专利名称：直流漏电指示器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及直流系统对地出现漏电流故障时的检测指示装置，即直流漏电指示器。
背景技术：
发电厂和变电站以及工业企业的直流系统是控制和信号系统、继电保护和自动装置的工作电源，它的可靠性直接影响到直流系统的安全运行。因此，当直流系统发生一点接地故障时，应尽快排除。可是由于目前缺乏自动检测装置，现场多是由人工查寻并排除故障，这样不仅费时费力，而且当采用短时切断电源逐级查找时，可能使继电保护或自动装置动作造成事故。近年来国内外进行了大量研究，提出了一些检测直流系统接地故障的原理，并研制出相应的实用装置，为查找直流系统接地故障提供了新的手段。但这些装置均有不足之处，需进一步研究和完善。
在直流系统接地故障诊断领域中，从国内来看，主要有2类装置。其一类装置基于“信号寻迹”的工作原理，如“直流系统接地低频探测仪”、“直流系统接地故障探测装置”。它们有如下特点(1)需在直流系统上施加低频交流激励；(2)根据直流母线分段数，配置相应检测主机台数，制约直流母线的运行方式；(3)随着直流系统对地电容的增大，装置叠加在被测系统的交流分量也随之增大；(4)直流系统对地电容对这类装置的正常工作有较大的影响。另一类装置是直流用倍频磁调制器作直流电流传感器，巡回检测每个传感器的输出，并送给计算机进行处理。如“直流系统绝缘监测装置”、“直流回路漏电流在线巡回监测仪”等。在实际应用过程中，这种方法涉及到严重的干扰问题，主要有环境电磁干扰及被测直流电流中的纹波干扰。为了抑制干扰，采取的处理措施很复杂。另外，被测直流电流传感头的输入与输出2次谐波电压之间的关系为非线性，且每个传感头的特性参数离散性较大，使用前必须逐个进行预测标定，每一传感器的标定参数必须记录在控制程序中，若增加或更换1个传感器则需对控制软件作修改，使用、维护很不方便，系统适应性差。要对多路直流回路进行检测，相应的检测、处理方法就更复杂。因此主机与传感头的强干扰环境中用电缆传输采集的模拟量和提供工作电源，这种方式并不十分合适。电缆连接方式对传感头与主机之间的距离也有一定限制。

发明内容
本实用新型的目的是为了解决上述现有技术中的问题，为直流系统接地故障的检测提供一个运用磁调制技术来完成的漏电指示器。
这种直流漏电指示器，包括漏电检测互感器、磁调制电路、有源滤波电路、线性放大电路、指示及遥信电路和稳压电路，其特征在于被测直流正负导线从漏电检测互感器中心穿过，漏电检测互感器、磁调制电路、有源滤波电路、线性放大电路、指示及遥信电路依次串联，而稳压电源电路的输入端和被测直流电源线相连，输出端和磁调制电路、有源滤波电路、线性放大电路、指示及遥信电路并联。
用磁调制直流漏电指示器套穿在各路直流回路的正负出线上，当回路绝缘水平正常时，穿过指示器的直流电流大小相等，方向相反，此时互感器中的合成直流磁场为零，对直流漏电指示器无影响；当回路绝缘水平下降到一定范围或出现接地故障时，该回路中出现合成直流电流，对应于该回路的互感器中合成直流磁场就不为零，直流漏电指示器就产生相应指示。因此，可以通过直流漏电指示器来判定直流接地故障回路。使用时，将该指示器固定安装在直流系统的每一条回路中，上述检测方法是根据直流电桥的原理来实现的，该方法能否实现的关键是要求直流漏电流指示器测量精度高，并且有足够的分辨率。
从整体来看，整个装置从直流系统取工作电源外，不会对被测系统带来任何影响，也不影响直流系统原有的绝缘监察继电器的运行和使用功能。由于本直流漏电指示器是直接测量直流系统的接地电流，因此直流系统对地电容对本装置的工作没有影响。因为采用了单个装置方式测量直流电流，因此无所谓参数离散性，只要装置有足够的精度和稳定性即可。基于它的特点，在现场使用时安装简单，当不需要远方监视，只作就地指示时，则没有电缆联接；但还是留有遥信接点以备远方监视或就地集中监视之需。调校工作量小，本装置只需要简单调校零点，即可把地球磁场和外部环境电磁干扰引起的误差消除。并且由于该装置的测量精度及分辨率高，当直流系统对称接地故障的两个故障点不在同一个直流漏电指示器监测范围之内时能对直流系统对称接地故障进行检测指示。
磁调制式直流漏电指示器结构十分简洁，基本上只用三个运算放大器(两个8脚集成块)即完成信号的调制、滤波、放大，采用优质元器件，故装置稳定性、可靠性较好，使用方便，调校工作很少，测量精度较高。用合金带卷绕的磁环制作单铁芯磁调制器，当直流信号绕组匝数增加时，分辨率成倍增加。
该指示器的调制线圈在装置带电后就有交变的调制电流流过，因此对大电流冲击后产生的剩磁具有去磁作用，提高了该指示器的抗大电流冲击特性。
通过改变分压电阻R3、R4的阻值大小，该装置可用于220V、110V、48V、24V等各种电压等级之直流漏电流检测。
该装置既可做成单独的指示器，也可把电路部分做到各种开关电源入口处，用作对此开关电源和负载的直流漏电流检测指示。还可和直流空开整合做成其附件作直流漏电流检测指示，替换掉原直流保险管。
该指示器的互感器用软磁性材料屏蔽，不象其它装置那样在强干扰环境中传输采集模拟量，而是传输接点量(光耦或小型密封继电器接点)，该装置与遥信电缆之间实现电气隔离，因此该指示器抗干扰能力很强。


图1是本实用新型的原理方框图图2是本实用新型的电原理图具体实施方式
以下结合附图，详细说明如下稳压电源电路为二级，电源从负荷侧通过分压电阻R3、R4、保险管F1、防反接二极管D3、稳压管D4、D5，滤波电容C1、C2为第一级正负电源，从第一级电源下通过分压电阻R5、R20、稳压管D6、D7为第二级正负电源。
磁调制电路由运算放大器U1A、电阻R9、R10、R13、R14，电容C3、C4，电感L1组成，电阻R9、电容C3并联，一端接地GND，一端接运算放大器U1A的3脚，电阻R10、电容C4并联，一端接地GND，一端接运算放大器U1A的2脚，电阻R13一端接运算放大器U1A的1脚，一端接运算放大器U1A的3脚，L1一端接入U1A反向端，另一端通过限流电阻R14接入U1A运放的输出端，U1A的型号是TL062。
在有源滤波电路中，电阻R21一端连接电阻R16与电阻R22、电容C6的公共接点，一端串联C8至运算放大器U1B的反相端6脚，运算放大器U1B的输出端7脚接至电容C6，并通过电阻R15接至电阻R12与电容C5的接点，电容C5接至运算放大器U1B的同相端5脚并接地，电阻R12接至运算放大器U1B的反相端，U1A、U1B为一个小功率JFET输入双运算放大器TL062的两个部分。
线性放大电路由运算放大器U2、电阻R22、R17、R8、R6、R7、R11，电容C7，可调电阻RT2、RT1组成，电阻R6一端接第二级电源正端，一端接可调电阻RT1的固定端，可调电阻RT1的另一固定端串联电阻R7，接至第二级电源负端，可调电阻RT1的可动端串联电阻R8，接至运算放大器U2的反相端2脚，并接一电阻R11至地GND，运算放大器U2的输出端6脚接至可调电阻RT2固定端，可调电阻RT2另一固定端串联电阻R17，接至运算放大器U2的反相端2脚，运算放大器U2的输出端6脚与运算放大器U2的反相端2脚之间并联一电容C7，运算放大器U2采用高精度低温漂的仪用放大器OP07。
指示及遥信电路由二极管D8、D9，电阻R18、R19、R23、发光二极管D1、D2，光耦或小型密封继电器U3、U4，三极管或达林顿管，或场效应管Q1、Q2组成，D8、D9反相并联，三极管Q1、Q2的基极相连接至电阻R18，发射极相连接至地线GND，三极管Q1集电极串联光耦U3、电阻R19、发光二极管D1至第一级电源正端，三极管Q2集电极串联光耦U4、电阻R23、发光二极管D2至第一级电源负端。
本实用新型可设置手动试验电路，即在互感器下端负荷侧正极接按钮S1，串连一电阻R1不穿过互感器中心接至电源侧负极，在互感器下端负荷侧负极接按钮S2，串联一电阻R2不穿过互感器中心接至电源侧正极。
稳压电源电路可用稳压管分压或电阻分压或三端、五端集成稳压器或运算放大器组成的电压跟随器来分压。
漏电检测互感器的铁芯为环形，其上缠绕一个调制线圈，在铁芯和线圈外面，有金属材料屏蔽壳。
使用时将该指示器安装在每一条直流线路中，直流正负导线在壳体内穿过互感器铁芯中心，可以为一匝或多匝。环形互感器铁芯可用坡莫合金或非晶态合金或纳米晶合金薄带绕制，由于采用了磁调制技术，环形铁芯的直径和截面积可以做的较小，利于整个装置做成空开大小。环形互感器铁芯上用高强度漆包线绕有一调制线圈。由于整个装置的高灵敏性，地球磁场和外部环境电磁干扰相对较高，必须用软磁性金属材料屏蔽环形铁芯和线圈。如图2所示，电源从负荷侧通过分压电阻R3、R4、保险管F1、防反接二极管D3、至稳压管D4、D5、滤波电容C1、C2，形成第一级正负电源，供线性放大电路，指示及遥信电路。为防止直流电源波动对装置精度影响，从第一级电源下通过分压电阻R5、R20、至稳压管D6、D7、形成第二级高稳定性正负电源，供磁调制电路，有源滤波电路。在第二级电源上通过限流电阻R24、发光二级管D10作监视电源正常工作指示灯。磁调制电路由运算放大器U1A、电阻R9、R10、R13、R14、电容C3、C4、电感L1、组成的RL方波震荡电路，电感L1一端接入U1A反向端，一端通过限流电阻R14接入U1A运放的输出端，电容C3、C4起滤除高频杂波功能，电感L1在此既是方波震荡电路的非线性元件又是磁感应元件环形互感器。当环形互感器检测到有差电流时，铁芯中将有一恒定的带方向直流磁通，将改变方波的对称性，即方波中迭加了一带方向的直流分量，检出此直流分量并放大即可判断差电流的大小和方向。运算放大器U1A输出方波经电阻R16至R21，由运算放大器U1B、与电阻R12、R15、R21、电容C5、C6、C8组成的交流负反馈有源滤波电路把交流信号反相与原信号电容耦合，滤去交流信号提取直流信号。为了保证装置的稳定性、灵敏性，U1A、U1B为一个小功率JFET输入双运算放大器TL062的两个部分。直流信号经电阻R22至运算放大器U2的正相输入端。运算放大器U2、与电阻R22、R17、R8、R6、R7、R11、电容C7、可调电阻RT2、RT1组成的负反馈线性放大电路。运算放大器U2采用高精度低温漂的仪用放大器OP07，可调电阻RT1为调零电阻，与电阻R6、R7、R8、R11、电容C7、可调电阻RT2、RT1组成的负反馈线性放大电路。可调电阻RT1为调零电阻，与电阻R6、R7、R8、R11组成运算放大器U2的反向端零点调整电路，使运算放大器U2的输出端6脚为零电压，使前面电路因元件特性、温漂引起的不平衡误差均在此消除。电容C7为交流滤波，可调电阻RT2为调幅度电阻，作用是装置的准确度调节，可调电阻RT2输出至指示及遥信电路。指示及遥信电路由二级管D8、D9、电阻R18、R19、R23、发光二极管D1、D2、光耦(或小型密封继电器)U3、U4、三极管(或达林顿管或场放应管)Q1、Q2组成。二极管D8、D9、相反并联作用是产生约0.7伏阀值电压。电阻R18为基极限流电阻。三极管Q1、Q2的基极相连接至电阻R18，发射极相连接至地线GND，三极管Q1集电极依次连接光耦U3、电阻R19、发光二极管D1至第一极电源正端，三极管Q2集电极依次连接光耦U4、电阻R23、发光二极管D2至第一级电源负端。在实际运行中，直流线路绝大多数时间处于正常运行状态，为了检验该指示器是否正常，本指示器还没置有手动试验电路，如图1所示，即在互感器下端负荷侧正极接一试验按钮S1，串联一电阻R1不穿过互感器中心接至电源侧负极，按下按钮S1相当于在该指示器制造一人为的正极漏电流。在互感器下端负荷侧负极接一试验按钮S2，串联一电阻R2不穿过互感器中心接至电源侧正极，按下按钮S2相当于在该指示器制造一人为的负极漏电流。如指示器相应指示灯亮，表明指示器正常。否则说明该指示器有故障，应及时检修。
权利要求1.直流漏电指示器，包括漏电检测互感器、磁调制电路、有源滤波电路、线性放大电路、指示及遥信电路和稳压电路，其特征在于被测直流正负导线从漏电检测互感器中心穿过，漏电检测互感器、磁调制电路、有源滤波电路、线性放大电路、指示及遥信电路依次串联，而稳压电源电路的输入端和被测直流电源线相连，输出端和磁调制电路、有源滤波电路、线性放大电路、指示及遥信电路并联。
2.根据权利要求1所述的直流漏电指示器，其特征是稳压电源电路为二级，电源从负荷侧通过分压电阻R3、R4、保险管F1、防反接二极管D3、稳压管D4、D5，滤波电容C1、C2为第一级正负电源，从第一级电源下通过分压电阻R5、R20、稳压管D6、D7为第二级正负电源。
3.根据权利要求1所述的直流漏电指示器，其特征是磁调制电路由运算放大器U1A、电阻R9、R10、R13、R14，电容C3、C4，电感L1组成，电阻R9、电容C3并联，一端接地GND，一端接运算放大器U1A的3脚，电阻R10、电容C4并联，一端接地GND，一端接运算放大器U1A的2脚，电阻R13一端接运算放大器U1A的1脚，一端接运算放大器U1A的3脚，L1一端接入U1A反向端，另一端通过限流电阻R14接入U1A运放的输出端，U1A的型号是TL062。
4.根据权利要求1所述的直流漏电指示器，其特征是在有源滤波电路中，电阻R21一端连接电阻R16与电阻R22、电容C6的公共接点，一端串联C8至运算放大器U1B的反相端6脚，运算放大器U1B的输出端7脚接至电容C6，并通过电阻R15接至电阻R12与电容C5的接点，电容C5接至运算放大器U1B的同相端5脚并接地，电阻R12接至运算放大器U1B的反相端，U1A、U1B为一个小功率JFET输入双运算放大器TL062的两个部分。
5.根据权利要求1所述的直流漏电指示器，其特征在于线性放大电路由运算放大器U2、电阻R22、R17、R8、R6、R7、R11，电容C7，可调电阻RT2、RT1组成，电阻R6一端接第二级电源正端，一端接可调电阻RT1的固定端，可调电阻RT1的另一固定端串联电阻R7，接至第二级电源负端，可调电阻RT1的可动端串联电阻R8，接至运算放大器U2的反相端2脚，并接一电阻R11至地GND，运算放大器U2的输出端6脚接至可调电阻RT2固定端，可调电阻RT2另一固定端串联电阻R17，接至运算放大器U2的反相端2脚，运算放大器U2的输出端6脚与运算放大器U2的反相端2脚之间并联一电容C7，运算放大器U2采用高精度低温漂的仪用放大器OP07。
6.根据权利要求1所述的直流漏电指示器，其特征在于指示及遥信电路由二极管D8、D9，电阻R18、R19、R23、发光二极管D1、D2，光耦或小型密封继电器U3、U4，三极管或达林顿管，或场效应管Q1、Q2组成，D8、D9反相并联，三极管Q1、Q2的基极相连接至电阻R18，发射极相连接至地线GND，三极管Q1集电极串联光耦U3、电阻R19、发光二极管D1至第一级电源正端，三极管Q2集电极串联光耦U4、电阻R23、发光二极管D2至第一级电源负端。
7.根据权利要求1所述的直流漏电指示器，其特征在于设置手动试验电路，即在互感器下端负荷侧正极接按钮S1，串连一电阻R1不穿过互感器中心接至电源侧负极，在互感器下端负荷侧负极接按钮S2，串联一电阻R2不穿过互感器中心接至电源侧正极。
8.根据权利要求1所述的直流漏电指示器，其特征在于稳压电源电路可用稳压管分压或电阻分压或三端、五端集成稳压器或运算放大器组成的电压跟随器来分压。
9.根据权利要求1所述的直流漏电指示器，其特征在于漏电检测互感器的铁芯为环形，其上缠绕一个调制线圈，在铁芯和线圈外面，有金属材料屏蔽壳。
专利摘要直流漏电指示器，包括漏电检测互感器、磁调制电路、有源滤波电路、线性放大电路、指示及遥信电路和稳压电路，其特征在于被测直流正负导线从漏电检测互感器中心穿过，漏电检测互感器、磁调制电路、有源滤波电路、线性放大电路、指示及遥信电路依次串联，而稳压电源电路的输入端和被测直流电源线相连，输出端和磁调制电路、有源滤波电路、线性放大电路、指示及遥信电路并联。本实用新型不会对被测系统带来任何影响，结构简单，安装方便，使用可靠，可抗大电流冲击，抗干扰能力强，调校工作量小，测量精度高，无所谓参数离散性，适于各种等级之直流漏电检测，可作成单独的指示器，也可整合到电路中。
文档编号G01R31/02GK2610342SQ0322731
公开日2004年4月7日 申请日期2003年4月4日 优先权日2003年4月4日
发明者李立华 申请人:李立华