CN104505808B - 带电压偏差补偿的绝缘监测装置及其电压偏差补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种绝缘监测装置压差调节装置，具体涉及一种带电压偏差补偿的绝缘监测装置，包括平衡桥电路和补偿电路，补偿电路包括正极补偿三极管和负极补偿三极管，正极补偿三极管集电极连接至直流母线正极，发射极通过限流电阻R3连接至地线，负极补偿三极管集电极连接至地线，发射极通过限流电阻R4连接至直流母线负极，正、负极补偿三极管的基极分别通过限流电阻R5和限流电阻R6连接至切换开关，切换开关连接至控制单元，实现对直流系统对地电压的偏差地精确补偿。本发明提供一种电压偏差补偿方法，实现集电极与发射极之间的电流大小的平滑控制，保证直流系统的安全运行，消除安全隐患。
Description
技术领域
本发明涉及一种绝缘监测装置压差调节装置，具体涉及一种带电压偏差补偿的绝缘监测装置及其电压偏差补偿方法。
背景技术
直流电源的安全可靠运行对于变电站的安全可靠运行至关重要。但由于直流电源供电设备多，供电线缆长，在实际运行中经常出现直流接地等故障。虽然直流系统浮地运行，单点接地不影响系统的正常运行，但必须尽快查找故障予以消除，否则发生第二点接地时，就会造成继电器或保护装置误动作，引起严重后果。目前，变电站中普遍使用了直流系统绝缘及选线装置，起到了较好的效果。
直流绝缘监测装置只能监测到直流系统绝缘降低，但是直流系统发生单极或两极绝缘降低时，如果造成直流系统对地电压偏差过大，即使对地绝缘电阻没有降低到绝缘告警的程度，也会对直流系统的安全运行留有隐患。这个时候比较好的方法是采取相应的补偿措施减小直流系统对地电压的偏差，使其恢复到安全范围，从而保证直流系统的安全运行。
发明内容
为解决上述技术问题中的不足，本发明的目的在于：提供一种带电压偏差补偿的绝缘监测装置，精确补偿直流系统对地电压的偏差，保证直流系统的安全运行，消除安全隐患，提供一种电压偏差补偿方法，实现集电极与发射极之间的电流大小的平滑控制，补偿直流系统对地电压的偏差。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：
所述带电压偏差补偿功能的绝缘监测装置，包括绝缘监测器和平衡桥电路，还包括补偿电路和控制单元，补偿电路包括正极补偿三极管和负极补偿三极管，正极补偿三极管集电极连接至直流母线正极，发射极通过限流电阻R3连接至地线，负极补偿三极管集电极连接至地线，发射极通过限流电阻R4连接至直流母线负极，正、负极补偿三极管的基极分别通过限流电阻R5和限流电阻R6连接至切换开关，切换开关和绝缘监测器连接至控制单元。
本发明所述平衡桥电路由连接到直流母线正极和地线之间的平衡电阻R1、连接到直流母线负极和地线之间的平衡电阻R2组成，正常情况下，正、负极补偿三极管的基极电压均0，两者工作在截止区，集电极与发射极之间无电流流过，绝缘监测器监测到的直流母线正极对地电阻和直流母线负极对地电阻阻值发送至控制单元。
假设直流母线正极对地电阻为R+，当R+降低时，将导致直流母线正、负极对地电压偏差过大。根据基尔霍夫定律，流过平衡电阻R1和直流母线正极对地电阻R+的电流之和等于流过平衡电阻R2的电流，可写作I1+I+＝I2。此时，切换开关连接负极补偿三极管与控制单元，通过控制单元调节数模转换器的输出电压V2，使负极补偿三极管工作在放大区，此时负极补偿三极管集电极与发射极之间会有电流IC流过，当IC的大小与I+一致时，那么直流母线正、负极对地电压即可达到平衡，实现对地电压偏差的精确补偿。
其中，优选方案为：
所述切换开关通过数模转换器连接至控制单元，数模转换器将控制单元输出的数字信号转换为模拟信号，以供正、负极补偿三极管使用。
所述切换开关采用继电器，继电器常开触点和常闭触点分别与限流电阻R6和限流电阻R5相连，继电器线圈与控制单元相连，控制单元根据当前电路情况，切换与控制单元连接的补偿三极管。
所述控制单元为单片机，例如51系列，应用广泛，成本较低。
本发明还提供一种电压偏差补偿方法，包括以下步骤：
第一步，绝缘检测装置将采集的直流母线正极对地电阻R+和直流母线负极对地电阻R-传输至控制单元；
第二步，控制单元对直流母线正极对地电阻R+和直流母线负极对地电阻R-的阻值进行判断，如果控制单元检测到直流母线正极对地电阻R+降低，控制单元控制切换开关与限流电阻R6相连，调节数模转换器的输出电压V2，控制通过限流电阻R4的电流，使其与通过电阻R+的电流相等，如果控制单元检测到直流母线负极对地电阻R-降低，控制单元控制切换开关与限流电阻R5相连，调节数模转换器的输出电压V1，控制通过限流电阻R3的电流，使其与通过电阻R-的电流相等，完成补偿。
数模转换器的输出电压V2的调节原理为：
负极补偿三极管基极电流IB＝(V2–UBEQ)/(R6+(1+β)R4)，集电极与发射极之间电流IC＝(1+β)*IB，其中，UBEQ为负极补偿三极管基极和集电极压降，为定值，β为负极补偿三极管放大倍数，也为定值，R6，R4为已知数值，在获得R+数值的情况下，得到通过电阻R+的电流I+，I+与IC数值相等，V2＝IC/(1+β)*(R6+(1+β)R4)+UBEQ，控制单元根据算得的V2的数值进行调节。
同理，数模转换器的输出电压V1的调节原理为：
正极补偿三极管基极电流IB＝(V1–UBEQ)/(R5+(1+β)R3)，集电极与发射极之间电流IC＝(1+β)*IB，其中，UBEQ为负极补偿三极管基极和集电极压降，为定值，β为负极补偿三极管放大倍数，也为定值，R5，R3为已知数值，在获得R-数值的情况下，得到通过电阻R-的电流I-，I-与IC数值相等，V1＝IC/(1+β)*(R6+(1+β)R4)+UBEQ，控制单元根据算得的V1的数值进行调节。
切换开关采用继电器，继电器常开触点和常闭触点分别与限流电阻R6和限流电阻R5相连，继电器线圈与控制单元相连，控制单元通过控制继电器线圈的通电情况切换限流电阻R6和限流电阻R5的接入情况，控制单元可以为单片机，也可选用PLC。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明利用三极管工作特性，实现集电极与发射极之间的电流大小的平滑控制，并结合利用基尔霍夫定律实现对直流系统对地电压的偏差地精确补偿，保证直流系统的安全运行，消除安全隐患。
附图说明
图1本发明电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例做进一步描述：
实施例1：
如图1所示，本发明所述带电压偏差补偿的绝缘监测装置，包括绝缘监测器和平衡桥电路，还包括补偿电路和控制单元，补偿电路包括正极补偿三极管T1和负极补偿三极管T2，正极补偿三极管T1集电极连接至直流母线正极KMI+，发射极通过限流电阻R3连接至地线，负极补偿三极管T2集电极连接至地线，发射极通过限流电阻R4连接至直流母线负极KMI-，正、负极补偿三极管的基极分别通过限流电阻R5和限流电阻R6连接至切换开关K，切换开关K和绝缘监测器连接至控制单元M。
其中，切换开关K通过数模转换器DAC连接至控制单元M，数模转换器DAC将控制单元输出的数字信号转换为模拟信号，以供正、负极补偿三极管使用；所述切换开关K采用继电器，继电器常开触点和常闭触点分别与限流电阻R6和限流电阻R5相连，继电器线圈与控制单元M相连，控制单元M根据当前电路情况，切换与控制单元M连接的补偿三极管,控制单元M为单片机，例如51系列，应用广泛，成本较低。
本发明所述平衡桥电路由连接到直流母线正极KMI+和地线之间的平衡电阻R1、连接到直流母线负极KMI-和地线之间的平衡电阻R2组成，正常情况下，正、负极补偿三极管的基极电压均0，两者工作在截止区，集电极与发射极之间无电流流过，绝缘监测器监测到的直流母线正极对地电阻和直流母线负极对地电阻阻值发送至控制单元M。
如图1，假设直流母线正极KMI+对地电阻为R+，当R+降低时，将导致直流母线正、负极对地电压偏差过大。根据基尔霍夫定律，流过平衡电阻R1和直流母线正极KMI+对地电阻R+的电流之和等于流过平衡电阻R2的电流，可写作I1+I+＝I2。此时，切换开关K连接负极补偿三极管T2与控制单元，通过控制单元调节数模转换器的输出电压V2，使负极补偿三极管T2工作在放大区，此时负极补偿三极管T2集电极与发射极之间会有电流IC流过，当IC的大小与I+一致时，那么直流母线正、负极对地电压即可达到平衡，实现对地电压偏差的精确补偿。
实施例2：
本实施例基于实施例1提供一种电压偏差补偿方法，包括以下步骤：
第一步，绝缘检测装置将采集的直流母线正极对地电阻R+和直流母线负极对地电阻R-传输至控制单元；
第二步，控制单元对直流母线正极对地电阻R+和直流母线负极对地电阻R-的阻值进行判断，如果控制单元检测到直流母线正极对地电阻R+降低，控制单元M控制切换开关K与限流电阻R6相连，调节数模转换器DAC的输出电压V2，控制通过限流电阻R4的电流，使其与通过电阻R+的电流相等，如果控制单元M检测到直流母线负极对地电阻R-降低，控制单元M控制切换开关K与限流电阻R5相连，调节数模转换器DAC的输出电压V1，控制通过限流电阻R3的电流，使其与通过电阻R-的电流相等，完成补偿。
数模转换器的输出电压V2的调节原理为：
负极补偿三极管基极电流IB＝(V2–UBEQ)/(R6+(1+β)R4)，集电极与发射极之间电流IC＝(1+β)*IB，其中，UBEQ为负极补偿三极管基极和集电极压降，为定值，β为负极补偿三极管放大倍数，也为定值，R6，R4为已知数值，在获得R+数值的情况下，得到通过电阻R+的电流I+，I+与IC数值相等，V2＝IC/(1+β)*(R6+(1+β)R4)+UBEQ，控制单元根据算得的V2的数值进行调节。
同理，数模转换器的输出电压V1的调节原理为：
正极补偿三极管基极电流IB＝(V1–UBEQ)/(R5+(1+β)R3)，集电极与发射极之间电流IC＝(1+β)*IB，其中，UBEQ为负极补偿三极管基极和集电极压降，为定值，β为负极补偿三极管放大倍数，也为定值，R5，R3为已知数值，在获得R-数值的情况下，得到通过电阻R-的电流I-，I-与IC数值相等，V1＝IC/(1+β)*(R6+(1+β)R4)+UBEQ，控制单元根据算得的V1的数值进行调节。
切换开关K采用继电器，继电器常开触点和常闭触点分别与限流电阻R6和限流电阻R5相连，继电器线圈与控制单元M相连，控制单元M通过控制继电器线圈的通电情况切换限流电阻R6和限流电阻R5的接入情况，控制单元M可以为单片机，也可选用PLC。
本发明利用三极管工作特性，实现集电极与发射极之间的电流大小的平滑控制，并结合利用基尔霍夫定律实现对直流系统对地电压的偏差地精确补偿，保证直流系统的安全运行，消除安全隐患。
Claims (8)
1.一种带电压偏差补偿的绝缘监测装置，包括绝缘监测器和平衡桥电路，其特征在于，还包括补偿电路和控制单元，补偿电路包括正极补偿三极管和负极补偿三极管，正极补偿三极管集电极连接至直流母线正极，发射极通过限流电阻R3连接至地线，负极补偿三极管集电极连接至地线，发射极通过限流电阻R4连接至直流母线负极，正、负极补偿三极管的基极分别通过限流电阻R5和限流电阻R6连接至切换开关，切换开关和绝缘监测器连接至控制单元，所述平衡桥电路由连接到直流母线正极和地线之间的平衡电阻R1、连接到直流母线负极和地线之间的平衡电阻R2组成。
2.根据权利要求1所述的带电压偏差补偿的绝缘监测装置，其特征在于，所述切换开关通过数模转换器连接至控制单元。
3.根据权利要求1或2所述的带电压偏差补偿的绝缘监测装置，其特征在于，所述切换开关采用继电器，继电器常开触点和常闭触点分别与限流电阻R6和限流电阻R5相连，继电器线圈与控制单元相连。
4.根据权利要求3所述的带电压偏差补偿的绝缘监测装置，其特征在于，所述控制单元为单片机。
5.一种基于权利要求2所述的带电压偏差补偿的绝缘监测装置的电压偏差补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，绝缘监测器将采集的直流母线正极对地电阻R+和直流母线负极对地电阻R-传输至控制单元；
第二步，控制单元对直流母线正极对地电阻和直流母线负极对地电阻的阻值进行判断，如果控制单元检测到直流母线正极对地电阻R+降低，控制单元控制切换开关与限流电阻R6相连，调节数模转换器的输出电压V2，控制通过限流电阻R4的电流，使其与通过电阻R+的电流相等，如果控制单元检测到直流母线负极对地电阻R-降低，控制单元控制切换开关与限流电阻R5相连，调节数模转换器的输出电压V1，控制通过限流电阻R3的电流，使其与通过电阻R-的电流相等，完成补偿。
6.根据权利要求5所述的电压偏差补偿方法，其特征在于，所述数模转换器的输出电压V2的调节原理为：
负极补偿三极管基极电流IB＝(V2–UBEQ)/(R6+(1+β)R4)，集电极与发射极之间电流IC＝(1+β)*IB，其中，UBEQ为负极补偿三极管基极和集电极压降，为定值，β为负极补偿三极管放大倍数，也为定值，R6，R4为已知数值，在获得R+数值的情况下，得到通过电阻R+的电流I+，I+与IC数值相等，V2＝IC/(1+β)*(R6+(1+β)R4)+UBEQ，控制单元根据算得的V2的数值进行调节。
7.根据权利要求5所述的电压偏差补偿方法，其特征在于，所述数模转换器的输出电压V1的调节原理为：
正极补偿三极管基极电流IB＝(V1–UBEQ)/(R5+(1+β)R3)，集电极与发射极之间电流IC＝(1+β)*IB，其中，UBEQ为负极补偿三极管基极和集电极压降，为定值，β为负极补偿三极管放大倍数，也为定值，R5，R3为已知数值，在获得R-数值的情况下，得到通过电阻R-的电流I-，I-与IC数值相等，V1＝IC/(1+β)*(R6+(1+β)R4)+UBEQ，控制单元根据算得的V1的数值进行调节。
8.根据权利要求5所述的电压偏差补偿方法，其特征在于，所述切换开关采用继电器，继电器常开触点和常闭触点分别与限流电阻R6和限流电阻R5相连，继电器线圈与控制单元相连，控制单元通过控制继电器线圈的通电情况切换限流电阻R6和限流电阻R5的接入情况。
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