《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(cè)的設(shè)計(jì)研究
21IC中國(guó)電子網(wǎng)
摘要: 發(fā)電廠中的繼電保護(hù),、自動(dòng)裝置,、信號(hào)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(bǔ)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(gè)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(diǎn)接地故障時(shí),,一般情況下是不會(huì)立即產(chǎn)生危害性后果,但是,,若發(fā)生兩點(diǎn)或多點(diǎn)同時(shí)接地,, 則可能造成信號(hào)裝置,、控制回路和繼電保護(hù)裝置的誤動(dòng)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(duì)不允許在一點(diǎn)或多點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間接地的情況下使用設(shè)備,。必須對(duì)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(bào)警,,提示現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)裝置,、信號(hào)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(bǔ)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(gè)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(diǎn)接地故障時(shí),,一般情況下是不會(huì)立即產(chǎn)生危害性后果,,但是,,若發(fā)生兩點(diǎn)或多點(diǎn)同時(shí)接地, 則可能造成信號(hào)裝置,、控制回路和繼電保護(hù)裝置的誤動(dòng)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(duì)不允許在一點(diǎn)或多點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間接地的情況下使用設(shè)備,。必須對(duì)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(bào)警,,提示現(xiàn)場(chǎng)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(duì)地電阻的檢測(cè),。檢測(cè)內(nèi)容包括:1、正負(fù)母線對(duì)地電阻;2,、支路對(duì)地電阻;3,、判斷哪條母線接地。本文主要討論兩種接地檢測(cè)及接地電阻計(jì)算的方法,。

  方案

  測(cè)量接地電阻大致可以分為兩種方法:交流法測(cè)電阻和直流法測(cè)電阻。使用交流法測(cè)量電阻,,就是在系統(tǒng)上,,疊加一個(gè)交流信號(hào),,利用交流電流傳感器去檢測(cè)漏電流,從而計(jì)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(cè)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(hào)的幅值和頻率,,這就使得交流信號(hào)源電路變得較為復(fù)雜,,也增加了交流信號(hào)源設(shè)計(jì)的難度,同時(shí)檢測(cè)交流信號(hào)也相對(duì)復(fù)雜而且檢測(cè)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(gè)交流信號(hào),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(shí)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(cè)電阻,,但是現(xiàn)有的、使用直流法測(cè)電阻的系統(tǒng),,也只能在以下兩種情況下測(cè)量出接地電阻,,并發(fā)出報(bào)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(shí)接地或支路既正接地同時(shí)也負(fù)接地的時(shí)候,系統(tǒng)一般很難準(zhǔn)確的檢測(cè)出接地情況,,并準(zhǔn)確計(jì)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(gè)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(diǎn)為漏電流傳感器輸出點(diǎn),。

  在系統(tǒng)中,,我們實(shí)時(shí)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(diǎn)的電壓值,,根據(jù)這三個(gè)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(diǎn)接地時(shí),,U+的絕對(duì)值會(huì)減小,,U-的絕對(duì)值會(huì)增加;當(dāng)負(fù)母線接地或支路A,、C點(diǎn)接地時(shí),U+的絕對(duì)值會(huì)增加,,U-的絕對(duì)值會(huì)減小,從而我們可以得出母線接地情況;根據(jù)M點(diǎn)的電壓值(當(dāng)沒(méi)有接地時(shí),,電壓接近零伏;正接地時(shí),,輸出正電壓;負(fù)接地時(shí),,輸出負(fù)電壓。),,便可獲知是哪個(gè)支路接地和其接地極性,,

  2,、 接地電阻值計(jì)算:由M點(diǎn)的電壓Vm,,可以計(jì)算出漏電流的大小Im(不同支路的霍爾漏電流傳感器,M點(diǎn)的電壓和支路電流有著不同的對(duì)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(shí)接地且對(duì)地電阻同比例減小時(shí),母線電壓沒(méi)有被拉偏,支路的霍爾電流傳感器也檢測(cè)不出電流的變化,,所以這種情況我們是很難檢測(cè)出有接地發(fā)生的,即使理論上是可以計(jì)算出接地電阻值,但是在實(shí)際開發(fā)中是不可實(shí)現(xiàn)的,。

                                                       圖1 電橋法測(cè)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(shí)接地且對(duì)地電阻同比例減小時(shí),,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(duì)電橋,,并由光耦來(lái)選擇哪對(duì)電橋接地;圖右半部分為用戶負(fù)載,M點(diǎn)為漏電流傳感器輸出點(diǎn),。

  接地極性判斷:同方案1;

  接地電阻值計(jì)算:由M點(diǎn)的電壓Vm,可以計(jì)算出漏電流的大小Im(不同的霍爾漏電流傳感器,,M點(diǎn)的電壓和支路電流有不同的對(duì)應(yīng)關(guān)系),。當(dāng)計(jì)算支路電阻時(shí),,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(cè)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(cè)接地電阻2

                    圖3 系統(tǒng)框圖

  如圖3所示,,該設(shè)計(jì)大致可分為:采集部分、電橋選擇部分,、通訊部分,、顯示部分、報(bào)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(diǎn)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(guò)通訊模塊上傳給主卡或上位機(jī),,且同時(shí)實(shí)時(shí)在顯示模塊上顯示并根據(jù)上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警。

  結(jié)語(yǔ)

  本文主要介紹了在電力系統(tǒng)中直流檢測(cè)" title="直流檢測(cè)">直流檢測(cè)的兩種方法,,由于直流檢測(cè)比之交流法檢測(cè)有著很多優(yōu)點(diǎn),,所以目前大多數(shù)直流系統(tǒng)都采用直流檢測(cè)法去監(jiān)控,但是目前的直流檢測(cè)方法還存在著很多弊端,,針對(duì)這種情況,,筆者提出這兩套方案。由于這兩套方案的電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)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(jià)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(cè)結(jié)果理想,最小可檢測(cè)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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