本實用新型涉及電力檢測技術領域，具體涉及一種交流竄入故障告警及防誤動裝置。

背景技術：

直流電源系統(tǒng)是給保護提供動力電源的系統(tǒng)，它的穩(wěn)定性、可靠性如何，直接影響保護的工作狀況，其中交流竄入直流電源系統(tǒng)是影響直流電源系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性的主要故障之一，它可以直接導致保護誤動，從而產生嚴重的系統(tǒng)故障。

從目前了解的情況看，目前國內有很多針對交流竄入直流電源系統(tǒng)告警與選線的裝置、專利以及期刊等相關的技術方案。例如：(1)名稱：變電站用交流竄入直流電源報警裝置，申請專利號：CN201220534548.0，公開號：CN202854307U，公開日期：2013-4-3；(2)名稱：一種變電站直流電源系統(tǒng)的交流竄入預警監(jiān)控裝置，申請專利號：201310698981.7，申請時間：2013.12.18；

但目前已存在的產品或技術方案絕大多數的直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置是沒有具備交流竄入的檢測功能的，少數的直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置是具備了交流竄入告警與選線的功能，也可以進行交流波形錄波，但只是簡單的具有監(jiān)測交流竄入直流系統(tǒng)故障，并告警與選線定位功能而已，并沒有專門針對發(fā)生這種交流竄入直流電源系統(tǒng)做進一步的保護措施。已有的產品和技術主要存在的缺點有：

第一，目前大部分的產品或技術方案只是對交流竄入直流電源系統(tǒng)故障進行監(jiān)測和選線定位功能；

第二，目前為止，基本沒有任何的產品對已發(fā)生交流竄入直流電源系統(tǒng)故障采取防誤動防范措施，來減低誤動風險。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本實用新型提供了一種交流竄入故障告警及防誤動裝置，具體技術方案如下：

一種交流竄入故障告警及防誤動裝置包括取樣隔離單元、放大濾波單元、AD采樣單元、主處理器MCU單元、顯示單元、告警輸出單元、存儲單元、電容控制單元、電容輸出單元；所述取樣隔離單元與放大濾波單元連接；所述放大濾波單元與AD采樣單元連接；所述AD采樣單元與主處理器MCU單元連接；所述顯示單元、告警輸出單元、存儲單元、電容控制單元分別與主處理器MCU單元連接；所述電容輸出單元與電容控制單元連接；所述取樣隔離單元包括分壓取樣模塊、隔離模塊；所述分壓取樣模塊采用電阻R1、電阻R2分壓，采用電阻R3取樣；所述隔離模塊包括交直流隔離模塊、光電隔離模塊；所述交直流隔離模塊通過電容C實現；所述光電隔離模塊通過隔離線性光耦實現；交流信號竄入直流電源系統(tǒng)后依次經過電阻R1、電阻R2分壓和電阻R3取樣后輸入至電容C進行交直流隔離和輸入至隔離線性光耦進行光電隔離，交流信號經過分壓取樣和隔離后依次輸入至放大濾波單元、AD采樣單元處理后輸入至主處理器MCU單元進行處理，再輸入至顯示單元、存儲單元，當主處理器MCU單元判斷交流信號的幅值大于設定的閾值，主處理器MCU單元會啟動告警輸出單元和電容控制單元，電容控制單元控制電容輸出單元在直流系統(tǒng)的母線和大地之間投入對應的電容器；所述交流信號的頻率為50Hz；所述設定的閾值為10V。

進一步，所述隔離線性光耦的放大倍數為8倍。

進一步，所述放大濾波單元包括放大電路、濾波電路；所述放大電路包括放大倍數為40倍的一級低通放大器，所述濾波電路為低通濾波電路。

進一步，所述AD采樣單元采用的是12位AD芯片采樣，基準電壓為2.5V。

進一步，所述主處理器MCU單元選擇STM32系列單片機作為CPU，用于實時監(jiān)控交流竄入故障，對交流信號進行實時采樣，并通過FFT算法對采樣到的數字信號序列進行傅里葉變換。

進一步，所述顯示單元包括液晶顯示屏。

進一步，所述告警輸出單元包括語音告警、指示燈告警。

進一步，所述電容控制單元包括繼電器。

進一步，所述電容輸出單元中的電容根據電容控制單元輸出的控制信號調整電容器的大小。

本實用新型具有以下有益效果：

1、適用于變電站或發(fā)電廠中220V/110V/48V等不同電壓等級直流電源系統(tǒng)；

2、能檢測0V至285V以內各種幅值的交流竄入故障；

3、能對交流瞬間竄入直流系統(tǒng)的監(jiān)測，告警時間小于0.2秒，并且進行交流波形錄波，有利于日后對發(fā)生的事故進行進一步研究分析；

4、能對竄入交流的支路進行選線定位，方便工作人員進行接地故障的排查；

5、可以根據交流竄入的電壓幅值大小，自動選擇在直流電源母線與大地之間投入合適的容性負載，這樣就可以減少交流竄入直流電源系統(tǒng)的交流電壓幅值，從而可以大大降低直流電源系統(tǒng)因交流電源竄入故障導致保護誤動的風險；

6、可以實時監(jiān)控直流電源系統(tǒng)的安全運行情況，能及時發(fā)現交流竄入故障，及時告警，有利用于及時處理故障，有利于提升變電直流系統(tǒng)運行管理水平，有利于提高變電站設備運行可靠性，減少重、特大事故發(fā)生，使投入資金創(chuàng)造更高的經濟效益與社會效益。

附圖說明

圖1是本實用新型一種交流竄入故障告警及防誤動裝置的原理示意圖；

圖2是本實用新型一種交流竄入故障告警及防誤動裝置的檢測原理示意圖；

圖3是本實用新型一種交流竄入故障告警及防誤動裝置的電容控制輸出原理圖。

具體實施方式

為了更好的理解本實用新型，下面結合附圖對本實用新型作進一步說明：

如圖1所示，一種交流竄入故障告警及防誤動裝置包括取樣隔離單元、放大濾波單元、AD采樣單元、主處理器MCU單元、顯示單元、告警輸出單元、存儲單元、電容控制單元、電容輸出單元；所述取樣隔離單元與放大濾波單元連接；所述放大濾波單元與AD采樣單元連接；所述AD采樣單元與主處理器MCU單元連接；所述顯示單元、告警輸出單元、存儲單元、電容控制單元分別與主處理器MCU單元連接；所述電容輸出單元與電容控制單元連接；所述取樣隔離單元包括分壓取樣模塊、隔離模塊；所述分壓取樣模塊采用電阻R1、電阻R2分壓，采用電阻R3取樣；所述隔離模塊包括交直流隔離模塊、光電隔離模塊；所述交直流隔離模塊通過電容C實現；所述光電隔離模塊通過隔離線性光耦實現；交流信號竄入直流電源系統(tǒng)后依次經過電阻R1、電阻R2分壓和電阻R3取樣后輸入至電容C進行交直流隔離和輸入至隔離線性光耦進行光電隔離，交流信號經過分壓取樣和隔離后依次輸入至放大濾波單元、AD采樣單元處理后輸入至主處理器MCU單元進行處理，再輸入至顯示單元、存儲單元，當主處理器MCU單元判斷交流信號的幅值大于設定的閾值，主處理器MCU單元會啟動告警輸出單元和電容控制單元，電容控制單元控制電容輸出單元在直流系統(tǒng)的母線和大地之間投入對應的電容器；優(yōu)選地，交流信號的頻率為50Hz；設定的閾值為10V。

取樣隔離單元包括分壓取樣模塊、隔離模塊；分壓取樣模塊包括電阻R1、電阻R2、取樣電阻R3，如圖3所示；隔離模塊包括交直流隔離模塊、光電隔離模塊；交直流隔離模塊通過電容C實現，如圖3所示；光電隔離模塊通過隔離線性光耦實現；隔離線性光耦的放大倍數為8倍。

放大濾波單元包括放大電路、濾波電路；放大電路包括放大倍數為40倍的一級低通放大器，濾波電路為低通濾波電路。

AD采樣單元采用的是12位AD芯片采樣，基準電壓為2.5V。因此12位的AD轉換芯片的分辨率為0.6mV。通過對分壓電阻、電容C以及放大電路選擇合理的參數，電阻R1、R2參數分別為500k/1W，電容C為105/400V，即容抗為3.18k，取樣R3電阻為190歐姆。由于隔離線性光耦為8倍放大關系，放大電路的放大倍數為40倍，所以保證了285V的交流信號經過電路處理后在AD采樣處信號的有效峰峰值不大于2.5V，計算公式：285V*500/（500+500）*0.18/(3.18+0.18)*8*40=2.442V<2.5V，那么按照理想比例的情況下有效值為0.1V的交流信號在AD采樣處的信號有效值為0.877mV，計算公式：1000*0.1V*2.5V/285V=0.877mV，因此0V-285V的交流竄入直流系統(tǒng)，對于分辨率為0.6mV的AD采樣芯片來說是完全可以捕捉到的。

主處理器MCU單元選擇的是ST公司的STM32系列單片機中的STM32F407ZGT6作為CPU，用于實時監(jiān)控交流竄入故障，對交流信號進行實時采樣，并通過FFT算法對采樣到的數字信號序列進行傅里葉變換。STM32F407ZGT6選擇的是72M的系統(tǒng)時鐘，單指令周期最小13.9nS；50Hz的交流信號每個周期采集40個數據，每個采樣數據間隔0.5mS，可以60mS內記錄下竄入的交流信號波形，可以做到預警時間小于0.2S。

優(yōu)選地，顯示單元包括液晶顯示屏。

優(yōu)選地，所述告警輸出單元包括語音告警、指示燈告警；主處理器MCU單元實時監(jiān)控交流竄入故障，當監(jiān)測到的交流幅值超過設定的閾值10V時，即主處理器MCU單元控制告警輸出單元發(fā)出聲光告警信息，即發(fā)出語音告警、指示燈告警，且主處理器MCU單通過電容控制單元的繼電器將電容輸出單元的電容器投入到直流系統(tǒng)母線與大地之間，電容輸出單元中的電容可以根據電容控制單元輸出的控制信號調整電容器的大小。

如圖2所示，50Hz交流電源竄入直流系統(tǒng)后，經過電阻R1、R2分壓、電阻R3取樣再經過電容C進行交直流隔離、隔離線性光耦進行光電隔離再輸入至放大電路和濾波電路，經過放大電路和濾波電路處理后，由AD采樣單元進行采樣并進行AD轉換，將模擬信號轉換為一系列的數字序列提供給主處理器MCU單元通過FFT算法對采樣到的數字序列進行傅里葉變換并輸入到液晶顯示屏顯示和輸入到存儲單元進行存儲。

如圖1和3所示，如果竄入直流系統(tǒng)的交流信號幅值達到或者超過設定的閾值10V主處理器MCU單元則進行告警輸出，再根據測量到的交流電壓幅值的大小，進行計算、分析、處理并通過電容控制單元控制將電容器接入到直流母線與大地之間。

如圖3所示，當發(fā)生交流經過電阻或者電容隔離竄入直流電源系統(tǒng)后，直流系統(tǒng)母線對地電壓中存在著交流成分，其幅值的大小V1與直流系統(tǒng)橋電阻R1、橋電阻R2的大小及竄入回路電阻R4有關系，而且幅值的大小就等于直流系統(tǒng)橋電阻R1、橋電阻R2與竄入回路電阻R4構成分壓回路后在橋電阻R1上的分壓。因此通過改變橋電阻R1的大小就可以改變交流竄入直流電源系統(tǒng)的交流電壓幅值V1的大小，從而實現裝置在發(fā)生交流竄入直流電源系統(tǒng)故障后，自動采取補救措施，降低交流竄入的電壓幅值，降低誤動風險，實現防范因交流竄入故障而引發(fā)誤動事故。具體如下：當發(fā)生交流經過電阻或者電容隔離竄入直流電源系統(tǒng)的正極后，根據圖2的檢測原理，測量到竄入到直流電源系統(tǒng)后，母線對地的交流電壓幅值為V1，其計算公式為：

V1=Vac*{R1/(2*R4+R1)}；

其中Vac為交流電源的電壓，電阻R1=R2，R4為竄入回路電阻；

裝置根據V1的大小關系，在負極與大地之間接入一個電容C1后，直流母線對地的交流電壓幅值為：

V2=Vac/{1+(R4/Rc)+(2*R4/(R1)}；

；

其中Rc為電容C1的容抗，f為交流信號的頻率，C1為電容C1的大??；

根據上面的公式可得：對于50Hz的交流信號竄入直流電源系統(tǒng)，電容C1增加，容抗Rc減小，母線對地的交流電壓V2減?。环粗娙軨1減小，Rc增大，母線對地交流電壓V2增大。因此通過改變接入直流母線與大地之間的電容C1的大小可以調節(jié)發(fā)生交流電源經過電阻或者電容竄入直流電源系統(tǒng)故障的交流電壓幅值V2的大小，從而降低因發(fā)生交流竄入故障而引起誤動的風險，達到防范誤動的目的。

本實用新型不局限于以上所述的具體實施方式，以上所述僅為本實用新型的較佳實施案例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。