直流系统瞬间绝缘故障监测定位方法及其实现的装置

摘要

本发明公开了一种直流系统瞬间绝缘故障监测定位方法及其实现的装置。在目前电力系统变电站、发电厂直流系统绝缘监测技术中，只能监测稳定的、永久性的绝缘故障。本发明在直流系统正极母线、负极母线分别通过分压电阻与大地连接，在各条出线上安装电流互感器，在分压电阻与大地的回路上设置总电流拾取信号器，装置中所用的控制模块分别与显示及设置模块、报警模块、通讯模块、总线、中断处理模块、突变量电阻计算及比较模块、故障性质分析判断模块连接。利用本发明不仅能够准确监测直流系统发生的瞬间的、短暂的绝缘故障，而且还能准确定位故障位置以及瞬间故障性质，从而达到了快速消除故障、保障电力系统安全运行、提高经济效益的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及瞬间绝缘故障监测定位方法，尤其是一种电力行业直流系 统瞬间绝缘故障监测定位方法；本发明还涉及实现上述方法的装置。

背景技术

在目前电力系统变电站、发电厂直流系统绝缘监测技术中，只能监测 稳定的、永久性的绝缘故障，而对于直流系统发生的瞬间的、短暂的绝缘 故障则不能监测。因绝缘故障发生后随即又消失，现场维护人员因找不到 故障点而难以排除，这为继电保护、自动装置乃至电力系统的安全稳定运 行埋下了安全隐患，危及电力系统安全运行。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种直流系统瞬间 绝缘故障监测定位方法，利用该方法不仅能够准确监测直流系统发生的瞬 间的、短暂的绝缘故障，而且还能准确定位故障位置以及故障性质，从而 达到快速消除故障，保障电力系统安全运行，提高经济效益的目的；本发 明的目的还在于提供实现上述方法的装置。

为了实现上述目的，本发明所提供的方法采用以下技术方案：直流系 统瞬间绝缘故障监测定位方法，直流系统正极母线、负极母线分别通过分 压电阻与大地连接，在各条出线上安装电流互感器，其步骤如下：

1)在分压电阻与大地的回路上设置总电流拾取信号器，拾取其总的直 流电流瞬间突变量的微分值Izt＝di/dt，拾取其总的谐波电流瞬间突变量的 微分值Ixzt＝di_xzt/dt；

2)通过正极分压电阻拾取直流系统正极母线电压瞬间突变量的微分值 Uzt＝du_zt/dt，拾取直流系统正极母线的谐波电压瞬间突变量的微分值 Uxzt＝du_xzt/dt；

3)通过负极分压电阻拾取直流系统负极母线电压瞬间突变量的微分值 Uct＝du_ct/dt，拾取直流系统负极母线的谐波电压瞬间突变量的微分值 Uxct＝du_xct/dt；

4)通过各条出线的互感器，拾取其直流泄漏电流的突变量的微分值 Ixt＝di_xt/dt，拾取其谐波电流的突变量的微分值Ixxt＝di_xxt/dt；

5)将上述1)、2)、3)、4)突变量的微分值分别与各自的突变量设定 值比较，当越限后，向控制器发出中断请求，控制器立即响应，分别发出 并记忆直流系统瞬间绝缘故障信号、直流系统正极瞬间绝缘故障信号、直 流系统负极瞬间绝缘故障信号、某条出线瞬间绝缘故障信号。

进一步，在控制器响应中断的同时，计算出直流瞬间绝缘故障电阻值， 其中：正极瞬间绝缘故障电阻值负极瞬间绝缘故障电阻值 $\mathrm{Rc}=\left|\frac{\mathrm{Ucq}-\mathrm{Uct}}{\mathrm{Izt}}\right|,$出线瞬间绝缘故障电阻值$\mathrm{Rxz}=\left|\frac{\mathrm{Uzq}-\mathrm{Uzt}}{\mathrm{Ixt}}\right|$或$\mathrm{Rxz}=\left|\frac{\mathrm{Ucq}-\mathrm{Uct}}{\mathrm{Ixt}}\right|;$

当直流瞬间绝缘故障电阻值小于电阻整定值时，分别发出并记忆直流 系统瞬间绝缘故障信号、直流系统正极瞬间绝缘故障信号、直流系统负极 瞬间绝缘故障信号、某条出线瞬间绝缘故障信号，同时显示瞬间绝缘电阻 值。

进一步，快速判断瞬间绝缘故障的性质，其方法如下：

1)某条出线泄漏电流瞬间突变量增大，而母线对地电压不变，表示该 出线发生瞬间串电绝缘故障；

2)当同时监测Ⅰ段、Ⅱ段直流系统时，Ⅰ段母线对地电压与Ⅱ段母线 对地电压同时瞬间突变，表示Ⅰ段直流回路与Ⅱ段直流回路之间发生瞬间 串电绝缘故障；

3)某条出线中的瞬间突变量的谐波成分周期为20ms,表示该回路发生 瞬间交、直流串电绝缘故障；

4)某条出线中的电流突变量向某一方向增加，而母线电压突变量向反 方向增加或电阻降低，表示该出线瞬间绝缘下降或接地故障；

5)总的谐波电流瞬间突变量增加，或某条出线中的瞬间突变量的谐波 成分增加，而母线直流对地电压对称且不变,表示直流系统母线或该出线发 生了瞬间均等绝缘下降或均等接地故障。

为了实现上述方法，本发明所提供的装置采用以下技术方案：直流系 统瞬间绝缘故障监测定位装置，包括显示及设置模块、报警模块、通讯模 块和控制模块，所述的控制模块分别与显示及设置模块、报警模块、通讯 模块连接，其特征在于：

总直流泄漏电流和总谐波电流瞬间突变量采集、计算及比较模块分别 与总电流拾取信号器、总线连接；正极直流电压和谐波电压瞬间突变量采 集、计算及比较模块分别与两个正极分压电阻之间的连接点、总线连接； 负极直流电压和谐波电压瞬间突变量采集、计算及比较模块分别与两个负 极分压电阻之间的连接点、总线连接；

第1条出线泄漏电流和谐波电流瞬间突变量采集、计算及比较模块分 别与第一条出线电流互感器、总线连接；第n条出线泄漏电流和谐波电流 瞬间突变量采集、计算及比较模块分别与第n条出线电流互感器、总线连 接；

所述的控制模块还分别与总线、中断处理模块、突变量电阻计算及比 较模块、故障性质分析判断模块连接。

与现有技术比较，本发明不仅能够准确监测直流系统发生的瞬间的、 短暂的绝缘故障，而且还能准确定位故障位置以及故障性质，从而达到了 快速消除故障、保障电力系统安全运行、提高经济效益的目的。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图；

图2是本发明瞬间绝缘故障时的总直流泄漏电流波形图；

图3是本发明瞬间绝缘故障时正极母线对地电压波形图；

图4是本发明瞬间交、直流串电绝缘故障时，某出线的电流谐波图。

图中，R1、R2-正极分压电阻，R3、R4-负极分压电阻，CT0-总电流拾 取信号器，CT1-第1条出线电流互感器，CTn-第n条出线电流互感器，1- 正极直流电压和谐波电压瞬间突变量采集、计算及比较模块，2-负极直流 电压和谐波电压瞬间突变量采集、计算及比较模块，3-总直流泄漏电流和 总谐波电流瞬间突变量采集、计算及比较模块，4-第1条出线泄漏电流和 谐波电流瞬间突变量采集、计算及比较模块，5-第n条出线泄漏电流和谐 波电流瞬间突变量采集、计算及比较模块，6-中断处理模块，7-突变量电 阻计算及比较模块，8-故障性质分析判断模块，9-控制模块，10-显示及设 置模块，11-报警模块，12-通讯模块，13-总线。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1所示的直流系统瞬间绝缘故障监测定位装置，控制模块9分别 与显示及设置模块10、报警模块11、通讯模块12、总线13、中断处理模 块6、突变量电阻计算及比较模块7、故障性质分析判断模块8连接。

总直流泄漏电流和总谐波电流瞬间突变量采集、计算及比较模块3分 别与总电流拾取信号器CT0、总线13连接；正极直流电压和谐波电压瞬间 突变量采集、计算及比较模块1分别与两个正极分压电阻R1、R2之间的连 接点、总线13连接；负极直流电压和谐波电压瞬间突变量采集、计算及比 较模块2分别与两个负极分压电阻R3、R4之间的连接点、总线13连接。

第1条出线泄漏电流和谐波电流瞬间突变量采集、计算及比较模块4 分别与第一条出线电流互感器CT1、总线13连接；第n条出线泄漏电流和 谐波电流瞬间突变量采集、计算及比较模块5分别与第n条出线电流互感 器CTn、总线13连接。

本发明的方法通过下述步骤实现：

在直流系统正极母线通过分压电阻R1、R2与大地连接、负极母线通过 分压电阻R3、R4与大地连接，在各条出线(从第1条到第n条)上安装电 流互感器CT1、……、CTn。

1)在分压电阻与大地的回路上设置总电流拾取信号器CT0，由总直流 泄漏电流和总谐波电流瞬间突变量采集、计算及比较模块3，拾取其总的 直流电流瞬间突变量的微分值Izt＝di/dt(单位时间t内的直流电流i变化 率)，见图2，拾取其总的谐波电流瞬间突变量的微分值Ixzt＝di_xzt/dt(单位 时间t内的谐波电流i_xzt变化率)。

2)通过正极直流电压和谐波电压瞬间突变量采集、计算及比较模块1， 拾取直流系统正极母线电压瞬间突变量的微分值Uzt＝du_zt/dt(单位时间t 内的直流电压u_zt变化率)，见图3，拾取直流系统正极母线的谐波电压瞬间 突变量的微分值Uxzt＝du_xzt/dt(单位时间t内的谐波电压u_xzt变化率)。

3)通过负极直流电压和谐波电压瞬间突变量采集、计算及比较模块2， 拾取直流系统负极母线电压瞬间突变量的微分值Uct＝du_ct/dt，拾取直流系 统负极母线的谐波电压瞬间突变量的微分值Uxct＝du_xct/dt。

4)通过第一条或第n条出线泄漏电流和谐波电流瞬间突变量采集、计 算、比较模块4或5，拾取其直流泄漏电流的突变量的微分值Ixt＝di_xt/dt， 拾取其谐波电流的突变量的微分值Ixxt＝di_xxt/dt，见图4。

5)将上述1)、2)、3)、4)突变量的微分值分别与各自的突变量设定 值比较，当越限后，向控制模块9发出中断请求，控制模块9立即响应， 分别发出并记忆直流系统瞬间绝缘故障信号、直流系统正极瞬间绝缘故障 信号、直流系统负极瞬间绝缘故障信号、某条出线瞬间绝缘故障信号。

在控制模块9响应中断的同时，由突变量电阻计算及比较模块7计算 出直流瞬间绝缘故障电阻值。其中：正极瞬间绝缘故障电阻值(Uzq是瞬间故障前的正极母线电压)，正极母线电压负极瞬间绝缘故障电 阻值(Ucq是瞬间故障前的负极母线电压)，出线瞬间绝缘故 障电阻值或当直流瞬间绝缘故障电阻值小于电 阻整定值时，分别发出并记忆直流系统瞬间绝缘故障信号、直流系统正极 瞬间绝缘故障信号、直流系统负极瞬间绝缘故障信号、某条出线瞬间绝缘 故障信号，同时显示瞬间绝缘电阻值。

本发明通过故障性质分析模块8快速判断瞬间绝缘故障的性质：

1)如第1条出线泄漏电流瞬间突变量Ixt增大，而母线对地电压Uzt， 或Uct不变，表示该出线发生瞬间串电绝缘故障。

2)当同时监测Ⅰ段、Ⅱ段直流系统时，Ⅰ段母线对地电压与Ⅱ段母线 对地电压同时瞬间突变，表示Ⅰ段直流回路与Ⅱ段直流回路之间发生瞬间 串电绝缘故障。图1为Ⅰ段直流系统。

3)某条出线中的瞬间突变量的谐波成分周期为20ms,表示该回路发生 瞬间交、直流串电绝缘故障，见图4。

4)某条出线中的电流突变量向某一方向增加，而母线电压突变量向反 方向增加或电阻降低，表示该出线瞬间绝缘下降或接地故障。

5)总的谐波电流瞬间突变量增加，或某条出线中的瞬间突变量的谐波 成分增加，而母线直流对地电压对称且不变,表示直流系统母线或该出线发 生了瞬间均等绝缘下降或均等接地故障。