《電子技術(shù)應(yīng)用》
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關(guān)于電力系統(tǒng)中直流接地檢測的設(shè)計研究
21IC中國電子網(wǎng)
摘要: 發(fā)電廠中的繼電保護(hù),、自動裝置,、信號裝置、事故照明和電氣設(shè)備的遠(yuǎn)距離操作,,和電力,、電信、冶金,、石化,、化工等領(lǐng)域補給電源一般采用直流電源,而直流電源部分由蓄電池組,、充電設(shè)備,、直流屏等設(shè)備組成,所以直流電源的輸出質(zhì)量及可靠性直接關(guān)系到各個企業(yè)的安全和可靠的生產(chǎn),。因此,,發(fā)電廠的直流系統(tǒng)被人們稱為企業(yè)的“心臟”。當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生一點接地故障時,,一般情況下是不會立即產(chǎn)生危害性后果,,但是,若發(fā)生兩點或多點同時接地,, 則可能造成信號裝置,、控制回路和繼電保護(hù)裝置的誤動作,致使斷路器跳閘,或直接造成直流操作電源短路,,從而引發(fā)嚴(yán)重的電力系統(tǒng)事故,。因此,在直流系統(tǒng)中,,絕對不允許在一點或多點長時間接地的情況下使用設(shè)備,。必須對直流系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)的在線監(jiān)視,一旦發(fā)現(xiàn)有接地故障,,監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)立即發(fā)出報警,,提示現(xiàn)場工作人員檢查并排除接地故障,以避免發(fā)生嚴(yán)重的電力系統(tǒng)故障,。
Abstract:
Key words :

 引言

  發(fā)電廠中的繼電保護(hù),、自動裝置、信號裝置,、事故照明和電氣設(shè)備的遠(yuǎn)距離操作,,和電力、電信,、冶金,、石化、化工等領(lǐng)域補給電源一般采用直流電源,,而直流電源部分由蓄電池組,、充電設(shè)備、直流屏等設(shè)備組成,,所以直流電源的輸出質(zhì)量及可靠性直接關(guān)系到各個企業(yè)的安全和可靠的生產(chǎn),。因此,發(fā)電廠的直流系統(tǒng)被人們稱為企業(yè)的“心臟”,。當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生一點接地故障時,,一般情況下是不會立即產(chǎn)生危害性后果,但是,,若發(fā)生兩點或多點同時接地,, 則可能造成信號裝置、控制回路和繼電保護(hù)裝置的誤動作,,致使斷路器跳閘,,或直接造成直流操作電源短路,從而引發(fā)嚴(yán)重的電力系統(tǒng)" title="電力系統(tǒng)">電力系統(tǒng)事故,。因此,,在直流系統(tǒng)中,絕對不允許在一點或多點長時間接地的情況下使用設(shè)備,。必須對直流系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)的在線監(jiān)視,,一旦發(fā)現(xiàn)有接地故障,監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)立即發(fā)出報警,提示現(xiàn)場工作人員檢查并排除接地故障,,以避免發(fā)生嚴(yán)重的電力系統(tǒng)故障,。

  監(jiān)控系統(tǒng)主要完成直流系統(tǒng)對地電阻的檢測。檢測內(nèi)容包括:1,、正負(fù)母線對地電阻;2,、支路對地電阻;3、判斷哪條母線接地,。本文主要討論兩種接地檢測及接地電阻計算的方法,。

  方案

  測量接地電阻大致可以分為兩種方法:交流法測電阻和直流法測電阻。使用交流法測量電阻,,就是在系統(tǒng)上,,疊加一個交流信號,利用交流電流傳感器去檢測漏電流,,從而計算出接地電阻,。由于這種方法受到分布電容的影響,要想使測量的結(jié)果滿足一定的要求,,我們必須嚴(yán)格控制交流信號的幅值和頻率,,這就使得交流信號源電路變得較為復(fù)雜,也增加了交流信號源設(shè)計的難度,,同時檢測交流信號也相對復(fù)雜而且檢測精度也不同程度的受到分布電容的影響,。另一方面,,在系統(tǒng)上疊加一個交流信號,,也就相當(dāng)于人為的向系統(tǒng)增加干擾源,影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性,,同時也在一定程度上制造了系統(tǒng)隱患,。由于這些原因,人們又提出了直流法測電阻,,但是現(xiàn)有的,、使用直流法測電阻的系統(tǒng),也只能在以下兩種情況下測量出接地電阻,,并發(fā)出報警信息:1,、單根母線接地;2、所有接地支路都正接地或者負(fù)接地,。在正負(fù)母線同時接地或支路既正接地同時也負(fù)接地的時候,,系統(tǒng)一般很難準(zhǔn)確的檢測出接地情況,并準(zhǔn)確計算出接地電阻值,,在這種情況下,,筆者提出兩種解決方案。

  方案1

  如圖1框圖所示,電阻R1和R2串聯(lián)在正負(fù)母線間,,并在兩電阻間接地,,使得系統(tǒng)在正常工作的情況下,能夠保證正負(fù)母線有一個穩(wěn)定的電壓u+和u-;Rx+和Rx-為虛擬接地電阻;圖右半部分為用戶負(fù)載,,M點為漏電流傳感器輸出點,。

  在系統(tǒng)中,我們實時監(jiān)控正母線電壓U+,、負(fù)母線電壓U-和漏電流傳感器M點的電壓值,,根據(jù)這三個電壓值和u+、u-,,我們便可以得出母線和支路接地的極性,,母線和支路接地電阻的大小。

  1,、 接地極性判斷:|u+|+|u-|=a(a為常數(shù),,正負(fù)母線間電壓),故當(dāng)正母線接地或支路B,、D點接地時,,U+的絕對值會減小,U-的絕對值會增加;當(dāng)負(fù)母線接地或支路A,、C點接地時,,U+的絕對值會增加,U-的絕對值會減小,,從而我們可以得出母線接地情況;根據(jù)M點的電壓值(當(dāng)沒有接地時,,電壓接近零伏;正接地時,輸出正電壓;負(fù)接地時,,輸出負(fù)電壓,。),便可獲知是哪個支路接地和其接地極性,,

  2,、 接地電阻值計算:由M點的電壓Vm,可以計算出漏電流的大小Im(不同支路的霍爾漏電流傳感器,,M點的電壓和支路電流有著不同的對應(yīng)關(guān)系),。所以,支路電阻可由如下公式得出:

當(dāng)兩母線同時接地且對地電阻同比例減小時,,母線電壓沒有被拉偏,,支路的霍爾電流傳感器也檢測不出電流的變化,所以這種情況我們是很難檢測出有接地發(fā)生的,,即使理論上是可以計算出接地電阻值,,但是在實際開發(fā)中是不可實現(xiàn)的,。

                                                       圖1 電橋法測接地電阻1

 方案2

  為解決方案1存在的弊端,即當(dāng)兩母線同時接地且對地電阻同比例減小時,,接地電阻不可求,,筆者現(xiàn)在提出第二種方案,在這種方案中,,所有情況的接地電阻都可以求得,,現(xiàn)分析如下:

  如圖2框圖所示,電阻R1,、R2和R3,、R4分別構(gòu)成兩對電橋,并由光耦來選擇哪對電橋接地;圖右半部分為用戶負(fù)載,,M點為漏電流傳感器輸出點,。

  接地極性判斷:同方案1;

  接地電阻值計算:由M點的電壓Vm,可以計算出漏電流的大小Im(不同的霍爾漏電流傳感器,,M點的電壓和支路電流有不同的對應(yīng)關(guān)系),。當(dāng)計算支路電阻時,選擇R1,、R2電橋,,斷開R3、R4電橋,,即可得出支路電阻為:

  其次,,選擇R3、R4電橋,,斷開R1,、R2電橋,檢測正負(fù)母線電壓U2+,,U2-,,即可得到:

  由方程1和方程2組成的方程組,即可求得母線接地電阻Rx-,、Rx+。

                   圖2 電橋法測接地電阻2

                    圖3 系統(tǒng)框圖

  如圖3所示,,該設(shè)計大致可分為:采集部分,、電橋選擇部分、通訊部分,、顯示部分,、報警部分,所有部分由CPU統(tǒng)一管理,。首先,,CPU根據(jù)不同方案選擇不同的電橋,,然后采集母線電壓和霍爾電流傳感器M點電壓,將采集到的電壓在CPU內(nèi)進(jìn)行處理,,最終將處理后的信息通過通訊模塊上傳給主卡或上位機,,且同時實時在顯示模塊上顯示并根據(jù)上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行實時報警。

  結(jié)語

  本文主要介紹了在電力系統(tǒng)中直流檢測" title="直流檢測">直流檢測的兩種方法,,由于直流檢測比之交流法檢測有著很多優(yōu)點,,所以目前大多數(shù)直流系統(tǒng)都采用直流檢測法去監(jiān)控,但是目前的直流檢測方法還存在著很多弊端,,針對這種情況,,筆者提出這兩套方案。由于這兩套方案的電路實現(xiàn)簡單,,軟件結(jié)構(gòu)也并不復(fù)雜,,所以其具有很好的應(yīng)用價值。本文所介紹的方案,,已成功的應(yīng)用在哈爾濱九洲電氣股份有限公司的多功能監(jiān)控裝置上,,其檢測結(jié)果理想,最小可檢測27K歐姆的接地電阻故障,,精度可達(dá)到±5%,,若精選器件,可達(dá)到更高的精度,。

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