CN100495047C

CN100495047C - 利用不平衡电桥测量直流支路绝缘电阻的装置及测量方法

Info

Publication number: CN100495047C
Application number: CNB200410060407XA
Authority: CN
Inventors: 刘辉勇
Original assignee: Xuji Group Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Xuji Group Co Ltd; Xuji Power Co Ltd
Priority date: 2004-07-14
Filing date: 2004-07-14
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2024-07-14
Also published as: CN1721863A

Abstract

本发明是一种利用不平衡电桥测量直流支路绝缘电阻的装置及测量方法，它包括CPU单元、开入信号电路、开出电路、模拟量输入电路、数模转换器。开入信号电路连接母线联络开关一端，判断母线是并联还是分段运行；模拟量输入电路的不平衡桥并连在母线上，用电阻分压将母线电压信号转换成弱电压信号经模拟开关选通并通过数模转换器输入至CPU单元，模拟量输入电路的信号采集电路与支路巡检传感器上的电压信号输出端连接，经电子开关选通并通过数模转换器将电压信号输入至CPU单元；CPU单元通过开出电路控制开出触点的启闭。该装置测量精确度高，适用于高压线路故障的直流检测。

Description

利用不平衡电桥测量直流支路绝缘电阻的装置及测量方法

技术领域

本发明属于继电器技术领域，尤其是一种利用不平衡电桥测量直流支路绝缘电阻装置及测量方法。

背景技术

为了保障电力系统的安全运行，发电厂、变电站、变电所、开闭站内的保护装置、继电器、跳合闸开关等工作电源均采用有蓄电池储能的直流电源。该电源采用对地绝缘方式，当直流馈线发生一点接地时，不会影响系统的正常运行，但必须及时地找出接地点，排除故障。否则，当第二点接地时，可能造成继电器或者保护装置误动作，酿成重大事故。

由于直流系统接线复杂、分支多，给判断接地的故障线路造成一定的困难。在现有技术中，主要有以下两种方法检测故障。第一种是用欧姆定律直接计算。该方法是在每条出线上加装一直流传感器来检测漏电流。当直流系统支路正、负馈线出现绝缘降低的情况时，必然会产生对地漏电流，通过漏电流变送器检测此漏电流从而判断出有故障的支路。现场往往是某条支路只出现正对地绝缘降低或者负对地绝缘降低，所以一般只要直接检查漏电流就可以判断那条支路出现故障。

未发生接地故障时，流过互感器的总电流为0，当经过电阻R_d接地时，直流CT一次电流I_d＝(V+)/R_d，二次侧电流I₂＝Id/K，其中K为CT匝数比，从而可以计算出接地电阻：R_d＝(V+)/(K×I₂)，而I₂为可测量电流所以可判断出故障支路。该方法比较理想化，不需向直流系统注入信号，且不受线路对地电容的影响，直接采用二次侧电流I₂与直流母线电压V+、V—来计算接地线路的电阻。但这种检测方法只能判断出故障支路，并不能计算出正、负馈线的绝缘电阻。另外还存在检测死区的问题，当正负绝缘同时降低并且阻值相同时，流过互感器的总电流为0，此时从漏电流值上不能判断出故障来。目前江都华宇生产的HM-2000型绝缘监测装置采用此原理来判断支路接地状况。

第二种方法是在直流母线上注入低频交流信号。该方法是在正负母线上平衡地对地注入一个低频信号，一般为10-15V左右，经过电容注入母线，当支路绝缘降低时，交流CT检测到的电流增大，从而判断出支路故障。

每条出线加装一交流CT，正常时，穿过CT的直流电流和为零，不会引起磁饱和。当接地时，

K \times \overset{\cdot}{I} 2 = \overset{\cdot}{I} d + \overset{\cdot}{I} c,

(V +) / (K \times \overset{\cdot}{I} 2) = R_{d} .

从公式中，我们可以看到，由于交流信号可以通过电容，是客观存在的，从而增加了绝缘电阻测量的误差，因此，该方法选线存在的主要问题是线路对地电容的影响，影响检测的正确性，而且，随着微机保护的应用，一些厂家在电源与大地间接入抗干扰电容以滤掉干扰信号，又会使得每条支路对地电容增大，从而选线难度增加。目前北京思达星的WDCX-620绝缘监测装置采用此原理来判断支路接地状况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用不平衡电桥测量直流支路绝缘电阻的装置及测量方法。

为了完成上述发明目的，本发明的技术方案是：利用不平衡电桥测量直流支路绝缘电阻的装置，该装置包括CPU单元、入信号电路、开出电路、模拟量输入电路、数模转换器，模拟量输入电路包括不平衡桥和信号采集电路，开入信号电路连接母线联络开关一端，判断母线是并联还是分段运行；模拟量输入电路的不平衡桥并连在母线上，用电阻分压将母线电压信号转换成弱电压信号经模拟开关选通并通过数模转换器输入至CPU单元，模拟量输入电路的信号采集电路与支路巡检传感器上的电压信号输出端连接，经模拟开关选通并通过数模转换器将电压信号输入至CPU单元，CPU单元控制不平衡桥的切换和模拟开关的选通；CPU单元通过开出电路控制开出触点的启闭。

所述的CPU单元控制输入信号电路的不平衡桥进行切换来检测母线电压是采用光继电器来切换控制不平衡桥，使得CPU单元与母线电压隔离。

所述的模拟量输入信号即母线电压信号和支路巡检传感器上的电压信号，和CPU单元是通过线性光藕完全隔离。

利用不平衡电桥测量直流支路绝缘电阻的方法，该方法包括以下步骤：

a.开入信号电路判断母线是并联还是分段运行，如果是并联则CPU单元控制不平衡桥与母线连接断开退出系统，装置不再检测母线电压；如果是分段运行则不平衡桥继续与母线连接，装置仍检测母线电压信号；

b.不平衡桥通过K1光继电器切换，使得母线正对地电压U1、母线负对地电压U2发生变化，从而使穿过互感器的电流和I发生变化，模拟量输入信号电路采集母线正对地电压、母线负对地电压和支路巡检传感器上的电压信号并通过数模转换器输入CPU单元，CPU单元通过算法算出正、负对地绝缘电阻值；

c.CPU单元判断有无故障发生，并进而判断故障类型，如果数模转换器传来的电压信号是过欠压或算出的对地阻值是绝缘降低则CPU单元发出声光报警，并同时启动开出触点进行报警，在液晶屏上显示故障类型。

本发明有显著的优点和积极效果，利用不平衡电桥的原理检测技术较完满地解决了分布电容及正负母线同时接地时候对选线准确性及稳定性的问题，解决了以往直流支路绝缘电阻测量时，出现的检测死区。并且可以计算出正、负馈线的绝缘电阻。取得了很好的测量效果，测量绝缘电阻精度达到了±10％左右。

附图说明

图1为装置连接示意图；

图2为不平衡桥测直流支路绝缘电阻原理图；

图3为欧姆定律直接计算检测故障原理图；

图4为在直流母线上注入低频交流信号检测故障原理图；

图5为主流程图。

具体实施方式

如图1—5所示的利用不平衡电桥测量直流支路绝缘电阻的装置，该装置包括CPU单元1、开入信号电路2、开出电路3、模拟量输入电路、数模转换器6，模拟量输入电路包括不平衡桥4和信号采集电路5，开入信号电路2连接母线联络开关一端，判断母线是并联还是分段运行；模拟量输入电路的不平衡桥4并连在母线上，用电阻分压将母线电压信号转换成弱电压信号经模拟开关9选通并通过数模转换器6输入至CPU单元1，模拟量输入电路的信号采集电路5与支路巡检传感器8上的电压信号输出端连接，经模拟开关9选通并通过数模转换器6将电压信号输入至CPU单元1，CPU单元1控制不平衡桥4的切换和模拟开关9的选通；CPU单元1通过开出电路3控制开出触点的启闭。CPU单元1控制输入信号电路的不平衡桥4进行切换来检测母线电压是采用光继电器(如松下公司的AQW214，它的原边与副边没有电气联系，当原边通过额定电流时，原边的发光二极管发光，副边的光敏MOS管感受光后导通)来切换控制不平衡桥4，使得CPU单元1与母线电压隔离。模拟量输入信号(母线电压信号和支路巡检传感器8上的电压信号)和CPU单元1是通过线性光藕(如BB公司的ISO124，它的原边与副边没有电气联系，当原边加上电压信号时，原边的发光二极管根据所加的电压信号大小发出光强与之成比例的光，副边的光敏三极管感受光后产生与光强成比例的电压信号，从而原副边的电压信号成比例，并且隔离)完全隔离。

用不平衡电桥4测量直流支路绝缘电阻的方法，该方法包括以下步骤：

a、开入信号电路2判断母线是并联还是分段运行，如果是并联则CPU单元1控制不平衡桥4与母线连接断开退出系统，装置不再检测母线电压；如果是分段运行则不平衡桥4继续与母线连接，装置仍检测母线电压信号。

b、如图2所示，不平衡桥4通过K1光继电器切换，使得母线正对地电压U1、母线负对地电压U2发生变化，从而使穿过互感器的电流和I发生变化，模拟量输入信号电路采集母线正对地电压、母线负对地电压和支路巡检传感器8上的电压信号并通过数模转换器6输入CPU单元1，CPU单元1通过算法算出正、负对地绝缘电阻值。

C、CPU单元1判断有无故障发生，并进而判断故障类型，如果数模转换器6传来的电压信号是过欠压或算出的对地阻值是绝缘降低则CPU单元1发出声光报警，并同时启动开出触点进行报警，在液晶屏上显示故障类型。

下面结合图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参阅图2不平衡桥4测直流支路绝缘电阻原理图，本发明主要技术特征就是，首先在母线上并联上不平衡电桥4，CPU单元1控制光继电器K1的导通和关断，分别测量出K1两种状态所对应的正、负母线对地电压以及互感器测出的电流和，并通过算法从而计算出支流支路正、负馈线的绝缘电阻。

本发明的原理如下：当直流系统正、负母线出现绝缘降低的情况时，必然会产生对地漏电流。本发明的装置通过互感器检测此漏电流。如图2所示，漏电流互感器的输出应为正、负对地的电流和I，当K1关断时正、负母线对地电压、漏电流互感器的输出电流分别为：U₁、U₂、I₁，当K1导通时正、负母线对地电压、漏电流互感器的输出电流分别为：U₃、U₄、I₂。则可推出：

I_{1} = \frac{U_{1}}{R_{L +}} - \frac{U_{2}}{R_{L -}},

则

U_{3} I_{1} = \frac{U_{3} U_{1}}{R_{L +}} - \frac{U_{3} U_{2}}{R_{L -}}

I_{2} = \frac{U_{3}}{R_{L +}} - \frac{U_{4}}{R_{L -}},

则

U_{1} I_{2} = \frac{U_{1} U_{3}}{R_{L +}} - \frac{U_{1} U_{4}}{R_{L -}}

则推出，

U_{3} I_{1} - U_{1} I_{2} = \frac{U_{1} U_{4} - U_{2} U_{3}}{R_{L -}},

从而有

R_{L -} = \frac{U_{1} U_{4} - U_{2} U_{3}}{U_{3} I_{1} - U_{1} I_{2}}

同理可推出：

R_{L +} = \frac{U_{1} U_{4} - U_{2} U_{3}}{U_{4} I_{1} - U_{2} I_{2}}

从而算出正对地绝缘电阻RL+，负对地绝缘电阻RL-，通过这种不平衡桥4测直流支路绝缘电阻可以测量出正负母线同时绝缘降低状况的绝缘电阻，相对于欧姆定律原理和注入交流信号原理，则没有检测死区，且具有抗对地电容对选线影响的优点。

请参阅图1本发明的装置连接图，本发明的装置包括CPU单元1、开入信号电路2、开出电路3、模拟量输入信号电路(包括不平衡桥4和信号采集电路5)、数模转换器6等。开入信号电路2连接母线联络开关7一端，判断母线是并联还是分段运行；模拟量输入电路的不平衡桥4并连在母线上，用电阻分压将母线电压信号转换成弱电压信号经模拟开关9选通并通过数模转换器6输入至CPU单元1，模拟量输入电路的信号采集电路5与支路巡检传感器8上的电压信号输出端连接，经模拟开关选通9并通过数模转换器6将电压信号输入至CPU单元1，CPU单元1控制不平衡桥4的切换和模拟开关9的选通；CPU单元1通过开出电路3控制开出触点的启闭。

请参阅图5本发明的主流程图。利用不平衡电桥测量直流支路绝缘电阻的方法包括以下步骤：首先开入信号电路2判断母线是并联还是分段运行，如果是并联则CPU单元1控制不平衡桥4与母线连接断开退出系统，装置不再检测母线电压；如果是分段运行则不平衡桥4继续与母线连接，装置仍检测母线电压信号。然后如图2所示，不平衡桥4通过K1光继电器切换，使得母线正对地电压U1、母线负对地电压U2发生变化，从而使穿过互感器的电流和I发生变化，模拟量输入信号电路采集母线正对地电压、母线负对地电压和支路巡检传感器8上的电压信号并通过数模转换器6输入CPU单元1，CPU单元1通过算法算出正、负对地绝缘电阻值。CPU单元1判断有无故障发生，并进而判断故障类型，如果数模转换器6传来的电压信号是过欠压或算出的对地阻值是绝缘降低则CPU单元1发出声光报警，并同时启动开出触点进行报警，在液晶屏上显示故障类型。

最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1、利用不平衡电桥测量直流支路绝缘电阻的装置，其特征在于：该装置包括CPU单元、开入信号电路、开出电路、模拟量输入电路、数模转换器，模拟量输入电路包括不平衡桥和信号采集电路，其中开入信号电路连接在母线联络开关一端，用于判断母线是并联还是分段运行，如果是并联则CPU单元控制不平衡桥与母线连接断开退出系统，装置不再检测母线电压，如果是分段运行则不平衡桥继续与母线连接，装置仍检测母线电压信号；模拟量输入电路的不平衡桥并连在母线上，用电阻分压将母线电压信号转换成弱电压信号使得母线正对地电压U1、母线负对地电压U2发生变化，从而使穿过互感器的电流和I发生变化，经模拟开关选通并通过数模转换器输入至CPU单元，模拟量输入电路的信号采集电路与支路巡检传感器上的电压信号输出端连接，采集母线正对地电压、母线负对地电压和支路巡检传感器上的电压信号经模拟开关选通并通过数模转换器将电压信号输入至CPU单元，CPU单元控制不平衡桥的切换和模拟开关的选通；CPU单元通过算法算出正、负对地绝缘电阻值；CPU单元判断有无故障发生，并进而判断故障类型，如果数模转换器传来的电压信号是过欠压或算出的对地阻值是绝缘降低则CPU单元发出声光报警，CPU单元通过开出电路控制开出触点的启闭，并同时启动开出触点进行报警，在液晶屏上显示故障类型。

2、根据权利要求1所述的利用不平衡电桥测量直流支路绝缘电阻的装置，其特征在于：所述的CPU单元控制输入信号电路的不平衡桥进行切换来检测母线电压是采用光继电器来切换控制不平衡桥，使得CPU单元与母线电压隔离。

3、根据权利要求1所述的利用不平衡电桥测量直流支路绝缘电阻的装置，其特征在于：所述的模拟量输入信号即母线电压信号和支路巡检传感器上的电压信号，和CPU单元是通过线性光藕完全隔离。

4、利用不平衡电桥测量直流支路绝缘电阻的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：