CN109164338A - 一种具有在线监测功能的大功率中压直流干式负载装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有在线监测功能的大功率中压直流干式负载装置，主要包括：负载主回路，包括若干并联的负载支路；电压传感器，为多个，分别设置于所述负载主回路的正、负极以及每个负载支路的中点，分别用于采集所述负载主回路正、负极和负载支路中点的对地电压；监控单元，用于接收所述电压传感器采集的数据，并对采集的数据进行分析、计算，自动准确地判断并定位某一个负载支路的故障；控制终端，用于接收监控单元的监测结果，并对所述负载主回路的状态进行实时、准确的监控。本发明的一种具有在线监测功能的大功率中压直流干式负载装置，可以实现自我诊断、定位故障以及实时监测的优点。
Description
技术领域
本发明涉及大功率中压直流干式负载领域，具体地，涉及一种具有在线监测功能的大功率中压直流干式负载装置。
背景技术
随着现代科学技术的发展，直流电被广泛的应用在工业的各个领域，船用大功率中压直流发电技术得到了很快的发展。因此，如何对船用大功率发电机组中压直流电源进行质量和安全方面的检测显得尤为重要。
目前国内外测试中压直流发电机组性能的设备主要是干式直流负载。干式直流负载由于其功率密度大、负载调节精度高等突出特点，被广泛用于船用中压直流发电机组的性能测试。
在现有中压直流负载的实际运行过程中，当负载的正极或负极发生对地非金属性接触甚至金属性短路时，由于负载自身不具备自我诊断和报警功能，使得负载设备带故障运行，极大的影响了发电机组和负载设备的运行安全。同时，由于市场上未出现专用于中压直流系统的在线监测装置，导致直流干式负载的运行状态无法实时监测，极大增加了负载运行的安全风险。同时，因直流干式负载的主回路由很多的电阻丝串并联组成，往往其中的一根或多根电阻丝烧断而不易被发现，会导致其余电阻丝在过压和过流的情况下运行，急剧的缩短了整个负载的使用寿命。并且，随着船用发电机组的功率越来越大，往往需要一台甚至多台中压直流干式负载并联运行以满足机组的负载需求，当其中的某台负载发生运行故障时，现有的负载技术无法进行准确的故障定位，极大的增加了试验运行人员现场排故的工作难度。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种具有在线监测功能的大功率中压直流干式负载装置，以实现自我诊断、定位故障以及实时监测的优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种具有在线监测功能的大功率中压直流干式负载装置，主要包括：
负载主回路，包括若干并联的负载支路；
电压传感器，为多个，分别设置于所述负载主回路的正、负极以及每个负载支路的中点，分别用于采集所述负载主回路正、负极和负载支路中点的对地电压；
监控单元，用于接收所述电压传感器采集的数据，并对采集的数据进行分析、计算，自动准确地判断并定位某一个负载支路的故障；
控制终端，用于接收监控单元的监测结果，并对所述负载主回路的状态进行实时、准确的监控。
进一步地，所述负载支路包括直流熔断器、双极直流接触器和干式电阻器。
进一步地，所述直流熔断器、双极直流接触器和干式电阻器依次串联。
进一步地，监控单元，用于接收所述电压传感器采集的数据，并对采集的数据进行分析、计算，实时的在线分析和监测，定位所述负载主回路故障位置，包括：
所述每个负载支路的双极直流接触器均合闸通电运行时，所述监控单元采集、分析负载主回路的正极对地电压U+、负极对地电压U-和负载支路中点的对地电压U1～U6，并通过分析的结果定位所述负载主回路故障位置。
进一步地，所述监控单元采集的负载主回路的正极对地电压U+和负极对地电压U-，通过分析分为以下三种情况：
正极对地电压U+等于负极对地电压U-；
正极对地电压U+小于负极对地电压U-；
正极对地电压U+大于负极对地电压U-。
进一步地，所述正极对地电压U+等于负极对地电压U-时，
若，负载支路中点的对地电压U1大于0，则干式电阻器ZR1-存在电阻丝熔断现象；
若，负载支路中点的对地电压U1小于0，则干式电阻器ZR1+存在电阻丝熔断现象；
若，负载支路中点的对地电压U2大于0，则干式电阻器ZR2-存在电阻丝熔断现象；
若，负载支路中点的对地电压U2小于0，则干式电阻器ZR2+存在电阻丝熔断现象；
若，负载支路中点的对地电压U3大于0，则干式电阻器ZR3-存在电阻丝熔断现象；
若，负载支路中点的对地电压U3小于0，则干式电阻器ZR3+存在电阻丝熔断现象；
若，负载支路中点的对地电压U4大于0，则干式电阻器ZR4-存在电阻丝熔断现象；
若，负载支路中点的对地电压U4小于0，则干式电阻器ZR4+存在电阻丝熔断现象；
若，负载支路中点的对地电压U5大于0，则干式电阻器ZR5-存在电阻丝熔断现象；
若，负载支路中点的对地电压U5小于0，则干式电阻器ZR5+存在电阻丝熔断现象；
若，负载支路中点的对地电压U6大于0，则干式电阻器ZR6-存在电阻丝熔断现象；
若，负载支路中点的对地电压U6小于0，则干式电阻器ZR6+存在电阻丝熔断现象。
进一步地，所述正极对地电压U+小于负极对地电压U-时，
若，负载支路中点的对地电压U1小于0，则干式电阻器ZR1+存在对地绝缘下降现象；
若，负载支路中点的对地电压U2小于0，则干式电阻器ZR2+存在对地绝缘下降现象；
若，负载支路中点的对地电压U3小于0，则干式电阻器ZR3+存在对地绝缘下降现象；
若，负载支路中点的对地电压U4小于0，则干式电阻器ZR4+存在对地绝缘下降现象；
若，负载支路中点的对地电压U5小于0，则干式电阻器ZR5+存在对地绝缘下降现象；
若，负载支路中点的对地电压U6小于0，则干式电阻器ZR6+存在对地绝缘下降现象。
进一步地，所述正极对地电压U+大于负极对地电压U-时，
若，负载支路中点的对地电压U1大于0，则干式电阻器ZR1-存在对地绝缘下降现象；
若，负载支路中点的对地电压U2大于0，则干式电阻器ZR2-存在对地绝缘下降现象；
若，负载支路中点的对地电压U3大于0，则干式电阻器ZR3-存在对地绝缘下降现象；
若，负载支路中点的对地电压U4大于0，则干式电阻器ZR4-存在对地绝缘下降现象；
若，负载支路中点的对地电压U5大于0，则干式电阻器ZR5-存在对地绝缘下降现象；
若，负载支路中点的对地电压U6大于0，则干式电阻器ZR6-存在对地绝缘下降现象。
进一步地，所述监控单元直接与远程计算机进行通信。
进一步地，所述大功率中压直流干式负载装置可多台并联运行。
本发明的有益技术效果：
1、负载主回路采用多个负载支路并联运行的方式，且负载支路采用双极式直流接触器的对称式结构设计，能够在DC4.0kV/DC±2kV的工作条件下以相同负载容量运行；
2、负载具有在线监测功能，能够对每个负载支路的运行状态进行故障预警和准确定位；采用技术相当成熟的电压传感器实现负载主回路的实时监测功能，不仅测量精度高，而且设备选型简单和工程应用广；
3、具备多台负载并联运行和实时在线监测的功能，能够更好的满足更大功率发电机组对中压直流负载的需求。
4、能够测试大功率中压直流发电机组的输出带载能力；对负载主回路和监控单元进行了创新性设计，能够对中压直流干式负载的运行状态进行全方位的监控，并具有故障预警和定位功能。
5、该负载设备结构简单，设备选型合理，负载扩容方便，具有极高的推广和应用价值。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明一种具有在线监测功能的大功率中压直流干式负载装置的电气原理图；
图2为本发明一种具有在线监测功能的大功率中压直流干式负载装置的负载主回路原理图。
结合附图2，本发明实施例中附图标记如下：
U+、U-为负载主回路的正、负极对地电压；
U1～U6为各对应负载支路的中点对地电压；
FU1+～FU6+、FU1-～FU6-分别为各对应负载支路的直流熔断器；CM1～CM6为各对应负载支路的直流接触器；
ZR1+～ZR6+、ZR1-～ZR6-分别为各对应负载支路的干式电阻器；
ZR0+、ZR0-为测量电阻。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
具体地，如图1所示，一种具有在线监测功能的大功率中压直流干式负载装置，主要包括：
负载主回路，包括若干并联的负载支路；所述负载支路包括直流熔断器、双极直流接触器和干式电阻器。所述直流熔断器、双极直流接触器和干式电阻器依次串联。所述每组干式电阻器根据实际运行需要进行若干单个电阻丝的串并联连接。
电压传感器，为多个，分别设置于所述负载主回路的正、负极以及每个负载支路的中点，分别用于采集所述负载主回路正、负极和负载支路中点的对地电压；所述负载主回路的每个负载支路均采用对称式的串联连接，并且其中点接入电压传感器，用于负载支路的对地电压测量；负载主回路的正、负极均接有所述电压传感器，用于测量该回路的对地电压。
监控单元，用于接收所述电压传感器采集的数据，并对采集的数据进行分析、计算，自动准确地判断并定位某一个负载支路的故障；
控制终端，用于接收监控单元的监测结果，并对所述负载主回路的状态进行实时、准确的监控。
中压直流负载装置的所有开关量和模拟量均连接至监控单元的信号输入端，监控单元的控制输出端与中间控制回路的相应中间继电器相连接。通过监控单元的信号输入、输出，监控单元完成数据的采集和控制量的输出功能。
监控单元能够根据监测到的对地电压，实时计算分析出该负载支路在运行时干式电阻器的内部通断情况和负载支路的对地绝缘下降情况，以及自动准确的判断并定位某一个负载支路发生接地故障或电阻丝的熔断故障等；通过监控单元将所有监测结果发送至控制终端，实现对中压直流负载实时、准确的状态监控。
所述监控单元还具有计算分析功能，能够根据监测到的每个负载支路的对地电压，自动分析计算负载支路的运行状态(电阻器的通断和接地情况)，并能够准确定位到具体负载支路的位置，便于运行人员的快速排故。
所述监控单元能够直接与所述远程计算机进行通信。
所述大功率中压直流干式负载装置可多台并联运行，并且互不干扰，极大提高负载系统运行的可靠性。
监控单元，用于接收所述电压传感器采集的数据，并对采集的数据进行分析、计算，实时的在线分析和监测，定位所述负载主回路故障位置，包括：
所述每个负载支路的双极直流接触器均合闸通电运行时，所述监控单元采集、分析负载主回路的正极对地电压U+、负极对地电压U-和负载支路中点的对地电压U1～U6，并通过分析的结果定位所述负载主回路故障位置。
图2为负载主回路原理图，完成大功率中压直流干式负载的主回路设计接线。
其中ZR0+、ZR0-为测量电阻，阻值相等、且均为兆欧级，表示正极对地和负极对地的电阻，绝缘正常时，两个数值相等，用于电压比较是判断情况。
其中U+、U-、U1～U6等电气参数，通过对应位置的电压电流传感器采样，所有这些采样信号均接入监控单元，完成电压电流信号的数字采样工作，工作步骤具体如下。
1)根据采样得到的U+、U-、U1～U6，进行数值分析和计算，对中压直流干式负载进行实时的在线监测。
2)1#～6#负载支路在CM1～CM6均合闸，通电运行情况下，U+＝-U-。
第一种情况：
U+>-U-时，则干式电阻器的-极端发生了对地绝缘下降现象；
若，U1>0，则干式电阻器ZR1-存在对地绝缘下降现象；
U2>0，则干式电阻器ZR2-存在对地绝缘下降现象；
其余，均以此类推。
第二种情况：
U+<-U-时，则干式电阻器的+极端发生了对地绝缘下降现象；
若，U1<0，则干式电阻器ZR1+存在对地绝缘下降现象；
U2<0，则干式电阻器ZR2+存在对地绝缘下降现象；
其余，均以此类推。
第三种情况：
U+＝-U-时，
若，U1>0，则干式电阻器ZR1-存在电阻丝熔断现象；
U1<0，则干式电阻器ZR1+存在电阻丝熔断现象；
若，U2>0，则干式电阻器ZR2-存在电阻丝熔断现象；
U2<0，则干式电阻器ZR2+存在电阻丝熔断现象；
其余，均以此类推。
3)在监控单元，根据采样得到的U+、U-、U1～U6，按照步骤2)的运算办法，可以得到每一个负载支路的对地绝缘下降情况和干式电阻器内部电阻丝的通断情况。
4)若需要多台中压直流干式负载并联运行，每台中压直流干式负载仍然可以按照步骤1)～3)的方法进行实时的在线分析和监测，一旦发生对地绝缘下降或电阻丝熔断等现象，准确定位故障点。
5)在远程PC机的人机界面上，通过工业以太网，与一台或者多台中压直流干式负载进行远程通信，实时读取监控单元的采样、分析结果，实现对中压直流干式负载系统的远程、实时、有效的监控。
至少可以达到以下有益效果：
1、负载主回路采用多个负载支路并联运行的方式，且负载支路采用双极式直流接触器的对称式结构设计，能够在DC4.0kV/DC±2kV的工作条件下以相同负载容量运行；
2、负载具有在线监测功能，能够对每个负载支路的运行状态进行故障预警和准确定位；采用技术相当成熟的电压传感器实现负载主回路的实时监测功能，不仅测量精度高，而且设备选型简单和工程应用广；
3、具备多台负载并联运行和实时在线监测的功能，能够更好的满足更大功率发电机组对中压直流负载的需求。
4、能够测试大功率中压直流发电机组的输出带载能力；对负载主回路和监控单元进行了创新性设计，能够对中压直流干式负载的运行状态进行全方位的监控，并具有故障预警和定位功能。
5、该负载设备结构简单，设备选型合理，负载扩容方便，具有极高的推广和应用价值。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有在线监测功能的大功率中压直流干式负载装置，其特征在于，主要包括：
负载主回路，包括若干并联的负载支路；
电压传感器，为多个，分别设置于所述负载主回路的正、负极以及每个负载支路的中点，分别用于采集所述负载主回路正、负极和负载支路中点的对地电压；
监控单元，用于接收所述电压传感器采集的数据，并对采集的数据进行分析、计算，自动准确地判断并定位某一个负载支路的故障；
控制终端，用于接收监控单元的监测结果，并对所述负载主回路的状态进行实时、准确的监控。
2.根据权利要求1所述一种具有在线监测功能的大功率中压直流干式负载装置，其特征在于，所述负载支路包括直流熔断器、双极直流接触器和干式电阻器。
3.根据权利要求2所述一种具有在线监测功能的大功率中压直流干式负载装置，其特征在于，所述直流熔断器、双极直流接触器和干式电阻器依次串联。
4.根据权利要求1所述一种具有在线监测功能的大功率中压直流干式负载装置，其特征在于，
监控单元，用于接收所述电压传感器采集的数据，并对采集的数据进行分析、计算，实时的在线分析和监测，定位所述负载主回路故障位置，包括：
每个负载支路的双极直流接触器均合闸通电运行时，所述监控单元采集、分析负载主回路的正极对地电压U+、负极对地电压U-和负载支路中点的对地电压U1～U6，并通过分析的结果定位所述负载主回路故障位置。
5.根据权利要求4所述一种具有在线监测功能的大功率中压直流干式负载装置，其特征在于，所述监控单元采集的负载主回路的正极对地电压U+和负极对地电压U-，通过分析分为以下三种情况：
正极对地电压U+等于负极对地电压U-；
正极对地电压U+小于负极对地电压U-；
正极对地电压U+大于负极对地电压U-。
6.根据权利要求5所述一种具有在线监测功能的大功率中压直流干式负载装置，其特征在于，所述正极对地电压U+等于负极对地电压U-时，
若，负载支路中点的对地电压U1大于0，则干式电阻器ZR1-存在电阻丝熔断现象；
若，负载支路中点的对地电压U1小于0，则干式电阻器ZR1+存在电阻丝熔断现象；
若，负载支路中点的对地电压U2大于0，则干式电阻器ZR2-存在电阻丝熔断现象；
若，负载支路中点的对地电压U2小于0，则干式电阻器ZR2+存在电阻丝熔断现象；
若，负载支路中点的对地电压U3大于0，则干式电阻器ZR3-存在电阻丝熔断现象；
若，负载支路中点的对地电压U3小于0，则干式电阻器ZR3+存在电阻丝熔断现象；
若，负载支路中点的对地电压U4大于0，则干式电阻器ZR4-存在电阻丝熔断现象；
若，负载支路中点的对地电压U4小于0，则干式电阻器ZR4+存在电阻丝熔断现象；
若，负载支路中点的对地电压U5大于0，则干式电阻器ZR5-存在电阻丝熔断现象；
若，负载支路中点的对地电压U5小于0，则干式电阻器ZR5+存在电阻丝熔断现象；
若，负载支路中点的对地电压U6大于0，则干式电阻器ZR6-存在电阻丝熔断现象；
若，负载支路中点的对地电压U6小于0，则干式电阻器ZR6+存在电阻丝熔断现象。
7.根据权利要求5所述一种具有在线监测功能的大功率中压直流干式负载装置，其特征在于，所述正极对地电压U+小于负极对地电压U-时，
若，负载支路中点的对地电压U1小于0，则干式电阻器ZR1+存在对地绝缘下降现象；
若，负载支路中点的对地电压U2小于0，则干式电阻器ZR2+存在对地绝缘下降现象；
若，负载支路中点的对地电压U3小于0，则干式电阻器ZR3+存在对地绝缘下降现象；
若，负载支路中点的对地电压U4小于0，则干式电阻器ZR4+存在对地绝缘下降现象；
若，负载支路中点的对地电压U5小于0，则干式电阻器ZR5+存在对地绝缘下降现象；
若，负载支路中点的对地电压U6小于0，则干式电阻器ZR6+存在对地绝缘下降现象。
8.根据权利要求5所述一种具有在线监测功能的大功率中压直流干式负载装置，其特征在于，所述正极对地电压U+大于负极对地电压U-时，
若，负载支路中点的对地电压U1大于0，则干式电阻器ZR1-存在对地绝缘下降现象；
若，负载支路中点的对地电压U2大于0，则干式电阻器ZR2-存在对地绝缘下降现象；
若，负载支路中点的对地电压U3大于0，则干式电阻器ZR3-存在对地绝缘下降现象；
若，负载支路中点的对地电压U4大于0，则干式电阻器ZR4-存在对地绝缘下降现象；
若，负载支路中点的对地电压U5大于0，则干式电阻器ZR5-存在对地绝缘下降现象；
若，负载支路中点的对地电压U6大于0，则干式电阻器ZR6-存在对地绝缘下降现象。
9.根据权利要求1-8所述一种具有在线监测功能的大功率中压直流干式负载装置，其特征在于，所述监控单元直接与远程计算机进行通信。
10.根据权利要求1-8所述一种具有在线监测功能的大功率中压直流干式负载装置，其特征在于，所述大功率中压直流干式负载装置可多台并联运行。
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