[发明专利]直流系统多母线段环路故障监测系统

说明书

技术领域：

本发明涉及一种故障检测系统，特别是涉及一种直流系统多母线段环路故障监测系统，属于直流系统接地故障技术领域。

背景技术：

发电厂、变电站直流系统接地是一种常见且对电力系统危害较大的故障。一般情况下，一点接地并不影响直流系统的运行，但如果不能迅速找到接地故障点并予以修复，又发生另一点接地故障，就可能引起信号回路、控制回路、继电保护等装置的误动作，从而破坏电力系统的安全运行，甚至造成大范围的停电事故。因此，当直流系统发生一点接地故障时必须及早发现并排除。

目前对于直流系统绝缘分析仅仅停留在对于直流系统接地的实时监测上，该监测主要有以下两种原理：主动式和被动式两种。①主动式监测：向系统注入带特征信息的直流微电流信号，然后通过传感器探测该信号来判环路与环路接地所涉及的馈线。②被动式监测：不向系统注入任何信号，利用高灵敏度和高分辨率直流传感器，直接检测各回路的漏电流来判断环路和环路接地。由于直流系统对地绝缘的复杂性和动态性，直流接地故障往往难以定位。而对于存在环路的直流系统，其接地故障的准确定位其难度更大，对直流系统接地监测装置的准确性和安全性提出了更高的要求。被动式监测不发送任何特定信号作为判断基准，而直流系统中又含有各种干扰信号，因此监测难度远大于主动式。然而被动式监测以其安全性，代表了直流系统监测装置的发展方向，随着现代微电子技术的不断进步，将成为市场的主流。

对于直流系统环路故障的解决，目前现有的技术可以在同一段直流系统中进行环路配对。但是对于多段母线之间的环路，无法有效的配对，特别是环点的查找，还缺少有效的查找工具或仪器。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种直流系统多母线段环路故障监测系统，来对多段母线之间的环路进行有效配对，达到环路故障以及环路馈线的准确定位。

本发明为解决技术问题所采取的技术方案是：

一种直流系统多母线段环路故障监测系统，包括信号采集与预处理模块SCM、信号分析与处理模块SAM和环路故障告警模块LWM，

①信号采集与预处理模块SCM：负责采集两段母线的对地电压，包括高精度直流漏电流传感器、带通滤波电路、信号放大装置、阻抗变换电路、高精度AD转换器、CPU处理器、有源滤波电路、高阻抗输入射随器和有源滤波电路；

②信号分析与处理模块SAM：对两段母线采集回来的对地电压进行分析，对采集到的数据进行FIR数字信号预处理，滤除噪声后提取小波时域频谱，与设备内置的多种环路模型进行匹配，从而判断系统处于正常状态还是异常状态；

③环路故障告警模块LWM：不同类型的环路配备不同的告警指示灯，包括故障分析仪、声光驱动仪、液晶显示仪、方向显示仪、阻抗显示仪和波形显示仪。

所述高精度AD转换器为16位ADS1110芯片，带有差分输入和16位分辨8率，封装为小型SOT23-6，片内2.048V的基准电压提供范围为2.048V的差分电压，使用可兼容的I2C串行接口，在2.7至5.5V的单电源下工作，片内可编程的增益放大器PGA提供高达8倍增益，允许以高分辨率对微小信号进行测量。

所述高精度直流漏电流传感器为0.1mA分辨率，可以准确识别系统对地绝缘0～1000K，完成环路匹配的数据输入。

本发明的积极有益效果如下：

1、本发明的信号采集与预处理模块负责采集两段母线对地电压：在检测过程中，SCM具备多种检测模式，对于其监测的两段电源中有一段发生接地之后，SCM与SAM可以很明显的通过接地后两段电压的变化情况判断出该系统中是否存在异常环路。SCM采用了多单片机系统，采用同一时钟源进行定时电压与电流，确保信号发生与采集的同时性，以增强系统的抗干扰能力和判断的准确率。软件方面SCM信号幅度控制是通过内部恒流源与电压反馈来实现的；硬件方面，通过限流电阻来限定信号幅度大小。在该模块中采用了TI的16位ADS1110芯片对接地电压采样，以保障信号处理过程的精度；ADS1110是精密的连续自校准A/D转换器，带有差分输入和高达16位分辨8率，封装为小型SOT23-6，片内2.048V的基准电压提供范围为2.048V的差分电压，其使用可兼容的I2C串行接口，在2.7至5.5V的单电源下工作，片内可编程的增益放大器PGA提供高达8倍增益，并且允许以高分辨率对微小信号进行测量，在单周期转换方式中，ADS1110在一次转换之后自动掉电，ADS1110为需要高分辨率测量的应用而设计，保证数据处理的更高冗余度。