CN111025176A - 一种便携式直流电源系统环路检测方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种便携式直流电源系统环路检测方法及其装置，其检测方法包括电桥测试法及注入信号检测法，电桥测试法主要应用于直流电源系统的不停电检测，注入信号检测法主要应用于直流电源系统的停电检测，注入信号检测法在对直流电源II注入信号后，检测直流电源I正负对地电压、频率等并与注入信号时的直流电源II相比较。检测装置包括系统环路分析仪和手持式探测仪两个装置。该便携式直流电源系统环路检测方法及其装置，采用电桥测试法和注入信号检测法结合的方式，无论两个独立直流电源系统是否有电都可以检测直流电源系统的环路情况，同时采用无线通信技术可以迅速的对环路故障点进行定位，进而有效的减少了检测人员的工作量和降低直流环路故障查找难度。

Description

一种便携式直流电源系统环路检测方法及其装置

技术领域

本发明属于电路检测装置技术领域，具体涉及一种便携式直流电源系统环路检测方法及其装置。

背景技术

目前在发电厂、220KV等级以上以及一些重要的110KV变电站，对于其中重要的负荷分别都是由两套相对独立的直流电源，通过空开的方式来选择任意一套直流电源进行供电的，并且在连接两套直流电源的母线之间设有母联开关，当其中一套的电源处于充电状态或是发生故障等意外情况时，可及时的采用另一套电源设备进行供电，从而使得供电可靠性得到极大的提高。

但是，在新建或设备改造施工的过程中，由于设备出现较大的变动而出现的绝缘降低、或是人员的误操作等因素都会出现两套相互独立运行的直流系统出现并列运行的现象，并且可以会导致两套相互独立的直流电源系统出现电气连接形成环路的现象，进而发生因环流过大而引发的火灾、蓄电池寿命缩短或是蓄电池组失效的现象，而且如果环路故障没有被及时处理，可能会导致控制回路、信号回路、继电保护及自动装置回路误动作，进而引发安全事故，而且环路故障也会导致接地故障监测灵敏度下降，进而影响绝缘监测装置的正常运行，存在极大的安全隐患。

而目前对于两套直流电源系统内环路故障的检测都是通过运行人员通过其它设备的异常而间接反应出来的，而且无法确定环路故障的具体的类型及发生的地点，进而增加了环路故障处理时间，严重地影响了变电站的安全、可靠的运行，甚至会影响到整个电网的安全生产，而且通过其它设备的异常来判定直流电源的环路故障极大的受到了设备本身的影响，进一步的增加对于环路故障检测的难度。

发明内容

本发明提供了一种便携式直流电源系统环路检测方法及其装置，具备实时进行环路检测而无论直流电源系统时是否存在电流、精准对环路故障进行定位及确定环路故障的类型、降低了环路故障的查找难度的优点，解决了目前对于两套直流电源系统内环路故障的检测都是通过运行人员通过其它设备的异常而间接反应出来的，而且无法确定环路故障的具体的类型及发生的地点，进而增加了环路故障处理时间，严重地影响了变电站的安全、可靠的运行，甚至会影响到整个电网的安全生产，而且通过其它设备的异常来判定直流电源的环路故障极大的受到了设备本身的影响，对于环路故障检测的难度较大的问题。

综上所述，一种便携式直流电源系统环路检测，包括电桥测试法及注入信号检测法两种检测模式，所述电桥测试法主要应用于直流电源系统的不停电检测，其具体步骤如下：

(1)方案A

S1、合上开关K1，断开开关K2，在正极投入不平衡电阻R2，测量I、II段母线对地电压：V₊₁₁、V_-11、V₊₂₁、V_-21；

S2、合上开关K2，断开开关K1，即在负极投入不平衡电阻R2,测量I、II段母线对地电压：V_-12、V₊₁₂、V₊₂₂、V_-22；

S3、判定V₊₁₁与V₊₂₁之间的大小，若V₊₁₁等于V₊₂₁，则两独立直流电源系统之间没有环路；若V₊₁₁不等于₊₂₁，则两独立直流电源系统之间存在环路，同时对于V_-11与V_-21之间的判定同上；

(2)方案B

通过K1和K2进行频率Fr为(0.1～30Hz)投切R2电阻，同时测定V1的正负对地电压V₊₁和V_-1的信号及频率F；

如果F等于Fr，则说明两独立直流电源系统中有环路存在；若F不等于Fr，则说明两独立直流电源系统中没有环路存在。

所述注入信号检测法主要应用于直流电源系统的停电检测，所述注入信号检测法在对直流电源II注入信号后，可以检测直流电源I正负对地电压、频率等并与注入信号时的直流电源II相比较，其检测判定的方式如下：

在直流电源II没有注入信号时，检测直流电源I的正对电压U₊₁，负对地电压U_-1，以及流过RX的电流I₁；

在直流电源II注入信号时，再次检测直流电源I的正对电压U₊₂，负对地电压U_-2，以及流过RX的电流I₂；

当U₊₁等于U₊₂时，则两独立直流电源系统中没有环路，而当U₊₁不等于U₊₂时，则两独立直流电源系统中存在正环路；

当U_-1等于U_-2时，则两独立直流电源系统中没有环路，而当U_-1不等于U_-2时，则两独立直流电源系统中存在负环路；

同时，可以通过I₁是否等于I₂判断本检测点是否存在环路，当I₁等于I₂则表示本检测点不存在环路，而当I₁不等于I₂则表示本检测点存在环路。

一种便携式直流电源系统环路检测装置，包括系统环路分析仪和手持式探测仪两个装置，所述系统环路分析仪用于分析两独立的直流电源系统环路情况，主要包括以下操控单元：

电压测量单元，所述电压测量单元主要用于测量直流电源系统正负极对地的电压以及对地的交流信号分量；

采集数据处理单元Ⅰ，所述采集数据处理单元Ⅰ主要从电压测量单元的测量数据中分析两独立直流电源系统的环路情况；

人机接口处理单元Ⅰ，所述人机接口处理单元Ⅰ主要用于显示设备工作情况以及两独立的直流电源系统环路情况等；

无线通信处理单元Ⅰ，所述无线通信处理单元Ⅰ主要用于与手持式探测量仪之间进行通信交流。

所述手持式探测仪用于探测环路连接点，主要包括以下操控单元：

电流测量单元，所述电流测量单元主要用于测量直流电源系统中由于环路引起的电流；

无线通信处理单元Ⅱ，所述无线通信处理单元Ⅱ用于接收系统环路分析仪测量的电压数据以及发送控制命令给主机；

采集数据处理单元Ⅱ，所述采集数据处理单元Ⅱ主要用于处理及分析测量电流的数据并结合主机测量的电压数据，以判定探测点是否存在环路；

人机接口处理单元Ⅱ，所述人机接口处理单元Ⅱ主要显示分析结果。

优选的，所述系统环路分析仪固定于相的位置，采集两独立直流系统电压信号，并分析两独立直流系统环路情况，所述手持式探测仪用于移动探测环路故障点，且系统环路分析仪与手持式探测仪之间采用无线通信方式相连接。

有益效果

该便携式直流电源系统环路检测方法及其装置，采用电桥测试法和注入信号检测法相结合的方式，无论两独立直流电源系统是否有电都可以对其进行智能、快速的检测两独立直流电源系统的环路情况，同时采用无线通信技术可以迅速的对环路故障点进行定位，进而有效的减少了检测人员的工作量和降低直流环路故障查找难度。

附图说明

图1为本发明电桥测试法系统环路示意图；

图2为本发明注入信号检测法系统环路示意图；

图3为本发明装置工作系统图；

图4为本发明系统环路分析仪结构框图；

图5为本发明手持式探测仪结构框图；

图6为本发明系统环路分析仪中信号的采集框图；

图7为本发明系统环路分析仪中数据的处理框图；

图8为本发明两独立直流电源系统环路电桥检测法电路图。

图中：1、系统环路分析仪；11、电压测量单元；111、直流电源Ⅰ信号采集单元；112、直流电源Ⅱ信号采集单元；12、采集数据处理单元Ⅰ；13、人机接口处理单元Ⅰ；14、无线通信处理单元Ⅰ；2、手持式探测仪；21、电流测量单元；22、无线通信处理单元Ⅱ；23、采集数据处理单元Ⅱ；24、人机接口处理单元Ⅱ。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，一种便携式直流电源系统环路检测，包括电桥测试法及注入信号检测法两种检测模式，电桥测试法主要应用于直流电源系统的不停电检测，电桥测试法有如下两组实现方案：

实现方案A

S1、合上开关K1，断开开关K2，在正极投入不平衡电阻R2，测量I、II段母线对地电压：V₊₁₁、V_-11、V₊₂₁、V_-21；

S2、合上开关K2，断开开关K1，即在负极投入不平衡电阻R2,测量I、II段母线对地电压：V_-12、V₊₁₂、V₊₂₂、V_-22；

S3、判定V₊₁₁与V₊₂₁之间的大小，若V₊₁₁等于V₊₂₁，则两独立直流电源系统之间没有环路；若V₊₁₁不等于₊₂₁，则两独立直流电源系统之间存在环路，同时对于V_-11与V_-21之间的判定同上。

其中，对于正、负极环路连接中的电阻R3、R4阻值的测定有如下公式：

实现方案B

通过K1和K2进行一定频率Fr0.1～30Hz投切R2电阻，同时测定V1的正负对地电压V₊₁和V_-1的信号及频率F。

如果F等于Fr，则说明两独立直流电源系统中有环路存在；若F不等于Fr，则说明两独立直流电源系统中没有环路存在。

注入信号检测法主要应用于直流电源系统的停电检测，注入信号检测法在对直流电源II注入信号后，可以检测直流电源I正负对地电压、频率等并与注入信号时的直流电源II相比较，其检测判定的方式如下：

在直流电源II没有注入信号时，检测直流电源I的正对电压U₊₁，负对地电压U_-1，以及流过RX的电流I₁；

在直流电源II注入信号时，再次检测直流电源I的正对电压U₊₂，负对地电压U_-2，以及流过RX的电流I₂；

当U₊₁等于U₊₂时，则两独立直流电源系统中没有环路，而当U₊₁不等于U₊₂时，则两独立直流电源系统中存在正环路；

当U_-1等于U_-2时，则两独立直流电源系统中没有环路，而当U_-1不等于U_-2时，则两独立直流电源系统中存在负环路；

同时，可以通过I₁是否等于I₂判断本检测点是否存在环路，当I₁等于I₂则表示本检测点不存在环路，而当I₁不等于I₂则表示本检测点存在环路。

本技术方案中，注入信号检测法中注入的信号包括方波信号、正弦波信号和直流信号，且注入信号的方式可以是在直流电源的正极与大地之间注入信号，或是在直流电源的负极与大地之间注入信号。

其中，注入信号检测法中在注入信号时，需要采用单极注入的方式，以防止两独立直流电源系统之间发生短路的现象，进而确保了注入信号检测法在检测电源系统时的安全性。

请参阅图3-5，一种便携式直流电源系统环路检测装置，包括系统环路分析仪1和手持式探测仪2两个装置，系统环路分析仪1用于分析两独立的直流电源系统环路情况，主要包括以下操控单元：

电压测量单元11，电压测量单元11主要用于测量直流电源系统正负极对地的电压以及对地的交流信号分量；

采集数据处理单元Ⅰ12，采集数据处理单元Ⅰ12主要从电压测量单元的测量数据中分析两独立直流电源系统的环路情况；

人机接口处理单元Ⅰ13，人机接口处理单元Ⅰ13主要用于显示设备工作情况以及两独立的直流电源系统环路情况等；

无线通信处理单元Ⅰ14，无线通信处理单元Ⅰ14主要用于与手持式探测量仪之间进行通信交流。

其中，电压测量单元11分为对直流电源Ⅰ信号采集单元111和对直流电源Ⅱ信号采集单元112两个部分。

手持式探测仪2用于探测环路连接点，主要包括以下操控单元：

电流测量单元21，电流测量单元21主要用于测量直流电源系统中由于环路引起的电流；

无线通信处理单元Ⅱ22，无线通信处理单元Ⅱ22用于接收系统环路分析仪1测量的电压数据以及发送控制命令给主机；

采集数据处理单元Ⅱ23，采集数据处理单元Ⅱ23主要用于处理及分析测量电流的数据并结合主机测量的电压数据，以判定探测点是否存在环路；

人机接口处理单元Ⅱ24，人机接口处理单元Ⅱ24主要显示分析结果。

本技术方案中，系统环路分析仪1固定于相的位置，采集两独立直流系统电压信号，并分析两独立直流系统环路情况，手持式探测仪2用于移动探测环路故障点，且系统环路分析仪1与手持式探测仪2之间采用无线通信方式相连接。

请参阅图6-7，本技术方案中，系统环路分析仪中1的采集数据处理单元Ⅰ12主要包括信号的采集和数据的处理，信号的采集主要是实现对两独立直流电源的信号采集，由K1进行切换并分时测量两独立直流电源信号，而ADC1和ADC2为两个独立的模数转换，可以同时采集两个电压信号，从而降低了采样时由于时差而引起的误差。

数据的处理(中央处理器)，是由MCU或CPU来控制执行的，并将从模数转换中获取直流电源电压信号，经过FPU(浮上乘法器)的计算处理，然后将计算出的数据结果通过人机接口的液晶显示出来，并利用无线通信传送至手握式探测仪2中。

其中，无线通讯采用传送距离远，穿透性强的433MHz的频率设计，同时可以采用其他频率来代替，而人机接口采用的是液晶显示。

本技术方案中，手持式探测仪2采用高速转换以高精度测量电路，可以测量100Hz的信号，工作方式如下：

S1、按压人机接口处理单元Ⅱ24的测试按键，采集数据处理单元Ⅱ23接收到命令，并通过无线通信处理单元Ⅱ23通知系统环路分析仪1启动测试，同时采集数据处理单元Ⅱ23从钳式电流测量单元23中获取测量电流测量数据；

S2、当系统环路分析仪1执行完成测试过程后，采取获得的直流电源电压信号通过无线通信处理单元Ⅱ22传送至手手持式探测仪2中；

S3、手持式探测仪2接收到系统环路分析仪1的测量电压数据，结合测量的电流数据一起分析以判定探测点是否存环路连接。

(备注：附图8中左边两个R1为直流电源I的平衡桥测试电阻，右边两个R1为直流电源Ⅱ的平衡桥测试电阻，而两个R2为测试桥电阻，并由K1和K2进行控制投切。)

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种便携式直流电源系统环路检测方法，包括电桥检测法及注入信号检测法两种检测模式，其特征在于，所述电桥测试法主要应用于直流电源系统的不停电检测，其具体步骤如下：

（1）方案A

S1、合上开关K1，断开开关K2，在正极投入不平衡电阻R2，测量I、II段母线对地电压：V₊₁₁、V_-11、V₊₂₁、V_-21；

S2、合上开关K2，断开开关K1，即在负极投入不平衡电阻R2,测量I、II段母线对地电压：V_-12、V₊₁₂、V₊₂₂、V_-22；

S3、判定V₊₁₁与V₊₂₁之间的大小，若V₊₁₁等于V₊₂₁，则两独立直流电源系统之间没有环路；若V₊₁₁不等于₊₂₁，则两独立直流电源系统之间存在环路，同时对于V_-11与V_-21之间的判定同上；

（2）方案B

通过K1和K2进行频率Fr为0.1～30Hz投切R2电阻，同时测定V1的正负对地电压V₊₁和V_-1的信号及频率F；

如果F等于Fr，则说明两独立直流电源系统中有环路存在；若F不等于Fr，则说明两独立直流电源系统中没有环路存在；

所述注入信号检测法主要应用于直流电源系统的停电检测，其具体步骤：所述注入信号检测法在对直流电源II注入信号后，可以检测直流电源I正负对地电压、频率等并与注入信号时的直流电源II相比较，在直流电源II没有注入信号时，检测直流电源I的正对电压U₊₁，负对地电压U_-1，以及流过RX的电流I₁；

在直流电源II注入信号时，再次检测直流电源I的正对电压U₊₂，负对地电压U_-2，以及流过RX的电流I₂；

当U₊₁等于U₊₂时，则两独立直流电源系统中没有环路，而当U₊₁不等于U₊₂时，则两独立直流电源系统中存在正环路；

当U_-1等于U_-2时，则两独立直流电源系统中没有环路，而当U_-1不等于U_-2时，则两独立直流电源系统中存在负环路；

同时，可以通过I₁是否等于I₂判断本检测点是否存在环路，当I₁等于I₂则表示本检测点不存在环路，而当I₁不等于I₂则表示本检测点存在环路，以判定其是否存在环路故障。

2.一种便携式直流电源系统环路检测装置，包括系统环路分析仪（1）和手持式探测仪（2）两个装置，其特征在于，所述系统环路分析仪（1）用于分析两独立的直流电源系统环路情况，主要包括以下操控单元：

电压测量单元（11），所述电压测量单元（11）主要用于测量直流电源系统正负极对地的电压以及对地的交流信号分量；

采集数据处理单元Ⅰ（12），所述采集数据处理单元Ⅰ（12）主要从电压测量单元的测量数据中分析两独立直流电源系统的环路情况；

人机接口处理单元Ⅰ（13），所述人机接口处理单元Ⅰ（13）主要用于显示设备工作情况以及两独立的直流电源系统环路情况等；

无线通信处理单元Ⅰ（14），所述无线通信处理单元Ⅰ（14）主要用于与手持式探测量仪之间进行通信交流；

所述手持式探测仪（2）用于探测环路连接点，主要包括以下操控单元：

电流测量单元（21），所述电流测量单元（21）主要用于测量直流电源系统中由于环路引起的电流；

无线通信处理单元Ⅱ（22），所述无线通信处理单元Ⅱ（22）用于接收系统环路分析仪（1）测量的电压数据以及发送控制命令给主机；

采集数据处理单元Ⅱ（23），所述采集数据处理单元Ⅱ（23）主要用于处理及分析测量电流的数据并结合主机测量的电压数据，以判定探测点是否存在环路；

人机接口处理单元Ⅱ（24），所述人机接口处理单元Ⅱ（24）主要显示分析结果。

3.根据权利要求2所述的一种便携式直流电源系统环路检测装置，其特征在于：所述系统环路分析仪（1）固定于相的位置，采集两独立直流系统电压信号，并分析两独立直流系统环路情况，所述手持式探测仪（2）用于移动探测环路故障点，且系统环路分析仪（1）与手持式探测仪（2）之间采用无线通信方式相连接。

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