专利名称：直流电源带电解环方法及其专用装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种直流电源带电解环方法及其专用装置，适用于电力直流系统的环 网故障检测。属于电力直流系统的故障检测设备技术领域。
背景技术：
电力用直流控制电源，是给继电保护等控制设备提供工作电源，为进一步提高供 电可靠性，一般情况220kV等级以上变电站，都采用2套直流电源供电，有的甚至IlOkV站 也采用2套电源。发电厂由于设备较多，大都也是采用这种双电源供电方式。重要负荷分别由两套电源提供直流馈线，通过空开，可任意选择其中一套电源供 电，二段母线中间设置母开关，当其中一套的充电装置或蓄电池等出现故障时，可用另一套 设备供电，供电可靠性大大提高。新建或设备改造施工过程中，由于配线错误，经常出现两套直流系统并列运行的 现象，尽管国网、南网都明文规定两套直流电源不能并列运行，但用户没有手段解开并接 点，也担心解并接点的过程，出现保护误动或拒动，都不愿意或不敢贸然去解环，导致现在 仍有不少变电站2套直流系统电源长期并列运行。一般来说，二套电源并列运行，将给系统安全稳定带来诸多的隐患，具体危害如 下(1)任何一套直流电源发生接地故障，将使全站电源都接地；(2)接地故障检测灵敏度下降；(3)发生一点接地，保护误动的概率增加；(4) 一套蓄电池可能没有浮充电流；(5) 一套蓄电池过充电，另一套欠充电；(6) 一套充电机负荷电流过大，另一套偏小；(7) 一套蓄电池内出现落后电池，很容易将另一套蓄电池也拖垮。因此，迫切需要为广大发电和供电企业提供安全、有效的解环手段，并开发出相应 的专用装置，尽早将现有并列运行2套直流电源，分开运行，提高电力直流系统的安全稳定 性。

发明内容
本发明的第一个目的是为了解决现有技术电力直流系统安全存在隐患的问题，提 供一种能够有效地提高电力直流系统的安全稳定性的直流电源带电解环方法。本发明的第二个目的是为了提供一种直流电源带电解环的专用装置。本发明的第一个目的可以通过以下技术方案实现直流电源带电解环方法，其特征是利用带有主机信号源、手持器和钳型互感器的 专用装置对直流电源进行环路检测，包括以下步骤1)主机信号源用乒乓原理测量直流电源系统是否存在环网故障，当确认环网故障即存在环网支路后，对直流电源系统注入一个微电流、低功率的交流信号，该交流信号的电 压有效值不超过IOV ；2)主机信号源将测试到的环网情况数据和信号数据发送给手持器；3)手持器通过钳型互感器感应直流电源系统的各电源支路的信号电流，计算和判 断环网情况和方向，并通过实时信号波形显示，以判断环网情况；当显示的波形为标准正弦 波或不规则波形时，判定被检测支路为环网支路、直流电源系统存在环网故障；当显示的波 形为直线波形时，判定被检测支路为正常支路，若全部检测支路都显示为直线波形时直流 电源系统不存在环网故障。本发明的第一个目的还可以通过以下技术方案实现实现本发明第一目的的一种实施方案是主机信号源中设有100K或者50K的平衡 桥，用于保证直流电源系统对地电压平衡；或者设有乒乓原理的切换桥，用于测量直流电源 系统的接地情况；主机信号源中设有对主机信号源中设有投入系统对地电容，用于控制信 号电流的波动，可以缓解电容投入对直流电源系统瞬间的电流冲击；主机信号源可以根据 系统接地情况选择把正弦波信号投入直流电源的正极或者负极上，可以缓冲信号投入瞬间 的电压变化，也用来控制正弦波信号的输出有效值，用于采集正弦波信号的衰减情况。实现本发明第一目的的一种实施方案是检测直流电源环网时，将红色导线插入 主机信号源“正极”端子，并与直流系统“+KM”相连，将黑色导线插入主机信号源“负极”端 子，并与直流系统“-KM”相连，将黄色导线插入主机信号源“地”端子，并与直流系统“接地 铜排”相连，由主机信号源测量直流系统对地电容及正负极对地电阻和母线电压，并产生一 个正弦波信号；将主机信号源所检测的环网情况数据和信号数据发送给手持器，手持器通 过无线通信模块接收数据；手持器通过钳形互感器感应各电源支路的信号来计算和判断环 网情况，并通过液晶显示模块显示出环网情况的实时信号波形。实现本发明第一目的的一种实施方案是由接线和查找环路故障两方面第一，接线1)在II段母线正负极对地各接入电阻R2 = 50kΩ，随机配备有50kΩ平衡桥；2)将随机配备的电阻箱跨接在I、II段母线的负极，再断开母联开关；3)接入主机信号源1的“正极”端子的红色导线，夹在蓄电池正极保险；接入主机 信号源1的“负极”端子的黑色导线，夹在蓄电池负极保险；接入主机信号源1的“地”端子 的黄色导线，夹在接地铜排上；第二，查找环网故障1)仪器自校验在#1位置，将钳型互感器夹住主机信号源1的黄色接地线，并使 手持器中的显示箭头指向主机信号源1，再按“自校”键“仪器正常”，表明设备工作正常。否 则，要更换电池或需清洁钳型互感器的钳口；2)环网检测在#2、3、4、5位置，分别钳住各馈线的正负极电缆，进行支路接地检 测，钳到#2将报无环网钳，到#3将报有环网，顺着该支路往负荷方向继续查找，#4有环网， #5报无环网，表明环网故障点在#3和#4之间；3)多条支路同时检测在#4位置，可同时钳住多条馈线，如果报有环网，或者有环 网波形显示，表明被钳住的馈线中间有环网支路，可再用2分法，找出具体的环网支路；如 果报无接地或者手持器波形显示为一条直线表明这一把馈线都没有环网故障，可加快环网查找速度。实现本发明第一目的的一种实施方案是由第幻步所述钳形互感器感应到的电 压，经过两级运算放大电路放大，送到单片机I/O端口进行AD采样。本发明的第二个目的可以通过以下技术方案实现直流电源带电解环的专用装置，由主机信号源和手持器构成，其特征是1)所述主机信号源包括主机电脑芯片CPU、控制电路、主机测试电路、主机无线通 信模块、主机液晶显示模块、放电模块；所述主机电脑芯片CPU通过I/O端口分别与主机测 试电路、主机无线通信模块、主机液晶显示模块、放电模块的输入/输出端连接；2)所述手持器包括手持电脑芯片CPU、钳形互感器、手持无线通信模块、手持测试电路 和手持液晶显示模块；所述手持电脑芯片CPU通过I/O端口分别与手持无线通信模块、手持测 试电路和手持液晶显示模块的输入/输出端连接，所述钳形互感器连接在手持测试电路上。实现本发明第二目的的一种实施方案是所述主机信号源通过控制电路控制输出 信号波动的有效值在IOV以内。实现本发明第二目的的一种实施方案是所述主机电脑芯片CPU和手持电脑芯片 CPU分别由一片十二位AD单片机及外围电阻、电容和振荡电路构成；所述振荡电路由8M高 精温补晶振构成。实现本发明第二目的的一种实施方案是所述主机信号源的主机无线通信模块和 所述手持器的手持无线通信模块的有效距离为300米。实现本发明第二目的的一种实施方案是所述主机信号源的主机液晶显示模块和 所述手持器的手持液晶显示模块分别由240*160点阵液晶显示屏构成。本发明具有如下突出的有益效果本发明由于利用带有主机信号源、手持器和钳型互感器的专用装置对直流电源进 行环路检测，主机信号源之间手持器以无线通信方式交换数据及信息，由主机信号源测量 直流电源系统是否存在环网故障，通过注入微弱电流信号给电源系统，从而将检测数据发 送给手持器，手持器通过钳型互感器感应直流电源系统的各电源支路的信号电流，计算和 判断环网情况和方向，并通过实时信号波形显示，以判断环网情况本发明能快速、准确地找 出各种环路供电支路。因此，具有操作简单、方便实用和安全有效的有益效果，为广大发电 和供电企业提供了安全、有效的解环手段，可以将现有并列运行二套直流电源，分开运行， 有效地提高了电力直流系统的安全稳定性。


图1是本发明专用装置的结构框图。图2是本发明主机信号源的控制电路图。图3是本发明主机信号源的信号电流进入直流电源的原理图。图4是本发明手持器的信号电流检测电路图。图5是本发明专用装置使用状态的示意图。
具体实施例方式具体实施例1
图1、图2、图3、图4和图5构成本发明所述的专用装置的一个具体实施例。参照图1，本实施例的专用装置由由主机信号源1和手持器2构成，所述主机信号 源1包括主机电脑芯片CPU11、控制电路12、主机测试电路13、主机无线通信模块14、主机 液晶显示模块15、放电模块16 ；所述主机电脑芯片CPUll通过I/O端口分别与主机测试电 路13、主机无线通信模块14、主机液晶显示模块15、放电模块16的输入/输出端连接；所 述手持器2包括手持电脑芯片CPU21、钳形互感器22、手持无线通信模块23、手持测试电路 M和手持液晶显示模块25 ；所述手持电脑芯片CPU21通过I/O端口分别与手持无线通信模 块23、手持测试电路M和手持液晶显示模块25的输入/输出端连接，所述钳形互感器22 连接在手持测试电路M上。本实施例中所述主机信号源1通过控制电路12控制输出信号波动的有效值在 IOV以内。所述主机电脑芯片CPUll和手持电脑芯片CPU21分别由一片十二位AD单片机及 外围电阻、电容和振荡电路构成。所述振荡电路由8M高精温补晶振构成。所述主机信号源 1的主机无线通信模块14和所述手持器2的手持无线通信模块23的有效距离为300米。 所述主机信号源1的主机液晶显示模块15和所述手持器2的手持液晶显示模块25分别由 240*160点阵液晶显示屏构成。参照图2，主机信号源1中，控制电路Jl、J2、J3、J4可以构成100K或者50K的平 衡桥，用于保证电源对地电压平衡；也可以作为乒乓原理的切换桥，用于测量电源的接地情 况。J5、J6、J7、J8用于对电源中投入系统对地电容，用于控制信号电流的波动，R5和R6可 以缓解电容Cl投入系统中瞬间的电流冲击。参照图3，信号输出电路Jl、J2根据系统接地情况选择把正弦波信号投入直流电 源的正极或者负极上，R4、R5可以缓冲信号投入瞬间的电压变化，也用来控制正弦波信号的 输出有效值，R3用于采集正弦波信号的衰减情况。参照图4，手持器2中，信号电流采样电路为2级运放电路，所述运放为AD8552双 通道高精度运算放大器，为保证输出信号不被饱和和截止，两级放大都加了抬高电平，其中 第二级的抬高电平为软件自动调节。手持器2有独特的波形显示功能，能根据实时波形判 断当前支路的环网情况。采用本实施例的专用装置的直流电源带电解环方法包括以下步骤1)主机信号源1在检测直流电源环网时，将红色导线插入主机信号源1 “正极” 端子，并与直流系统“+KM”相连，将黑色导线插入主机信号源1 “负极”端子，并与直流系统 “-KM”相连，将黄色导线插入主机信号源1 “地”端子，并与直流系统“接地铜排”相连，主 机信号源1会测量直流系统对地电容及正负极对地电阻和母线电压，并产生一个正弦波信 号；2)将第1)步中主机信号源1所检测的环网情况数据和信号数据通过无线通信模 块14发送给手持器2，手持器2通过无线通信模块23接收数据；3)手持器2、通过钳形互感器22感应各电源支路的信号来计算和判断环网情况， 并通过液晶显示模块25显示出环网情况的实时信号波形。其中，第1)步中所述的正弦波信号大小由接地情况限制，其电压有效值不超过 IOV ；第3)步所述的钳形互感器22感应到的电压由两级运算放大电路放大，送到单片机I/ 0端口进行AD采样。
本实施例中，所述主机信号源1通过软件对控制电路12的控制，使输出信号波动 的有效值在IOV以内；所述主机信号源1的CPU 11和所述手持器2的CPU 21都采用12位 AD单片机；所述主机信号源1的CPU 11和所述手持器2的CPU 21所用的都是8M高精温 补晶振；所述主机信号源1的无线通信模块14和所述手持器2的无线通信模块23的有效 距离为300米；所述主机信号源1的液晶显示模块15和所述手持器2的液晶显示模块25 都为240*160点阵液晶显示屏。本实施例的功能(1)检测直流电源的接地情况；(2)为缺少平衡桥的直流电源投 入平衡桥；(3)帮助查找直流系统环网故障。本发明专用装置的使用方法参照图5，接线要求如下1)在II段母线正负极对地各接入电阻R2 = 50kΩ，随机配备有50kΩ平衡桥；2)将随机配备的电阻箱跨接在I、II段母线的负极，再断开母联开关；3)接入信号源“正极”端子的红色导线，夹在蓄电池正极保险，接入信号源“负极” 端子的黑色导线，夹在蓄电池负极保险，接入信号源“地”端子的黄色导线，夹在接地铜排 上。查找方法1)仪器自校验在#1位置，将钳表夹住信号源黄色接地线，并使钳表中的箭头指 向信号源，再按“自校”键“仪器正常”，表明设备工作正常。否则，要更换电池或需清洁钳口寸。2)环网检测在#2、3、4、5位置，分别钳住各馈线的正负极电缆，进行支路接地检 测，钳到#2将报无环网钳，到#3将报有环网，顺着该支路往负荷方向继续查找，#4有环网， #5报无环网，表明环网故障点在#3和#4之间。3)多条支路同时检测在#4位置，可同时钳住多条馈线，如果报有环网，或者有环 网波形显示，表明被钳住的馈线中间有环网支路，可再用2分法，找出具体的环网支路。如 果报无接地或者手持器波形显示为一条直线表明这一把馈线都没有环网故障，可加快环网 查找速度。本发明的应用实例分析在中国河南安阳供电局某220kV变电站。现场情况变电站在系统改造之后，两段母线电压一直保持一致。无论怎么改动其 中一段的浮充电压，用万用表测量两段母线的电压依然一样。2010年10月15日使用QDJ-Ol型直流电源专用带电解环仪对系统进行环路检测， 发现I段母线102Z公用测控柜和II段母线212Z公用测控柜均有环路信号，到测控柜查看 发现两段母线的正极并在一个端子上，负极没有并，将两根线分开后，此回路已没有环路信 号。继续用QDJ-Ol查找发现I段母线的105Z110kV线路监控柜II、106Z220kV线路监控柜 和II段母线的20M110kV线路监控柜II、216Z220kV线路监控柜之间有环路信号。检查发 现两路电源均互为备用关系，本来只能投一路，但现场两路都投了，断开其中一边，此两路 正常。但系统依然存在环路，再查找发现I段母线103Z#1主变监控柜、104Z110kV线路监控 柜I和II段母线的217Z#1主变监控柜、214Z110kV线路监控柜I此两路也是两路电源互为 备用，但现场两路都投了，断开其中一段。再次检测，两段母线之间已经没有环接，环路全部解除。本发明的其他实施例中，主机信号源1中设有100K或者50K的平衡桥，用于保证 直流电源系统对地电压平衡；或者设有乒乓原理的切换桥，用于测量直流电源系统的接地 情况；主机信号源1中设有对主机信号源1中设有投入系统对地电容，用于控制信号电流的 波动，可以缓解电容投入对直流电源系统瞬间的电流冲击；主机信号源1可以根据系统接 地情况选择把正弦波信号投入直流电源的正极或者负极上，可以缓冲信号投入瞬间的电压 变化，也用来控制正弦波信号的输出有效值，用于采集正弦波信号的衰减情况。结论A、用本发明的方法及装置能快速准确地查找出环网故障。B、在运行过程中信号电压波动不超过10V，有效地保证了系统安全。C、液晶波形显示满足设计要求。D、无线通信设计满足设计要求。本发明的关键技术1、直流电源系统对地电阻测量0-100K，相对误差士5%。2、直流电源支路对地电阻测量0-100Κ，相对误差士8%。3、信号电压波动不超过10V。4、无线通信300米5、满足清晰波形显示的点阵液晶。本发明能快速、准确的找出各种环路供电支路，从而帮助提高电力系统安全稳定 水平。
权利要求
1.直流电源带电解环方法，其特征是利用带有主机信号源(1)、手持器( 和钳型互 感器的专用装置对直流电源进行环路检测，包括以下步骤1)主机信号源(1)用乒乓原理测量直流电源系统是否存在环网故障，当确认环网故障 即存在环网支路后，对直流电源系统注入一个微电流、低功率的交流信号，该交流信号的电 压有效值不超过IOV ；2)主机信号源(1)将测试到的环网情况数据和信号数据发送给手持器O)；3)手持器( 通过钳型互感器感应直流电源系统的各电源支路的信号电流，计算和判 断环网情况和方向，并通过实时信号波形显示，以判断环网情况；当显示的波形为标准正弦 波或不规则波形时，判定被检测支路为环网支路、直流电源系统存在环网故障；当显示的波 形为直线波形时，判定被检测支路为正常支路，若全部检测支路都显示为直线波形时直流 电源系统不存在环网故障。
2.根据权利要求1所述的直流电源带电解环方法，其特征是主机信号源(1)中设有 100K或者50K的平衡桥，用于保证直流电源系统对地电压平衡；或者设有乒乓原理的切换 桥，用于测量直流电源系统的接地情况；主机信号源(1)中设有对主机信号源(1)中设有投 入系统对地电容，用于控制信号电流的波动，可以缓解电容投入对直流电源系统瞬间的电 流冲击；主机信号源(1)可以根据系统接地情况选择把正弦波信号投入直流电源的正极或 者负极上，可以缓冲信号投入瞬间的电压变化，也用来控制正弦波信号的输出有效值，用于 采集正弦波信号的衰减情况。
3.根据权利要求1或2所述的直流电源带电解环方法，其特征是检测直流电源环网 时，将红色导线插入主机信号源⑴“正极”端子，并与直流系统“+KM”相连，将黑色导线 插入主机信号源(1) “负极”端子，并与直流系统“-KM”相连，将黄色导线插入主机信号源 (1) “地”端子，并与直流系统“接地铜排”相连，由主机信号源(1)测量直流系统对地电容 及正负极对地电阻和母线电压，并产生一个正弦波信号；将主机信号源(1)所检测的环网 情况数据和信号数据发送给手持器0)，手持器( 通过无线通信模块接收数据；手 持器( 通过钳形互感器感应各电源支路的信号来计算和判断环网情况，并通过液晶显示 模块显示出环网情况的实时信号波形。
4.根据权利要求1或2所述的直流电源带电解环方法，其特征是由接线和查找环路 故障两方面第一，接线1)在II段母线正负极对地各接入电阻R2= 50kQ,随机配备有50kΩ平衡桥；2)将随机配备的电阻箱跨接在I、II段母线的负极，再断开母联开关；3)接入主机信号源1的“正极”端子的红色导线，夹在蓄电池正极保险；接入主机信号 源1的“负极”端子的黑色导线，夹在蓄电池负极保险；接入主机信号源1的“地”端子的黄 色导线，夹在接地铜排上；第二，查找环网故障1)仪器自校验在#1位置，将钳型互感器夹住主机信号源1的黄色接地线，并使手持 器0)中的显示箭头指向主机信号源1，再按“自校”键“仪器正常”，表明设备工作正常。否 则，要更换电池或需清洁钳型互感器的钳口 ；2)环网检测在#2、3、4、5位置，分别钳住各馈线的正负极电缆，进行支路接地检测，钳到#2将报无环网钳，到#3将报有环网，顺着该支路往负荷方向继续查找，#4有环网，#5报 无环网，表明环网故障点在#3和#4之间；3)多条支路同时检测在#4位置，可同时钳住多条馈线，如果报有环网，或者有环网波 形显示，表明被钳住的馈线中间有环网支路，可再用2分法，找出具体的环网支路；如果报 无接地或者手持器波形显示为一条直线表明这一把馈线都没有环网故障，可加快环网查找 速度。
5.根据权利要求1或2所述的直流电源带电解环方法，其特征是由第幻步所述钳形 互感器感应到的电压，经过两级运算放大电路放大，送到单片机I/O端口进行AD采样。
6.直流电源带电解环的专用装置，由主机信号源(1)和手持器( 构成，其特征是1)所述主机信号源(1)包括主机电脑芯片CPU(Il)、控制电路(12)、主机测试电路 (13)、主机无线通信模块(14)、主机液晶显示模块(15)、放电模块(16)；所述主机电脑芯片 CPU(Il)通过I/O端口分别与主机测试电路(13)、主机无线通信模块(14)、主机液晶显示模 块(15)、放电模块(16)的输入/输出端连接；2)所述手持器( 包括手持电脑芯片CPU(21)、钳形互感器(22)、手持无线通信模块 (23)、手持测试电路04)和手持液晶显示模块0 ；所述手持电脑芯片CPU(21)通过I/O 端口分别与手持无线通信模块(23)、手持测试电路04)和手持液晶显示模块0 的输入 /输出端连接，所述钳形互感器0 连接在手持测试电路04)上。
7.根据权利要求6所述的直流电源带电解环的专用装置，其特征是所述主机信号源 ⑴通过控制电路(12)控制输出信号波动的有效值在IOV以内。
8.根据权利要求6所述的直流电源带电解环的专用装置，其特征是所述主机电脑芯 片CPU(Il)和手持电脑芯片CPU(21)分别由一片十二位AD单片机及外围电阻、电容和振荡 电路构成；所述振荡电路由8M高精温补晶振构成。
9.根据权利要求6所述的直流电源带电解环的专用装置，其特征是所述主机信号源 ⑴的主机无线通信模块(14)和所述手持器(2)的手持无线通信模块03)的有效距离为 300 米。
10.根据权利要求6所述的直流电源带电解环的专用装置，其特征是所述主机信号源 (1)的主机液晶显示模块(1 和所述手持器( 的手持液晶显示模块0 分别由M0*160 点阵液晶显示屏构成。
全文摘要
本发明公开一种直流电源带电解环方法及其专用装置，其特征是利用带有主机信号源(1)、手持器(2)和钳型互感器的专用装置对直流电源进行环路检测；主机信号源(1)用乒乓原理测量直流电源系统是否存在环网故障，当确认环网故障即存在环网支路后，对直流电源系统注入一个微电流、低功率的交流信号，该交流信号的电压有效值不超过10V；手持器(2)通过钳型互感器感应直流电源系统的各电源支路的信号电流，计算和判断环网情况和方向，并通过实时信号波形显示，以判断环网情况。本发明能快速准确地找出各种环路供电支路，操作简单、方便实用，为广大发电和供电企业提供了安全有效的解环手段，有效地提高了电力直流系统的安全稳定性。
文档编号G01R31/40GK102043114SQ20101051753
公开日2011年5月4日 申请日期2010年10月22日 优先权日2010年10月22日
发明者姚斌, 孙巍巍, 徐玉凤, 李秉宇, 王海龙, 陈建鹏, 陈晓东, 马建彬 申请人:广州市仟顺电子设备有限公司, 河北省电力研究院, 甘肃省电力公司金昌供电公司