利用不平衡電橋測量直流支路絕緣電阻的裝置及測量方法
2023-12-04 15:35:16 3
專利名稱：利用不平衡電橋測量直流支路絕緣電阻的裝置及測量方法
技術領域：
本發明屬於繼電器技術領域，尤其是一種利用不平衡電橋測量直流支路絕緣電阻裝置及測量方法。
背景技術：
為了保障電力系統的安全運行，發電廠、變電站、變電所、開閉站內的保護裝置、繼電器、跳合閘開關等工作電源均採用有蓄電池儲能的直流電源。該電源採用對地絕緣方式，當直流饋線發生一點接地時，不會影響系統的正常運行，但必須及時地找出接地點，排除故障。否則，當第二點接地時，可能造成繼電器或者保護裝置誤動作，釀成重大事故。
由於直流系統接線複雜、分支多，給判斷接地的故障線路造成一定的困難。在現有技術中，主要有以下兩種方法檢測故障。第一種是用歐姆定律直接計算。該方法是在每條出線上加裝一直流傳感器來檢測漏電流。當直流系統支路正、負饋線出現絕緣降低的情況時，必然會產生對地漏電流，通過漏電流變送器檢測此漏電流從而判斷出有故障的支路。現場往往是某條支路只出現正對地絕緣降低或者負對地絕緣降低，所以一般只要直接檢查漏電流就可以判斷那條支路出現故障。
未發生接地故障時，流過互感器的總電流為0，當經過電阻Rd接地時，直流CT一次電流Id＝(V+)/Rd，二次側電流I2＝Id/K，其中K為CT匝數比，從而可以計算出接地電阻Rd＝(V+)/(K×I2)，而I2為可測量電流所以可判斷出故障支路。該方法比較理想化，不需向直流系統注入信號，且不受線路對地電容的影響，直接採用二次側電流I2與直流母線電壓V+、V-來計算接地線路的電阻。但這種檢測方法只能判斷出故障支路，並不能計算出正、負饋線的絕緣電阻。另外還存在檢測死區的問題，當正負絕緣同時降低並且阻值相同時，流過互感器的總電流為0，此時從漏電流值上不能判斷出故障來。目前江都華宇生產的HM-2000型絕緣監測裝置採用此原理來判斷支路接地狀況。
第二種方法是在直流母線上注入低頻交流信號。該方法是在正負母線上平衡地對地注入一個低頻信號，一般為10-15V左右，經過電容注入母線，當支路絕緣降低時，交流CT檢測到的電流增大，從而判斷出支路故障。
每條出線加裝一交流CT，正常時，穿過CT的直流電流和為零，不會引起磁飽和。當接地時，KI2=Id+Ic,(V+)/(KI2)=Rd.]]>從公式中，我們可以看到，由於交流信號可以通過電容， 是客觀存在的，從而增加了絕緣電阻測量的誤差，因此，該方法選線存在的主要問題是線路對地電容的影響，影響檢測的正確性，而且，隨著微機保護的應用，一些廠家在電源與大地間接入抗幹擾電容以濾掉幹擾信號，又會使得每條支路對地電容增大，從而選線難度增加。目前北京思達星的WDCX-620絕緣監測裝置採用此原理來判斷支路接地狀況。
發明內容
本發明的目的在於提供一種利用不平衡電橋測量直流支路絕緣電阻的裝置及測量方法。
為了完成上述發明目的，本發明的技術方案是利用不平衡電橋測量直流支路絕緣電阻的裝置，該裝置包括CPU單元、入信號電路、開出電路、模擬量輸入電路、數模轉換器，模擬量輸入電路包括不平衡橋和信號採集電路，開入信號電路連接母線聯絡開關一端，判斷母線是並聯還是分段運行；模擬量輸入電路的不平衡橋並連在母線上，用電阻分壓將母線電壓信號轉換成弱電壓信號經模擬開關選通並通過數模轉換器輸入至CPU單元，模擬量輸入電路的信號採集電路與支路巡檢傳感器上的電壓信號輸出端連接，經模擬開關選通並通過數模轉換器將電壓信號輸入至CPU單元，CPU單元控制不平衡橋的切換和模擬開關的選通；CPU單元通過開出電路控制開出觸點的啟閉。
所述的CPU單元控制輸入信號電路的不平衡橋進行切換來檢測母線電壓是採用光繼電器來切換控制不平衡橋，使得CPU單元與母線電壓隔離。
所述的模擬量輸入信號即母線電壓信號和支路巡檢傳感器上的電壓信號，和CPU單元是通過線性光藕完全隔離。
利用不平衡電橋測量直流支路絕緣電阻的方法，該方法包括以下步驟a.開入信號電路判斷母線是並聯還是分段運行，如果是並聯則CPU單元控制不平衡橋與母線連接斷開退出系統，裝置不再檢測母線電壓；如果是分段運行則不平衡橋繼續與母線連接，裝置仍檢測母線電壓信號；b.不平衡橋通過K1光繼電器切換，使得母線正對地電壓U1、母線負對地電壓U2發生變化，從而使穿過互感器的電流和I發生變化，模擬量輸入信號電路採集母線正對地電壓、母線負對地電壓和支路巡檢傳感器上的電壓信號並通過數模轉換器輸入CPU單元，CPU單元通過算法算出正、負對地絕緣電阻值；c.CPU單元判斷有無故障發生，並進而判斷故障類型，如果數模轉換器傳來的電壓信號是過欠壓或算出的對地阻值是絕緣降低則CPU單元發出聲光報警，並同時啟動開出觸點進行報警，在液晶屏上顯示故障類型。
本發明有顯著的優點和積極效果，利用不平衡電橋的原理檢測技術較完滿地解決了分布電容及正負母線同時接地時候對選線準確性及穩定性的問題，解決了以往直流支路絕緣電阻測量時，出現的檢測死區。並且可以計算出正、負饋線的絕緣電阻。取得了很好的測量效果，測量絕緣電阻精度達到了±10％左右。
圖1為裝置連接示意圖；圖2為不平衡橋測直流支路絕緣電阻原理圖；圖3為歐姆定律直接計算檢測故障原理圖；圖4為在直流母線上注入低頻交流信號檢測故障原理圖；圖5為主流程圖。
具體實施例方式
如圖1-5所示的利用不平衡電橋測量直流支路絕緣電阻的裝置，該裝置包括CPU單元1、開入信號電路2、開出電路3、模擬量輸入電路、數模轉換器6，模擬量輸入電路包括不平衡橋4和信號採集電路5，開入信號電路2連接母線聯絡開關一端，判斷母線是並聯還是分段運行；模擬量輸入電路的不平衡橋4並連在母線上，用電阻分壓將母線電壓信號轉換成弱電壓信號經模擬開關9選通並通過數模轉換器6輸入至CPU單元1，模擬量輸入電路的信號採集電路5與支路巡檢傳感器8上的電壓信號輸出端連接，經模擬開關9選通並通過數模轉換器6將電壓信號輸入至CPU單元1，CPU單元1控制不平衡橋4的切換和模擬開關9的選通；CPU單元1通過開出電路3控制開出觸點的啟閉。CPU單元1控制輸入信號電路的不平衡橋4進行切換來檢測母線電壓是採用光繼電器(如松下公司的AQW214，它的原邊與副邊沒有電氣聯繫，當原邊通過額定電流時，原邊的發光二極體發光，副邊的光敏MOS管感受光後導通)來切換控制不平衡橋4，使得CPU單元1與母線電壓隔離。模擬量輸入信號(母線電壓信號和支路巡檢傳感器8上的電壓信號)和CPU單元1是通過線性光藕(如BB公司的ISO124，它的原邊與副邊沒有電氣聯繫，當原邊加上電壓信號時，原邊的發光二極體根據所加的電壓信號大小發出光強與之成比例的光，副邊的光敏三極體感受光後產生與光強成比例的電壓信號，從而原副邊的電壓信號成比例，並且隔離)完全隔離。
用不平衡電橋4測量直流支路絕緣電阻的方法，該方法包括以下步驟a、開入信號電路2判斷母線是並聯還是分段運行，如果是並聯則CPU單元1控制不平衡橋4與母線連接斷開退出系統，裝置不再檢測母線電壓；如果是分段運行則不平衡橋4繼續與母線連接，裝置仍檢測母線電壓信號。
b、如圖2所示，不平衡橋4通過K1光繼電器切換，使得母線正對地電壓U1、母線負對地電壓U2發生變化，從而使穿過互感器的電流和I發生變化，模擬量輸入信號電路採集母線正對地電壓、母線負對地電壓和支路巡檢傳感器8上的電壓信號並通過數模轉換器6輸入CPU單元1，CPU單元1通過算法算出正、負對地絕緣電阻值。
C、CPU單元1判斷有無故障發生，並進而判斷故障類型，如果數模轉換器6傳來的電壓信號是過欠壓或算出的對地阻值是絕緣降低則CPU單元1發出聲光報警，並同時啟動開出觸點進行報警，在液晶屏上顯示故障類型。
下面結合圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。
參閱圖2不平衡橋4測直流支路絕緣電阻原理圖，本發明主要技術特徵就是，首先在母線上並聯上不平衡電橋4，CPU單元1控制光繼電器K1的導通和關斷，分別測量出K1兩種狀態所對應的正、負母線對地電壓以及互感器測出的電流和，並通過算法從而計算出支流支路正、負饋線的絕緣電阻。
本發明的原理如下當直流系統正、負母線出現絕緣降低的情況時，必然會產生對地漏電流。本發明的裝置通過互感器檢測此漏電流。如圖2所示，漏電流互感器的輸出應為正、負對地的電流和I，當K1關斷時正、負母線對地電壓、漏電流互感器的輸出電流分別為U1、U2、I1，當K1導通時正、負母線對地電壓、漏電流互感器的輸出電流分別為U3、U4、I2。則可推出I1=U1RL+-U2RL-,]]>則U3I1=U3U1RL+-U3U2RL-]]>I2=U3RL+-U4RL-,]]>則U1I2=U1U3RL+-U1U4RL-]]>則推出，U3I1-U1I2=U1U4-U2U3RL-,]]>從而有RL-=U1U4-U2U3U3I1-U1I2]]>同理可推出RL+=U1U4-U2U3U4I1-U2I2]]>從而算出正對地絕緣電阻RL+，負對地絕緣電阻RL-，通過這種不平衡橋4測直流支路絕緣電阻可以測量出正負母線同時絕緣降低狀況的絕緣電阻，相對於歐姆定律原理和注入交流信號原理，則沒有檢測死區，且具有抗對地電容對選線影響的優點。
請參閱圖1本發明的裝置連接圖，本發明的裝置包括CPU單元1、開入信號電路2、開出電路3、模擬量輸入信號電路(包括不平衡橋4和信號採集電路5)、數模轉換器6等。開入信號電路2連接母線聯絡開關7一端，判斷母線是並聯還是分段運行；模擬量輸入電路的不平衡橋4並連在母線上，用電阻分壓將母線電壓信號轉換成弱電壓信號經模擬開關9選通並通過數模轉換器6輸入至CPU單元1，模擬量輸入電路的信號採集電路5與支路巡檢傳感器8上的電壓信號輸出端連接，經模擬開關選通9並通過數模轉換器6將電壓信號輸入至CPU單元1，CPU單元1控制不平衡橋4的切換和模擬開關9的選通；CPU單元1通過開出電路3控制開出觸點的啟閉。
請參閱圖5本發明的主流程圖。利用不平衡電橋測量直流支路絕緣電阻的方法包括以下步驟首先開入信號電路2判斷母線是並聯還是分段運行，如果是並聯則CPU單元1控制不平衡橋4與母線連接斷開退出系統，裝置不再檢測母線電壓；如果是分段運行則不平衡橋4繼續與母線連接，裝置仍檢測母線電壓信號。然後如圖2所示，不平衡橋4通過K1光繼電器切換，使得母線正對地電壓U1、母線負對地電壓U2發生變化，從而使穿過互感器的電流和I發生變化，模擬量輸入信號電路採集母線正對地電壓、母線負對地電壓和支路巡檢傳感器8上的電壓信號並通過數模轉換器6輸入CPU單元1，CPU單元1通過算法算出正、負對地絕緣電阻值。CPU單元1判斷有無故障發生，並進而判斷故障類型，如果數模轉換器6傳來的電壓信號是過欠壓或算出的對地阻值是絕緣降低則CPU單元1發出聲光報警，並同時啟動開出觸點進行報警，在液晶屏上顯示故障類型。
最後所應說明的是以上實施例僅用以說明而非限制本發明的技術方案，儘管參照上述實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解依然可以對本發明進行修改或者等同替換，而不脫離本發明的精神和範圍的任何修改或局部替換，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1.利用不平衡電橋測量直流支路絕緣電阻的裝置，其特徵在於該裝置包括CPU單元、開入信號電路、開出電路、模擬量輸入電路、數模轉換器，模擬量輸入電路包括不平衡橋和信號採集電路，開入信號電路連接母線聯絡開關一端，判斷母線是並聯還是分段運行；模擬量輸入電路的不平衡橋並連在母線上，用電阻分壓將母線電壓信號轉換成弱電壓信號經模擬開關選通並通過數模轉換器輸入至CPU單元，模擬量輸入電路的信號採集電路與支路巡檢傳感器上的電壓信號輸出端連接，經模擬開關選通並通過數模轉換器將電壓信號輸入至CPU單元，CPU單元控制不平衡橋的切換和模擬開關的選通；CPU單元通過開出電路控制開出觸點的啟閉。
2.根據權利要求1所述的利用不平衡電橋測量直流支路絕緣電阻的裝置，其特徵在於所述的CPU單元控制輸入信號電路的不平衡橋進行切換來檢測母線電壓是採用光繼電器來切換控制不平衡橋，使得CPU單元與母線電壓隔離。
3.根據權利要求1所述的利用不平衡電橋測量直流支路絕緣電阻的裝置，其特徵在於所述的模擬量輸入信號即母線電壓信號和支路巡檢傳感器上的電壓信號，和CPU單元是通過線性光藕完全隔離。
4.利用不平衡電橋測量直流支路絕緣電阻的方法，其特徵在於該方法包括以下步驟a.開入信號電路判斷母線是並聯還是分段運行，如果是並聯則CPU單元控制不平衡橋與母線連接斷開退出系統，裝置不再檢測母線電壓；如果是分段運行則不平衡橋繼續與母線連接，裝置仍檢測母線電壓信號；b.不平衡橋通過K1光繼電器切換，使得母線正對地電壓U1、母線負對地電壓U2發生變化，從而使穿過互感器的電流和I發生變化，模擬量輸入信號電路採集母線正對地電壓、母線負對地電壓和支路巡檢傳感器上的電壓信號並通過數模轉換器輸入CPU單元，CPU單元通過算法算出正、負對地絕緣電阻值；c.CPU單元判斷有無故障發生，並進而判斷故障類型，如果數模轉換器傳來的電壓信號是過欠壓或算出的對地阻值是絕緣降低則CPU單元發出聲光報警，並同時啟動開出觸點進行報警，在液晶屏上顯示故障類型。
全文摘要
本發明是一種利用不平衡電橋測量直流支路絕緣電阻的裝置及測量方法，它包括CPU單元、開入信號電路、開出電路、模擬量輸入電路、數模轉換器。開入信號電路連接母線聯絡開關一端，判斷母線是並聯還是分段運行；模擬量輸入電路的不平衡橋並連在母線上，用電阻分壓將母線電壓信號轉換成弱電壓信號經模擬開關選通並通過數模轉換器輸入至CPU單元，模擬量輸入電路的信號採集電路與支路巡檢傳感器上的電壓信號輸出端連接，經電子開關選通並通過數模轉換器將電壓信號輸入至CPU單元；CPU單元通過開出電路控制開出觸點的啟閉。該裝置測量精確度高，適用於高壓線路故障的直流檢測。
文檔編號H01H51/00GK1721863SQ20041006040
公開日2006年1月18日 申請日期2004年7月14日 優先權日2004年7月14日
發明者劉輝勇 申請人:許繼集團有限公司