CN103901277B - 一种直流系统绝缘电阻检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种直流系统绝缘电阻检测装置，包括：开关模块的一端与直流系统的直流母线负极相连，开关模块的另一端接地；第一采集模块用于采集直流系统中直流母线负极和直流母线正极之间的第一电压；第二采集模块用于采集当开关模块闭合时直流母线负极相对于地的第二电压，以及采集当开关模块断开时直流母线负极相对于地的第三电压；控制器模块与开关模块、第一采集模块和第二采集模块相连，控制器模块用于对开关模块进行控制，并根据第一电压、第二电压和第三电压分别计算直流母线正极相对于地的第一绝缘电阻和直流母线负极相对于地的第二绝缘电阻。采用该检测装置，可以准确地检测直流系统对地的绝缘阻值。

Description

一种直流系统绝缘电阻检测装置

技术领域

本发明涉及电力系统检测技术领域，特别涉及一种直流系统绝缘电阻检测装置。

背景技术

众所周知，直流电源装置在运行时绝对不可以使电源得正负端短接或者正、负极两端任何一端对地短接。若电源中一端对地短接而不及时处理，则当电源另一端也对地短接时，就造成直流电源正负端直接短接，便容易造成事故，存在安全隐患。因此在直流电源装置供电之前必须对其进行绝缘监测。目前，电力系统采用的绝缘检测方法，大多是通过平衡电桥检测方法来对系统的绝缘电阻进行检测的。但是，在直流系统正、负极绝缘同等下降时，正、负极两端对地电压保持不变，采用上述检测方法进行检测，不能进行判断绝缘电阻情况，即使绝缘监测发出告警，也不能直接得到系统对地的绝缘电阻的大小。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种直流系统绝缘电阻检测装置，采用该装置，在直流系统的正负极对地绝缘电阻同等下降的情况下，可以准确地检测直流系统对地的绝缘电阻值。

为达到上述目的，本发明实施例提出一种直流系统绝缘电阻检测装置，包括：开关模块，所述开关模块的一端与直流系统的直流母线负极相连，所述开关模块的另一端接地；第一采集模块，所述第一采集模块用于采集 所述直流系统中直流母线负极和直流母线正极之间的第一电压；第二采集模块，所述第二采集模块用于采集当所述开关模块闭合时所述直流母线负极相对于地的第二电压，以及采集当所述开关模块断开时所述直流母线负极相对于地的第三电压；控制器模块，所述控制器模块与所述开关模块、所述第一采集模块和第二采集模块相连，所述控制器模块用于对所述开关模块进行控制，并根据所述第一电压、第二电压和第三电压分别计算所述直流母线正极相对于地的第一绝缘电阻和所述直流母线负极相对于地的第二绝缘电阻。

根据本发明实施例的直流系统绝缘电阻检测装置，通过控制器模块控制开关模块的断开和导通，同时通过第二采集模块分别采集开关模块断开和导通时的电压值，并通过控制器模块根据采集的电压值进行计算获得绝缘阻值，可以较准确地检测到直流系统对地的绝缘阻值，另外，在直流系统的正负极绝缘阻值同时下降的情况下，也可以进行检测。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的直流系统绝缘电阻检测装置的结构示意图；

图2为根据本发明的一个实施例的第一采集模块的电路的示意图；

图3a为根据本发明的一个实施例的直流系统绝缘电阻检测装置的部分结构的电路示意图；以及

图3b为根据本发明的一个实施例的第二采集模块的部分电路的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的直流系统绝缘电阻检测装 置。

如图1所示，本发明实施例的直流系统绝缘电阻检测装置，包括：开关模块101、第一采集模块102、第二采集模块103和控制器模块104。其中，开关模块101的一端与直流系统的直流母线负极相连，开关模块101的另一端接地。第一采集模块102用于采集直流系统中直流母线负极和直流母线正极之间的第一电压。第二采集模块103用于采集当开关模块101闭合时直流母线负极相对于地的第二电压，以及采集当开关模块101断开时直流母线负极相对于地的第三电压。控制器模块104与开关模块101、第一采集模块102和第二采集模块103相连，控制器模块104用于对开关模块101进行控制，并根据第一电压、第二电压和第三电压分别计算直流母线正极相对于地的第一绝缘电阻和直流母线负极相对于地的第二绝缘电阻。

本发明实施例的直流系统绝缘电阻检测装置对直流系统的绝缘电阻进行检测的基本思路为：开关模块101的闭合或断开会改变直流系统负端对大地间的实际电阻阻值，在直流系统母线电压不变的情况下，直流系统负端对大地的电压发生变化。通过第一采样模块102获得直流系统母线电压，在开关模块101闭合和断开时分别通过第二采样模块103获得直流系统负极对大地的电压，由控制器模块104根据第一采集模块102和第二采集模块103采集的电压值来计算获得直流系统正、负极对大地的绝缘电阻。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，第一采集模块102进一步包括：第一电阻201、第二电阻202、第三电阻203、第四电阻204、第五电阻205、第六电阻206和第一放大器207。其中，第一电阻201的一端与直流母线正极相连。第二电阻202的一端与直流母线负极相连。第三电阻203的一端与第一电阻201的另一端相连，第三电阻203的另一端与第二电阻202的另一端相连。第四电阻204的一端与第一电阻201的另一端相连。第五电阻205的一端与第二电阻202的另一端相连。第一放大器207的第 一输入端与第四电阻204的另一端相连，第一放大器207的第二输入端与第五电阻205的另一端相连。第六电阻206的一端与第一放大器207的输出端相连，第六电阻206的另一端为第一采集模块102的输出端。需要说明的是，上述的第一电阻201至第六电阻206可以为单个电阻，也可以是由多个电阻构成。

在本发明的一个实施例中，如图3b所示，结合图3a所示，图3a为本发明的检测装置的部分电路，其中包括有第二采集模块103的部分电路。进一步地，第二采样模块103包括：第七电阻301、第八电阻302、第九电阻303、第十电阻304、第十一电阻305、第十二电阻306和第二放大器307。其中，第七电阻301的一端与直流母线负极相连。第八电阻302的一端与第七电阻301的另一端相连，第七电阻301和第八电阻302之间具有第一节点1；第九电阻303一端与第八电阻302的另一端相连，第九电阻303和第八电阻302之间具有第二节点2。第十电阻304的一端与第一节点1相连，第十一电阻305的一端与第二节点2相连。第二放大器307的第一输入端与第十电阻304的另一端相连，第二放大器307的第二输入端与第十一电阻305的另一端相连。第十二电阻306的一端与第二放大器307的输出端相连，第十二电阻306的另一端为第二采集模块103的输出端。需要说明的是，第七电阻301至第十二电阻306可以是单个电阻，也可以是由多个电阻构成。

在本发明的一个实施例中，如图3b所示，第二采集模块103还包括：第一熔断丝308和第二熔断丝309，第一熔断丝308连接在第一节点1和第十电阻304之间，第二熔断丝309连接在第二节点2和第十一电阻305之间。

在本发明的一个实施例中，开关模块101可以为MOS管，控制器模块104控制MOS管的通断可以获得两个不同的绝缘监测采样电压值。在本发明的一个实施例中，分别通过以下公式计算第一绝缘电阻和第二绝缘电阻：

$\frac{{\mathrm{RK}}_2//R_1}{{\mathrm{RK}}_1+{\mathrm{RK}}_2//R_1}\×U_{\mathrm{DC}}=\frac{1}{a}{u}_1---\left(1\right)$

$\frac{{\mathrm{RK}}_2//R_1//R_2}{{\mathrm{RK}}_1+{\mathrm{RK}}_2//R_1//R_2}\×U_{\mathrm{DC}}=\frac{1}{a}{u}_2---\left(2\right)$

其中，RK₁为直流系统正极对大地的实际电阻值；RK₂为直流系统负极对大地的实际电阻值；R₁等于22MΩ；R₂等于1MΩ；U_DC为直流系统母线电压正极对负极的电压值；u₁为开关模块断开时第二采集模块采集的电压值；u₂为开关模块导通时第二采集模块采集的电压值；a为第二采集模块的绝缘监测采样比例系数。

具体地，如图3a所示，第二采样模块103的两个输入端JUJC-IN+和JYJC-IN-之间的电阻即第八电阻302设为100KΩ，第二采集模块103根据第七电阻301、第八电阻302和第九电阻303的阻值获得绝缘监测采样比例设为100KΩ/（第七电阻值+第八电阻值+第九电阻值）=1/220，即a=1/220。则MOS管断开时，直流系统负极对大地实际阻值为RK2//22MΩ，直流系统正极对大地实际电阻为RK1，则根据公式1获得：

$\frac{{\mathrm{RK}}_2//22\mathrm{M\Ω}}{{\mathrm{RK}}_1+{\mathrm{RK}}_2//22\mathrm{M\Ω}}\×U_{\mathrm{DC}}=220u_1---\left(3\right)$

MOS管导通时，直流系统负极对大地实际电阻为RK2//22M//1M，直流系统正极对大地实际电阻为RK1，则根据公式2获得：

$\frac{{\mathrm{RK}}_2//22\mathrm{M\Ω}//1\mathrm{M\Ω}}{{\mathrm{RK}}_1+{\mathrm{RK}}_2//22\mathrm{M\Ω}//1\mathrm{M\Ω}}\×U_{\mathrm{DC}}=\frac{1}{a}{u}_2---\left(4\right)$

有上述公式3和公式4联立可以解得：

$\mathrm{RK}2=\frac{R_1{R}_2\×U_{\mathrm{DC}}\×(u_1-u_2)}{((R_1+R_2)\×u_2-R_2{u}_1)\×U_{\mathrm{DC}}-a{R}_1\×u_1\×u_2}=\frac{22000\×U_{\mathrm{DC}}\×(u_1-u_2)}{(23\×u_2-u_1)\×U_{\mathrm{DC}}-4840\×u_1\×u_2}$

$\mathrm{RK}1=\frac{R_1\×\mathrm{RK}2\×(U_{\mathrm{DC}}-a{u}_1)}{{\mathrm{au}}_1\×(R_1+\mathrm{RK}2)}=\frac{100\×\mathrm{RK}2\×(U_{\mathrm{DC}}-220\×u_1)}{u_1\×(22000+\mathrm{RK}2)}$

即获得直流系统正、负极对大地的绝缘电阻值。公式1和公式2在绝缘电阻值越低的情况下，计算精度越高，能够确保绝缘电阻过低时不会产生误判， 可以满足判断要求。

在本发明的一个实施例中，控制器模块104还用于在第一绝缘电阻或第二绝缘电阻小于第一预设值时发出告警提示，并在第一绝缘电阻或第二绝缘电阻小于第二预设值时发出故障警告，第一预设值大于第二预设值。例如在实际应用中，第一预设值可以设为2MΩ，第二预设值可以设为1MΩ，当RK1或RK2小于2MΩ时发出告警提示，当RK1或RK2小于1MΩ时发出故障警告。

在本发明的另一个实施例中，控制器模块104还用于在第一电压至第三电压均相等，且第一电压至第三电压均不为零时，判断直流母线正极相对于地短路，以及在第一电压和第二电压相等，且第三电压不为零时，判断直流母线负极相对于地短路。具体地，对于短路情况的判断，需要增加直流电压采样值来协同判断。直流系统正极对大地短路，第二采集模块103在开关模块101例如MOS管闭合前后采集到的电压值一致，即第二电压与第三电压相等，并与第一采集模块102采集的第一电压值相等，且不为零，则可判断直流系统正极对大地短路故障。如果第二采集模块103在MOS管闭合前后采到的第二电压值和第三电压值一致，且为零，但第一采集模块102采集的第一电压值不为零，则可判断直流系统负极对大地短路故障。

另外，在本发明的一个实施例中，当直流系统的正极或负极单边对大地开路时，特别是正极对大地开路，此时的第二采集模块103电路相当于悬空态，故会出现计算负值。在实际应用中，可以在软件中将计算出的负值取反发出，如用0xFFFF-计算值，得到的电阻计算值为较大的正阻值，其值一定在10MΩ以上，故可以认为为开路状态，不影响计算判断。

根据本发明实施例的直流系统绝缘电阻检测装置，通过控制器模块控制开关模块的断开和导通，同时通过第二采集模块分别采集开关模块断开和导通时的电压值，并通过控制器模块根据采集的电压值进行计算获得绝缘阻值，可以较准确地检测到直流系统对地的绝缘阻值，另外，在直流系 统的正负极绝缘阻值同时下降的情况下，也可以进行检测。

在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (6)

1.一种直流系统绝缘电阻检测装置，其特征在于，包括：

开关模块，所述开关模块的一端与直流系统的直流母线负极相连，所述开关模块的另一端接地；

第一采集模块，所述第一采集模块用于采集所述直流系统中直流母线负极和直流母线正极之间的第一电压，所述第一采集模块进一步包括：

第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端与所述直流母线正极相连，所述第二电阻的一端与所述直流母线负极相连；

第三电阻，所述第三电阻的一端与所述第一电阻的另一端相连，所述第三电阻的另一端与所述第二电阻的另一端相连；

第四电阻和第五电阻，所述第四电阻的一端与所述第一电阻的另一端相连，所述第五电阻的一端与所述第二电阻的另一端相连；

第一放大器，所述第一放大器的第一输入端与所述第四电阻的另一端相连，所述第一放大器的第二输入端与所述第五电阻的另一端相连；

第六电阻，所述第六电阻的一端与所述第一放大器的输出端相连，所述第六电阻的另一端为所述第一采集模块的输出端；

第二采集模块，所述第二采集模块用于采集当所述开关模块闭合时所述直流母线负极相对于地的第二电压，以及采集当所述开关模块断开时所述直流母线负极相对于地的第三电压；

控制器模块，所述控制器模块与所述开关模块、所述第一采集模块和第二采集模块相连，所述控制器模块用于对所述开关模块进行控制，并根据所述第一电压、第二电压和第三电压分别计算所述直流母线正极相对于地的第一绝缘电阻和所述直流母线负极相对于地的第二绝缘电阻。

2.如权利要求1所述的直流系统绝缘电阻检测装置，其特征在于，分别通过以下公式计算所述第一绝缘电阻和第二绝缘电阻

$\frac{{\mathrm{RK}}_2//R_1}{{\mathrm{RK}}_1+{\mathrm{RK}}_2//R_1}\×U_{DC}=\frac{1}{a}{u}_1;$

$\frac{{\mathrm{RK}}_2//R_1//R_2}{{\mathrm{RK}}_1+{\mathrm{RK}}_2//R_1//R_2}\×U_{DC}=\frac{1}{a}{u}_2;$

其中，RK₁为直流系统正极对大地的实际电阻值；RK₂为直流系统负极对大地的实际电阻值；R₁等于22MΩ；R₂等于1MΩ；U_DC为直流系统母线电压正极对负极的电压值；u₁为开关模块断开时第二采集模块采集的电压值；u₂为开关模块导通时第二采集模块采集的电压值；a为第二采集模块的绝缘监测采样比例系数。

3.如权利要求1所述的直流系统绝缘电阻检测装置，其特征在于，所述控制器模块，还用于在所述第一绝缘电阻或第二绝缘电阻小于第一预设值时发出告警提示，并在所述第一绝缘电阻或第二绝缘电阻小于第二预设值时发出故障警告，所述第一预设值大于所述第二预设值。

4.如权利要求1所述的直流系统绝缘电阻检测装置，其特征在于，所述控制器模块，还用于在所述第一电压至第三电压均相等，且所述第一电压至第三电压均不为零时，判断所述直流母线正极相对于地短路，以及在所述第一电压和第二电压相等，且所述第三电压不为零时，判断所述直流母线负极相对于地短路。

5.如权利要求1所述的直流系统绝缘电阻检测装置，其特征在于，所述第二采集模块进一步包括：

第七电阻，所述第七电阻的一端与所述直流母线负极相连；

第八电阻，所述第八电阻的一端与所述第七电阻的另一端相连，所述第七电阻和第八电阻之间具有第一节点；

第九电阻，所述第九电阻一端与所述第八电阻的另一端相连，所述第九电阻和第八电阻之间具有第二节点；

第十电阻和第十一电阻，所述第十电阻的一端与所述第一节点相连，所述第十一电阻的一端与所述第二节点相连；

第二放大器，所述第二放大器的第一输入端与所述第十电阻的另一端相连，所述第二放大器的第二输入端与所述第十一电阻的另一端相连；

第十二电阻，所述第十二电阻的一端与所述第二放大器的输出端相连，所述第十二电阻的另一端为所述第二采集模块的输出端。

6.如权利要求5所述的直流系统绝缘电阻检测装置，其特征在于，所述第二采集模块还包括：

第一熔断丝和第二熔断丝，所述第一熔断丝连接在所述第一节点和所述第十电阻之间，所述第二熔断丝连接在所述第二节点和所述第十一电阻之间。