非接触式交直流串电在线检测装置及其在线检测方法

摘要

本发明公开了一种非接触式交直流串电在线检测装置，其特征在于，包括非接触式电压采集装置、数据采集板卡和非接触式交直流串电检测模块，所述非接触式电压采集装置包括非接触式电压钳，非接触式电压钳上设置有直流回路电缆夹口，所述测量电容一端连接至直流回路电缆夹口，另一端接地，同时测量电容两端分别连接至数据采集板卡，数据采集板卡输出端与非接触式交直流串电检测模块输入端连接，所述直流回路电缆夹口与电缆内导体之间形成非接触式耦合电容。本发明可准确地检测交流电流窜入直流系统故障。

说明书

技术领域

本发明涉及变电站直流系统非接触式交直流串电的测试方法，包括非接触式交直流串电 在线检测原理分析及方法和非接触式交直流串电在线检测系统构建。该方法及系统可在不接 触变电站带电端子的情况下，方便用于变电站交流窜入直流系统的检测。该方法及系统属于 电力自动化技术领域。

背景技术

直流电源系统作为变电站的重要组成部分，对保证全站设备的安全运行起到重要作用。 它为信号设备、保护设备、断路器分合闸操作、事故照明等设备提供电源，其安全可靠运行 对于变电站的安全可靠运行至关重要。但由于直流电源供电设备多，供电线缆长，在实际运 行中经常出现直流接地、交流窜入直流系统等故障，其中交流窜入直流故障破坏性更大。由 于一个屏柜内既有交流电，又有直流电，供电线缆又较长，交直流端子相隔较近，经常会因 为误接线或绝缘降低，导致交流电窜入直流系统。交流窜入直流故障严重时会导致设备损坏， 或保护设备误动，给变电站安全运行带来严重影响。

目前变电站现场对“交流窜入直流故障”缺乏有效的监控手段和故障告警措施，部分变 电站安装了一种接在正负母线上，通过测量正母、负母对地电压在线检测直流系统中交流分 量的装置。然而使用该装置存在两方面的隐患：1）装置可靠性对直流电源系统的影响，由于 其接在正/负母与地之间，装置故障很有可能直接造成直流接地；2）装置安装工艺对运行设 备的影响，对于已经投运变电站，由于与直流电源系统有电气连接，安装工艺差会直接影响 到运行设备的正常工作。

交直流串电在线检测技术现在尚未成熟，如何在保证直流系统稳定运行的前提下，准确 地检测交流窜入直流故障已成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在保证直流系统稳定运行的前提下，准确地检测交流电流 窜入直流系统故障。

为解决上述技术问题，本发明提供一种非接触式交直流串电在线检测装置，其特征在于， 包括非接触式电压采集装置、数据采集板卡和非接触式交直流串电检测模块，所述非接触式 电压采集装置包括非接触式电压钳，非接触式电压钳上设置有直流回路电缆夹口，所述测量 电容一端连接至直流回路电缆夹口，另一端接地，同时测量电容两端分别连接至数据采集板 卡，数据采集板卡输出端与非接触式交直流串电检测模块输入端连接，所述直流回路电缆夹 口与电缆内导体之间形成非接触式耦合电容C₁。

前述的非接触式交直流串电在线检测装置，其特征在于，还包括告警输出模块，非接触式 交直流串电检测模块输出端与告警输出模块连接。

前述的非接触式交直流串电在线检测装置，其特征在于，告警输出模块是一个继电器。

前述的非接触式交直流串电在线检测装置，其特征在于，测量电容安装在非接触式电压钳 内部。

前述的非接触式交直流串电在线检测装置，其特征在于，所述直流回路电缆夹口内表面为 导电软体。

前述的非接触式交直流串电在线检测装置，其特征在于，测量电容C₂值为已知量。

前述非接触式交直流串电在线检测装置的在线检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）对测量电容C₂上分得交流电压分量U_ac相应的交流电压U₂进行测量；

2）根据公式U₂＝U_ac*C₁/(C₁+C₂)，计算交流电压分量U_ac；

3）利用电压检测分析系统对交流电压分量U_ac进行比较判断，将U_ac与系统内部可设定的交流 窜入告警电压U_zd进行比较，若U_ac＞U_zd则通过告警输出模块发出交流窜入告警信号。

前述的非接触式交直流串电在线检测装置的在线检测方法，其特征在于，测量电容C₂选 与非接触式耦合电容C₁同一数量级的电容。

本发明所达到有益效果：

本发明提出一种非接触式的交直流串电在线检测方法，并构建了非接触式交直流串电在 线检测系统，非接触式交直流串电在线检测方法通过定制一个可拆卸的非接触式电容，套在 变电站直流回路导线上，另外再通过一个分压电容，耦合出直流回路中的电压，经过折算分 析，可以检测出直流回路中是否含有交流分量，实现了非接触式的交直流串电检测。

附图说明

图1为非接触式交直流串电检测系统示意图；

图2为非接触式交直流串电在线检测回路示意图；

图3为非接触式交直流串电检测等值回路图。

具体实施方式

非接触式交直流串电在线检测系统：如图1所示，非接触式交直流串电在线检测系统利用 非接触式耦合电容和测量电容检测直流回路中是否有交流电压分量的存在，从而检测是否有 交流信号窜入直流系统。非接触式交直流串电在线检测系统包括：非接触式电压采集装置、 数据采集板卡和非接触式交直流串电检测模块，所述非接触式电压采集装置包括非接触式电 压钳，非接触式电压钳上设置有直流回路电缆夹口，所述测量电容一端连接至直流回路电缆 夹口，另一端接地，同时测量电容两端分别连接至数据采集板卡，数据采集板卡输出端与非 接触式交直流串电检测模块输入端连接，所述直流回路电缆夹口与电缆内导体之间形成非接 触式耦合电容C₁。

非接触式交直流串电检测模块是该系统的核心硬件模块，利用写入的软件实现非接触式回 路电压测量，程序能够自动读取数据采集板卡采集的电压数据，并根据数据进行电压分析， 检测其电压波形中的交流分量。通过计算交流电压有效值判断是直流二次回路受到扰动，还 是直流系统中有交流窜入，具有一定的抗干扰性，保证直流系统有交流窜入时能准确发出告 警信号。

非接触式电压钳用于形成非接触式耦合电容和测量电容，将非接触式电压钳夹在直流电缆 回路上，直流回路电缆夹口1与电缆形成非接触式耦合电容，测量电容也安装在非接触式电 压钳内部。交直流串电检测模块能否准确地测量直流系统中的交流分量很大程度上取决于非 接触式电压钳的制作工艺。

数据采集板卡用于测量电容的电压数据采集，并能储存电压波形。告警输出模块可以是一 个继电器，当检测模块检测到有交流窜入直流系统时，告警输出模块可以发出告警信号，并 根据需要将告警接点输出。

基于以上软件硬件模块构建非接触式交直流串电在线检测系统，如下图所示。该系统可 以对直流电缆对地电压进行在线监视，检测是否有交流窜入直流系统。

非接触式交直流串电在线检测方法：

非接触式交直流串电在线检测方法如图2所示，C₁为非接触式耦合电容（通过裹在电缆 外表面的导电软体与电缆内导体之间形成的电容）、测量电容C₂、二次回路电压测量分析系 统，即非接触式交直流串电检测模块为具备电压测量和波形分析的处理单元，C₁和C₂串联接 地，其中C₁大小可测得，C₂大小已知。

本发明的在线检测具体步骤包括：

1）对测量电容C₂上分得交流电压分量U_ac相应的交流电压U₂进行测量；

2）根据公式U₂＝U_ac*C₁/(C₁+C₂)，计算交流电压分量U_ac；

3）利用电压检测分析系统对交流电压分量U_ac进行比对判断，将U_ac与系统内部可设定的 交流窜入告警电压U_zd进行比较，若U_ac＞U_zd则通过告警输出模块发出交流窜入告警信号。

如图2所示，由于交流系统为接地系统，当二次回路电缆由于绝缘问题导致交流入侵时， 必定能在电缆对地电压中测量到交流分量。二次回路电缆对地电压会在非接触式耦合电容C₁和测量电容C₂上形成分压，二次回路电压测量分析系统检测测量电容的电压，进而通过分析 计算得到二次回路电缆的对地电压。

假设二次回路电缆对地电压为U，当有交流窜入直流系统时，其包含直流分量U_dc和交流 分量U_ac,则U＝U_dc+U_ac。其等值回路如图3所示：

U₁、U₂分别是非接触式耦合电容和测量电容上分得的电压，根据电路理论，二次回路电 缆对地电压中的交流分量U_ac在测量电容上分得的电压U₂＝U_ac*C₁/(C₁+C₂)。由于电容 “隔直通交”作用，直流分量U_dc在电容上分得电压均为零。

上述分析可知，只有二次回路电缆窜入交流分量时，测量电容上才会测得交流电压U₂。 由于非接触式耦合电容C₁无法精确测量，且对于不同系统其电容值不相同，但是可测得大概 的数量级。为了尽可能准确地获得测量电容的电压，选择测量电容时应选择与非接触式耦合 电容同一数量级的电容。

通过二次回路电压测量分析系统对回路电压进行在线监视，并对采集的电压波形进行分 析，可以计算出回路中交流电压分量，进而判断直流回路中是否有交流窜入。

本发明中提出的非接触式交直流串电在线检测方法及构建的在线检测系统在实验室进行 试验验证。通过在直流系统中注入交流电源的方法，使得直流系统中有交流入侵，评估该发 明中交直流串电在线检测方法的有效性和检测系统的实用性。检测结果表明，利用该检测系 统能快速、准确的反应出直流系统中是否有交流窜入。

以上已以较佳实施例公开了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采用等同替换或者等 效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。