一種高壓直流電源絕緣監察裝置的製作方法
2023-10-11 14:17:59
專利名稱：一種高壓直流電源絕緣監察裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於電子電路領域，更具體而言，本發明涉及一種絕緣監察裝置。
背景技術：
在發電廠、變電站，高壓直流系統作為備用二次電源，是非常重要的電源系統，直流系統均採用「對地絕緣」的運行方式。然而，高壓直流系統的絕緣特性一旦降低，將會導致人員觸電和設備損害等事故，嚴重時還會造成重大生命財產損失，因此必須對高壓直流系統的絕緣狀況進行定時檢測和有效監控，以提高高壓直流系統的安全性和可靠性，解除安全隱患。目前，高壓直流電源的直流輸出電壓的對地絕緣情況的監察，主要採用平衡電橋法。對於變電站和發電廠而言，經過多年運行以後，電纜絕緣普遍下降，各種端子箱和機構箱等生鏽損壞，密封性能下降，遇雨、雪、霧天氣，易發生「接地」故障；而且多為非金屬性接地(對地阻值高)，多點接地、正負極絕緣電阻之差較小形成對稱性「接地」故障。而目前各種直流系統接地的裝置報警均採用電橋平衡原理，對上述高阻對稱性接地無法有效監測。因受電橋平衡原理的限制，此類裝置只能判斷整個系統的絕緣狀況，不能直接確定具體的「接地」點，必須再分別利用「拉路法」逐一對各路直流負載進行「斷電」檢查，才能確定發生「接地」故障的點/迴路。另外，在監察支路路數增多後，監察時間由於切換次數增多，而導致時間加長，而且在多支路的採樣時間段內，如果發生支路絕緣變化，而採樣得到的數據已經是過時的數據，就會出現檢測錯誤，其實時性也變差。
發明內容
本發明的目的是提供一種監察高壓直流電源直流輸出電壓的對地絕緣情況的裝置，其能夠解決現有技術中檢測錯誤、實時性差的問題，能夠及時、準確地監察到輸出電壓對地的絕緣狀態，以免導致人員觸電和設備損害等事故。支路監察方程的建立，可以及時準確地對絕緣狀況進行監察。本發明所述的絕緣監察裝置，用於監察高壓直流電源直流輸出電壓的對地絕緣情況，通過監察母線對地的絕緣電阻來判斷絕緣狀態，並將絕緣電阻值上傳給上位機，包括第一外加投遞電阻R1,第二外加投遞電阻R2，第一投遞開關K1，第二投遞開關K2,所述R1與K1串聯，其一端連接至正母線，另一端接地；所述民與1(2串聯，其一端連接至負母線，另一端接地；正母線的等效對地絕緣電阻為R+，負母線的等效對地絕緣電阻為R-，採用不平衡電橋法檢測獲得R+與R-。另外，本發明所述的絕緣監察裝置，正母線的等效對地絕緣電阻為R+，負母線的等效對地絕緣電阻為R-，R+與R-通過下述方法獲得:使得第一投遞開關K1閉合，第二投遞開關K2斷開，檢測正負母線對地電壓分別為U1, U2，假設Rl、R2的電阻值均為R0，得到下面的關係:U1/ (R+//R0) =U2/R_ ⑴
其中，R+//R0表示:R+與Rtl並聯後的電阻值；然後，使得第一投遞開關K1斷開，第二投遞開關1(2閉合，檢測正負母線對地電壓分別為u3，U4，得到下面的關係:U3/ (R+//R0) =U4/R_ (2)其中，R+//R。表示:R+與Rtl並聯後的電阻值；根據上述方程式(I)、(2)，運算單元得到R+與R-。本發明還提供另外一種絕緣監察裝置，用於監察高壓直流電源直流輸出電壓的對地絕緣情況，通過監察多個支路中母線對地的絕緣電阻來判斷絕緣狀態，並將絕緣電阻值上傳給上位機，其包括第I到第η個檢測支路，其中，η為大於I的正整數；還包括第一外加投遞電阻R1，第二外加投遞電阻R2，第一投遞開關K1，第二投遞開關K2，所述R1與K1串聯，其一端連接至正母線，另一端接地；所述R2與K2串聯，其一端連接至負母線，另一端接地；第η個正母線的等效對地絕緣電阻為Rn+，負母線的等效對地絕緣電阻為Rn_，採用不平衡電橋法檢測獲得Rn+與Rn-。根據所述絕緣監察裝置，In+，In_為對應第η個檢測支路流過霍爾器件兩側的對地電流，那麼，流過第η個檢測支路的霍爾器件的電流In則為In = Ιη+_Ιη_ ;使得第一投遞開關K1閉合，第二投遞開關K2斷開，檢測正負母線對地電壓分別為U1, U2，得到下面的方程式:VWRn-=Inl ⑶其中，Inl為第一次投遞後檢測到的第η個檢測支路中流過霍爾器件的電流；然後，使得第一投遞開關K1斷開，第二投遞開關K2閉合，檢測第η個檢測支路的正負母線對地電壓分別為u3，U4,;得到下面的方程式:U3/Rn+_U4/Rn_=In2 ⑷其中，In2為第二次投遞後檢測到的第η個檢測支路中流過霍爾器件的電流。根據上述方程式(3)、(4)，運算單元求解得到Rn+和Rn_。根據本發明的絕緣監察裝置，在切換K1、K2之間以及切換後讀取相應電壓或電流之前，加入適當的延時，所述延時時間為1.2秒。根據本發明的絕緣監察裝置，計算支路絕緣電阻Rn+和Rn-時，對霍爾器件的剩磁效應進行消除處理。根據本發明的絕緣監察裝置，所述消除處理的方式為:當正負母線對地絕緣電阻都不超標時，記錄當前每個檢測支路的霍爾輸出電流值，當則正負母線對地絕緣狀況有異常，將當前檢測支路霍爾輸出電流值減去上次記錄的電流值，即可抵消剩磁效應對計算精度的影響
圖1母線絕緣監察裝置結構2支路絕緣監察裝置結構圖
具體實施例方式下面結合附圖並通過具體實施方式
來進一步說明本發明的技術方案。參見附圖1，為本發明的第一實施方式。附圖1中的絕緣監察裝置為母線絕緣監察裝置，通過監察母線對地的絕緣電阻來判斷絕緣狀態，並將絕緣電阻值上傳給上位機。所述母線絕緣監察裝置包括第一外加投遞電阻R1，第二外加投遞電阻R2，第一投遞開關K1，第二投遞開關K2，所述第一投遞開關K1和第二投遞開關K2可有兩個可控的gpio控制其開關動作。優選的，第一外加投遞電阻R1與第二外加投遞電阻R2的阻值相等，即R1= R2。另外，R^R2選擇較大的電阻值，優先的，R^R2的阻值範圍在IOOkQ 200ΚΩ，其目的是在計算等效的母線對地絕緣電阻時，避免第一外加投遞電阻R1、第二外加投遞電阻R2影響計算精度。附圖1中所示的R+為等效的正母線的對地電阻阻值，R-為等效的負母線的對地電阻阻值。對R+、R_的檢測，採用不平衡電橋法，下面說明檢測原理。首先，使得第一投遞開關K1閉合，第二投遞開關1(2斷開，檢測正負母線對地電壓分別為U1, U2,由於R1 = R2，假設R1, R2的電阻值均為Rtl，則根據附圖1中的電路原理，得到下面的計算式(I)U1/(R+//R。) =U2/R_ ⑴其中，R+//R。表示:R+與Rtl並聯後的電阻值；然後，使得第一投遞開關Kl斷開，第二投遞開關K2閉合，檢測正負母線對地電壓分別為u3，U4,同樣，假設RpR2的電阻值均為Rtl，則根據附圖1中的電路原理，得到下面的計算式(2)
U3/ (R+//R。) =U4/R_ ⑵其中，R+//R。表 示:R+與Rtl並聯後的電阻值。計算式(1)，(2)中，U1'U2、U3、U4均為測量得到的正負母線對地電壓值，Rtl為第一外加投遞電阻和第二外加投遞電阻的阻值，也是已知的，因而，聯合兩個計算式(I)、(2)，即可求解得到等效的正負母線對地絕緣電阻值K和R-。附圖2為本發明的第二實施方式。附圖2中的絕緣監察裝置為支路絕緣監察裝置，即通過監察多個支路中正負母線的對地絕緣來判斷絕緣狀態，並將絕緣電阻值上傳給上位機。附圖2示出了從支路I到支路n，具有η個檢測支路，R1+，R1^為對應的第I個檢測支路中的對地正負絕緣電阻值，R2+，R2-為對應的第2個檢測支路中的對地正負絕緣電阻值，依此類推，Rn+，Rn-為對應的第η個檢測支路中的對地正負絕緣電阻值。11+，I1^為對應第I個檢測支路流過霍爾器件兩側的對地電流，12+，I2-為對應第2個檢測支路流過霍爾器件兩側的對地電流，依此類推，In+，In-為對應第η個檢測支路流過霍爾器件兩側的對地電流，那麼，流過第η個檢測支路的霍爾器件的電流In則為，In+減去Ιη_，即In = Ιη+_Ιη_。第二實施方式中的投遞方式與第一實施方式中的投遞方式相同。下面說明檢測原理。首先，使得第一投遞開關K1閉合，第二投遞開關K2斷開，檢測第η個檢測支路的正負母線對地電壓分別為U1, U2，則根據附圖2中的電路原理，得到下面的計算式(3)VWRn-=Inl ⑶其中，Inl為第一次投遞後檢測到的第η個檢測支路中流過霍爾器件的電流。然後，使得第一投遞開關K1斷開，第二投遞開關K2閉合，檢測第η個檢測支路的正負母線對地電壓分別為u3，U4，則根據附圖2中的電路原理，得到下面的計算式(4)U3/Rn+_U4/Rn_=In2 ⑷
其中，In2為第二次投遞後檢測到的第η個檢測支路中流過霍爾器件的電流。聯合計算式(3)、(4)，即可求解得到第η個檢測支路中等效的正負母線對地絕緣電阻值Rn+和Rn-。通過對第1-η個檢測支路的正負母線對地絕緣電阻值的測量，綜合判斷各種情形下的絕緣狀況。根據本發明第一和第二實施方式，最終計算得出的絕緣電阻的精度受到正負母線電壓和霍爾輸出電流檢測精度的影響。由於正負母線對地之間存在不可消除的電容，例如濾波電容和寄生電容，因此，在每次切換開關Kp K2後讀取相應電壓和電流之前，以及在兩次切換之間，均需要加適當的延時，優選的，該延時時間選擇1.2秒，或在1.2秒左右。考慮到本監查裝置的其他信號檢測以及計算時間，本監察裝置計算一次正負母線對地絕緣電阻和支路絕緣電阻大約需要3秒。本發明的多支路檢測，雖然計算的支路對地絕緣電阻的方程式變多，但只要CPU具有高的運算能力，其受到的影響很小。其次，對於各種絕緣情況，例如單路單極絕緣超標、單路雙極絕緣超標，以及多路雙極絕緣超標，通過計算所有支路對地正負絕緣是否超標，通過最終計算結果是否符合邏輯來判斷上述多種情況下是否真正超標，從程序上避免了誤判情況的發生。此外，對於霍爾器件的剩磁效應也進行了考慮，即，當正負母線對地絕緣電阻都不超標時，記錄當前每個支路的霍爾輸出電流值，當則正負母線對地絕緣狀況有異常，需要計算支路絕緣電阻時，將當前支路霍爾輸出電流值減去上次保存的正常電流值，即可抵消剩磁效應對計算精度的影響。由於本發明採用的是不平衡電橋法，可以監察任何絕緣的狀態，例如，母線單極、雙極、同一支路單級、雙極、不同支路單極、雙極的對地絕緣監察，不會遺漏任何絕緣狀態。支路監察方程的建立，可以及時準確地對絕緣狀況進行監察。本發明的有益效果是:由於本發明採用了不平衡電橋法，克服了現有技術中只能判斷整個系統的絕緣狀況、不能直接確定具體的「接地」點的缺陷，本發明的絕緣監察裝置可以監察任何絕緣的狀態，例如，母線單極、雙極、同一支路單級、雙極、不同支路單極、雙極的對地絕緣監察,不會遺漏任何絕緣狀態。另外，對多支路絕緣狀態同時降低的情況，能夠快速準確地進行監察，並上傳到上位機具體的絕緣電阻值。實時性、可靠性均得到提高。本發明是通過實施例進行描述的，本領域技術人員知悉，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，可以對這些特徵和實施例進行各種改變或等效替換。另外，在本發明的指導下，可以對這些特徵和實施例進行修改以適應具體的情況及材料而不脫離本發明的精神和範圍。因此，本發明不受此處所公開的具體實施例的限制，所有落入本申請的權利要求內的實施例都屬於本發明保護的範圍。
權利要求
1.一種絕緣監察裝置，用於監察高壓直流電源直流輸出電壓的對地絕緣情況，通過監察母線對地的絕緣電阻來判斷絕緣狀態，並將絕緣電阻值上傳給上位機，包括第一外加投遞電阻R1，第二外加投遞電阻R2，第一投遞開關K1，第二投遞開關K2，所述R1與1串聯，其一端連接至正母線，另一端接地；所述R2與K2串聯，其一端連接至負母線，另一端接地；正母線的等效對地絕緣電阻為R+，負母線的等效對地絕緣電阻為R-，採用不平衡電橋法檢測獲得R+與R-。
2.如權利要求1所述的絕緣監察裝置，正母線的等效對地絕緣電阻為R+，負母線的等效對地絕緣電阻為R-，R+與R-通過下述方法獲得: 使得第一投遞開關K1閉合，第二投遞開關K2斷開，檢測正負母線對地電壓分別為U1,U2，假設Rl、R2的電阻值均為R0，得到下面的關係: 明1 +//10=孽 ⑴ 其中，R+//R0表示:R+與Rtl並聯後的電阻值； 然後，使得第一投遞開關K1斷開，第二投遞開關1(2閉合，檢測正負母線對地電壓分別為U3, U4,得到下面的關係:U3/(R+//R0)=U4/R_ (2) 其中，R+/Ro表示=R+與Ro並聯後的電阻值； 根據上述關係(I )、(2)，計算單元得到R+與R-。
3.一種絕緣監察裝置，用於監察高壓直流電源直流輸出電壓的對地絕緣情況，通過監察多個支路中母線對地的絕緣電阻來判斷絕緣狀態，並將絕緣電阻值上傳給上位機，其包括第I到第η個檢測支路，其中，η為大於I的正整數；還包括第一外加投遞電阻R1，第二外加投遞電阻R2，第一投遞開關K1，第二投遞開關K2,所述R1與K1串聯，其一端連接至正母線，另一端接地；所述R2與K2串聯，其一端連接至負母線，另一端接地；第η個正母線的等效對地絕緣電阻為Rn+，負母線的等效對地絕緣電阻為Rn_，採用不平衡電橋法檢測獲得Rn+與Rn_。
4.如權利要求3所述的絕緣監察裝置，In+，In_為對應第η個檢測支路流過霍爾器件兩側的對地電流，那麼，流過第η個檢測支路的霍爾器件的電流In則為In = Ιη+_Ιη_ ； 使得第一投遞開關K1閉合，第二投遞開關K2斷開，檢測正負母線對地電壓分別為U1,U2，得到下面的關係: VIC-U2ZRn-=Inl (3) 其中，Inl為第一次投遞後檢測到的第η個檢測支路中流過霍爾器件的電流； 然後，使得第一投遞開關K1斷開，第二投遞開關K2閉合，檢測第η個檢測支路的正負母線對地電壓分別為U3，U4,;得到下面的關係: VIC-VRn-=In2 (4) 其中，In2為第二次投遞後檢測到的第η個檢測支路中流過霍爾器件的電流。
根據關係(3)、(4)，運算單元得到Rn+和Rn_。
5.如權利要求1或3的絕緣監察裝置，在切換K1、K2之間以及切換後讀取相應電壓或電流之前，加入適當的延時，所述延時時間為1.2秒。
6.如權利要求4所述的絕緣監察裝置，計算支路絕緣電阻Rn+和Rn_時，對霍爾器件的剩磁效應進行消除處理。
7.如權利要求6所述的絕緣監察裝置，所述消除處理的方式為:當正負母線對地絕緣電阻都不超標時，記錄當前每個檢測支路的霍爾輸出電流值，當則正負母線對地絕緣狀況有異常，將當前檢測支路霍爾輸出電流值減去上次記錄的電流值，即可抵消剩磁效應對計算精度的影響 。
全文摘要
本發明提供一種絕緣監察裝置，用於監察高壓直流電源直流輸出電壓的對地絕緣情況，通過監察母線對地的絕緣電阻來判斷絕緣狀態，並將絕緣電阻值上傳給上位機，包括第一外加投遞電阻R1，第二外加投遞電阻R2，第一投遞開關K1，第二投遞開關K2，所述R1與K1串聯，其一端連接至正母線，另一端接地；所述R2與K2串聯，其一端連接至負母線，另一端接地；正母線的等效對地絕緣電阻為R+，負母線的等效對地絕緣電阻為R-，採用不平衡電橋法檢測獲得R+與R-由於本發明採用的是不平衡電橋法，可以監察任何絕緣的狀態，例如，母線單極、雙極、同一支路單級、雙極、不同支路單極、雙極的對地絕緣監察，不會遺漏任何絕緣狀態。支路監察方程的建立，可以及時準確地對絕緣狀況進行監察。
文檔編號G01R27/20GK103116107SQ20121058577
公開日2013年5月22日 申請日期2012年12月28日 優先權日2012年12月28日
發明者馬玉山, 張明峰, 葉飛虹 申請人:廣東志成冠軍集團有限公司