專利名稱：直流漏電指示器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及直流系統(tǒng)對地出現(xiàn)漏電流故障時的檢測指示裝置，即直流漏電指示器。
背景技術：
發(fā)電廠和變電站以及工業(yè)企業(yè)的直流系統(tǒng)是控制和信號系統(tǒng)、繼電保護和自動裝置的工作電源，它的可靠性直接影響到直流系統(tǒng)的安全運行。因此，當直流系統(tǒng)發(fā)生一點接地故障時，應盡快排除?？墒怯捎谀壳叭狈ψ詣訖z測裝置，現(xiàn)場多是由人工查尋并排除故障，這樣不僅費時費力，而且當采用短時切斷電源逐級查找時，可能使繼電保護或自動裝置動作造成事故。近年來國內外進行了大量研究，提出了一些檢測直流系統(tǒng)接地故障的原理，并研制出相應的實用裝置，為查找直流系統(tǒng)接地故障提供了新的手段。但這些裝置均有不足之處，需進一步研究和完善。
在直流系統(tǒng)接地故障診斷領域中，從國內來看，主要有2類裝置。其一類裝置基于“信號尋跡”的工作原理，如“直流系統(tǒng)接地低頻探測儀”、“直流系統(tǒng)接地故障探測裝置”。它們有如下特點(1)需在直流系統(tǒng)上施加低頻交流激勵；(2)根據(jù)直流母線分段數(shù)，配置相應檢測主機臺數(shù)，制約直流母線的運行方式；(3)隨著直流系統(tǒng)對地電容的增大，裝置疊加在被測系統(tǒng)的交流分量也隨之增大；(4)直流系統(tǒng)對地電容對這類裝置的正常工作有較大的影響。另一類裝置是直流用倍頻磁調制器作直流電流傳感器，巡回檢測每個傳感器的輸出，并送給計算機進行處理。如“直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置”、“直流回路漏電流在線巡回監(jiān)測儀”等。在實際應用過程中，這種方法涉及到嚴重的干擾問題，主要有環(huán)境電磁干擾及被測直流電流中的紋波干擾。為了抑制干擾，采取的處理措施很復雜。另外，被測直流電流傳感頭的輸入與輸出2次諧波電壓之間的關系為非線性，且每個傳感頭的特性參數(shù)離散性較大，使用前必須逐個進行預測標定，每一傳感器的標定參數(shù)必須記錄在控制程序中，若增加或更換1個傳感器則需對控制軟件作修改，使用、維護很不方便，系統(tǒng)適應性差。要對多路直流回路進行檢測，相應的檢測、處理方法就更復雜。因此主機與傳感頭的強干擾環(huán)境中用電纜傳輸采集的模擬量和提供工作電源，這種方式并不十分合適。電纜連接方式對傳感頭與主機之間的距離也有一定限制。

發(fā)明內容
本實用新型的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術中的問題，為直流系統(tǒng)接地故障的檢測提供一個運用磁調制技術來完成的漏電指示器。
這種直流漏電指示器，包括漏電檢測互感器、磁調制電路、有源濾波電路、線性放大電路、指示及遙信電路和穩(wěn)壓電路，其特征在于被測直流正負導線從漏電檢測互感器中心穿過，漏電檢測互感器、磁調制電路、有源濾波電路、線性放大電路、指示及遙信電路依次串聯(lián)，而穩(wěn)壓電源電路的輸入端和被測直流電源線相連，輸出端和磁調制電路、有源濾波電路、線性放大電路、指示及遙信電路并聯(lián)。
用磁調制直流漏電指示器套穿在各路直流回路的正負出線上，當回路絕緣水平正常時，穿過指示器的直流電流大小相等，方向相反，此時互感器中的合成直流磁場為零，對直流漏電指示器無影響；當回路絕緣水平下降到一定范圍或出現(xiàn)接地故障時，該回路中出現(xiàn)合成直流電流，對應于該回路的互感器中合成直流磁場就不為零，直流漏電指示器就產生相應指示。因此，可以通過直流漏電指示器來判定直流接地故障回路。使用時，將該指示器固定安裝在直流系統(tǒng)的每一條回路中，上述檢測方法是根據(jù)直流電橋的原理來實現(xiàn)的，該方法能否實現(xiàn)的關鍵是要求直流漏電流指示器測量精度高，并且有足夠的分辨率。
從整體來看，整個裝置從直流系統(tǒng)取工作電源外，不會對被測系統(tǒng)帶來任何影響，也不影響直流系統(tǒng)原有的絕緣監(jiān)察繼電器的運行和使用功能。由于本直流漏電指示器是直接測量直流系統(tǒng)的接地電流，因此直流系統(tǒng)對地電容對本裝置的工作沒有影響。因為采用了單個裝置方式測量直流電流，因此無所謂參數(shù)離散性，只要裝置有足夠的精度和穩(wěn)定性即可?；谒奶攸c，在現(xiàn)場使用時安裝簡單，當不需要遠方監(jiān)視，只作就地指示時，則沒有電纜聯(lián)接；但還是留有遙信接點以備遠方監(jiān)視或就地集中監(jiān)視之需。調校工作量小，本裝置只需要簡單調校零點，即可把地球磁場和外部環(huán)境電磁干擾引起的誤差消除。并且由于該裝置的測量精度及分辨率高，當直流系統(tǒng)對稱接地故障的兩個故障點不在同一個直流漏電指示器監(jiān)測范圍之內時能對直流系統(tǒng)對稱接地故障進行檢測指示。
磁調制式直流漏電指示器結構十分簡潔，基本上只用三個運算放大器(兩個8腳集成塊)即完成信號的調制、濾波、放大，采用優(yōu)質元器件，故裝置穩(wěn)定性、可靠性較好，使用方便，調校工作很少，測量精度較高。用合金帶卷繞的磁環(huán)制作單鐵芯磁調制器，當直流信號繞組匝數(shù)增加時，分辨率成倍增加。
該指示器的調制線圈在裝置帶電后就有交變的調制電流流過，因此對大電流沖擊后產生的剩磁具有去磁作用，提高了該指示器的抗大電流沖擊特性。
通過改變分壓電阻R3、R4的阻值大小，該裝置可用于220V、110V、48V、24V等各種電壓等級之直流漏電流檢測。
該裝置既可做成單獨的指示器，也可把電路部分做到各種開關電源入口處，用作對此開關電源和負載的直流漏電流檢測指示。還可和直流空開整合做成其附件作直流漏電流檢測指示，替換掉原直流保險管。
該指示器的互感器用軟磁性材料屏蔽，不象其它裝置那樣在強干擾環(huán)境中傳輸采集模擬量，而是傳輸接點量(光耦或小型密封繼電器接點)，該裝置與遙信電纜之間實現(xiàn)電氣隔離，因此該指示器抗干擾能力很強。


圖1是本實用新型的原理方框圖圖2是本實用新型的電原理圖具體實施方式
以下結合附圖，詳細說明如下穩(wěn)壓電源電路為二級，電源從負荷側通過分壓電阻R3、R4、保險管F1、防反接二極管D3、穩(wěn)壓管D4、D5，濾波電容C1、C2為第一級正負電源，從第一級電源下通過分壓電阻R5、R20、穩(wěn)壓管D6、D7為第二級正負電源。
磁調制電路由運算放大器U1A、電阻R9、R10、R13、R14，電容C3、C4，電感L1組成，電阻R9、電容C3并聯(lián)，一端接地GND，一端接運算放大器U1A的3腳，電阻R10、電容C4并聯(lián)，一端接地GND，一端接運算放大器U1A的2腳，電阻R13一端接運算放大器U1A的1腳，一端接運算放大器U1A的3腳，L1一端接入U1A反向端，另一端通過限流電阻R14接入U1A運放的輸出端，U1A的型號是TL062。
在有源濾波電路中，電阻R21一端連接電阻R16與電阻R22、電容C6的公共接點，一端串聯(lián)C8至運算放大器U1B的反相端6腳，運算放大器U1B的輸出端7腳接至電容C6，并通過電阻R15接至電阻R12與電容C5的接點，電容C5接至運算放大器U1B的同相端5腳并接地，電阻R12接至運算放大器U1B的反相端，U1A、U1B為一個小功率JFET輸入雙運算放大器TL062的兩個部分。
線性放大電路由運算放大器U2、電阻R22、R17、R8、R6、R7、R11，電容C7，可調電阻RT2、RT1組成，電阻R6一端接第二級電源正端，一端接可調電阻RT1的固定端，可調電阻RT1的另一固定端串聯(lián)電阻R7，接至第二級電源負端，可調電阻RT1的可動端串聯(lián)電阻R8，接至運算放大器U2的反相端2腳，并接一電阻R11至地GND，運算放大器U2的輸出端6腳接至可調電阻RT2固定端，可調電阻RT2另一固定端串聯(lián)電阻R17，接至運算放大器U2的反相端2腳，運算放大器U2的輸出端6腳與運算放大器U2的反相端2腳之間并聯(lián)一電容C7，運算放大器U2采用高精度低溫漂的儀用放大器OP07。
指示及遙信電路由二極管D8、D9，電阻R18、R19、R23、發(fā)光二極管D1、D2，光耦或小型密封繼電器U3、U4，三極管或達林頓管，或場效應管Q1、Q2組成，D8、D9反相并聯(lián)，三極管Q1、Q2的基極相連接至電阻R18，發(fā)射極相連接至地線GND，三極管Q1集電極串聯(lián)光耦U3、電阻R19、發(fā)光二極管D1至第一級電源正端，三極管Q2集電極串聯(lián)光耦U4、電阻R23、發(fā)光二極管D2至第一級電源負端。
本實用新型可設置手動試驗電路，即在互感器下端負荷側正極接按鈕S1，串連一電阻R1不穿過互感器中心接至電源側負極，在互感器下端負荷側負極接按鈕S2，串聯(lián)一電阻R2不穿過互感器中心接至電源側正極。
穩(wěn)壓電源電路可用穩(wěn)壓管分壓或電阻分壓或三端、五端集成穩(wěn)壓器或運算放大器組成的電壓跟隨器來分壓。
漏電檢測互感器的鐵芯為環(huán)形，其上纏繞一個調制線圈，在鐵芯和線圈外面，有金屬材料屏蔽殼。
使用時將該指示器安裝在每一條直流線路中，直流正負導線在殼體內穿過互感器鐵芯中心，可以為一匝或多匝。環(huán)形互感器鐵芯可用坡莫合金或非晶態(tài)合金或納米晶合金薄帶繞制，由于采用了磁調制技術，環(huán)形鐵芯的直徑和截面積可以做的較小，利于整個裝置做成空開大小。環(huán)形互感器鐵芯上用高強度漆包線繞有一調制線圈。由于整個裝置的高靈敏性，地球磁場和外部環(huán)境電磁干擾相對較高，必須用軟磁性金屬材料屏蔽環(huán)形鐵芯和線圈。如圖2所示，電源從負荷側通過分壓電阻R3、R4、保險管F1、防反接二極管D3、至穩(wěn)壓管D4、D5、濾波電容C1、C2，形成第一級正負電源，供線性放大電路，指示及遙信電路。為防止直流電源波動對裝置精度影響，從第一級電源下通過分壓電阻R5、R20、至穩(wěn)壓管D6、D7、形成第二級高穩(wěn)定性正負電源，供磁調制電路，有源濾波電路。在第二級電源上通過限流電阻R24、發(fā)光二級管D10作監(jiān)視電源正常工作指示燈。磁調制電路由運算放大器U1A、電阻R9、R10、R13、R14、電容C3、C4、電感L1、組成的RL方波震蕩電路，電感L1一端接入U1A反向端，一端通過限流電阻R14接入U1A運放的輸出端，電容C3、C4起濾除高頻雜波功能，電感L1在此既是方波震蕩電路的非線性元件又是磁感應元件環(huán)形互感器。當環(huán)形互感器檢測到有差電流時，鐵芯中將有一恒定的帶方向直流磁通，將改變方波的對稱性，即方波中迭加了一帶方向的直流分量，檢出此直流分量并放大即可判斷差電流的大小和方向。運算放大器U1A輸出方波經電阻R16至R21，由運算放大器U1B、與電阻R12、R15、R21、電容C5、C6、C8組成的交流負反饋有源濾波電路把交流信號反相與原信號電容耦合，濾去交流信號提取直流信號。為了保證裝置的穩(wěn)定性、靈敏性，U1A、U1B為一個小功率JFET輸入雙運算放大器TL062的兩個部分。直流信號經電阻R22至運算放大器U2的正相輸入端。運算放大器U2、與電阻R22、R17、R8、R6、R7、R11、電容C7、可調電阻RT2、RT1組成的負反饋線性放大電路。運算放大器U2采用高精度低溫漂的儀用放大器OP07，可調電阻RT1為調零電阻，與電阻R6、R7、R8、R11、電容C7、可調電阻RT2、RT1組成的負反饋線性放大電路?？烧{電阻RT1為調零電阻，與電阻R6、R7、R8、R11組成運算放大器U2的反向端零點調整電路，使運算放大器U2的輸出端6腳為零電壓，使前面電路因元件特性、溫漂引起的不平衡誤差均在此消除。電容C7為交流濾波，可調電阻RT2為調幅度電阻，作用是裝置的準確度調節(jié)，可調電阻RT2輸出至指示及遙信電路。指示及遙信電路由二級管D8、D9、電阻R18、R19、R23、發(fā)光二極管D1、D2、光耦(或小型密封繼電器)U3、U4、三極管(或達林頓管或場放應管)Q1、Q2組成。二極管D8、D9、相反并聯(lián)作用是產生約0.7伏閥值電壓。電阻R18為基極限流電阻。三極管Q1、Q2的基極相連接至電阻R18，發(fā)射極相連接至地線GND，三極管Q1集電極依次連接光耦U3、電阻R19、發(fā)光二極管D1至第一極電源正端，三極管Q2集電極依次連接光耦U4、電阻R23、發(fā)光二極管D2至第一級電源負端。在實際運行中，直流線路絕大多數(shù)時間處于正常運行狀態(tài)，為了檢驗該指示器是否正常，本指示器還沒置有手動試驗電路，如圖1所示，即在互感器下端負荷側正極接一試驗按鈕S1，串聯(lián)一電阻R1不穿過互感器中心接至電源側負極，按下按鈕S1相當于在該指示器制造一人為的正極漏電流。在互感器下端負荷側負極接一試驗按鈕S2，串聯(lián)一電阻R2不穿過互感器中心接至電源側正極，按下按鈕S2相當于在該指示器制造一人為的負極漏電流。如指示器相應指示燈亮，表明指示器正常。否則說明該指示器有故障，應及時檢修。
權利要求1.直流漏電指示器，包括漏電檢測互感器、磁調制電路、有源濾波電路、線性放大電路、指示及遙信電路和穩(wěn)壓電路，其特征在于被測直流正負導線從漏電檢測互感器中心穿過，漏電檢測互感器、磁調制電路、有源濾波電路、線性放大電路、指示及遙信電路依次串聯(lián)，而穩(wěn)壓電源電路的輸入端和被測直流電源線相連，輸出端和磁調制電路、有源濾波電路、線性放大電路、指示及遙信電路并聯(lián)。
2.根據(jù)權利要求1所述的直流漏電指示器，其特征是穩(wěn)壓電源電路為二級，電源從負荷側通過分壓電阻R3、R4、保險管F1、防反接二極管D3、穩(wěn)壓管D4、D5，濾波電容C1、C2為第一級正負電源，從第一級電源下通過分壓電阻R5、R20、穩(wěn)壓管D6、D7為第二級正負電源。
3.根據(jù)權利要求1所述的直流漏電指示器，其特征是磁調制電路由運算放大器U1A、電阻R9、R10、R13、R14，電容C3、C4，電感L1組成，電阻R9、電容C3并聯(lián)，一端接地GND，一端接運算放大器U1A的3腳，電阻R10、電容C4并聯(lián)，一端接地GND，一端接運算放大器U1A的2腳，電阻R13一端接運算放大器U1A的1腳，一端接運算放大器U1A的3腳，L1一端接入U1A反向端，另一端通過限流電阻R14接入U1A運放的輸出端，U1A的型號是TL062。
4.根據(jù)權利要求1所述的直流漏電指示器，其特征是在有源濾波電路中，電阻R21一端連接電阻R16與電阻R22、電容C6的公共接點，一端串聯(lián)C8至運算放大器U1B的反相端6腳，運算放大器U1B的輸出端7腳接至電容C6，并通過電阻R15接至電阻R12與電容C5的接點，電容C5接至運算放大器U1B的同相端5腳并接地，電阻R12接至運算放大器U1B的反相端，U1A、U1B為一個小功率JFET輸入雙運算放大器TL062的兩個部分。
5.根據(jù)權利要求1所述的直流漏電指示器，其特征在于線性放大電路由運算放大器U2、電阻R22、R17、R8、R6、R7、R11，電容C7，可調電阻RT2、RT1組成，電阻R6一端接第二級電源正端，一端接可調電阻RT1的固定端，可調電阻RT1的另一固定端串聯(lián)電阻R7，接至第二級電源負端，可調電阻RT1的可動端串聯(lián)電阻R8，接至運算放大器U2的反相端2腳，并接一電阻R11至地GND，運算放大器U2的輸出端6腳接至可調電阻RT2固定端，可調電阻RT2另一固定端串聯(lián)電阻R17，接至運算放大器U2的反相端2腳，運算放大器U2的輸出端6腳與運算放大器U2的反相端2腳之間并聯(lián)一電容C7，運算放大器U2采用高精度低溫漂的儀用放大器OP07。
6.根據(jù)權利要求1所述的直流漏電指示器，其特征在于指示及遙信電路由二極管D8、D9，電阻R18、R19、R23、發(fā)光二極管D1、D2，光耦或小型密封繼電器U3、U4，三極管或達林頓管，或場效應管Q1、Q2組成，D8、D9反相并聯(lián)，三極管Q1、Q2的基極相連接至電阻R18，發(fā)射極相連接至地線GND，三極管Q1集電極串聯(lián)光耦U3、電阻R19、發(fā)光二極管D1至第一級電源正端，三極管Q2集電極串聯(lián)光耦U4、電阻R23、發(fā)光二極管D2至第一級電源負端。
7.根據(jù)權利要求1所述的直流漏電指示器，其特征在于設置手動試驗電路，即在互感器下端負荷側正極接按鈕S1，串連一電阻R1不穿過互感器中心接至電源側負極，在互感器下端負荷側負極接按鈕S2，串聯(lián)一電阻R2不穿過互感器中心接至電源側正極。
8.根據(jù)權利要求1所述的直流漏電指示器，其特征在于穩(wěn)壓電源電路可用穩(wěn)壓管分壓或電阻分壓或三端、五端集成穩(wěn)壓器或運算放大器組成的電壓跟隨器來分壓。
9.根據(jù)權利要求1所述的直流漏電指示器，其特征在于漏電檢測互感器的鐵芯為環(huán)形，其上纏繞一個調制線圈，在鐵芯和線圈外面，有金屬材料屏蔽殼。
專利摘要直流漏電指示器，包括漏電檢測互感器、磁調制電路、有源濾波電路、線性放大電路、指示及遙信電路和穩(wěn)壓電路，其特征在于被測直流正負導線從漏電檢測互感器中心穿過，漏電檢測互感器、磁調制電路、有源濾波電路、線性放大電路、指示及遙信電路依次串聯(lián)，而穩(wěn)壓電源電路的輸入端和被測直流電源線相連，輸出端和磁調制電路、有源濾波電路、線性放大電路、指示及遙信電路并聯(lián)。本實用新型不會對被測系統(tǒng)帶來任何影響，結構簡單，安裝方便，使用可靠，可抗大電流沖擊，抗干擾能力強，調校工作量小，測量精度高，無所謂參數(shù)離散性，適于各種等級之直流漏電檢測，可作成單獨的指示器，也可整合到電路中。
文檔編號G01R31/02GK2610342SQ0322731
公開日2004年4月7日 申請日期2003年4月4日 優(yōu)先權日2003年4月4日
發(fā)明者李立華 申請人:李立華