直流電源裝置工作原理及接地故障分析.doc

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直流電源裝置工作原理及系統(tǒng)接地故障案例分析 一、直流電源裝置工作原理 1　高頻開關(guān)電源工作原理 　　MK－50智能型高頻開關(guān)電源采用免維護(hù)鉛酸閥控蓄電池作為電源，具有壽命長(zhǎng)、無污染、體積小等優(yōu)點(diǎn)。采用高頻開關(guān)斬波直流變換器和先進(jìn)的PWM脈寬調(diào)制技術(shù)，確保電力系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定供電。供電線路采用充電模塊與穩(wěn)壓模塊并聯(lián)運(yùn)行方式，輸入的交流主電源經(jīng)三相橋整流、濾波后，一路經(jīng)充電模塊對(duì)電池進(jìn)行恒壓限流充電，另一路經(jīng)穩(wěn)壓模塊連接到直流母線上。電氣原理見圖1。 　　 圖1 直流電源電氣原理框圖 　　1QF 主電源輸入斷路器 3QF 電池充放電斷路器 4QF 控制母線輸出斷路器 5QF 合閘母線輸出斷路器 1KM 主電源輸入接觸器 3KM 進(jìn)線接觸器　4KM 維護(hù)旁路接觸器 　　電池與合閘直流母線是永久連接的，在正常工作條件下，它從主電源上獲取電能進(jìn)行充電。對(duì)于雙路電源進(jìn)線系統(tǒng)，當(dāng)主電源停電時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)切換到備用電源供電；當(dāng)交流電源停電時(shí)，電池經(jīng)穩(wěn)壓模塊或硅堆向負(fù)荷供電。手動(dòng)旁路開關(guān)可以將維修旁路與輸出負(fù)荷直接連接起來，勿需中斷對(duì)負(fù)荷的供電即可維修本直流電源。當(dāng)主電源恢復(fù)正常供電后，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)到初始狀態(tài)。 2 監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介 　　MK－50智能型高頻開關(guān)電源，采用PLC作為直流電源的監(jiān)控系統(tǒng)以及和用戶之間的通訊接口。監(jiān)控系統(tǒng)提供了設(shè)備的操作、控制、參數(shù)測(cè)試、運(yùn)行狀態(tài)和故障報(bào)警的所有信息，主要由智能操作顯示單元、微處理器控制單元、模擬量轉(zhuǎn)換單元(A/D、D/A)、緊急斷電按鈕(SB)等部件組成。 2.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介 　　智能操作顯示單元的觸摸式液晶顯示屏可進(jìn)行系統(tǒng)操作，并能顯示所有與直流電源有關(guān)的信息，包括電氣參數(shù)顯示、直流電源工作狀態(tài)、故障存儲(chǔ)以及報(bào)警等。投入使用后，液晶顯示屏出現(xiàn)主屏幕信息，按“菜單”鍵即可進(jìn)入菜單選擇屏幕。 2.2　系統(tǒng)的監(jiān)控功能 2.2.1　系統(tǒng)操作 在菜單選擇屏幕狀態(tài)下，按“操作”鍵進(jìn)入系統(tǒng)操作屏幕，進(jìn)行充電方式選擇及“系統(tǒng)啟動(dòng)”和“系統(tǒng)停止”操作。根據(jù)所選擇的充電方式自動(dòng)對(duì)充電電壓和控制母線輸出電壓進(jìn)行設(shè)定。 2.2.2　參數(shù)設(shè)定和參數(shù)顯示 在菜單選擇屏幕狀態(tài)下，按“參數(shù)”鍵進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)定和參數(shù)顯示屏幕。主要參數(shù)有：充電電壓，充(放)電電流，輸出電壓，輸出電流。 2.2.3 故障存儲(chǔ)顯示及報(bào)警 在菜單選擇屏幕狀態(tài)下，按“故障查詢”鍵進(jìn)入故障存儲(chǔ)顯示屏幕。按“查詢”鍵，便可查詢故障發(fā)生的內(nèi)容及發(fā)生時(shí)間。 2.2.4 系統(tǒng)狀態(tài) 在菜單選擇屏幕下，按“系統(tǒng)狀態(tài)”鍵進(jìn)入系統(tǒng)狀態(tài)屏幕，又細(xì)分為“控制母線”、“合閘母線”和“電源狀態(tài)”畫面，可分別監(jiān)察電源工作狀態(tài)及各分路斷路器的分合狀態(tài)。 3　直流電源的運(yùn)行狀態(tài) 3.1 正常運(yùn)行 采用交流電源供電時(shí)，整流器將交流電轉(zhuǎn)變成直流電，經(jīng)過整流濾波后對(duì)電池組進(jìn)行均衡充電或浮充電的同時(shí)，兼對(duì)控制母線負(fù)荷供電。 3.2 旁路電源投入運(yùn)行 對(duì)直流電源進(jìn)行檢修時(shí)，可以斷開與主電源的聯(lián)系而不中斷對(duì)系統(tǒng)供電，也不會(huì)影響負(fù)荷。維修旁路允許完全停止充電模塊和穩(wěn)壓模塊的運(yùn)行并實(shí)現(xiàn)電氣隔離，在進(jìn)行設(shè)備內(nèi)部的檢修時(shí)，不致對(duì)技術(shù)人員或維修人員造成任何危險(xiǎn)。 3.3 交流電源斷電時(shí)的運(yùn)行 當(dāng)交流電源斷電時(shí)，直流控制母線上的電壓是靠電池組放電來維持的，電池組經(jīng)穩(wěn)壓模塊對(duì)控制母線提供一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓，此時(shí)不會(huì)因交流電源斷電而影響負(fù)荷工作。此外，硅堆在任何非正常的情況下，均會(huì)不間斷地向控制母線供電。 4 主要技術(shù)參數(shù)及應(yīng)用效果 　　 輸入電壓：三相四線制，380V20％ 　　頻率：50Hz10％ 　　額定輸出電壓：24V、48V、110V、220V 　　額定輸出電流：15～300A 　　穩(wěn)壓精度：≤0.5％ 　　穩(wěn)流精度：≤0.5％ 　　穩(wěn)波電壓：≤0.5％ 　　絕緣強(qiáng)度：交流2000V，1min 　　控制技術(shù)：15KHz，(PWM)脈寬調(diào)制技術(shù) 二、 直流系統(tǒng)接地故障案例分析 1、直流接地概況 變電所直流系統(tǒng)比較復(fù)雜，它需要供給動(dòng)力、照明、控制、信號(hào)、繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置等系統(tǒng)，且還須通過電纜線路與屋外配電裝置的端子箱、操作機(jī)構(gòu)箱連接，發(fā)生接地機(jī)會(huì)較多。 直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，由于沒有短路電流通過，熔斷器不會(huì)熔斷，仍能繼續(xù)運(yùn)行。但是這種故障必須及早發(fā)現(xiàn)并予以排除，否則當(dāng)再發(fā)生另一點(diǎn)接地時(shí)，構(gòu)成直流兩點(diǎn)接地將會(huì)造成信號(hào)裝置、保護(hù)裝置及斷路器的誤動(dòng)作，同時(shí)可能使繼電器燒毀。 Y2 當(dāng)系統(tǒng)中某一處發(fā)生單相接地時(shí)，絕緣監(jiān)察裝置報(bào)警，有一極對(duì)地電壓很低甚至為零，另一極對(duì)地電壓升高甚至為全電壓。電壓降低的極發(fā)生接地。 DL ＋ ＋ K1 K2 DL 圖1輸電線路過流保護(hù)的直流操作回路一極發(fā)生接地的情況 K1—電流繼電器； K2—中間繼電器； Y2—眺閘線圈 為了使直流系統(tǒng)絕緣保持在良好的情況下，要求： *每一個(gè)二次回路對(duì)地絕緣電阻不應(yīng)小于1兆歐（在比較潮濕的地區(qū)允許降低到0.5兆歐） *當(dāng)直流系統(tǒng)的任一極對(duì)地絕緣電阻對(duì)于 220V系統(tǒng)： R地<15~20kΩ 110V系統(tǒng)： R地<4~6kΩ 48V系統(tǒng)： R地<1.5kΩ時(shí)，應(yīng)發(fā)出燈光和音響信號(hào)。 2、絕緣監(jiān)察裝置 YA YA YA 1．1燈監(jiān)視裝置 ＋ _ ＋ _ ZJ 圖2 燈監(jiān)視裝置原理接線圖 圖3 檢查直流系統(tǒng)絕緣時(shí)造成繼電器誤動(dòng)作 優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、費(fèi)用省 缺點(diǎn)：（1）.直流回路絕緣接地時(shí)不能發(fā)出信號(hào)，只有檢查時(shí)才能發(fā)現(xiàn)。 （2）.不能反映直流回路絕緣電阻數(shù)值。 （3）.任一極絕緣不良，經(jīng)較大電阻接地時(shí)，燈亮案較難區(qū)分。 （4）.若在中間繼電器ZJ前一點(diǎn)D接地，在按下按鈕后電流較大，使大部分繼電器誤動(dòng)。 1.2．電壓表監(jiān)視裝置 V V R21 R1 V ＋ _ ＋ _ 圖4 電壓表監(jiān)視裝置原理接線圖 圖5 電壓表監(jiān)視裝置的測(cè)量分析 優(yōu)點(diǎn)：（1）設(shè)備簡(jiǎn)單，費(fèi)用省。 （2）能測(cè)量每極對(duì)地的電壓值，經(jīng)過換算可檢查對(duì)地絕緣電阻狀況。 缺點(diǎn)：（1）絕緣低或接地時(shí)不能發(fā)出報(bào)警。 （2）不能直接從電壓表上讀出絕緣電阻值。 1.3直流電橋監(jiān)測(cè)裝置 + _ IO XJJ R1 R21 R+ R- 圖5 直流電橋監(jiān)測(cè)裝置原理圖 本裝置是根據(jù)直流電橋的工作原理構(gòu)成的（見圖其主要組成元件為電阻R1、R2和信號(hào)繼電器XJJ。電阻R1和R2數(shù)值相等（通常選用R1=R2=1000歐），并與直流系統(tǒng)正負(fù)極對(duì)地電阻R+與R-組成電橋的四個(gè)臂。繼電器XJJ則接于電橋的對(duì)角線上，相當(dāng)于直流電橋中檢流計(jì)的位置。正常狀態(tài)下直流母線正負(fù)極的對(duì)地絕緣電阻R+與R-相等，繼電器XJJ線圈中只有微小的不平衡電流流過，繼電器不動(dòng)作。當(dāng)某一極的絕緣電阻下降時(shí)，電橋失去平衡，繼電器的線圈中即有電流通過。當(dāng)此電流足夠大時(shí)，繼電器XJJ動(dòng)作，其常開觸點(diǎn)閉合，發(fā)出預(yù)告信號(hào)。 1.4．通用絕緣監(jiān)視裝置 + （1） 用一只直流電壓表2V和一只轉(zhuǎn)換開關(guān)CK來切換，分別測(cè)出正極對(duì)地電壓或負(fù)極對(duì)地電壓值，如果直流系統(tǒng)絕緣良好且大于1兆歐，則在此兩次測(cè)量中電壓表2V的指針幾乎停在零點(diǎn)。如果負(fù)極絕緣降低，則在測(cè)量正極時(shí)就有電壓指示，負(fù)極若完全接地，電壓表就指示出直流母線工作電壓。 _ 圖7絕緣監(jiān)視部分電氣接線圖 1 2ZK 2ZK CK 3R 1R XJJ 2R 2R 1R Ω XJJ ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ CK CK ⑨ ⑩ ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⒉V 圖6通用絕緣監(jiān)視及電壓測(cè)量裝置原理接線圖 三、直流接地自動(dòng)選線裝置 1、概述 發(fā)電廠和變電所直流系統(tǒng)比較復(fù)雜，而且通過電纜與配電裝置的端子箱、操動(dòng)機(jī)構(gòu)等相連接，發(fā)生接地機(jī)會(huì)較多。直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，由于沒有短路電流流過，熔斷器不會(huì)熔斷，仍能繼續(xù)運(yùn)行。但如果這種單點(diǎn)接地故障不及時(shí)消除，繼而發(fā)生兩點(diǎn)接地，就有可能引起保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)作跳閘。我廠三降壓站直流系統(tǒng)接地現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生，以前這幾個(gè)降壓站直流系統(tǒng)雖都裝有傳統(tǒng)的絕緣監(jiān)察裝置，但當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地或絕緣電阻低于一定值時(shí) ，只能發(fā)出燈光和音響信號(hào)。若要確定接地故障是哪一條回路，必須采用人工分段停電，逐個(gè)減小范圍的方法進(jìn)行查找。這種方法不僅繁瑣費(fèi)時(shí)，而且在停電過程中，會(huì)增加保護(hù)誤動(dòng)、開關(guān)拒動(dòng)或信號(hào)失靈的危險(xiǎn)，容易引發(fā)事故。 近年來，國(guó)內(nèi)有關(guān)院所已開發(fā)了一些直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置。由于這些裝置大多需依靠對(duì)直流系統(tǒng)注入一交信號(hào)，裝置通過電流傳感器采入故障信號(hào)。因而，這種裝置的檢測(cè)效果往往會(huì)受到系統(tǒng)中分布電容的影響。 針對(duì)上述存在問題，我們專門成立了技術(shù)攻關(guān)小組，廣泛收集了國(guó)內(nèi)外有關(guān)資料，對(duì)直流系統(tǒng)中各種接地情況進(jìn)行了細(xì)致的分析，最后探尋了一種不需向被測(cè)系統(tǒng)注入任何信號(hào)的檢測(cè)方法，并采用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行控制和處理，完善地解決了直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)問題。 本裝置只能在某一極絕緣下降到一定數(shù)值時(shí)自動(dòng)發(fā)出信號(hào)，它由電阻1R、2R和一只內(nèi)阻較高的繼電器XJJ構(gòu)成，當(dāng)不測(cè)量母線對(duì)地電壓時(shí)，電氣接線圖如圖7所示。 1R和2R與正極對(duì)地絕緣電阻R3和負(fù)極對(duì)地電阻R4組成了電橋，XJJ相當(dāng)于一個(gè)檢流計(jì)， 如圖8所示。通常1R=2R=1千歐，正常時(shí)正、負(fù)極對(duì)地絕緣電阻都較大，可假設(shè)R3=R4，故XJJ線圈中沒有電流流過，當(dāng)電流足夠大時(shí)，繼電器動(dòng)作，自動(dòng)發(fā)出信號(hào)。 R21 R1 + _ IO XJJ R1 R21 XJJ ZJ R4 R33 圖8 絕緣監(jiān)視部分的原理分析 圖9 絕緣監(jiān)視部分使繼電器 誤動(dòng)的可能性分析 流過絕緣監(jiān)視繼電器XJJ線圈的電流IO，用有源兩端定理，可解得（見圖8）： U（ R3 R1 IO = R3+R4 R1+R2 R1R R3R4 R1+R2 R3+R4 2 檢測(cè)原理 2.1 接地故障判別 本裝置采用圖1所示電路實(shí)現(xiàn)直流系統(tǒng)的絕緣監(jiān)察。圖中R1、R2（R1=R2）與直流系統(tǒng)正負(fù)極對(duì)地絕緣電阻R+和R-組成電橋的四個(gè)臂。絕緣監(jiān)視繼電器 K與可調(diào)電阻器RP（用來整定絕緣電阻報(bào)警值）及中間繼電器J1常閉觸點(diǎn)串聯(lián)后接在電橋的對(duì)角線上，相當(dāng)于直流電橋中檢流計(jì)位置。正常狀態(tài)下，直流母線正負(fù)極的對(duì)地絕緣電阻R+與R-都較大，可視為相等，絕緣監(jiān)視繼電器K線圈中只有微小的不平衡電流流過，繼電器不動(dòng)作。當(dāng)某一極的絕緣電阻下降時(shí)，電橋失去平衡，此時(shí)，流過繼電器K線圈的電流IK，可用有源兩端網(wǎng)絡(luò)定理解得： R1 R+ R++R- R1+R2 U（ - ） R1R2 R+R- IK= （2-1） +Rj+RP+ R1+R2 R++R- 式中 U—直流母線電壓； Rj—繼電器線圈電阻； R+、R— 直流正負(fù)極對(duì)地絕緣電阻； RP—可調(diào)電阻器； R1、R2—橋臂電阻。 當(dāng) R1=R2=R 時(shí) ，則得： U（R+- R-） IK= (2—2) 2R+R-+(2Rj+2RP+R)(R++R-) 從上式可見，直流系統(tǒng)絕緣正常時(shí)，R+=R-，IK=0，K不動(dòng)作。當(dāng)系統(tǒng)中任一極的絕緣下降到一定值（在220V直流系統(tǒng)中，絕緣電阻一般整定在15～20kΩ），且使IK達(dá)到絕緣監(jiān)視繼電器K的動(dòng)作電流時(shí)，繼電器動(dòng)作，其常開接點(diǎn)K接通，此時(shí)圖1右邊電路中A點(diǎn)電位由高電平變?yōu)榈碗娖?。?jì)算機(jī)測(cè)試到高速輸入口HSI.0為低電平時(shí)，裝置即判別系統(tǒng)發(fā)生接地故障。 PE K RP HSI.0 A K +Vc R+ J1 R- ＋ R1 R2 － R1 圖1 0 絕緣監(jiān)察電路 由于裝置中設(shè)有一人工接地點(diǎn)，這樣當(dāng)直流二次回路中任一中間繼電器ZJ一端發(fā)生接地時(shí)（如圖2中的B點(diǎn)），在絕緣監(jiān)視繼電器K、中間繼電器ZJ及電源之間構(gòu)成回路，回路中電流IK同時(shí)流過絕緣監(jiān)視繼電器和中間繼電器。為防止中間繼電器誤動(dòng)作，其IK的值應(yīng)保證絕緣監(jiān)視繼電器能可靠動(dòng)作，而中間繼電器不動(dòng)作。因此，絕緣監(jiān)視繼電器應(yīng)選用高靈敏度繼電器，其內(nèi)阻要大于直流系統(tǒng)中任一中間繼電器的內(nèi)阻，以確保裝置的可靠性。 ＋ R1 R2 ― IK K J1 RP ZJ B IK 圖11 絕緣監(jiān)察部分使繼電器誤動(dòng)作可能性分析 2.2 選線方法 前面我們已經(jīng)闡述了判別直流系統(tǒng)是否有接地故障存在的方法。但當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障后，如何確定是正極接地還是負(fù)極接地？在哪一回路發(fā)生接地？接地電阻為多大？這些問題尚未解決。 + E R2 T I2 I1 _ R2 去裝置輸入端 I0 負(fù)載N Rx Ix P PE 圖12 故障信號(hào)獲取電路 我們?cè)O(shè)計(jì)了一種可控電子開關(guān)，開關(guān)的一端與外部接地線相連，另一端經(jīng)電阻R2與電源相連接構(gòu)成回路，如圖3所示。圖中左半部電子開關(guān)可在計(jì)算機(jī)控制下按一定頻率通斷直流電源E的正負(fù)端；右半部為直流系統(tǒng)中某一支路N，在該支路的供電線路上裝有電流傳感器模塊T。當(dāng)直流系統(tǒng)正常時(shí)，支路中的負(fù)載電流I1=I2，而流過T中的合成電流為0（即∑I=0），電流傳感器無信號(hào)輸出。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)（如圖3中N支路的正端通過Rx接地，并且 Rx≤20kΩ），則電子開關(guān)P動(dòng)作，從電源正極 Rx 地 R2 負(fù)極形成電流通路，并在N支路的正極回路中產(chǎn)生一個(gè)疊加電流Ix。此時(shí)，電流傳感器T中的∑I≠0，其二次就會(huì)產(chǎn)生一電流信號(hào)I0，此電流信號(hào)經(jīng)裝置采集后，根據(jù)故障電流的大小和方向，計(jì)算機(jī)就可算出接地電阻值和確定接地故障的性質(zhì)（即為正極接地還是負(fù)極接地）。接地電阻可根據(jù)下式求出： U—nI0R2 Rx = （2—3） nI0 式中 n—傳感器模塊的電流比； I0—傳感器的二次電流（由裝置采集）； U—直流系統(tǒng)的電壓值； R2—電子開關(guān)負(fù)載電阻。 如在直流系統(tǒng)的每一支路中都裝上電流傳感器模塊，裝置便可進(jìn)行巡回檢測(cè)和完成故障線路的選線。 2.3 系統(tǒng)控制 本裝置是根據(jù)計(jì)算機(jī)高速輸入口HSI.0電平的高低來判別直流系統(tǒng)絕緣是否良好，并通過計(jì)算機(jī)的高速輸出口HSO.0、HSO.3以及相應(yīng)的外圍電路完成接地故障檢測(cè)控制，如圖4所示。圖中J1為中間繼電器；TIL為光電耦合器；D1為保護(hù)二極管，限制TIL過電壓；R4為限流電阻；G為電子開關(guān)P的使能端。當(dāng)直流系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障時(shí)，計(jì)算機(jī)的高速輸入口HSI.0變?yōu)榈碗娖?。軟件控制?jì)算機(jī)的高速輸出口HSO.0，延時(shí)輸出高電平，經(jīng)光耦TIL驅(qū)動(dòng)繼電器J1動(dòng)作，其常閉接點(diǎn)打開（見圖1），以隔離絕緣監(jiān)察電路對(duì)選線回路的影響。再由高速輸出口HSO.3延時(shí)輸出一高電平，驅(qū)動(dòng)電子開關(guān)P工作。裝置對(duì)直流系統(tǒng)進(jìn)行巡回檢測(cè)后，顯示故障線路編號(hào)、接地電阻值并語音報(bào)警。若故障排除，HSO.3、HSO.0先后轉(zhuǎn)為“低”電平，J1繼電器釋放，電子開關(guān)P停止工作，裝置進(jìn)入監(jiān)測(cè)高速輸入口HSI.0狀態(tài)，或響應(yīng)鍵盤操作。 +12V D1 J1 G R4 HSO.0 R4 TIL HSO.3 電子開關(guān)P 圖13 故障信號(hào)監(jiān)測(cè)控制簡(jiǎn)圖 3 裝置的特點(diǎn)和技術(shù)指標(biāo) 3.1 特點(diǎn) （1）數(shù)字顯示：發(fā)生接地時(shí)可顯示直流回路編號(hào)，接地電阻值。 （2）時(shí)鐘功能：正常運(yùn)行中，可顯示時(shí)間，做到一機(jī)多用。 （3）判線速度快，無需人工干預(yù)。 （4）語言報(bào)警：發(fā)生接地故障時(shí)，語音報(bào)出接地回路的極性及回路編號(hào)。 （5）記憶功能：可記憶故障線路及接地發(fā)生時(shí)間。 （6）自檢功能：可自行檢查內(nèi)部故障。（芯片級(jí)） （7）自恢復(fù)功能：抗干擾能力強(qiáng)。 （8）STD標(biāo)準(zhǔn)總線結(jié)構(gòu)：便于裝置升級(jí)和維修。 （9）裝置不向被監(jiān)測(cè)的直流系統(tǒng)施加任何信號(hào)，不會(huì)對(duì)被測(cè)系統(tǒng)有任何影響。 （10）裝置的檢測(cè)速度和可靠性與被測(cè)系統(tǒng)的對(duì)地分布電容無關(guān)。 3.2 技術(shù)指標(biāo) （1）母線數(shù)：2段 （2）出線數(shù)：32路（可擴(kuò)） （3）系統(tǒng)數(shù)：1~4相同或不同電壓等級(jí) （4）接地指示時(shí)間≤5秒 （5）電源：交流22010%V 4 硬件結(jié)構(gòu) 裝置以單片機(jī)為核心，組成實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)?？紤]到功能的擴(kuò)展與維修方便，采用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制總線STD BUS設(shè)計(jì)。裝置主要由五塊STD模板組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。 STD BUS 主控模板 信號(hào)處理板 語音報(bào)警板 A/D模板 打印機(jī) 鍵盤顯示器 圖14 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 4.1 主控板 為提高裝置的實(shí)時(shí)性和抗干擾能力，選用8098單片機(jī)為主控部件，它是一種高性能的16位單片機(jī)，內(nèi)部無累加器結(jié)構(gòu)，而是采用寄存器—寄存器結(jié)構(gòu)，消除了累加器的瓶頸效應(yīng)，操作速度和數(shù)據(jù)吞吐能力明顯提高；另外它具有高效率的指令系統(tǒng)，最長(zhǎng)指令執(zhí)行時(shí)間為9.5us，最短只需2us;8098內(nèi)部還配有自恢復(fù)電路、高速輸入/輸出口、脈寬調(diào)制輸出以及10位A/D等，這對(duì)滿足設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)提供了先決條件。 在主控板上設(shè)置了8K/16K程序存貯器，8K/16K/32K的數(shù)據(jù)存貯器，擴(kuò)展了一片并行接口電路8155和打印機(jī)電路，使該模塊具有鍵盤顯示接口及打印機(jī)接口。電路的結(jié)構(gòu)框圖見圖6。 8 8 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng) 8 D0～D7 EPROM RAM A0～A15 組合邏輯 地址驅(qū)動(dòng) 16 8155 鍵盤顯示 8 8098CPU 控制驅(qū)動(dòng) 打印機(jī)電路 8 控制總線 打印口 圖15 主控板結(jié)構(gòu)框圖 4.2 A/D模板 A/D模板的主要功能是：將輸入的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，以適應(yīng)計(jì)算機(jī)對(duì)輸入信號(hào)的要求。電路由模擬開關(guān)、采樣保持器、程控放大器、A/D轉(zhuǎn)換器及各寄存器、控制器、驅(qū)動(dòng)、緩沖、光電隔離器等構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖7所示。A/D轉(zhuǎn)換器采用12位AD574芯片，分辨率為1/4096，轉(zhuǎn)換時(shí)間為35us，非調(diào)整誤差1LSB，輸入設(shè)定為雙極性，采用雙通道差分輸入方式，其共模抑制比高，抗干擾能力強(qiáng)。由于應(yīng)用了光電隔離技術(shù)，使數(shù)據(jù)總線、地址總線以及控制總線與受測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行隔離，保證了STD總線系統(tǒng)能工作在平穩(wěn)和安靜的環(huán)境中；電路中設(shè)有程控放大增益1~256倍（可由軟件控制），不但調(diào)整方便，而且也提高了轉(zhuǎn)換精度。 8 8 2 2 6 2 A/D數(shù)據(jù)緩沖器 采樣保持 A/D數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器 8 光電隔離器 數(shù)據(jù)總線驅(qū)動(dòng)器 8 D0～D7 程控放大 2 2 8 地址總線驅(qū)動(dòng)器 13 8 采樣保持 8 程控增益寄存器 A0～A7 光電隔離器 2 8 12位A/D 6 2 2 7 6 光電隔離器 A/D命令寄存器 板及通道選擇器 6 2 模擬量多 路開關(guān) 3 8 5 12 A/D轉(zhuǎn)換控制器 控制總線驅(qū)動(dòng)器 控制信號(hào) 圖7 A/D模板框圖 信號(hào)輸入 4.3 信號(hào)處理板 信號(hào)處理板由絕緣監(jiān)察、故障信號(hào)獲取以及信號(hào)調(diào)理三部分組成。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地或絕緣電阻低于規(guī)定值時(shí)，絕緣監(jiān)察電路發(fā)送一個(gè)故障信號(hào)至8098單片機(jī)的高速輸入口HSI.0，由高速輸出口HSO.3控制信號(hào)獲取電路中的電子開關(guān)，使接地回路中傳感器二次產(chǎn)生一個(gè)故障信號(hào)，經(jīng)信號(hào)調(diào)理后送A/D進(jìn)行轉(zhuǎn)換。信號(hào)處理板結(jié)構(gòu)組成見圖8。 8098 絕緣監(jiān)察 主控板 HSI.0 HSO.3 故障信號(hào)獲取 信號(hào)調(diào)理 A/D 圖16 信號(hào)處理電路組成框圖 4.4 語音報(bào)警板 為使儀器的人機(jī)對(duì)話更直觀，有利于值班人員對(duì)故障進(jìn)行處理，設(shè)計(jì)了語音報(bào)警電路。它與數(shù)字顯示共同完成故障報(bào)警，并具有儀器自檢應(yīng)答功能。報(bào)警電路由語音合成器芯片UM5100、語音數(shù)據(jù)庫(kù)27512、緩沖鎖存器74LS273、音頻放大器LM324、LM386構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖9所示。先將所有故障語言信息及自檢應(yīng)答語言信息通過UM5100寫入EPROM27512中（多片），建立語音數(shù)據(jù)庫(kù)（此工作只需做一次，結(jié)構(gòu)圖中這部分框圖未標(biāo)出）。裝置檢測(cè)到接地故障時(shí)，由主控板控制數(shù)據(jù)庫(kù)與語音合成器，將該故障的語音數(shù)據(jù)信息還原成模擬電壓信號(hào)，經(jīng)放大后，由揚(yáng)聲器輸出。 UM5100 74LS273 27512 語音數(shù)據(jù)庫(kù) 鎖存器 語音合成器 主控板 音頻放大器 圖17 語音報(bào)警框圖 4.5 鍵盤顯示板 這是人機(jī)對(duì)話的主要部件，設(shè)置在儀器的面板上。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮面板簡(jiǎn)潔、自動(dòng)化程度高、操作方便。鍵盤顯示電路采用可編程鍵盤顯示管理芯片8279，硬件實(shí)現(xiàn)顯示掃描、鍵盤掃描和鍵盤去抖動(dòng)。配合譯碼器、段選驅(qū)動(dòng)器、位選驅(qū)動(dòng)器、8段LED及小鍵盤組成6按鍵、6位LED模板（結(jié)構(gòu)見圖10）。面板按鍵少（6只），設(shè)計(jì)中采用了復(fù)合鍵功能，能實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、停止、輸出、自檢、重檢、故障記憶、打印、消音、顯示轉(zhuǎn)換、時(shí)間（年、月、日、時(shí)、分、秒）校正等十幾種功能。 回饋 鍵盤 8279 鍵盤 顯示 管理 主控板 掃描 74LS138 譯碼器 位驅(qū)動(dòng) LED 段驅(qū)動(dòng) 90118 7407 圖18 鍵盤顯示電路 變電站直流系統(tǒng)是十分重要的電源系統(tǒng)，它是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，不受系統(tǒng)運(yùn)行方式改變的影響，為控制回路、信號(hào)回路、繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置及事故照明等提供可靠穩(wěn)定的電源,它還為斷路器的分、合閘提供操作電源。 1. 直流接地的概念及產(chǎn)生的原因 直流電源為帶極性的電源，即電源正極和電源負(fù)極。直流電源的“地”并不是實(shí)際接地，僅僅是個(gè)中性點(diǎn)的概念。如果直流電源系統(tǒng)正極或負(fù)極對(duì)地間的絕緣電阻值降低至某一整定值，這時(shí)我們稱直流系統(tǒng)有正接地故障或負(fù)接地故障。 直流系統(tǒng)由各種保護(hù)、控制設(shè)備、電纜、端子及箱體等構(gòu)成，所接設(shè)備多、回路復(fù)雜，在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中會(huì)由于環(huán)境的改變、氣候的變化、電纜以及接頭的老化，設(shè)備本身的問題等等，在絕緣老化破損、機(jī)械振動(dòng)、灰塵沉淀、金屬生銹、潮濕、漏水等各種因素的作用下，不可避免的發(fā)生直流系統(tǒng)接地。從我們所遇到的直流接地情況看，以端子箱、壓力表進(jìn)水，電纜表皮破損，裸露金屬積有灰塵，在空氣潮濕時(shí)引起直流接地最為常見；備用電纜芯端面沒有包扎好而導(dǎo)致接地的現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生，另外，電纜在金屬處拐彎或穿過金屬物，由于振動(dòng)、碰撞下產(chǎn)生絕緣磨損，也會(huì)發(fā)生直流接地。 2. 直流接地的危害 直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)構(gòu)成危害。但如果發(fā)展成兩點(diǎn)接地，就可能造成嚴(yán)重的后果。直流系統(tǒng)發(fā)生兩點(diǎn)接地故障，便可能構(gòu)成接地短路，造成繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)，或造成直流保險(xiǎn)熔斷，使保護(hù)及自動(dòng)裝置、控制回路失去電源。 （1）直流正極接地，有使保護(hù)及自動(dòng)裝置誤動(dòng)的可能。因?yàn)橐话闾祥l線圈、繼電器線圈正常與負(fù)極電源接通，若這些回路再發(fā)生一點(diǎn)接地，就可能引起誤動(dòng)作。如圖1所示，由于K1，K2兩點(diǎn)接地，使出口跳閘繼電器接點(diǎn)J21接通，J1帶電，從而出口跳閘，而出現(xiàn)誤動(dòng)。同理，兩點(diǎn)接地還可能造成誤合閘，誤報(bào)信號(hào)。 （2）直流負(fù)極接地，有使保護(hù)自動(dòng)裝置拒絕動(dòng)作的可能。因?yàn)樘⒑祥l線圈、保護(hù)繼電器會(huì)在這些回路再有一點(diǎn)接地時(shí)，線圈被接地點(diǎn)短接而不能動(dòng)作。同時(shí)，直流回路短路電流會(huì)使電源保險(xiǎn)熔斷，并且可能燒壞繼電器接點(diǎn)，保險(xiǎn)熔斷會(huì)失去保護(hù)及操作電源。如圖2所示，假設(shè)J41是振蕩閉鎖接點(diǎn)，當(dāng)有振蕩發(fā)生時(shí)，常閉接點(diǎn)J41斷開，J3失電，常閉接點(diǎn)J31斷開，此時(shí)即使跳閘接點(diǎn)J21合上，J1也不會(huì)出口。但當(dāng)沒有發(fā)生振蕩，J41斷開，J31合上，J1本應(yīng)該出口，由于K1，K2兩點(diǎn)接地，導(dǎo)致J3帶電工作，J31斷開，J1不能正常出口，而發(fā)生拒動(dòng)。 3、查找直流接地故障的方法 （1）查找直流接地故障的一般順序和方法： ①分清接地故障的極性，分析故障發(fā)生的原因。 ②若站內(nèi)二次回路有工作，或有設(shè)備檢修試驗(yàn)，應(yīng)立即停止。拉開其工作電源，看信號(hào)是否消除。 ③用分網(wǎng)法縮小查找范圍，將直流系統(tǒng)分成幾個(gè)不相聯(lián)系的部分。注意：不能使保護(hù)失去電源，操作電源盡量用蓄電池帶。 ④對(duì)于不太重要的直流負(fù)荷及不能轉(zhuǎn)移的分路，利用“瞬時(shí)停電”的方法，查該分路中所帶回路有無接地故障。 ⑤對(duì)于重要的直流負(fù)荷，用轉(zhuǎn)移負(fù)荷法，查該分路而帶回路有無接地故障。查找直流系統(tǒng)接地故障，后隨時(shí)與調(diào)度聯(lián)系，并由二人及以上配合進(jìn)行，其中一人操作，一人監(jiān)護(hù)并監(jiān)視表計(jì)指示及信號(hào)的變化。 （2）利用瞬時(shí)停電的方法選擇直流接地時(shí)，應(yīng)按照下列順序進(jìn)行： ① 斷開現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)工作電源； ② 斷合事故照明回路； ③ 斷合同信電源； ④ 斷合附屬設(shè)備； ⑤ 斷合充電回路； ⑥ 斷合合閘回路； ⑦ 斷合信號(hào)回路； ⑧ 斷合操作回路； ⑨ 斷合蓄電池回路； 在進(jìn)行上述各項(xiàng)檢查選擇后仍未查出故障點(diǎn)，則應(yīng)考慮同極性兩點(diǎn)接地。當(dāng)發(fā)現(xiàn)接地在某一回路后，有環(huán)路的應(yīng)先解環(huán)，再進(jìn)一步采用取保險(xiǎn)及拆端子的辦法，直至找到故障點(diǎn)并消除。 4．查找直流接地故障時(shí)的注意事項(xiàng)： 為了查找直流接地過程中不出現(xiàn)其它事故，查找時(shí)應(yīng)注意以下幾項(xiàng)： ① 當(dāng)直流系統(tǒng)一點(diǎn)接地時(shí)，禁止在二次回路上工作。 ② 瞬停直流電源時(shí)，應(yīng)經(jīng)調(diào)度同意，時(shí)間不應(yīng)超過3秒鐘，動(dòng)作應(yīng)迅速，防止失去保護(hù)電源及帶有重合閘電源的時(shí)間過長(zhǎng)。 ③ 為防止誤判斷，觀察接地現(xiàn)象是否消失時(shí)，應(yīng)從信號(hào)、光字牌和絕緣監(jiān)察表計(jì)指示情況綜合判斷。 ④ 防止人為造成短路或另一點(diǎn)接地，導(dǎo)致誤跳閘。 ⑤ 按符合實(shí)際的圖紙進(jìn)行，防止拆錯(cuò)端子線頭，防止恢復(fù)接線時(shí)遺留或接錯(cuò)；所拆線頭應(yīng)做好記錄和標(biāo)記。 ⑥ 使用儀表檢查時(shí)，表計(jì)內(nèi)阻應(yīng)不低于2000歐/伏。 ⑦ 查找故障，必須二人及以上進(jìn)行，防止人身觸電，做好安全監(jiān)護(hù)。 ⑧ 防止保護(hù)誤動(dòng)作，必要時(shí)在順斷操作電源前，解除可能誤動(dòng)的保護(hù)，操作電源正常后再投入保護(hù)。 ⑨ 禁止用燈泡查找接地點(diǎn)，以防直流回路短路。 ⑩ 盡量避免在高峰負(fù)荷時(shí)進(jìn)行。