分析直流系統(tǒng)交流串電及絕緣故障監(jiān)測(cè)選線方法

【摘要】本研究重點(diǎn)分析直流系統(tǒng)交流串電及絕緣故障監(jiān)測(cè)選線方法，該系統(tǒng)分為電流傳感器、上位機(jī)等多個(gè)模塊，通過(guò)采取FFT變換技術(shù)、RS485隔離通信技術(shù)等方式，對(duì)系統(tǒng)接地交直流電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并及時(shí)預(yù)警系統(tǒng)中紋波電壓峰峰值，全面收集系統(tǒng)不同回路的漏電信息，利用模式匹配技術(shù)等對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析，及時(shí)把接地阻抗、回路特征等反饋到信息屏上，極大程度上降低電力系統(tǒng)維修工作人員的工作量，使其能夠更好排除故障，保障電力系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】直流系統(tǒng)；絕緣故障；交流串電；選線方法

電力系統(tǒng)是直接電能輸送的重要保障，但直流電源受到多種內(nèi)外部因素的影響，易出現(xiàn)短路、絕緣故障、直流接地等問(wèn)題，嚴(yán)重影響到電能的穩(wěn)定輸送，基于此，本文重點(diǎn)探究直流系統(tǒng)交流串電及絕緣故障監(jiān)測(cè)選線方法，以期利用現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)，迅速排除電力系統(tǒng)的故障，幫助工作人員快速找到問(wèn)題，提升電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率與質(zhì)量。

1、直流系統(tǒng)交流串電與監(jiān)測(cè)絕緣故障選線的步驟

直流系統(tǒng)交流串電與絕緣故障監(jiān)測(cè)選線系統(tǒng)分為以下幾個(gè)模塊：①采樣系統(tǒng)、②監(jiān)測(cè)裝置、③上位機(jī)、④電流傳感器，其中監(jiān)測(cè)裝置主要由主控制器組成，是系統(tǒng)的核心部分，主控制器的組成部分較為復(fù)雜，有：①LCD顯示系統(tǒng)、②DA輸出系統(tǒng)、③監(jiān)控信息顯示系統(tǒng)、④數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)、⑤設(shè)置信息輸入系統(tǒng)、⑥液晶屏。電流傳感器被設(shè)置在不同饋線屏的出線回路位置。同時(shí)，采樣系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備為數(shù)據(jù)采集器，被安裝在電流傳感器與主控制器之間，能夠根據(jù)系統(tǒng)的不同變換安裝位置，電流傳感器與主控制器可使用鏈形或者星形的聯(lián)結(jié)方式，而數(shù)據(jù)采集器可直接使用RS485總線與主控制器相連接，也可借助另一級(jí)聯(lián)口與主控制器間接聯(lián)結(jié)，以便布線、安裝。通信方式應(yīng)該由數(shù)據(jù)采集器本身單獨(dú)的地址碼規(guī)定，主控制器能夠智能識(shí)別每一數(shù)據(jù)采集器，不需要進(jìn)行人工操作，此外，數(shù)據(jù)采集器都需聯(lián)結(jié)一個(gè)或者一個(gè)以上的電流傳感器。

1.1 數(shù)據(jù)收集過(guò)程

（1）提取電力系統(tǒng)中交流分量的有效值時(shí)，相關(guān)監(jiān)測(cè)裝置內(nèi)部可利用高通濾波電路直接提取直流系統(tǒng)中的對(duì)地交流電壓，利用高速采樣電路直接提取系統(tǒng)中交流紋波峰峰值，并收集到數(shù)據(jù)處理器位置，需要注意的是，高速采樣電路帶寬應(yīng)超過(guò)20MHz。

（2）通過(guò)交直流分量分離數(shù)字濾波技術(shù)，分離直流電壓，具體操作為：于系統(tǒng)監(jiān)測(cè)裝置內(nèi)部安裝高通、低通濾波電路，直接分離交直流分量，引導(dǎo)直流電壓流經(jīng)偏置后送入采樣系統(tǒng)。

（3）通過(guò)直流漏電流的檢測(cè)技術(shù)，檢測(cè)電回路選線功能的運(yùn)行情況：當(dāng)直流系統(tǒng)中出現(xiàn)交流串電的問(wèn)題后，電力系統(tǒng)會(huì)存在大量工頻交流電壓，使得串電某級(jí)的對(duì)地直流電壓迅速下降，饋線也會(huì)經(jīng)過(guò)串電回路引發(fā)直流漏電流，因此需要對(duì)該交流串電回路的選線功能進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)測(cè)。串電回路位置的選線會(huì)表現(xiàn)出接地故障，為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)該系統(tǒng)，可以在測(cè)饋線位置安裝直流電流的傳感器，對(duì)交流信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確的過(guò)濾。

（4）使用快速FFT變換系統(tǒng)技術(shù)與RS485隔離通信技術(shù)，在系統(tǒng)處于信號(hào)模式下，其監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠借助信號(hào)輸出、DA變換等模塊，利用恒流源的方法加入低頻的小信號(hào)源，頻率有以下幾種規(guī)格：1Hz、0.5Hz、0.25Hz、0.125Hz等，波形通常為正弦波。同時(shí)，經(jīng)過(guò)快速FFT變換系統(tǒng)技術(shù)，監(jiān)測(cè)裝置與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠直接提取信號(hào)電壓幅值。

1.2 主控制器的運(yùn)行步驟

（1）主控制器是監(jiān)控系統(tǒng)中核心關(guān)鍵組成部分，主要用于監(jiān)測(cè)母線的對(duì)地電壓，包括負(fù)或者正對(duì)地電壓、系統(tǒng)電壓、交流串電電壓，并通過(guò)液晶屏顯示，當(dāng)系統(tǒng)中直流電壓出現(xiàn)故障、系統(tǒng)電壓異常偏低或者偏高（均超過(guò)預(yù)設(shè)整定值）、交流電壓大于預(yù)設(shè)值時(shí)，液晶屏均會(huì)及時(shí)顯示并發(fā)出預(yù)警信息，同時(shí)蜂鳴燈與指示燈也會(huì)發(fā)出預(yù)警信息，預(yù)警信息可經(jīng)由RS485接口、YX開(kāi)關(guān)量上傳到上位機(jī)或者自動(dòng)化系統(tǒng)中。

（2）主控制器還可用于監(jiān)測(cè)母線對(duì)地阻抗，如正、負(fù)對(duì)地電阻，并通過(guò)液晶屏顯示，當(dāng)系統(tǒng)中直流電壓出現(xiàn)故障時(shí)，正、負(fù)對(duì)地電壓超過(guò)預(yù)設(shè)值且不平衡時(shí)，液晶屏?xí)皶r(shí)顯示并發(fā)出預(yù)警信息，同時(shí)蜂鳴燈與指示燈也會(huì)發(fā)出預(yù)警信息。

（3）主控制器還可根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)規(guī)則、電路回路特征狀態(tài)匹配針對(duì)性人工智能模式，將系統(tǒng)中可能存在的環(huán)路故障、帶環(huán)路的電路回路、非正常環(huán)路、環(huán)路接地回路等信息直接通過(guò)液晶屏顯示，進(jìn)而有效幫助工作人員排除電路故障，了解直流系統(tǒng)的運(yùn)行情況。

2、直流系統(tǒng)交流串電的提取方法

（1）直流系統(tǒng)交流串電與絕緣故障監(jiān)測(cè)選線方法主要的目的為提取直流系統(tǒng)中交直流分量，本研究主要利用真有效值采樣電路方式直接獲取系統(tǒng)中的直流交流成分，具體流程為：隔直濾波——分壓——真有效值提取（高速采樣模塊）——采樣系統(tǒng)（紋波峰峰值提取）——處理器，其中真有效值的提取方式可直接把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷海?dāng)完成10000次/秒的采樣后，送至處理器進(jìn)行分析，經(jīng)過(guò)計(jì)算后處理器會(huì)根據(jù)結(jié)果觸動(dòng)聲光報(bào)警，并將結(jié)果顯示到人機(jī)界面。監(jiān)測(cè)交流串電故障的系統(tǒng)不僅需要收集電壓，還應(yīng)準(zhǔn)確測(cè)量直流電壓。

（2）本研究在明確選線時(shí)，多選用電壓偏置法與多階濾波來(lái)確保直流電壓采樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，具體原理為：直流分壓——二階濾波——直流偏置——采樣系統(tǒng)——還原系統(tǒng)。

3、直流系統(tǒng)交流串電與絕緣故障監(jiān)測(cè)選線的功能

3.1 監(jiān)控電壓與絕緣情況

主控制器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)母線對(duì)地電壓，動(dòng)態(tài)顯示正對(duì)地、負(fù)對(duì)地的電阻，，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障、正對(duì)地、負(fù)對(duì)地電壓數(shù)值不平衡或超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)，均借助蜂鳴器、指示燈發(fā)出警報(bào)，能夠及時(shí)達(dá)到預(yù)警的目的。同時(shí)，告警信息還能夠借助RS485、YX開(kāi)關(guān)量上傳至綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。

3.2 檢測(cè)接地情況

主控制器能夠接收來(lái)自于數(shù)據(jù)采集器上的電路回路監(jiān)測(cè)信息，并通過(guò)智能分析的方式對(duì)其進(jìn)行模式匹配，得出不同回路中的接地狀態(tài)，以科學(xué)排除系統(tǒng)中存在的電脈沖干擾、環(huán)路干擾，科學(xué)、合理地判斷接地回路，計(jì)算出相應(yīng)的接地阻抗，并顯示于液晶屏，經(jīng)過(guò)RS485接口上傳到上位機(jī)。這也是直流系統(tǒng)交流串電與故障監(jiān)測(cè)絕緣選線主要處理干擾的方式。

3.3 診斷環(huán)路情況

電力系統(tǒng)中直流環(huán)路一般都存在，能夠在定位接地故障點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生較大干擾，而主控制器能夠把系統(tǒng)中不同回路的狀態(tài)信息、系統(tǒng)內(nèi)置特征規(guī)則都予以匹配人工智能模式，引入有關(guān)“環(huán)路指數(shù)”的電路概念，即針對(duì)系統(tǒng)中出現(xiàn)的非正常、故障環(huán)路，或者系統(tǒng)雙電源相互為備用環(huán)路、環(huán)路接地回路等，提供準(zhǔn)確、完善、有效的環(huán)路狀態(tài)信息，且實(shí)時(shí)在液晶屏中現(xiàn)實(shí)，從而合理排除環(huán)路故障。

3.4 其他功能其他功能主要分為歷史記錄與絕緣故障預(yù)警。其中歷史記錄能夠在EEPROM中查看，記錄不僅保存了接地時(shí)間、接地回路、阻抗等基本信息，也能夠在斷電后進(jìn)行保存，同時(shí)，也能夠記錄交流串電日期時(shí)間，以供工作人員參考，科學(xué)判斷電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況，避免出現(xiàn)系統(tǒng)故障，提升系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

4、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，為確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全運(yùn)行，應(yīng)加大對(duì)直流系統(tǒng)交流串電及絕緣故障監(jiān)測(cè)選線方法的重視程度，合理運(yùn)用快速FFT變換系統(tǒng)技術(shù)、RS485隔離通信技術(shù)、交直流分量分離數(shù)字濾波技術(shù)等，科學(xué)利用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)排除電能運(yùn)輸過(guò)程中可能出現(xiàn)的故障，保障電力系統(tǒng)的安全性。需要注意的是，直流系統(tǒng)交流串電及絕緣故障監(jiān)測(cè)選線方法涉及的現(xiàn)代化先進(jìn)技術(shù)較多，研究人員應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)實(shí)際情況，創(chuàng)新故障監(jiān)測(cè)方法，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)等技術(shù)的作用，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行。

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