專利名稱：直流系統(tǒng)接地故障檢測裝置及其檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)接地故障檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其是電力系統(tǒng)中的直流系統(tǒng)故障檢測裝置及其檢測方法。
背景技術(shù)：
發(fā)電廠、變電站的直流系統(tǒng)是電力系統(tǒng)中非常重要的工作電源，它為電氣、熱工、自動(dòng)裝置、繼電保護(hù)、事故照明、通訊等二次設(shè)備提供電源。這些二次設(shè)備的正常工作對于保障發(fā)電廠、變電站的安全運(yùn)行十分重要。因此，要求其工作電源——直流系統(tǒng)及其網(wǎng)絡(luò)具有高度的可靠性。當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地故障(直接接地或?qū)Φ亟^緣電阻減小)時(shí)，由于沒有短路電流流過，熔斷器不會(huì)熔斷，一般不會(huì)立即產(chǎn)生危害性后果，但若發(fā)生兩點(diǎn)同時(shí)接地，則可能造成信號裝置、控制回路和繼電保護(hù)裝置的誤動(dòng)作，致使斷路器跳閘，或直接造成直流操作電源短路，從而引發(fā)嚴(yán)重的電力系統(tǒng)事故。
目前，對于直流系統(tǒng)接故障的檢測主要有幾種方法傳統(tǒng)的平衡電橋法、低頻信號注入法、雙低頻信號注入法、直流檢測法等。以上各種方法都有其自身的特點(diǎn)，都在一定程度對于消除接地故障，提高直流系統(tǒng)的安全、可靠性做出了各自的貢獻(xiàn)。在實(shí)際中運(yùn)行的直流系統(tǒng)是一個(gè)接線復(fù)雜，龐大的多分支的供電網(wǎng)絡(luò)。對于重要負(fù)載，為了提高其供電的可靠性，一般采用分段環(huán)形供電法，并且按照負(fù)荷的種類和路徑，分成各自獨(dú)立的供電網(wǎng)。環(huán)網(wǎng)方式供電使直流電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，進(jìn)行接地檢測的困難變大。另一方面，由于線路本身的分布電容以及電力系統(tǒng)自動(dòng)化裝置中大量引入的抗干擾濾波電容的存在，使得傳統(tǒng)檢測裝置無法對接地點(diǎn)進(jìn)行有效檢測。因此，如何準(zhǔn)確可靠的檢測接地故障是當(dāng)前直流系統(tǒng)運(yùn)行中存在的一個(gè)主要問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種直流系統(tǒng)接地故障的檢測裝置，該方法能有效的完成在系統(tǒng)存在環(huán)網(wǎng)和較大對地電容情況下的接地故障檢測。本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問題是，提供一種直流系統(tǒng)接地故障的檢測方法，該裝置能有效的完成在系統(tǒng)存在環(huán)網(wǎng)和較大對地電容情況下的接地故障檢測。
為解決上述技術(shù)問題是，本發(fā)明的直流系統(tǒng)接地故障檢測裝置包括微處理器和多個(gè)電流互感器，多個(gè)電流互感器分別套在直流系統(tǒng)不同支路上，其特征是，所述直流系統(tǒng)接地故障檢測裝置還包括低頻信號源、檢測電橋、顯示報(bào)警器和采樣保持電路；所述多個(gè)電流互感器的輸出端分別與多路開關(guān)的輸入端連接，多路開關(guān)的輸出端與所述采樣保持電路的輸入端連接；所述直流系統(tǒng)接地故障檢測裝置設(shè)置有同步環(huán)節(jié)，同步環(huán)節(jié)的輸入端與直流系統(tǒng)的正負(fù)母線連接，同步環(huán)節(jié)的輸出端通過隔離環(huán)節(jié)與所述多路開關(guān)的輸入端連接；所述低頻信號源的輸出端與直流系統(tǒng)的正負(fù)母線連接，用于在接地故障時(shí)向直流系統(tǒng)注入低頻信號電壓源；所述檢測電橋與直流系統(tǒng)的正負(fù)母線連接，用于監(jiān)測直流系統(tǒng)的絕緣狀況；當(dāng)監(jiān)測到接地故障時(shí)，判斷接地極性，并向微處理器發(fā)出信息以啟動(dòng)低頻信號源，向直流系統(tǒng)注入穩(wěn)定的正弦或余弦信低頻電壓信號，低頻信號的頻率在10-35HZ之間，低頻信號的幅值在20-30V之間。
所述的微處理器是ARM單片機(jī)。
所述的檢測電橋是雙不對稱電橋。
所述低頻信號源是頻率為30Hz、幅值為30V的正弦或余弦低頻電壓信號。
為解決上述技術(shù)問題是，本發(fā)明的直流系統(tǒng)接地故障檢測方法包括以下步驟(1)通過雙不對稱電橋來監(jiān)測直流系統(tǒng)的絕緣狀況，當(dāng)直流系統(tǒng)正常時(shí)，電橋裝置在線實(shí)時(shí)監(jiān)測正負(fù)母線對地緣狀況；(2)當(dāng)監(jiān)測到接地故障時(shí)，判斷接地極性，并向微處理器發(fā)出信息以啟動(dòng)低頻信號源；(3)向直流系統(tǒng)注入穩(wěn)定的正弦或余弦低頻電壓信號，低頻信號的頻率在10-35HZ之間，低頻信號的幅值在20-30V之間；(4)通過套在各個(gè)支路的電流互感器來檢測支路電流信號，當(dāng)電流互感器電流大于1A時(shí)進(jìn)行步驟(6)環(huán)網(wǎng)支路處理，否則進(jìn)行步驟(5)一般支路處理；(5)一般支路處理對加載到直流電網(wǎng)母線上的低頻電壓信號進(jìn)行采樣，根據(jù)一種傅里葉算法來計(jì)算幅值U和相位φ；將電流互感器檢測到的支路電流信號離散化為等間隔的采樣序列；并在同一時(shí)刻對支路電流信號和低頻電壓信號進(jìn)行采樣；采用基于3次B樣條小波變換的濾波方法，進(jìn)行濾波預(yù)處理，濾除干擾和高次諧波；采用基于Morlet小波變換的低頻分量提取方法，從復(fù)雜的支路電流信號中同時(shí)提取出低頻分量的幅值和相位；根據(jù)得到的低頻電壓幅值、相位和支路低頻電流的幅值、相位，計(jì)算支路接地電阻值，與接地判斷標(biāo)準(zhǔn)比較，即可判定該支路是否發(fā)生接地；以同樣方法檢測其他支路；(6)環(huán)網(wǎng)支路處理選擇Morlet小波作為對電流互感器檢測到的電流信號進(jìn)行連續(xù)小波變換的小波基，選用ω0＝10的Morlet小波，并計(jì)算不同頻率對應(yīng)的尺度、頻窗中心和頻率支撐空間，進(jìn)行連續(xù)小波變換就把不同的頻率分量限制在一定的帶寬中；根據(jù)盒維數(shù)在求形體表面上所占有的優(yōu)勢，構(gòu)造“采樣頻率-尺度-小波變換系數(shù)”的立體圖形；對圖形表面求取分形維數(shù)值和凹凸度參數(shù)值，分形維數(shù)D和凹凸度∧都是盒子邊長L的函數(shù)；
當(dāng)L選定后，每個(gè)L對應(yīng)一個(gè)∧(L)和D(L)，在二維平面上繪制“分形維數(shù)-凹凸度”點(diǎn)圖；根據(jù)多次試驗(yàn)結(jié)果確定的故障區(qū)域，分析此分形-凹凸度點(diǎn)是否在故障區(qū)域，以判定該環(huán)網(wǎng)支路是否出現(xiàn)接地故障。
所述的低頻信號源是頻率為30Hz、幅值為30V的正弦或余弦低頻電壓信號。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果(一)本發(fā)明能有效地完成系統(tǒng)存在環(huán)網(wǎng)和較大對地電容情況下的接地故障檢測，不受復(fù)雜、龐大的多分支供電網(wǎng)絡(luò)的影響，提高了直流系統(tǒng)供電的可靠性；(二)本發(fā)明采用雙不對稱電橋監(jiān)測直流系統(tǒng)的絕緣狀況，解決了正、負(fù)極絕緣均勻下降的識(shí)別問題。


圖1是本發(fā)明直流系統(tǒng)接地故障檢測裝置的原理方框圖；圖2是本發(fā)明直流系統(tǒng)接地故障檢測方法的檢測流程框圖；圖3-1是非環(huán)網(wǎng)支路原始信號；圖3-2是原始信號經(jīng)3次B樣條小波濾波后的曲線；圖3-3是經(jīng)Morlet小波提取后的曲線；圖4-1是環(huán)網(wǎng)支路故障支路與環(huán)網(wǎng)非故障支路原始信號；圖4-2是連續(xù)小波變換產(chǎn)生的3D圖；圖4-3分形維數(shù)-凹凸度點(diǎn)圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作詳細(xì)說明。
本發(fā)明直流系統(tǒng)接地故障檢測裝置的實(shí)施例如圖1所示，本發(fā)明的直流系統(tǒng)接地故障檢測裝置包括微處理器和多個(gè)電流互感器，多個(gè)電流互感器分別套在直流系統(tǒng)不同支路上。圖1中多個(gè)電流互感器，分別用CT1、CT2……CTn表示。微處理器為高級精簡指令微處理器，簡稱ARM單片機(jī)。微處理器連接有低頻信號源、檢測電橋、顯示報(bào)警器和采樣保持電路。多個(gè)電流互感器的輸出端分別與多路開關(guān)的輸入端連接，多路開關(guān)的輸出端與所述采樣保持電路的輸入端連接。直流系統(tǒng)接地故障檢測裝置設(shè)置有同步環(huán)節(jié)，同步環(huán)節(jié)的輸入端與直流系統(tǒng)的正負(fù)母線連接，同步環(huán)節(jié)的輸出端通過隔離環(huán)節(jié)與所述多路開關(guān)的輸入端連接。低頻信號源的輸出端與直流系統(tǒng)的正負(fù)母線連接，用于在接地故障時(shí)向直流系統(tǒng)注入低頻信號電壓源。檢測電橋?yàn)殡p不對稱電橋，雙不對稱電橋與直流系統(tǒng)的正負(fù)母線連接，用于監(jiān)測直流系統(tǒng)的絕緣狀況。當(dāng)監(jiān)測到接地故障時(shí)，判斷接地極性，并向微處理器發(fā)出信息以啟動(dòng)低頻信號源，向直流系統(tǒng)注入穩(wěn)定的正弦或余弦低頻電壓信號，低頻信號的頻率在10-35HZ之間，低頻信號的幅值在20-30V之間。在實(shí)施例中，低頻信號源采用的是頻率為30Hz、幅值為30V的正弦或余弦低頻電壓信號。
本發(fā)明直流系統(tǒng)接地故障檢測裝置以ARM微處理器S3C44BOX為核心，高性能、低功耗滿足處理小波、分形算法的要求，且自帶多通道10位A/D轉(zhuǎn)換器。從直流電網(wǎng)采集的電流或電壓信號，經(jīng)過相位和幅值調(diào)整，經(jīng)隔離后送入多路選擇開關(guān)，通過采樣保持器送入A/D轉(zhuǎn)換器，由微處理器完成信號的分析，在LED顯示每一路的對地電阻值，發(fā)現(xiàn)接地報(bào)警提示。信號源采用ICL8038精確波形發(fā)生器產(chǎn)生正弦信號，隔離環(huán)節(jié)采用ISO124隔離放大器將裝置地與電網(wǎng)地進(jìn)行隔離。
通常情況下，檢測裝置在規(guī)定時(shí)間內(nèi)檢測一次電網(wǎng)電壓，通過不平衡電橋計(jì)算電網(wǎng)整體的對地電阻，來判斷電網(wǎng)是否有絕緣異常，若檢測到的電阻值小于規(guī)定阻值，判斷接地母線極性，同時(shí)向正負(fù)母線注入低頻信號。隨后進(jìn)行電網(wǎng)支路的巡檢，判斷每一條支路的絕緣情況以確定故障點(diǎn)。對一條支路要求同時(shí)檢測支路電流和低頻電壓，通過周期采樣、A/D轉(zhuǎn)換，ARM微處理器判斷支路電流的大小，若大于設(shè)定值，此支路看作環(huán)網(wǎng)支路，用小波算法和分形算法進(jìn)行處理，通過分析電流信號的復(fù)雜程度判斷是否有故障；若電流小于設(shè)定值，通過小波算法和傅里葉算法得到低頻電流、電壓信號的幅值和相位，計(jì)算出支路的電阻，判斷接地情況。
本發(fā)明直流系統(tǒng)接地故障檢測方法的實(shí)施例本發(fā)明通過雙不對稱電橋來監(jiān)測直流系統(tǒng)的絕緣狀況。直流系統(tǒng)正常時(shí)，電橋裝置在線實(shí)時(shí)監(jiān)測正負(fù)母線對地緣狀況，一旦判斷發(fā)生一點(diǎn)接地故障，判斷接地極性，并立即發(fā)出信息以啟動(dòng)低頻信號源，向直流系統(tǒng)注入頻率穩(wěn)定為30Hz，幅值恒定為30V的正弦或余弦低頻電壓信號。通過套在各個(gè)支路頂端的電流互感器來檢測支路電流信號。電流互感器要求具有合適的變比，合適的等級以保證測量精度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為CT電流大于1A為環(huán)網(wǎng)支路(由于環(huán)網(wǎng)中大量的諧波環(huán)流成份)，進(jìn)入環(huán)網(wǎng)支路處理部分，否則進(jìn)行一般支路處理。圖2是本發(fā)明直流系統(tǒng)接地故障檢測方法的檢測流程框圖。
一、一般支路處理1.低頻電壓幅值、初始相位計(jì)算對加載到直流電網(wǎng)母線上的低頻電壓信號進(jìn)行采樣，根據(jù)一種傅里葉算法來計(jì)算幅值U和相位φ。
2.支路電流離散化電流互感器檢測到的支路電流是連續(xù)信號，將其離散化為等間隔的采樣序列。為了計(jì)算支路的對地電阻，須在同一時(shí)刻對支路電流信號和低頻電壓信號進(jìn)行采樣。圖3-1是非環(huán)網(wǎng)支路原始信號。
3.支路電流預(yù)處理支路電流成分復(fù)雜，包含多種干擾信號，需要首先進(jìn)行濾波預(yù)處理。濾波的要求是既要盡量濾除干擾和高次諧波，又要保持低頻電流的幅值和相位信息不失真。因此，采用基于3次B樣條小波變換的濾波方法。圖3-2是原始信號經(jīng)3次B樣條小波濾波后的曲線。
例如m階基數(shù)B樣條函數(shù)的定義為
Nm(x)=(Nm-1*N1)=∫01Nm-1(x-t)dt,m≥2---(1-1)]]>在頻域中有Nm(ω)=N0(ω)×Nm-1(ω)=[N0(ω)]m+1=[sin(ω/2)(ω/2)e-jω/2]m+1---(1-2)]]>當(dāng)m＝3時(shí)，相應(yīng)的濾波器系數(shù)為h-1=0.125;h0=0.375;h1=0.375;h2=0.125g0=-1.0;g1=1.0---(1-3)]]>式中，h為低通濾波函數(shù)；g為高通濾波系數(shù)。
利用Mallat塔式算法可以將信號分解為不同頻帶上的分量，分解算法如下c1(n)=Σkhk-2nc0(k)d1(n)=Σkgk-2nc0(k)---(1-4)]]>式中，c0(n)為采樣信號。重構(gòu)算法如下cN(n)=Σkhn-2kcN+1(k)+Σkgn-2kdN+1(k)---(1-5)]]>式中，N為分解層數(shù)。
當(dāng)以頻率1000Hz對支路電流采樣時(shí)，根據(jù)采樣定理，離散采樣信號所能反映的最高頻率為500Hz。利用公式(1-4)做兩次小波分解，再由公式(1-5)進(jìn)行重構(gòu)，重構(gòu)出的信號中就只包含0～125Hz頻率分量，原始支路電流信號中的高頻噪聲和高次諧波分量將被濾除。
4.低頻電流分量幅值、相位計(jì)算這是整個(gè)檢測過程的關(guān)鍵步驟。低頻電流分量提取得準(zhǔn)確與否，直接關(guān)系到接地電阻的計(jì)算精度。為了能從復(fù)雜的支路電流信號中同時(shí)提取出低頻分量的幅值和相位，并且獲得較高的精度，并且獲得較高的精度，此處采用基于Morlet小波變換的低頻分量提取方法。
Morlet小波是一種單頻復(fù)正弦調(diào)制高斯波，也是最常用的復(fù)值小波。其小波函數(shù)時(shí)域頻域形式如下時(shí)域ψ(t)=(eiω0t-e-ω02/2)e-t2/2---(1-6)]]>頻域ψ(ω)=2π[e-(ω-ω0)2/2-e-ω02/2·e-ω2/2]---(1-7)]]>由于Morlet小波是非正交小波，不存在共軛鏡像濾波器，因此，不能采用Mallat算法對信號進(jìn)行二進(jìn)制小波分解和重構(gòu)。在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)黎曼級數(shù)計(jì)算離散序列s(nT)的小波變換
WTs(kT,a)=1a·Σns(nT)ψ‾(nT-kTa)·T=Ta·Σns(nT)eiω0(nT-kT)a·e-(nT-kTa)2/2---(1-8)]]>對于信號s(t)＝A·cos(ωft+φ)，其離散序列的復(fù)值小波反變換公式為s(kT)=2·Re[WTs(a,kT)]aψ^(aωf)=2·Re[WTs(a,kT)]a·2π·e-(ω0-ωf)2/2,k=0,1,2...N-1---(1-9)]]>取Morlet小波尺度a＝1，，中心頻率f0＝30Hz。通過上述的Morlet小波變換算法與特定形式信號的Morlet小波反變換算法，就可以從支路電流中提取出低頻電流分量，然后通過傅里葉算法計(jì)算出低頻電流的幅值和相位。圖3-3是經(jīng)Morlet小波提取后的曲線。
5.接地電阻計(jì)算根據(jù)1中得到的低頻電壓幅值、相位，和4中得到的支路低頻電流的幅值、相位可以計(jì)算出支路接地電阻值，與接地判斷標(biāo)準(zhǔn)比較，即可判定該支路是否發(fā)生接地，同樣方法檢測其他支路。直流系統(tǒng)電壓一般為110或220V，按電力規(guī)程規(guī)定，接地判斷標(biāo)準(zhǔn)為25K。
二、環(huán)網(wǎng)支路處理分形學(xué)以非規(guī)則幾何形態(tài)為研究對象，透過撲朔迷離的無序的混亂現(xiàn)象和不規(guī)則的形態(tài)，揭示隱藏在復(fù)雜現(xiàn)象背后的規(guī)律、局部、整體之間的本質(zhì)聯(lián)系。由于直流電網(wǎng)中采用環(huán)網(wǎng)方式運(yùn)行的支路不是獨(dú)立的，它可能隨著運(yùn)行方式的改變不斷發(fā)生變化，就會(huì)造成支路中存在由環(huán)網(wǎng)而產(chǎn)生的諧波環(huán)流，信號成分復(fù)雜。結(jié)合分形理論的自然分形描述，本發(fā)明運(yùn)用分維數(shù)理論，從信號復(fù)雜程度的角度將信號區(qū)分開的方法，達(dá)到識(shí)別信號的目的。
1.環(huán)網(wǎng)支路電流信號預(yù)處理選擇Morlet小波作為對電流互感器檢測到的電流信號進(jìn)行連續(xù)小波變換的小波基，根據(jù)低頻信號為30Hz，電流互感器采樣電流可能混有信號50Hz，100Hz，300Hz，600Hz以及高斯噪聲。選擇具體小波尺度選用ω0＝10的Morlet小波，并計(jì)算不同頻率對應(yīng)的尺度、頻窗中心和頻率支撐空間。用連續(xù)小波變換就可以把不同的頻率分量限制在一定的帶寬中，有利于下一步分形的進(jìn)行。圖4-1是環(huán)網(wǎng)支路故障支路與環(huán)網(wǎng)非故障支路原始信號。
2.圖形表面盒維數(shù)計(jì)算根據(jù)盒維數(shù)在求形體表面上所占有的優(yōu)勢，構(gòu)造“采樣頻率-尺度-小波變換系數(shù)”的立體圖形，這樣不會(huì)割裂信號之間的關(guān)系，而是始終考慮信號這個(gè)整體。
對得到的立體圖形表面，采用盒維數(shù)法計(jì)算分形維數(shù)。選擇邊長為L的盒子，N(L)為盒子的數(shù)量。估計(jì)N(L)為關(guān)鍵步驟。定義P(m，L)表示m個(gè)點(diǎn)在邊長為L的盒子中的概率。此盒子以分形表面的一個(gè)點(diǎn)為中心。對P(m，L)進(jìn)行如下標(biāo)準(zhǔn)化Σm=1NP(m,L)=1---(1-10)]]>
N是盒子內(nèi)可能的點(diǎn)數(shù)。令S表示圖象的點(diǎn)(圖象的象素)，如果圖象被邊長為L的盒子所覆蓋，那么有m個(gè)點(diǎn)在其中的盒子數(shù)量是(Sm)P(m,L)---(1-11)]]>因此，期望覆蓋整個(gè)圖象的總的盒子數(shù)量為<N(L)>=Σm=1NSmP(m,L)=SΣm=1N1mP(m,L)]]>分別取盒子邊長L＝3，5，7，9，11，并把尺度和小波變化系數(shù)進(jìn)行放大，得到不同邊長下的盒維數(shù)，通過最小二乘曲線擬合得到圖形分形維數(shù)。圖4-2是連續(xù)小波變換產(chǎn)生的3D圖。
3.對圖形表面求取凹凸度參數(shù)值；引入凹凸度參數(shù)∧，∧確定圖象表面的凹凸度，其特征描述了分形體質(zhì)量變化的快慢。同測量海岸線長度的方法相似，分形集合依賴于測量標(biāo)準(zhǔn)的長度，并且遵循如下能量規(guī)律M(L)＝kLD(1-12)M(L)=Σm=1Nm P(m,L)---(1-13)]]>M2(L)=Σm=1Nm2P(m,L)---(1-14)]]>Λ(L)=M2(L)-[M(L)]2[M(L)]2---(1-16)]]>M(L)是L的函數(shù)，計(jì)算∧(L)基于P(m，L)；分形維數(shù)D和凹凸度∧都是盒子邊長L的函數(shù)。
4.繪制維數(shù)-凹凸度圖形當(dāng)L選定后，每個(gè)L對應(yīng)一個(gè)∧(L)和D(L)，在二維平面上繪制“分形維數(shù)-凹凸度”點(diǎn)圖。根據(jù)多次試驗(yàn)結(jié)果確定的故障區(qū)域，分析此分形-凹凸度點(diǎn)是否在故障區(qū)域，以判定該環(huán)網(wǎng)支路是否出現(xiàn)接地故障。圖4-3分形維數(shù)-凹凸度點(diǎn)圖。
本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于可以解決直流電網(wǎng)存在環(huán)網(wǎng)和較大對地電容的情況下支路接地故障的精確檢測。
權(quán)利要求
1.一種直流系統(tǒng)接地故障檢測裝置，包括微處理器和多個(gè)電流互感器，多個(gè)電流互感器分別套在直流系統(tǒng)不同支路上，其特征是，所述直流系統(tǒng)接地故障檢測裝置還包括低頻信號源、檢測電橋、顯示報(bào)警器和采樣保持電路；所述多個(gè)電流互感器的輸出端分別與多路開關(guān)的輸入端連接，多路開關(guān)的輸出端與所述采樣保持電路的輸入端連接；所述直流系統(tǒng)接地故障檢測裝置設(shè)置有同步環(huán)節(jié)，同步環(huán)節(jié)的輸入端與直流系統(tǒng)的正負(fù)母線連接，同步環(huán)節(jié)的輸出端通過隔離環(huán)節(jié)與所述多路開關(guān)的輸入端連接；所述低頻信號源的輸出端與直流系統(tǒng)的正負(fù)母線連接，用于在接地故障時(shí)向直流系統(tǒng)注入低頻信號電壓源；所述檢測電橋與直流系統(tǒng)的正負(fù)母線連接，用于監(jiān)測直流系統(tǒng)的絕緣狀況；當(dāng)監(jiān)測到接地故障時(shí)，判斷接地極性，并向微處理器發(fā)出信息以啟動(dòng)低頻信號源，向直流系統(tǒng)注入穩(wěn)定的正弦或余弦低頻電壓信號，低頻信號的頻率在10-35HZ之間，低頻信號的幅值在20-30V之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直流系統(tǒng)接地故障檢測裝置，其特征是，所述的微處理器是ARM單片機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直流系統(tǒng)接地故障檢測裝置，其特征是，所述的檢測電橋是雙不對稱電橋。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直流系統(tǒng)接地故障檢測裝置，其特征是，所述低頻信號源是頻率為30Hz、幅值為30V的正弦或余弦低頻電壓信號。
5.一種直流系統(tǒng)接地故障檢測方法，其特征是，包括以下步驟(1)通過雙不對稱電橋來監(jiān)測直流系統(tǒng)的絕緣狀況，當(dāng)直流系統(tǒng)正常時(shí)，電橋裝置在線實(shí)時(shí)監(jiān)測正負(fù)母線對地緣狀況；(2)當(dāng)監(jiān)測到接地故障時(shí)，判斷接地極性，并向微處理器發(fā)出信息以啟動(dòng)低頻信號源；(3)向直流系統(tǒng)注入穩(wěn)定的正弦或余弦低頻電壓信號，低頻信號的頻率在10-35HZ之間，低頻信號的幅值在20-30V之間；(4)通過套在各個(gè)支路的電流互感器來檢測支路電流信號，當(dāng)電流互感器電流大于1A時(shí)進(jìn)行步驟(6)環(huán)網(wǎng)支路處理，否則進(jìn)行步驟(5)一般支路處理；(5)一般支路處理對加載到直流電網(wǎng)母線上的低頻電壓信號進(jìn)行采樣，根據(jù)一種傅里葉算法來計(jì)算幅值U和相位φ；將電流互感器檢測到的支路電流信號離散化為等間隔的采樣序列；并在同一時(shí)刻對支路電流信號和低頻電壓信號進(jìn)行采樣；采用基于3次B樣條小波變換的濾波方法，進(jìn)行濾波預(yù)處理，濾除干擾和高次諧波；采用基于Morlet小波變換的低頻分量提取方法，從復(fù)雜的支路電流信號中同時(shí)提取出低頻分量的幅值和相位；根據(jù)得到的低頻電壓幅值、相位和支路低頻電流的幅值、相位，計(jì)算支路接地電阻值，與接地判斷標(biāo)準(zhǔn)比較，即可判定該支路是否發(fā)生接地；以同樣方法檢測其他支路；(6)環(huán)網(wǎng)支路處理選擇Morlet小波作為對電流互感器檢測到的電流信號進(jìn)行連續(xù)小波變換的小波基，選用ω0＝10的Morlet小波，并計(jì)算不同頻率對應(yīng)的尺度、頻窗中心和頻率支撐空間，進(jìn)行連續(xù)小波變換就把不同的頻率分量限制在一定的帶寬中；根據(jù)盒維數(shù)在求形體表面上所占有的優(yōu)勢，構(gòu)造“采樣頻率-尺度-小波變換系數(shù)”的立體圖形；對圖形表面求取分形維數(shù)值和凹凸度參數(shù)值，分形維數(shù)D和凹凸度∧都是盒子邊長L的函數(shù)；當(dāng)L選定后，每個(gè)L對應(yīng)一個(gè)∧(L)和D(L)，在二維平面上繪制“分形維數(shù)-凹凸度”點(diǎn)圖；根據(jù)多次試驗(yàn)結(jié)果確定的故障區(qū)域，分析此分形-凹凸度點(diǎn)是否在故障區(qū)域，以判定該環(huán)網(wǎng)支路是否出現(xiàn)接地故障。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種直流系統(tǒng)接地故障檢測方法，其特征是，所述的低頻信號源是頻率為30Hz、幅值為30V的正弦或余弦低頻電壓信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了直流系統(tǒng)接地故障檢測裝置和方法。本發(fā)明的裝置包括微處理器和多個(gè)電流互感器。微處理器連接有低頻信號源、檢測電橋、顯示報(bào)警器和采樣保持電路。其同步環(huán)節(jié)的輸入端與直流系統(tǒng)的正負(fù)母線連接，同步環(huán)節(jié)的輸出端通過隔離環(huán)節(jié)與所述多路開關(guān)的輸入端連接。本發(fā)明的方法包括通過雙不對稱電橋來監(jiān)測直流系統(tǒng)的絕緣狀況，當(dāng)監(jiān)測到接地故障時(shí)判斷接地極性，并向微處理器發(fā)出信息以啟動(dòng)低頻信號源，向直流系統(tǒng)注入穩(wěn)定的正弦或余弦低頻電壓信號，當(dāng)電流互感器電流大于1A時(shí)進(jìn)行環(huán)網(wǎng)支路處理，否則進(jìn)行一般支路處理等步驟。本發(fā)明能有效地完成直流系統(tǒng)存在環(huán)網(wǎng)和較大對地電容情況下的接地故障檢測。
文檔編號G01R31/08GK1715937SQ200510014058
公開日2006年1月4日 申請日期2005年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月28日
發(fā)明者李冬輝 申請人:天津大學(xué)