所述的直流信号输出单元输出0-5V、0-10V、0-10mA、4-20mA标准信号或者上述任一信号的组合。
[0022]本实用新型的优点在于:
[0023]本实用新型采用上述技术在直流绝缘监测系统中，实现对直流电源系统的接地故障的检测、选线，同时也对直流电源系统中交流电串入进行检测、选线。通过该传感器能够及时检测到故障线路并发出报警信号。采用此技术后，可以及时检测出故障支路，为检修人员对故障排查提供依据，方便用户尽快的解决处理故障，为直流电源系统的安全可靠稳定运行提供了有力的保障。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是直流接地选线和交流窜入选线传感器原理框图。
[0025]图2是直流绝缘装置检测系统框图。该图说明了该实用新型在绝缘监测系统的具体位置。[0026]图3是直流绝缘装置检测装置内部正、负母线对地绝缘故障检测原理图。
[0027]图4是交流窜入直流回路原理图。
【具体实施方式】
[0028]以下结合附图对本实用新型进行详细说明。本实用新型的一个目的是提供一种直流接地选线和交流窜入选线传感器，如图1所示为该选线传感器的结构原理框图。直流接地选线和交流窜入选线的传感器由直流调整单元、交流调整单元、电源单元、微处理单元、直流信号输出单元、交流信号输出单元、通信电路、显示电路、对外接口电路组成。其工作原理:分别由套在主回路的直流互感器和交流互感器感应接地故障电流和交流窜入电流来判断是否有故障发生。
[0029]接地故障检测工作过程:正负母线从直流互感器中心穿过，形成一次侧，直流互感器的二次侧穿入直流调整单元的振荡电路，当无接地故障时，流过直流互感器的电流失量和为零，二次侧振荡电路频率和脉冲输出不变。当有接地故障时，无论是正极对绝缘下降还是负极对地绝缘下降，并且下降到小于某一值时(互感器所能感应到最小电流值)就会对地有漏电流，漏电流流过直流互感器，使通过直流互感器的电流失量和不为零，从而引起互感器二次侧振荡电路输出脉冲宽度有所变化，即改变了正负脉冲占空比。改变后的波形经直流调整单元的信号拾取电路、调整电路、滤波电路输出；输出信号分两路，一路接至微处理单元的捕获电路，由微处理单元结过比较、计算、分析，通过微处理单元的通信接口输入到通信电路，通信电路的输出接对外接口的输入电路，再由对外接口电路传送到直流绝缘监测装置；另一路接至直流信号输出单元的接地电压调整电路，由该电路把信号调整为标准的直流电压信号如:0 — 5V或O — 10V，标准电压信号通过对外接口电路输出到直流绝缘监测装置或输出到外部采集�？榛阕茏晃至啃藕啪ㄐ攀淙胫绷骶导嗖庾爸茫保曜夹藕帕硪宦肥淙氲街绷餍藕攀涑龅ピ慕拥豓/I转换电路，由V/I转换电路把标准的电压信号转换为电流信号如:0 — IOmA或4一20mA，标准电流信号通过对外接口电路输出到直流绝缘监测装置或输出到外部采集�？榛阕茏晃至啃藕啪ㄐ旁偈淙胫绷骶导嗖庾爸�。完成接地故障信号的采集。
[0030]交流窜入直流系统检测工作过程:正负母线从交流互感器中心穿过，形成一次侧，交流互感器的二次侧接入直流调整单元的放大电路，当无交流窜入时，交流互感器二次侧输出为零，当有交流电窜入时，如从正极对地窜入，经正极母线及直流绝缘检测装置内的平衡桥电阻Rl (如图3所示)对地构成回路；如从负极对地窜入，经负极母线及直流绝缘检测装置内的平衡桥电阻R2 (如图3所示)对地构成回路，无论从正极还是负极窜入，都可以构成回路，就会有电流流过交流互感器一次侧，根据电磁感应原理，交流互感器二次侧感应出交流信号，该信号输出分两路:一路接至微处理单元的A/D电路，由微处理单元结过比较、计算、处理，通过微处理单元的通信接口输入到通信电路，通信电路的输出接对外接口的输入电路，再由对外接口电路传送到直流绝缘监测装置；另一路接至交流信号输出单元的交流电压调整电路，由该电路把信号转换为标准的直流电压标准信号如:0— 5V或O— 10V，标准电压信号通过对外接口电路输出到直流绝缘监测装置或输出到外部采集�？榛慵晃至啃藕啪ㄐ攀淙胫绷骶导嗖庾爸茫保曜嫉缪剐藕帕硪宦肥淙氲浇涣餍藕攀涑龅ピ慕涣鱒/I转换电路，由V/I转换电路把标准的电压信号转换为电流信号如:0—IOmA或4一20mA，标准电流信号通过对外接口电路输出到直流绝缘监测装置或输出到外部采集�？榛慵晃至啃藕啪ㄐ旁偈淙胫绷骶导嗖庾爸�。完成交流窜入直流信号的米集。
[0031]显示电路:显示电路由发光二极管和/或数码管和/或液晶示器组成，显示发生故障时的信息，包括支路编号、接地绝缘电阻值及交流窜入直流回路电压值。
[0032]电源工作过程:电源电压由对外接口电路输入，接到到电源单元的滤波电路。输入电压可以从AC/DC24-220V，经过两极降压变成高精度的稳定可靠的精密电源供直流接地选线和交流窜入选线的传感器可靠的工作。完成故障时的选线功能。
[0033]本实用新型的另一个目的是提供一种直流绝缘监测装置系统，图2为接地选线和交流窜入选线传感器在整个直流绝缘装置监测系统中所处的位置。其工作过程如下所示:
[0034]直流绝缘监测装置系统是由直流绝缘监测装置和接地选线和交流窜入选线互感器组成。直流绝缘监测装置安装在主母线位置(主屏)，接地选线和交流窜入选线互感器安装在各馈电支路。
[0035]直流绝缘电阻检测及选线:
[0036]直流绝缘监测装置内部设有平衡电桥和检测电桥，如图3所示。平衡电桥由接在正母线对地电阻Rl和负母线对地电阻R2组成；检测电桥由接在正母线对地之间的电阻R3、Kl和负母线对地之间电阻R4、K2组成。平衡电桥由两个作用，一是钳制正负母线对地电压，正常情况下保证正负母线对地电压相等；二是实时检测正负母线对地电压。检测电桥作用测量正负母线对地的绝缘电阻。工作过程:当正、负母线对地绝缘电阻发生变化时，必然会引起正、负母线对地电压的发生变化，当直流绝缘装置系统检测到正、负母线对地压差或对地电压自身变化量达到事前设定值，检测桥就会自动启动。分别投入Kl和K2，测量出两组正、负母线对地电压值，列方程，计算出正、负母线对地绝缘电阻。同时，启动支路巡检。由支路直流接地选线和交流窜入选线传感器测量出本支路的接地故障电流值，并把该测量值上传到直流绝缘监测装置，再由装置根据测量的母线电压值和接收到的该支路电流值，计算出该支路的绝缘电阻值，如接地电阻达到预设报警值由装置发出报警信号并在装置上显示支路号和绝缘下降后的电阻值，同时把数据下传到该支路的直流接地选线和交流窜入选线传感器，由支路传感器显示该支路的绝缘电阻值和支路号，完成直流电源系统绝缘电阻的测量和接地故障选线功能。
[0037]交流窜入直流回路及选线:
[0038]交流窜入直流回路，一般多发生在馈电回路未端，如图4所示，在支路的正极或负极窜入交流电，当交流电串入直流系统后，交流电压会叠加到直流电压上，使整个直流系统带有交流电，这时可以通过直流绝缘监测装置检测直流母线上的电压波形来判断是否有交流窜入故障发生。当某支路窜入交流电后，如图4所示，支路正极对地窜入交流电，通过直流绝缘装置内部的平衡桥电阻Rl形成回路，产生交流电流，使电流流过直流接地选线和交流窜入选线传感器的交流线圈的一次侧，在交流线圈的二次侧产生感应电流来判断该支路是否发生交流窜入直流故障发生。同时，通过传感器采集的信号上传至直流绝缘监测装置，由装置发出故障报警信号和显示交流窜入直流回路的电压值和支路号，并且支路传感器也具有显示功能，显示该支路交流窜入直流回路的电压值和支路号。由直流绝缘监测装置和传感器共同完成交流窜入回路的检测和选线功能。同理，也可以完成负极交流窜入直流回路的检测和故障选线功能。
[0039]应当理解，以上借助优选实施例对本实用新型的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本实用新型说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
【权利要求】
1.用于直流接地选线和交流窜入选线的传感器，其特征在于，该传感器包括: 至少一个用于感应直流电流的第一磁芯或铁芯， 至少一个用于感应交流电流的第二磁芯或铁芯， 所述第一磁芯或铁芯的感应信号经直流调整单元输出两路信号，一路信号送给微处理单元，由微处理单元对接收的直流信号进行处理，并将处理后的信号传输给对外接口电路，另一路信号通过直流信号输出单元传输至对外接口电路，所述第二磁芯或铁芯的感应信号经交流调整单元输出两路信号，一路信号送给微处理单元，由微处理单元对接收的交流信号进行处理，并将处理后的信号传输给对外接口电路，另一路信号通过交流信号输出单元传输至对外接口电路。
2.根据权利要求1所述的用于直流接地选线和交流窜入选线的传感器，其特征在于，该传感器还包括用于给所述直流和交流调整单元、微处理单元，直流和交流信号输出单元，对外接口电路供电的电源单元。
3.根据权利要求1所述的用于直流接地选线和交流窜入选线的传感器，其特征在于，所述第一和第二磁芯或铁芯的初始磁导率不小于8 X IO4 Gs/Oe。
4.根据权利要求3所述的用于直流接地选线和交流窜入选线的传感器，其特征在于，所述直流调整单元包括振荡电路、拾取电路、第一调整电路和第一滤波电路，所述第一磁芯或铁芯上感应直流电流的绕组与振荡电路连接，该振荡电路的输出信号经拾取电路、第一调整电路送给第一滤波电路。
5.根据权利要求3所述的用于直流接地选线和交流窜入选线的传感器，其特征在于，所述交流调整单元包括放大电路、调整电路和滤波电路，所述第二磁芯或铁芯上感应交流电流的绕组与放大电路连接，该放大电路的输出信号经第二调整电路送给第二滤波电路。
6.根据权利要求4所述的用于直流接地选线和交流窜入选线的传感器，其特征在于，所述微处理单元包括用于捕捉脉冲信号的捕获电路和用于A/D转换的A/D转换电路单元，该捕获电路与所述的第一滤波电路连接。
7.根据权利要求5所述的用于直流接地选线和交流窜入选线的传感器，其特征在于，所述微处理单元包括用于捕捉脉冲信号的捕获电路和用于A/D转换的A/D转换电路单元，该A/D转换电路单元与所述第二滤波电路连接。
8.根据权利要求4或5所述的用于直流接地选线和交流窜入选线的传感器，其特征在于，所述微处理单元与对外接口电路之间还连接有一用于交换数据的通信电路。
9.根据权利要求8所述的用于直流接地选线和交流窜入选线的传感器，其特征在于，所述的通信电路是RS485电路、RS232电路、CAN电路、以太网电路、USB电路或者上述任一电路的组合。
10.根据权利要求1所述的用于直流接地选线和交流窜入选线的传感器，其特征在于，所述的直流信号输出单兀输出0-5V、0-10V、0-10mA、4-20mA标准信号或者上述任一信号的组合。
【文档编号】G01R31/02GK203688721SQ201320670906
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2013年10月29日 优先权日:2013年10月29日
【发明者】王洪, 尹中恒, 周毅, 林雄武, 袁永明, 南寅, 王雪楠, 刘付亮, 赵立成, 王和, 任启, 郭静峰, 康占民, 李冬 申请人:国家电网公司, 国网冀北电力有限公司张家口供电公司, 北京人民电器厂有限公司
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