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)電源采用免維護鉛酸閥控蓄電池作為電源，具有壽命長、無污染、體積小等優(yōu)點。采用高頻開關(guān)斬波直流變換器和先進的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)充電模塊對電池進行恒壓限流充電，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 進線接觸器　4KM 維護旁路接觸器 　　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行充電。對于雙路電源進線系統(tǒng)，當(dāng)主電源停電時，系統(tǒng)可自動切換到備用電源供電；當(dāng)交流電源停電時，電池經(jīng)穩(wěn)壓模塊或硅堆向負(fù)荷供電。手動旁路開關(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)自動恢復(fù)到初始狀態(tài)。 2 監(jiān)控系統(tǒng)簡介 　　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)測試、運行狀態(tài)和故障報警的所有信息，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)簡介 　　智能操作顯示單元的觸摸式液晶顯示屏可進行系統(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)、故障存儲以及報警等。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”鍵進入系統(tǒng)操作屏幕，進行充電方式選擇及“系統(tǒng)啟動”和“系統(tǒng)停止”操作。根據(jù)所選擇的充電方式自動對充電電壓和控制母線輸出電壓進行設(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 故障存儲顯示及報警 在菜單選擇屏幕狀態(tài)下，按“故障查詢”鍵進入故障存儲顯示屏幕。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)”鍵進入系統(tǒng)狀態(tài)屏幕，又細分為“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　直流電源的運行狀態(tài) 3.1 正常運行 采用交流電源供電時，整流器將交流電轉(zhuǎn)變成直流電，經(jīng)過整流濾波后對電池組進行均衡充電或浮充電的同時，兼對控制母線負(fù)荷供電。 3.2 旁路電源投入運行 對直流電源進行檢修時，可以斷開與主電源的聯(lián)系而不中斷對系統(tǒng)供電，也不會影響負(fù)荷。維修旁路允許完全停止充電模塊和穩(wěn)壓模塊的運行并實現(xiàn)電氣隔離，在進行設(shè)備內(nèi)部的檢修時，不致對技術(shù)人員或維修人員造成任何危險。 3.3 交流電源斷電時的運行 當(dāng)交流電源斷電時，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)壓模塊對控制母線提供一個穩(wěn)定的直流電壓，此時不會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，它需要供給動力、照明、控制、信號、繼電保護及自動裝置等系統(tǒng)，且還須通過電纜線路與屋外配電裝置的端子箱、操作機構(gòu)箱連接，發(fā)生接地機會較多。 直流系統(tǒng)發(fā)生一點接地時，由于沒有短路電流通過，熔斷器不會熔斷，仍能繼續(xù)運行。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)生另一點接地時，構(gòu)成直流兩點接地將會造成信號裝置、保護裝置及斷路器的誤動作，同時可能使繼電器燒毀。 Y2 當(dāng)系統(tǒng)中某一處發(fā)生單相接地時，絕緣監(jiān)察裝置報警，有一極對地電壓很低甚至為零，另一極對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： *每一個二次回路對地絕緣電阻不應(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)的任一極對地絕緣電阻對于 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，應(yīng)發(fā)出燈光和音響信號。 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)絕緣時造成繼電器誤動作 優(yōu)點：簡單、費用省 缺點：（1）.直流回路絕緣接地時不能發(fā)出信號，只有檢查時才能發(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，燈亮案較難區(qū)分。 （4）.若在中間繼電器ZJ前一點D接地，在按下按鈕后電流較大，使大部分繼電器誤動。 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)視裝置的測量分析 優(yōu)點：（1）設(shè)備簡單，費用省。 （2）能測量每極對地的電壓值，經(jīng)過換算可檢查對地絕緣電阻狀況。 缺點：（1）絕緣低或接地時不能發(fā)出報警。 （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)測裝置 + _ IO XJJ R1 R21 R+ R- 圖5 直流電橋監(jiān)測裝置原理圖 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)極對地電阻R+與R-組成電橋的四個臂。繼電器XJJ則接于電橋的對角線上，相當(dāng)于直流電橋中檢流計的位置。正常狀態(tài)下直流母線正負(fù)極的對地絕緣電阻R+與R-相等，繼電器XJJ線圈中只有微小的不平衡電流流過，繼電器不動作。當(dāng)某一極的絕緣電阻下降時，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，繼電器XJJ動作，其常開觸點閉合，發(fā)出預(yù)告信號。 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，分別測出正極對地電壓或負(fù)極對地電壓值，如果直流系統(tǒng)絕緣良好且大于1兆歐，則在此兩次測量中電壓表2V的指針幾乎停在零點。如果負(fù)極絕緣降低，則在測量正極時就有電壓指示，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)視及電壓測量裝置原理接線圖 三、直流接地自動選線裝置 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、操動機構(gòu)等相連接，發(fā)生接地機會較多。直流系統(tǒng)發(fā)生一點接地時，由于沒有短路電流流過，熔斷器不會熔斷，仍能繼續(xù)運行。但如果這種單點接地故障不及時消除，繼而發(fā)生兩點接地，就有可能引起保護拒動或誤動作跳閘。我廠三降壓站直流系統(tǒng)接地現(xiàn)象也時有發(fā)生，以前這幾個降壓站直流系統(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 ，只能發(fā)出燈光和音響信號。若要確定接地故障是哪一條回路，必須采用人工分段停電，逐個減小范圍的方法進行查找。這種方法不僅繁瑣費時，而且在停電過程中，會增加保護誤動、開關(guān)拒動或信號失靈的危險，容易引發(fā)事故。 近年來，國內(nèi)有關(guān)院所已開發(fā)了一些直流絕緣監(jiān)測裝置。由于這些裝置大多需依靠對直流系統(tǒng)注入一交信號，裝置通過電流傳感器采入故障信號。因而，這種裝置的檢測效果往往會受到系統(tǒng)中分布電容的影響。 針對上述存在問題，我們專門成立了技術(shù)攻關(guān)小組，廣泛收集了國內(nèi)外有關(guān)資料，對直流系統(tǒng)中各種接地情況進行了細致的分析，最后探尋了一種不需向被測系統(tǒng)注入任何信號的檢測方法，并采用計算機技術(shù)對故障信號進行控制和處理，完善地解決了直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測問題。 本裝置只能在某一極絕緣下降到一定數(shù)值時自動發(fā)出信號，它由電阻1R、2R和一只內(nèi)阻較高的繼電器XJJ構(gòu)成，當(dāng)不測量母線對地電壓時，電氣接線圖如圖7所示。 1R和2R與正極對地絕緣電阻R3和負(fù)極對地電阻R4組成了電橋，XJJ相當(dāng)于一個檢流計， 如圖8所示。通常1R=2R=1千歐，正常時正、負(fù)極對地絕緣電阻都較大，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，繼電器動作，自動發(fā)出信號。 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 檢測原理 2.1 接地故障判別 本裝置采用圖1所示電路實現(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)極對地絕緣電阻R+和R-組成電橋的四個臂。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警值）及中間繼電器J1常閉觸點串聯(lián)后接在電橋的對角線上，相當(dāng)于直流電橋中檢流計位置。正常狀態(tài)下，直流母線正負(fù)極的對地絕緣電阻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，繼電器不動作。當(dāng)某一極的絕緣電阻下降時，電橋失去平衡，此時，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)極對地絕緣電阻； RP—可調(diào)電阻器； R1、R2—橋臂電阻。 當(dāng) R1=R2=R 時 ，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，R+=R-，IK=0，K不動作。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達到絕緣監(jiān)視繼電器K的動作電流時，繼電器動作，其常開接點K接通，此時圖1右邊電路中A點電位由高電平變?yōu)榈碗娖?。計算機測試到高速輸入口HSI.0為低電平時，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，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（如圖2中的B點），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作，其IK的值應(yīng)保證絕緣監(jiān)視繼電器能可靠動作，而中間繼電器不動作。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 故障信號獲取電路 我們設(shè)計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)可在計算機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，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），電流傳感器無信號輸出。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障時（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)生一個疊加電流Ix。此時，電流傳感器T中的∑I≠0，其二次就會產(chǎn)生一電流信號I0，此電流信號經(jīng)裝置采集后，根據(jù)故障電流的大小和方向，計算機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，裝置便可進行巡回檢測和完成故障線路的選線。 2.3 系統(tǒng)控制 本裝置是根據(jù)計算機高速輸入口HSI.0電平的高低來判別直流系統(tǒng)絕緣是否良好，并通過計算機的高速輸出口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，計算機的高速輸入口HSI.0變?yōu)榈碗娖?。軟件控制計算機的高速輸出口HSO.0，延時輸出高電平，經(jīng)光耦TIL驅(qū)動繼電器J1動作，其常閉接點打開（見圖1），以隔離絕緣監(jiān)察電路對選線回路的影響。再由高速輸出口HSO.3延時輸出一高電平，驅(qū)動電子開關(guān)P工作。裝置對直流系統(tǒng)進行巡回檢測后，顯示故障線路編號、接地電阻值并語音報警。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，裝置進入監(jiān)測高速輸入口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 故障信號監(jiān)測控制簡圖 3 裝置的特點和技術(shù)指標(biāo) 3.1 特點 （1）數(shù)字顯示：發(fā)生接地時可顯示直流回路編號，接地電阻值。 （2）時鐘功能：正常運行中，可顯示時間，做到一機多用。 （3）判線速度快，無需人工干預(yù)。 （4）語言報警：發(fā)生接地故障時，語音報出接地回路的極性及回路編號。 （5）記憶功能：可記憶故障線路及接地發(fā)生時間。 （6）自檢功能：可自行檢查內(nèi)部故障。（芯片級） （7）自恢復(fù)功能：抗干擾能力強。 （8）STD標(biāo)準(zhǔn)總線結(jié)構(gòu)：便于裝置升級和維修。 （9）裝置不向被監(jiān)測的直流系統(tǒng)施加任何信號，不會對被測系統(tǒng)有任何影響。 （10）裝置的檢測速度和可靠性與被測系統(tǒng)的對地分布電容無關(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） （3）系統(tǒng)數(shù)：1~4相同或不同電壓等級 （4）接地指示時間≤5秒 （5）電源：交流22010%V 4 硬件結(jié)構(gòu) 裝置以單片機為核心，組成實時檢測系統(tǒng)?？紤]到功能的擴展與維修方便，采用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制總線STD BUS設(shè)計。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 信號處理板 語音報警板 A/D模板 打印機 鍵盤顯示器 圖14 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 4.1 主控板 為提高裝置的實時性和抗干擾能力，選用8098單片機為主控部件，它是一種高性能的16位單片機，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)，最長指令執(zhí)行時間為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，這對滿足設(shè)計的技術(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，擴展了一片并行接口電路8155和打印機電路，使該模塊具有鍵盤顯示接口及打印機接口。電路的結(jié)構(gòu)框圖見圖6。 8 8 數(shù)據(jù)驅(qū)動 8 D0～D7 EPROM RAM A0～A15 組合邏輯 地址驅(qū)動 16 8155 鍵盤顯示 8 8098CPU 控制驅(qū)動 打印機電路 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)計算機對輸入信號的要求。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、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。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現(xiàn)場的A/D轉(zhuǎn)換電路進行隔離，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)動器 8 光電隔離器 數(shù)據(jù)總線驅(qū)動器 8 D0～D7 程控放大 2 2 8 地址總線驅(qū)動器 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)動器 控制信號 圖7 A/D模板框圖 信號輸入 4.3 信號處理板 信號處理板由絕緣監(jiān)察、故障信號獲取以及信號調(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，絕緣監(jiān)察電路發(fā)送一個故障信號至8098單片機的高速輸入口HSI.0，由高速輸出口HSO.3控制信號獲取電路中的電子開關(guān)，使接地回路中傳感器二次產(chǎn)生一個故障信號，經(jīng)信號調(diào)理后送A/D進行轉(zhuǎn)換。信號處理板結(jié)構(gòu)組成見圖8。 8098 絕緣監(jiān)察 主控板 HSI.0 HSO.3 故障信號獲取 信號調(diào)理 A/D 圖16 信號處理電路組成框圖 4.4 語音報警板 為使儀器的人機對話更直觀，有利于值班人員對故障進行處理，設(shè)計了語音報警電路。它與數(shù)字顯示共同完成故障報警，并具有儀器自檢應(yīng)答功能。報警電路由語音合成器芯片UM5100、語音數(shù)據(jù)庫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（此工作只需做一次，結(jié)構(gòu)圖中這部分框圖未標(biāo)出）。裝置檢測到接地故障時，由主控板控制數(shù)據(jù)庫與語音合成器，將該故障的語音數(shù)據(jù)信息還原成模擬電壓信號，經(jīng)放大后，由揚聲器輸出。 UM5100 74LS273 27512 語音數(shù)據(jù)庫 鎖存器 語音合成器 主控板 音頻放大器 圖17 語音報警框圖 4.5 鍵盤顯示板 這是人機對話的主要部件，設(shè)置在儀器的面板上。設(shè)計時應(yīng)充分考慮面板簡潔、自動化程度高、操作方便。鍵盤顯示電路采用可編程鍵盤顯示管理芯片8279，硬件實現(xiàn)顯示掃描、鍵盤掃描和鍵盤去抖動。配合譯碼器、段選驅(qū)動器、位選驅(qū)動器、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)計中采用了復(fù)合鍵功能，能實現(xiàn)啟動、停止、輸出、自檢、重檢、故障記憶、打印、消音、顯示轉(zhuǎn)換、時間（年、月、日、時、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 LED 段驅(qū)動 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)，它是一個獨立的系統(tǒng)，不受系統(tǒng)運行方式改變的影響，為控制回路、信號回路、繼電保護、自動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”并不是實際接地，僅僅是個中性點的概念。如果直流電源系統(tǒng)正極或負(fù)極對地間的絕緣電阻值降低至某一整定值，這時我們稱直流系統(tǒng)有正接地故障或負(fù)接地故障。 直流系統(tǒng)由各種保護、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，在長期運行過程中會由于環(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、機械振動、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、壓力表進水，電纜表皮破損，裸露金屬積有灰塵，在空氣潮濕時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)象也時有發(fā)生，另外，電纜在金屬處拐彎或穿過金屬物，由于振動、碰撞下產(chǎn)生絕緣磨損，也會發(fā)生直流接地。 2. 直流接地的危害 直流系統(tǒng)發(fā)生一點接地，不會對系統(tǒng)構(gòu)成危害。但如果發(fā)展成兩點接地，就可能造成嚴(yán)重的后果。直流系統(tǒng)發(fā)生兩點接地故障，便可能構(gòu)成接地短路，造成繼電保護、自動裝置誤動或拒動，或造成直流保險熔斷，使保護及自動裝置、控制回路失去電源。 （1）直流正極接地，有使保護及自動裝置誤動的可能。因為一般跳合閘線圈、繼電器線圈正常與負(fù)極電源接通，若這些回路再發(fā)生一點接地，就可能引起誤動作。如圖1所示，由于K1，K2兩點接地，使出口跳閘繼電器接點J21接通，J1帶電，從而出口跳閘，而出現(xiàn)誤動。同理，兩點接地還可能造成誤合閘，誤報信號。 （2）直流負(fù)極接地，有使保護自動裝置拒絕動作的可能。因為跳、合閘線圈、保護繼電器會在這些回路再有一點接地時，線圈被接地點短接而不能動作。同時，直流回路短路電流會使電源保險熔斷，并且可能燒壞繼電器接點，保險熔斷會失去保護及操作電源。如圖2所示，假設(shè)J41是振蕩閉鎖接點，當(dāng)有振蕩發(fā)生時，常閉接點J41斷開，J3失電，常閉接點J31斷開，此時即使跳閘接點J21合上，J1也不會出口。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。 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，應(yīng)立即停止。拉開其工作電源，看信號是否消除。 ③用分網(wǎng)法縮小查找范圍，將直流系統(tǒng)分成幾個不相聯(lián)系的部分。注意：不能使保護失去電源，操作電源盡量用蓄電池帶。 ④對于不太重要的直流負(fù)荷及不能轉(zhuǎn)移的分路，利用“瞬時停電”的方法，查該分路中所帶回路有無接地故障。 ⑤對于重要的直流負(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，后隨時與調(diào)度聯(lián)系，并由二人及以上配合進行，其中一人操作，一人監(jiān)護并監(jiān)視表計指示及信號的變化。 （2）利用瞬時停電的方法選擇直流接地時，應(yīng)按照下列順序進行： ① 斷開現(xiàn)場臨時工作電源； 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 斷合信號回路； ⑧ 斷合操作回路； ⑨ 斷合蓄電池回路； 在進行上述各項檢查選擇后仍未查出故障點，則應(yīng)考慮同極性兩點接地。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)，再進一步采用取保險及拆端子的辦法，直至找到故障點并消除。 4．查找直流接地故障時的注意事項： 為了查找直流接地過程中不出現(xiàn)其它事故，查找時應(yīng)注意以下幾項： ① 當(dāng)直流系統(tǒng)一點接地時，禁止在二次回路上工作。 ② 瞬停直流電源時，應(yīng)經(jīng)調(diào)度同意，時間不應(yīng)超過3秒鐘，動作應(yīng)迅速，防止失去保護電源及帶有重合閘電源的時間過長。 ③ 為防止誤判斷，觀察接地現(xiàn)象是否消失時，應(yīng)從信號、光字牌和絕緣監(jiān)察表計指示情況綜合判斷。 ④ 防止人為造成短路或另一點接地，導(dǎo)致誤跳閘。 ⑤ 按符合實際的圖紙進行，防止拆錯端子線頭，防止恢復(fù)接線時遺留或接錯；所拆線頭應(yīng)做好記錄和標(biāo)記。 ⑥ 使用儀表檢查時，表計內(nèi)阻應(yīng)不低于2000歐/伏。 ⑦ 查找故障，必須二人及以上進行，防止人身觸電，做好安全監(jiān)護。 ⑧ 防止保護誤動作，必要時在順斷操作電源前，解除可能誤動的保護，操作電源正常后再投入保護。 ⑨ 禁止用燈泡查找接地點，以防直流回路短路。 ⑩ 盡量避免在高峰負(fù)荷時進行。