(一)所属技术领域：

本发明针对解决串交流、直流接地和直流短路等直流系统电源故障影响或造 成其他电源直流主设备事故扩大的技术难题，提出新的解决措施和方法，并以 此新的解决措施和方法提出直流系统设计的新工艺、思路、原理和方法，更新 了直流系统设计理念，解决了目前直流系统存在的技术难题，适用于任何直流 系统及直流操作电源系统的领域。

(二)背景技术：

目前，在大型企业或电力系统中，直流系统操作电源都是常规的设计：包含 蓄电池组、整流充电装置、配电回路和监控及绝缘监察装置等，直流母线经开 关(或熔断器)直接到主设备的操作电源，存在的问题是：直流电源系统故障 (如串交流、直流接地、直流短路等)可以经过直流母线直接影响到其他直流 操作电源及主设备的安全运行，造成其他操作电源回路的主设备误动或拒动使 事故扩大，目前直流系统普遍使用的绝缘监察及选线装置为交流注入法，对经 过改进的直流系统整流回路接地故障无法正确判断，部分利用霍耳传感器的绝 缘监察及选线装置对直流采样精度要求比较高，不容易实现，巡检周期长。

近年来大量的微电子和新技术应用，设备运行可靠性要求也比较高，特别是 直流系统操作电源的可靠性要求也越来越高，由于直流操作电源故障造成大的 事故和损失比较多，特别是串交流、直流接地、直流短路等问题造成电厂全厂 停电、跳机组和造成设备损坏等事故比较多，在这种背景下本人经过理论分析 和试验，针对串交流、直流接地、直流短路等问题进行专题研究和调查，提出 了新的解决方法和措施，并以此新的解决方法和措施提出了新型直流系统及其 相应配套附件的设计新工艺、思路、原理和方法，解决了目前存在的技术难题。

(三)发明内容：

直流电源系统故障(如串交流、直流接地、短路等)时，故障源经过直流母 线直接影响到其他直流操作电源及主设备安全运行，造成其他操作电源回路的 主设备误动或拒动使事故扩大，针对此问题，采取在易误动的重要继电器线圈 并联分流电阻，在重要电气设备之间通讯联系，在直流电源支路装整流回路、 DC/DC直流转换隔离装置和跳闸(断开)功能的直流专用开关等措施，减弱或隔 离了故障源的影响。在此提出直流系统设计的新思路、原理和方法：采用高精 度不平衡电流专用霍耳传感器和带跳闸(断开)功能的直流专用开关，增加接 地阻容回路增大接地支路的不平衡电流，提高测量灵敏度，分布式就地监控模 块完成母线电压、不平衡电流、开关状态等数据的采集和传输，监控中心按设 计的逻辑完成所有的数据处理和报警，并通过分布式就地监控模块，向故障支 路发跳开关指令，带跳闸功能的开关或关断功能的电子开关接到命令后及时断 开故障支路，缩小了直流电源故障影响的范围，解决了因直流短路、串交流和 直流接地故障造成主设备误动等事故扩大的技术难题。

本发明解决串交流、直流接地和直流短路等主要问题而提出的解决措施和方 法及直流系统设计新工艺、原理、思路和方法所采用的技术方案(附图1：为本 发明的新型直流系统设计电路原理示意图)具体内容：

1、支路串交流或直流接地影响到其他直流操作电源回路主设备的安全运行， 造成开关或保护误动的原理分析。如图2：假设的直流电源支路11和支路12均正 常运行，支路11远控接点CKJ11未通，支路11中的继电器线圈ZJ11不动作，某时 刻支路12的负电源串交流电源E12故障，此交流电源E12必然经过支路12的开关 QFK12和直流母线-KM11、支路11开关QFK11到继电器线圈ZJ11的一端(负电源 端)，线圈ZJ11的另一端(正电源端)经电缆的分布电容C11与地连接，构成交 流电源E11的闭环回路，如果交流故障电源E12在分布电容C11上产生的电流比较 大(如0.1A)，即流过继电器线圈ZJ11的交流电流(如0.1A)大于继电器线圈ZJ11 的动作电流(如0.05A)时将造成继电器线圈ZJ11的误动作(接点CKJ11未通，继 电器线圈ZJ11不该动而误动)。如果支路12的负电源E12某时刻突然接地(E12的 电压为零，电阻为零)，电容上积累的电能也经上述同样的路径构成闭环回路， 电容的放电电流足够大的话也容易造成继电器线圈ZJ11的误动作。如托克托电 厂“10.25”事故等就是上述原因和原理造成事故扩大的案例。对于直流电源支路 短路，如果支路直流开关未跳开或越级直流开关总开关跳开，可能造成主设备 拒动而使事故扩大。解决的方法和措施：

解决的方法一，对继电器的防护措施：在易于误动的重要出口继电器线圈的 两端并联分流电阻，如图3，在继电器线圈ZJ11的两端并联一个阻值适当的电阻 R11，继电器线圈ZJ11的交流阻抗比较大，当发生上述串交流电源E12(或接地) 故障时，分布电容C11上的电流Ic11(如0.1A)，经过电阻11的分流(Ir11＝0.09A)， 使流过继电器线圈ZJ11的电流(0.01A)小于动作值(0.05A)即可，继电器ZJ11不 会误动作，减弱了故障源的影响。

解决的方法二，对电缆电容泄露、电缆接地等采取的防护措施：在需要电气 电缆联系的状态、信号和控制接点的设备上设计加装分布式就地监控模块，设 备之间利用通讯传输所有的数据、开关量和跳闸命令等，重要设备设计双电源、 双模块、双通讯，提高可靠性，如发变组保护与ECS、发电机出口开关(设分布 式就地监控模块)、线路开关(设分布式就地监控模块)、主变压器本体(设分 布式就地监控模块)、线路保护等设备之间的电气数据(模拟量、开关量、跳闸 命令等)全部通过通讯传输，各主设备之间只有电源电缆和通讯电缆或光缆联 系，减少了电缆的敷设量和电缆故障点，提高了抗干扰能力，隔离或减弱了直 流电源故障对其他主设备保护和控制回路的直接影响。

解决的方法三，对直流电源系统采取的防护措施：(1)、在直流母线上所有 支路及其下级支路直流电源开关出口，加装整流回路(整流二极管)作为隔离 措施，当发生串交流或接地故障时，利用整流二极管的单方向性通电的原理， 隔离并削弱了串交流电源对其他直流电源回路的影响，如图4，假如正负直流母 线对地正常电压为+55V和-55V，在直流电源支路11和支路12的开关QFK11和 QFK12下口各串两个隔离二极管(容量适当)D111、D112、D121、D122，当发生 上述串交流电源E12(如220VAC)故障时，交流电源E12经过二极管D122，当E12 的电压(a点)大于直流母线电压-KM11(b点，-55V)时有效(图5中-55V直线 以上部分)，当E12的电压(a点)小于直流母线电压-KM11(b点，-55V)时(图 5中-55V直线下部分，即虚线的负峰值部分)由于二极管D122的单方向性被截止， 在直流母线-KM11上，只有图5中-55V直线上部分的波形，即虚线的负峰值部分 被削掉了，直流母线-KM11上的电源再经过二极管D112的同样的作用，二极管 D112的负载端(d点)正常最高对地电压+55V，即当二极管D112的母线端的电压 (c点)小于二极管D112的负载端(d点)电压时(图5中+55V直线上部分，即虚 线的正峰值部分)也由于二极管D112的单方向性被截止，串交流接地电源E12在 支路11中只能表现为范围内的直流电源。并且由于二极管D112、D122的单方向 性，串交流E12故障电源在电缆的分布电容C11上不产生交流信号，构不成交流 电源E11的闭环回路，支路12串交流E12故障对支路11继电器线圈ZJ11没有任何 影响。在发生上述E12接地故障(E12为0)时，分布电容C11的电能由于二极管 D122和D112的隔离作用也不能经过支路11继电器线圈ZJ11和接地点E12对地放 电，对继电器线圈ZJ11也没有任何影响。同样在支路12正极发生串交流和直流 接地等故障时隔离二极管D121和D111也能起到上述同样的作用，解决了串交流 和直流接地等故障不影响其他分支回路的安全运行。(2)、在直流母线上所有支 路及其下级支路直流电源开关出口，设计新的DC/DC直流专用的转换隔离装置， 如图1支路21的DC/DC电能转换器DC/DC21，即输入、输出均为相等的直流电能转 换器，具有电气隔离作用，当支路21的负载端发生串交流、接地、短路等直流 电源故障时，由于直流转换器的隔离作用，故障点只对支路12的负载起作用， 隔离了对其他直流电源回路的影响，并把内部故障等信号传输给分布式就地监 控模块(如图1的MK2)。

解决的方法四，对支路电源开关采取的防护措施：(1)、设计新的直流专用 开关(如图1的QFK11、QFK12等)，此直流专用电源开关设计具有开关状态接点 (开关合状态)、动作接点(过流等非正常跳闸)和接受外部跳闸命令跳开关等 功能(外部保护接点跳开关功能)，接到外部跳闸令(如图1的分布式就地监控 模块MK1的出口跳闸接点)具有跳开关的功能(如图1的QFK11、QFK12等开关)， 根据采样数据计算和逻辑分析及时跳开故障电源支路，如图1的支路11故障，监 控中心通过分布式就地监控模块MK1的出口跳闸接点断开QFK11开关，隔离了支 路11故障点对其他直流系统的影响。(2)、设计直流专用的电子开关(如图1的 GFK11)，分为接受有源接点关断电子开关、无线遥控关断电子开关和串口通讯 关断电子开关三种，同上述设计新的直流专用开关(如图1的QFK11)作用一样， 接到外部关命令(如图1的分布式就地监控模块MK0的出口跳闸接点或通过无线、 串口通讯等传输的断开指令)关断相应功能的电子开关(如图1的GFK11)的功 能，并具有状态信号传输给分布式就地监控模块(如图1的MK0)。隔离了支路1 故障点对其他直流系统的影响，缩小了直流电源故障影响的范围。

解决的方法五，对直流系统接地选线改进的措施：如图1，由于在上述解决 方法三中提出了直流电源支路中增加整流二极管(如图1中D11、D12、D111、D112 等)或DC/DC直流电能转换器(如图1中DC/DC21)作为隔离措施，传统的直流系 统接地选线装置已不能满足要求，直流系统接地选线设计采用新的高精度直流 不平衡电流(如图1中霍耳传感器H1、H11、H12等)来判断接地并选出正确支路， 直流不平衡电流专用霍耳传感器设计为串过铁心的一次线圈为一组两根不同容 量的电源接线，并根据要求一次线圈缠绕多圈(相当于测量一次直流泄露电流 的多倍)，提高了测量精度和灵敏度。设计增加接地阻容回路(如图1的电阻R0 和电容C0)，经过直流系统监控系统(监控中心和分布式就地监控模块MK0)的 数据分析和逻辑判断，由监控中心通过分布式就地监控模块MK0控制继电器(负 极接地为K1，正极接地为K2)动作，选择母线投入接地阻容回路，增大接地支 路故障时的不平衡电流，提高测量灵敏度，并在接地阻容回路中增加霍耳传感 器(如图1的霍耳传感器H0)测量接地泄露电流用于辅助判断，迅速准确判断接 地线路和接地点，阻容回路串接的电容(如图1的电容C0)，避免在接地检测及 选线过程中(也即是接地阻容回路的继电器(K1或K2)投到退的时间内)直流 母线的直接接地，降低了直流母线的故障率。

2、针对串交流、直流接地和直流短路等直流系统故障影响或造成其他直流 回路主设备事故扩大的问题，上述解决方法一、二只能在主设备采取的设计新 工艺、方法和措施，在直流系统设计中，按上述的解决方法三、四、五中详细 描述的措施，提出在各直流支路设计加装整流二极管或DC/DC直流电能转换器等 隔离措施、设计高精度测量直流不平衡电流的霍耳传感器和增加接地阻容回路 判断接地选线、设计带跳闸功能直流专用开关或关断功能直流专用电子开关缩 小直流电源故障影响的范围、设计分布式就地监控模块和直流集中监控系统(监 控中心)实时监控等新型直流系统的设计新工艺、思路、原理和方法。

上述提出的新型直流系统设计中，在直流负荷中心增加设计直流配电分屏， 设计分屏内各支路带跳闸(或关断)功能的直流专用开关、整流二极管或DC/DC 直流电能转换器、直流不平衡电流的专用霍耳传感器，在直流母线上设计增加 接地阻容回路，已在上述的解决方法三、四、五中详细描述过，设计专用的分 布式就地监控模块对分屏内各直流配电支路和母线参数集中监控，具有实时监 测和采集模拟量数据(就地实时测量母线电压、支路不平衡电流、母线绝缘电 阻等)、开关量输入(支路开关状态、事故跳闸信号或保险熔断信号)、控制命 令输出(开关量输出，可以根据条件远方跳支路开关)和通讯等功能，接到监 控中心启动巡检指令后，各分布式就地采集监控模块同步完成母线电压、各支 路不平衡电流各支路开关状态等数据采集及最大值、加权平均值等初步计算， 及时将数据传输到监控中心，接到监控中心跳故障支路命令后，及时选择性跳 故障支路开关或关断相应的电子开关。

上述提出的新型直流系统设计中，直流集中监控系统(监控中心)按设计 的逻辑框图(如图10-图14)完成所有的数据处理和报警，并通过分布式就地监 控模块(如图1中MK0、MK1、MK2)，向故障支路(如图1中支路11)发跳开关命 令，直流专用开关(如图1中QFK11等)或直流专用电子开关(如图1中GFK1)接 到外部跳闸令立即跳开故障点支路开关(上述解决方法四)，从故障开始到选出 正确支路并跳开故障点支路开关，只需很少的时间(如几十毫秒)，缩减了巡检 周期，提高了反应速度，能及时采取措施(跳支路电源开关)，降低了因串交流 和直流接地、短路等直流故障造成其他主设备事故扩大的概率。

直流集中监控系统(监控中心)，通过与分布式就地监控模块和整流模块等 通讯，实时采样和分析测试直流电源纹波系数，对直流系统电压实时监控，对 电池组及蓄电池的充放电电流自动或手动测量，分析测试直流蓄电池及蓄电池 组的充放电特性，判断直流蓄电池的品质。集直流绝缘监察及选线、充放电整 流模块监控、蓄电池充放电特性测试和曲线录制、直流母线电源的品质分析等 装置的主要功能于一身的直流集中监控系统。减少了直流系统设备的投资，也 减少了故障点，提高了直流系统的运行可靠性。

直流集中监控系统(监控中心)采用工控机和中文WINDOWS操作系统，易于 熟悉、操作、系统编程和软件升级等，存储器的容量大，可以存储更多的故障 及录波数据，设有掉电保存数据功能，保存故障时或手动启动录波时的各测点 数据(包括启动前后一段时间的录波数据)，实现高分辨事件记录，可在本机绘 图，利用缩放功能，可以观察到最细微的细节。具备参数设置、设备自检、事 故记录、报警、打印和与其它系统通讯的以太网、UBS、串行及语音接口等功能。 监控中心就其接地选线的逻辑功能详述如下：

(1)、对支路接地(或串交流)故障时，如图6支路11的R11接地或E11串交 流故障，主要有直流母线对地电压不平衡(如图6直流母线±KM1和±KM11的母 线电压)及接地支路直流电流不平衡(如图6的H1、H11)等现象，如图10启动 及返回判断逻辑图，通过正负母线对地电压偏移程度(母线正对地电压值-母线 负对地电压值＝母线电压偏移值)来判断：金属性接地(偏移值/额定值大于整 定值)、非金属性接地(偏移值/额定值在合适的范围)、正极接地(偏移值为负 值小于零)、负极接地(偏移值为正值大于零)、母线绝缘正常无接地(偏移值/ 额定值小于整定值)，串交流时对地电压为交流的峰值电压与母线电压的综合， 当峰值电压大于直流额定电压(如1.2倍)时判为串交流。

如图10启动及返回判据逻辑框图，实时采集并计算出母线电压、正负对地 绝缘电阻值和绝缘电阻值变化率等，并根据母线对地电压变化率、母线电压偏 移的变化率和绝缘电阻值变化率三个条件中任一值大于对应的启动值都启动接 地选线程序，同时启动各分布式就地监控模块数据采集和计算，并根据接地母 线的正(或负)极性分别投入继电器K2(或K1)将接地阻容回路投入于负(或 正)母线，增大接地支路泄露电流。启动后或当母线电压及母线绝缘恢复正常 值再延时到一定时间，退出接地阻容回路的继电器K2(或K1)，并接通接地阻容 回路的对地放电电阻(如图1中电阻R01)，释放电容(如图1中电容C0)的能量， 以备下次投入时电容(如图1中电容C0)无电荷，阻容回路的电阻值(如图1中 电阻R0和R01)和电容值(如图1中电容C0)选择满足各支路和阻容回路的接地 不平衡电流采样周期和采样精度即可。

在继电器K1(或K2)动作这段时间(即接地阻容回路投到退的时间)内， 通过分布式就地监控模块同时启动采集所有支路接地不平衡电流(如图6的H1和 H11等)和接地阻容回路的接地泄露电流(如图6的H0)，分析计算采集数据的最 大值和加权平均值(以下所说的接地电流、不平衡电流或接地泄露电流等均分 别为对应的最大值和加权平均值两组)，并将数据及时传输给监控中心分析处 理。

(2)当发生直流接地(或串交流)时，由直流系统的监控中心根据上述图 10启动及返回判据逻辑框图判断并确认接地故障类型，启动接地选线进程，如 图6的R11负极接地，投入K1正母线接地阻容回路，如图12支路串交流或接地判 别逻辑框图，接地支路霍耳传感器检测的接地不平衡电流(如图6的H1和H11等) 大于设定值，不接地的其他支路霍耳传感器检测的接地不平衡电流(如图1的H12 等)小于设定值，同时投入的接地阻容回路的霍耳传感器检测的接地泄露电流 (如图6的H0)大于设定值，选择正确的接地支路号。

直流接地与直流串交流故障的区分：当有交流串入直流时，如图6的E11正 极串交流故障，对地采样母线电压(如图6直流母线±KM1和±KM11的母线电压) 大于直流额定电压(如1.2倍以上)为主要判据。另外，投入K2负母线接地阻容回 路，接地支路的霍耳传感器检测到的接地不平衡电流(如图6的H1和H11等)为 本身的直流泄露电流和交流电源通过其他所有支路的总对地泄露电流，因此接 地支路的霍耳传感器检测到的接地不平衡电流(如图6的H1和H11等)将大于接 地电阻为零的金属性接地不平衡电流(设定值)，加装的接地阻容回路的霍耳传 感器检测到的接地泄露电流(如图6的H0)也大于设定值，作为串交流的辅助判 据。

当直流母线±KM有接地或串交流时，启动接地选线进程，如图7的R0或E1 母线负极故障，投入K1正母线接地阻容回路，如图11母线接地和串交流判别逻 辑框图，所有支路接地不平衡电流(如图7的H1)均小于启动值，但母线电压不 平衡满足条件(偏移值/额定值大于整定值)，同时投入的接地阻容回路的霍耳 传感器检测的接地泄露电流(如图7的H0)也大于设定值，为母线接地故障，另 外母线对地电压大于直流额定电压(如1.2倍以上)为串交流主要判据，加装的接 地阻容回路的霍耳传感器检测到的接地泄露电流(如图6的H0)也大于设定值作 为串交流的辅助判据。

当两点以上接地或串交流时根据上述同样的原理选出不同的支路号和接地 点，并分析各接地点的接地故障类型，采取相应的措施(包含报警、跳支路、 录波和保存数据和图形等)。

以上判据都分别按最大值和加权平均值来判断接地点和接地故障类型。如 图10至图12逻辑框图，按最大值、加权平均值和对地采样电压等条件满足设定 的逻辑或关系报警，满足设定的逻辑与关系后，再根据开关状态、装置设置、 设备运行情况和装置故障报警等开放闭锁条件，发跳故障支路开关命令(或关 断故障支路电子开关)和报警并及时录取事故点的波形数据，形成数据库文件 和图形文件。

(3)、对于直流系统支路中存在环路的判断和处理，如图9，支路1开关QFK1、 支路2开关QFK2和±KM11与±KM21的母线联络开关MK12都合闸时，支路母线± KM11与±KM21环路运行。如图13支路母线环路运行判别逻辑图，根据2个母线的 支路开关(如图9的QFK1、QFK2)和联络开关(如图9的MK12)的合闸状态接点 判断2段独立支路母线经联络开关环路运行。另外，在没有直流接地的情况下， 2段独立直流母线经联络开关环路运行，环路运行前后的电气特征变化：2组母 线及2组支路母线(如图9的±KM11与±KM21)对地的绝缘电阻平衡，无母线及 支路接地情况；2组支路母线电压、对地电压和对地绝缘由原先的不相等突然相 同；对于2段独立直流母线进线支路的霍耳传感器监控的不平衡电流(如图9的 H1与H2)都突然大(大于设定值)，其下级各支路均无不平衡电流(如图1的H11、 H21等)(小于设定值)；环路母线的进线支路的霍耳传感器检测的不平衡电流方 向相反(如图9的H1与H2电流方向相反)；根据上述4个条件分别按最大值和加权 平均值来辅助判断2段独立支路母线经联络开关环路运行。并根据判断的情况， 采取相应的措施(包含报警、跳联络开关、录波和保存数据和图形等)。

(4)、对于直流系统支路中短路的判断和处理，如图9，支路11的出线发生 短路d11，如图13支路短路判别逻辑图，根据支路电流(如图9，支路11的电流 H11和总支路1的H1)大于设定值和电流变化率(如图9，支路11的电流H11和总 支路1的H1)大于设定值，按如图13的支路短路和过负荷判别逻辑框图来判断： 过负荷、合闸脉冲电流和短路电流，分别按最大值和加权平均值来判断支路短 路故障。按最大值、加权平均值计算条件满足设定的逻辑或关系报警，满足设 定的逻辑与关系后，再根据开关状态、装置设置、设备运行情况和装置故障报 警等开放闭锁条件，发跳故障支路开关命令(或关断开关管)和报警，延时到 一定时间，短路支路开关未跳开(如图9支路11的QFK11拒动)，而此时支路电流 (如图9，支路11的电流H11和总支路1的H1)仍然大于短路设定值，根据支路总 开关(如图9支路1的QFK11或如图1支路1的GFK1等)的设置情况，跳支路总开关 (如图9支路1的QFK11或如图1支路1的GFK1等)。并及时录取事故点的波形数据， 形成数据库文件和图形文件。

(5)、实时采样直流母线电压的各项参数，分析测试直流电源纹波系数，对 直流系统电压实时纹波电压测试与监控。

(6)、对电池组的充放电电流自动或手动测量，分析测试直流蓄电池组的充 放电特性，对直流系统的电池组测试与监控。也可以扩展为对每一个蓄电池的 充放电电流自动或手动测量，分析测试所有直流蓄电池的充放电特性，判断直 流蓄电池的品质，采取相应的措施(包含报警、补充放电、录波和保存数据和 图形等)。

本发明专利的有益效果是：针对串交流、直流接地和直流短路等直流故障经 过直流母线直接影响到其他直流电源回路的主设备安全运行的技术难题，提出 新颖的解决方法和措施，并提出了直流系统新颖的设计思路、原理和方法，改 进了直流系统设计的新理念，解决了目前直流系统普遍存在的技术难题，可以 应用到所有直流系统设计中，实施后将大大降低直流系统故障造成主设备重大 设备事故和经济损失的概率，社会效益显著。

(四)附图说明

下面结合附图和实施例对本发明的新型直流系统设计原理、思路和方法进一 步说明。

图1：本发明的新型直流系统设计电路原理示意图。

图2：目前直流系统串交流(或接地)继电器误动的电路原理图。

图3：并联电阻解决直流系统串交流继电器误动的电路原理图。

图4：整流回路(二极管)作为隔离措施解决直流系统串交流。

图5：经整流回路(二极管)隔离的母线上对地电压波形图。

图6：支路串交流或接地电路原理图。

图7：母线串交流或接地电路原理图。

图8：母线环路电路原理图。

图9：支路短路电路原理图。

图10：启动及返回判据逻辑图。图9中，1：母线电压偏移程度大于设定值； 2：母线偏移电压的变化率大于设定值；3：母线绝缘电阻值变化率大于设定值； 4：正或负母线对地电压变化幅度大于设定值；5：启动绝缘选线进程及分布式 就地监控采样指令；6：母线绝缘电阻值大于设定值；7：母线对地电压恢复正 常；8：开始分析处理数据；9：母线绝缘正常；10：母线电压无偏移(偏移值/ 额定值小于10％(可以整定)以下)；11：非金属性接地(偏移值/额定值95％-10％ (可以整定)左右)；12：非金属性接地；13：金属性接地(偏移值/额定值大 于95％(可以整定)以上)；14：金属性接地；15：负极接地(偏移值为正值大 于零)；16：启动负极接地(K1动)；17：正极接地(偏移值为负值小于零)；18： 启动正极接地(K2动)。

图11：母线接地和串交流判别逻辑图。图11中，1：(母线对地电压/额定电 压)最大值大于设定值；2：所有支路接地不平衡电流最大值均小于设定值；3： (阻容回路的接地泄露电流/金属接地的泄露电流)最大值大于设定值；4：(阻 容回路的接地泄露电流/金属接地的泄露电流)加权平均值大于设定值；5：母 线负极串交流故障；6：母线正极串交流故障；7：所有支路接地不平衡电流最 大值均小于设定值；8：接地阻容回路的接地泄露电流最大值大于设定值；9： 母线接地信号；10：母线负极接地信号；11：母线正极接地信号；12：所有支 路接地不平衡电流加权平均值均小于设定值；13：接地阻容回路的接地泄露电 流加权平均值大于设定值；14：母线接地报警；15：母线负极接地故障；16： 母线正极接地故障；17：启动负极接地(K1动)；18：启动正极接地(K2动)。

图12：支路串交流或接地判别逻辑图。图12中，1：(母线对地电压/额定电 压)加权平均值大于设定值；2：(母线对地电压/额定电压)最大值大于设定值； 3：支路负极串交流信号；4：(支路接地不平衡电流/接地阻容回路的接地泄露 电流)最大值大于设定值；5：(支路接地不平衡电流/金属接地的泄露电流)最 大值大于设定值；6：支路串交流信号；7：支路正极串交流信号；8：(支路接 地不平衡电流/阻容回路的接地泄露电流)加权平均值大于设定值；9：(支路接 地不平衡电流/金属接地的泄露电流)加权平均值大于设定值；10：支路串交流 报警；11：支路负极串交流报警；12：支路正极串交流报警；13：支路接地不 平衡电流最大值大于设定值；14：接地阻容回路的接地泄露电流最大值大于设 定值；15：支路接地信号；16：支路负极接地信号；17：支路接地不平衡电流 加权平均值大于设定值；18：接地阻容回路的接地泄露电流加权平均值大于设 定值；19：支路接地报警；20：支路正极接地信号；21：支路直流开关状态合； 22：启动负极接地(K1动)；23：启动正极接地(K2动)；24：支路负极接地报 警；25：支路负极接地报警；26：设备运行状态；27：支路开关设置投跳；28： 装置自检无故障。

图13：支路母线环路运行判别逻辑图。图13中，1：母线1支路直流开关状态 合；2：母线2支路直流开关状态合；3：母线1和母线2的联络直流开关状态合； 4：母线联络环路运行报警；5：支路接地不平衡电流最大值均小于设定值；6： 接地阻容回路的接地泄露电流最大值小于设定值；7：母线1支路不平衡电流最 大值大于设定值；8：母线2支路不平衡电流最大值大于设定值；9：支路接地不 平衡电流加权平均值均小于设定值；10：接地阻容回路的接地泄露电流加权平 均值小于设定值；11：母线1支路不平衡电流加权平均值大于设定值；12：母线 2支路不平衡电流加权平均值大于设定值；13：母线1支路不平衡电流与母线2支 路不平衡电流方向反；14：(母线1对地绝缘电阻-母线2对地绝缘电阻母线)小 于设定值；15：联络直流开关设置投跳；16：装置自检无故障。

图14：支路短路过负荷判别逻辑图。图14中，1：支路电流最大值大于短路 设定值；2：支路电流变化率大于设定值；3：支路直流开关状态合；4：支路短 路跳闸报警；5：支路电流加权平均值大于短路设定值；6：支路电流变化率加 权平均值大于设定值；7：支路短路信号报警；8：支路开关设置投跳；9：支路 装置自检无故障；10：支路短路跳闸指令；11：支路短路拒动延时跳支路总开 关指令；12：支路总开关状态合；13：支路总开关设置投跳；14：支路总开关 装置自检无故障；15：支路总开关闭锁开放；16：支路电流最大值大于过负荷 设定值；17：支路电流变化率最大值小于设定值；18：支路过负荷信号报警； 19：支路电流加权平均值大于过负荷设定值；20：支路电流变化率加权平均值 小于设定值；21：支路过负荷跳闸报警；22：支路过负荷跳闸指令；23：支路 电流最大值小于设定值；24：支路电流变化率最大值大于设定值；25：支路电 流加权平均值小于设定值；26：支路电流变化率加权平均值大于设定值；27： 支路合闸脉冲信号报警。

(五)具体实施方式

在图1：本发明的实施例中，针对解决因串交流、直流接地和直流短路故障 造成主设备误动或拒动等事故扩大的技术难题，分别采用了带跳闸功能的直流 专用开关(QFK11等)、带关断功能的直流电子开关(GFK1)、隔离削弱交流电源 的整流二极管(D111、D112等)、直流隔离的DC/DC电能转换器(DC/DC21)、高 精度测量直流不平衡电流的霍耳传感器(H11、H21等)、为增大接地支路的不平 衡电流增加的接地阻容回路(K1、K2、R0、C0、R01)、分布式就地监控模块分 散监控和监控中心集中分析和处理等措施，电容C0避免检测时母线接地，R01 为C0放电时的限流保护电阻。

针对以上措施提出直流系统新颖的设计原理、思路和方法，如图1设计监控 中心1套，按设计的逻辑完成所有的数据处理和报警，并通过通讯与分布式就地 监控模块MK0、MK1、MK2联系，设有显示器和键盘等人机接口，直流母线±KM1、 ±KM2为主母线，分布式就地监控模块MK0监控直流母线±KM1的母线电压、所有 支路不平衡电流(图1支路1的H1等)及其所有支路开关或电子开关(图1支路1 为电子开关GFK1)，同时也传输执行监控中心的指令和开关量命令，分布式就地 监控模块MK0根据监控中心的指令驱动K1或K2继电器动作，分别用于在负极或正 极接地时投入接地阻容回路增大接地支路不平衡电流，直流母线±KM2也有上述 同样一套系统。支路1的支路直流母线±KM11也设置了一个分布式就地监控模块 MK1，监测和控制直流母线±KM11的母线电压、所有支路不平衡电流(图1支路1 的H11、H12等)及其所有支路开关或电子开关(如图1中支路11的直流专用开关 QFK11)，同时也传输执行监控中心的指令和开关量命令，分布式就地监控模块 MK1根据监控中心的指令分别跳开或关断±KM1上相应的支路开关。支路2的支路 直流母线±KM21也设置了一个分布式就地监控模块MK2，监测和控制直流母线± KM21的母线电压、所有支路不平衡电流(图1支路1的H21等)及其所有支路转换 隔离装置(如图1中支路21的直流DC/DC电能转换器DC/DC21)的状态和运行监视， 同时也传输执行监控中心的指令和开关量命令，分布式就地监控模块MK1根据监 控中心的指令分别跳开或关断±KM21上相应的支路开关或隔离装置。并及时报 警和启动故障及数据保存和录波功能，打印和保存数据库文件及波形图形文件 等。

监控中心通过通讯进行采集和处理分布式就地监控模块MK0、MK1、MK2及整 流装置等设备的数据，实现对直流系统电压实时监控，分析测试直流电源纹波 系数，对电池组及蓄电池的充放电电流测量和分析充放电特性，判断蓄电池的 品质。实现集直流绝缘监察及选线、充放电整流模块监控、蓄电池充放电特性 测试和曲线录制、直流母线电源的品质分析等装置的主要功能于一身的直流集 中监控系统，减少了设备投资，提高了设备的可靠性。

监控中心采用工控机和中文WINDOWS操作系统，易于熟悉、操作和系统编程 升级等，根据存储器的容量，可以存储更多的故障及录波数据，设有掉电保存 数据功能，保存故障时或手动启动录波时的各测点数据(包括启动前后一段时 间的录波数据)，实现高分辨事件记录，可在本机绘图，利用缩放功能，可以观 察到最细微的细节。采用工控机易于实现参数设置、设备自检、事故记录、报 警、打印和与其它系统通讯的以太网、UBS、串行及语音接口等功能。