CN102279340A - 一种直接接地绝缘故障检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有硬件电路简单，检测精度高，对直流系统本身无不良影响直接接地绝缘故障检测装置及方法。检测装置包括第一分压电路（110）、第二分压电路（120）、均压电路（130）和被测绝缘电阻RX1及被测绝缘电阻RX2，其方法是通过对均压电路（130）中开关管的导通和关断的控制产生两种有效电路状态，利用两种状态下的中点电压和母线电压之间的关系，来实现直接接地电阻的低成本、高精度检测。本方法利用不平衡电桥法给出了一个较为精确的、用于直流系统计算正、负母线绝缘值都出现降低的情况下的正、负绝缘电阻的公式，为杜绝电力系统因直流接地引起误动作提供了科学有效的检测方法。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统绝缘监测领域，尤其涉及一种直接接地绝缘故障检测装置及方法。
背景技术
在直流系统中，绝缘性能直接影响直流回路的可靠性，如果直流系统中发生两点接地则可能会造成信号装置、控制回路和继电保护装置的误动作，致使断路器跳闸，或直接造成直流操作电源短路，从而引起电力系统事故的产生。为了防止上述情况的发生，必须在直流系统中装设连续工作且具有足够灵敏度的绝缘检测装置。
现有的检测直流系统绝缘方法主要有电桥平衡法和低频信号注入法。根据电桥平衡法实现的绝缘监测装置被广泛使用，它在正极绝缘或负极绝缘下降时，能够监测到绝缘电阻的绝缘效果变化情况，但它不能监测直流系统正、负极绝缘电阻同等下降时的情况，且不能直接得到系统对地的绝缘电阻大小。低频信号注入法是用电桥监测母线的绝缘状况，一旦发现绝缘异常，即向电网注入低频交流信号，用交流互感器监测各支路的电流，然后通过一定的算法计算得出绝缘电阻，确定故障支路。然而其缺点在于：需要交流信号发生电路，增加了系统的复杂性；注入的低频交流信号增大了直流系统的电压纹波系数；监测结果受系统分布电容影响；低频交流信号容易受到外界的各种干扰。
综上所述，目前现有技术里的电力系统绝缘监测存在着硬件电路复杂、检测精度低、对直流系统本身有影响的缺陷。
发明内容
本发明所要解决的问题是克服上述现有技术的不足，提供一种具有硬件电路简单，检测精度高，对直流系统本身无不良影响直接接地绝缘故障检测装置及方法。
本发明的技术方案是：本发明中的直接接地绝缘故障检测装置包括第一分压电路、第二分压电路、均压电路和相串联的被测绝缘电阻RX1及被测绝缘电阻RX2，所述第一分压电路包括电阻R1、电阻R2，所述均压电路包括依次串联连接的电阻R3、电阻R4、开关管S1、电阻R5和电阻R6，电阻R5和电阻R6组成所述第二分压电路，所述电阻R3、电阻R4及开关管S1依次串联后并联于所述被测绝缘电阻RX1两端，所述第二分压电路并联于所述被测绝缘电阻RX2两端，所述第一分压电路并联在所述相串联的被测绝缘电阻RX1与被测绝缘电阻RX2两端。
采用上述装置的检测方法包括如下步骤：
步骤一、运行上述装置，采集所述被测绝缘电阻RX1与被测绝缘电阻RX2两端的母线电压Vbus；
步骤二、导通开关管S1，采集所述被测绝缘电阻RX1与被测绝缘电阻RX2之间的中点电压Vpc；
步骤三、关断开关管S1，采集所述被测绝缘电阻RX1与被测绝缘电阻RX2之间的中点电压Vpo；
步骤四、将上述采集对应点上的数据套入如下关系式，计算包括所述被测绝缘电阻RX1和被测绝缘电阻RX2的大小，以判断绝缘效果；
所述电阻R1、电阻R3、电阻R5的阻值相同，所述电阻R2、电阻R4、电阻R6的阻值相同。
本发明的有益效果是： 本发明通过对开关管的导通和关断的控制产生两种有效电路状态，利用两种状态下的中点电压和母线电压之间的关系，可实现直接接地电阻的低成本、高精度检测。本方法利用不平衡电桥法给出了一个较为精确的、用于直流系统计算正、负母线绝缘值都出现降低的情况下的正、负绝缘电阻的公式，为杜绝电力系统因直流接地引起误动作提供了科学有效的检测方法。
附图说明
图1为为传统的平衡电桥检测方法的等效电路图；
图2为本发明所采用的一种新型直接接地绝缘故障检测方法的等效
电路示意图；
图3为开关管S1导通时的等效电路示意图；
图4为开关管S1关断时的等效电路示意图。
具体实施方式
本实施例中包括监测装置以及应用该检测装置的检测方法，所述检测装置包括第一分压电路110、第二分压电路120、均压电路130和相串联的被测绝缘电阻RX1及被测绝缘电阻RX2，所述第一分压电路110包括电阻R1、电阻R2，所述均压电路130包括依次串联连接的电阻R3、电阻R4、开关管S1、电阻R5和电阻R6，电阻R5和电阻R6组成所述第二分压电路120，所述电阻R3、电阻R4及开关管S1依次串联后并联于所述被测绝缘电阻RX1两端，所述第二分压电路120并联于所述被测绝缘电阻RX2两端，所述第一分压电路110并联在所述相串联的被测绝缘电阻RX1与被测绝缘电阻RX2两端。
本发明的目的和原理在于：用于直流系统绝缘监测中母线对地的绝缘效果判断，在简化电路的同时可以对绝缘电阻的阻值下降情况进行准确的判断和计算，提高绝缘监测可靠性和准确性；通过采样分压电阻R2上的电压值Vad-bus来反映母线电压Vbus的值，通过采样分压电阻R6上的电压值Vad-p来反映母线电压Vp的值，R3、R4、R5、R6、绝缘电阻RX1和RX2以及开关管S1组成均压电路，Vp为中点电压，其电压值因为对开关管S1的导通和关断的控制有着两种状态下的电压值，通过采样开关管S1导通和关断时Vad-p的不同电压值来求得中点电压Vp的大小，进而可以求得绝缘电阻RX1和RX2的大小，以判断绝缘效果。
下面结合附图及具体实施例作进一步详细说明。
图1为传统的平衡电桥检测方法的等效电路图，通过检测采样电压Vad-bus和Vp，再加上给定的电阻R来算出RX1和RX2，但当正、负绝缘都出现降低的情况下，检测的结果将于实际情况不符合。
图2为本发明所采用的一种新型直接接地绝缘故障检测方法的等效电路示意图，图中的Vbus表示输入的母线电压；Vad-bus表示采样的母线电压；Vp表示中点电压；Vad-p表示采样的中点电压；R1、R2为第一分压电路的分压电阻；R3、R4、R5、R6为均压电路的阻值；RX1、RX2为绝缘电阻。通过控制开关管S1的导通和关断，对Vad-p的电压值进行采样。
图3为图2中开关管S1导通时的等效电路示意图，假设RX1的阻值为K1(R1+R2)，RX2的阻值为K2(R1+R2)，K1、K2为比例系数；当S1导通时，采样电阻R6的电压为Vad-pc，Vpc可由Vad-pc得出，其关系式为：
（1）
采样电阻R2的电压为Vad-bus，Vbus可由Vad-bus得出，其关系式为：
根据图3所示的等效电路图可以得出关系式：
（3）
对式（3）进行化简得：
（4）
即有关系式：
图4为图2中开关管S1关断时的等效电路示意图，假设RX1的阻值为K1(R3+R4)，RX2的阻值为K2(R3+R4)，K1、K2为比例系数；当S1关断时，采样电阻R6的电压为Vad-po，Vpo可由Vad-po得出，其关系式为：
根据图4所示的等效电路图可以得出以下关系式：
对式（7）进行化简得：
即有关系式：
（9）
联立式（5）和式（9）可以得出比例系数K1和K2的值，其关系式为：
（10）
从而可由计算出绝缘电阻RX1的阻值和RX2的阻值，其关系式如下：
通过对开关管S1的导通和关断的控制，可以根据采样到的母线电压和中点电压计算出绝缘电阻RX1和RX2的值。当绝缘电阻RX1和RX2的绝缘效果正常时，在关断S1的情况下，Vad-po趋于0，RX1可视为无穷大，在导通S1的情况下，RX2也可视为无穷大；当绝缘电阻RX1的绝缘效果变小时，RX2的绝缘电阻视为无穷大，此时Vad-p趋于Vad-bus；当绝缘电阻RX2的绝缘效果变小时，RX1的绝缘电阻视为无穷大，此时Vad-p趋于0；当绝缘电阻RX1和绝缘电阻RX2的绝缘效果下降相同时，Vad-p相应的变化；以上情况都可通过式（12）、式（13）求出其具体阻值。
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之中。
Claims (3)
1.一种直接接地绝缘故障检测装置，其特征在于：所述检测装置包括第一分压电路（110）、第二分压电路（120）、均压电路（130）和相串联的被测绝缘电阻RX1及被测绝缘电阻RX2，所述第一分压电路（110）包括电阻R1、电阻R2，所述均压电路（130）包括依次串联连接的电阻R3、电阻R4、开关管S1、电阻R5和电阻R6，电阻R5和电阻R6组成所述第二分压电路（120），所述电阻R3、电阻R4及开关管S1依次串联后并联于所述被测绝缘电阻RX1两端，所述第二分压电路（120）并联于所述被测绝缘电阻RX2两端，所述第一分压电路（110）并联在所述相串联的被测绝缘电阻RX1与被测绝缘电阻RX2两端。
2.一种利用权利要求1所述检测装置来检测直接接地绝缘故障的方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤一、运行上述装置，采集所述被测绝缘电阻RX1与被测绝缘电阻RX2两端的母线电压Vbus；
步骤二、导通开关管S1，采集所述被测绝缘电阻RX1与被测绝缘电阻RX2之间的中点电压Vpc；
步骤三、关断开关管S1，采集所述被测绝缘电阻RX1与被测绝缘电阻RX2之间的中点电压Vpo；
步骤四、将上述采集对应点上的数据套入如下关系式，计算包括所述被测绝缘电阻RX1和被测绝缘电阻RX2的大小，以判断绝缘效果；
；其中﹡表示乘积。
3.根据权利要求2所述的检测直接接地绝缘故障的方法，其特征在于：所述电阻R1、电阻R3、电阻R5的阻值相同，所述电阻R2、电阻R4、电阻R6的阻值相同。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20111214 |