CN104730407B - 一种接地检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种接地检测电路，属于检测技术领域，该接地检测电路的接地门槛可较为准确地设置，保证了该接地检测电路的检测效果。该接地检测电路，包括第一检测电阻和第二检测电阻，第一检测电阻的一端连接正母线，另一端连接第二检测电阻的一端，第二检测电阻的另一端连接负母线；接地检测电路还包括接地检测模块，接地检测模块的一端接地，另一端连接第一检测电阻和第二检测电阻的连接点。

Description

一种接地检测电路

技术领域

本发明涉及接地检测技术领域，具体地说，涉及一种接地检测电路。

背景技术

牵引变流器的主电路主要包括整流电路、支撑电容、逆变器电路、牵引电机和放电支路。在运行过程中，电缆老化、振动摩擦等因素都可能使得牵引变流器的主电路接地。一般而言，主电路单点接地并不会对牵引变流器的正常工作产生明显影响；但两点接地或者多点接地将可能产生很大的短路电流，有可能烧损设备和导线，严重影响牵引变流器正常运行的安全性和可靠性。因此，能够准确、迅速地检测出接地故障，供工程人员进行判断和处理就显得非常重要。

放电支路包括两个放电电阻，这两个放电电阻分别连接正母线和负母线且串联，两放电电阻的连接点处接地。放电支路上的两个放电电阻不仅可用于为主电路放电，还可同时用于接地检测。如图1所示，设置第一电压传感器VH1搭接在正负母线上，另设置第二电压传感器VH2与两放电电阻之一并联，即该第二电压传感器VH2的一端连接正母线或负母线，另一端接地。可通过检验第一电压传感器VH1和第二电压传感器VH2之间的差值，来判断正母线或负母线等是否接地。

发明人发现，利用该放电支路进行接地检测时，其第二电压传感器VH2所检测的电压除直流分量外，还叠加有高频分量、低频分量等，这些分量是由网侧变流器以及电机侧逆变器开关动作以及线路上电感、开关器件的寄生参数等综合作用所产生的共模电压引起的，并在主电路上传播进行叠加。利用该放电支路进行接地检测时，第二电压传感器VH2上的检测电压难以克服由主电路上的其他传导干扰引起的电压浮动严重而产生的接地门槛无法准确设置的问题，导致检测效果不佳。

发明内容

本发明的目的在于提供一种接地检测电路，该接地检测电路的接地门槛可较为准确地设置，保证了该接地检测电路的检测效果。

本发明公开了一种接地检测电路，该接地检测电路包括第一检测电阻和第二检测电阻，所述第一检测电阻的一端连接正母线，另一端连接所述第二检测电阻的一端，所述第二检测电阻的另一端连接负母线；

所述接地检测电路还包括接地检测模块，所述接地检测模块的一端接地，另一端连接所述第一检测电阻和所述第二检测电阻的连接点。

进一步的，所述接地检测模块包括第三检测电阻和电压传感器，所述第三检测电阻的一端连接所述第一检测电阻和所述第二检测电阻的连接点，另一端接地，所述电压传感器与所述第三检测电阻并联。

进一步的，所述接地检测模块还包括电容，所述电容与所述第三检测电阻并联。

进一步的，所述第一检测电阻、所述第二检测电阻和所述第三检测电阻的电阻值相等。

进一步的，所述第一检测电阻、所述第二检测电阻和所述第三检测电阻的电阻值为10～25kΩ。

进一步的，所述电容的电容值为0.2～8μF。

进一步的，当所述正母线接地时，所述电压传感器检测到的电压为：

其中，U为所述电压传感器检测到的电压，R₁、R₂和R₃分别为所述第一检测电阻、所述第二检测电阻和所述第三检测电阻的电阻值，U_dc为主电路的直流电压。

进一步的，当所述负母线接地时，所述电压传感器检测到的电压为：

其中，U为所述电压传感器检测到的电压，R₁、R₂和R₃分别为所述第一检测电阻、所述第二检测电阻和所述第三检测电阻的电阻值，U_dc为主电路的直流电压。

本发明带来了以下有益效果：本发明实施例的技术方案提供了一种接地检测电路，该接地检测电路中的接地检测模块一端连接第一检测电阻R1和第二检测电阻R2的连接点，另一端接地。该接地检测模块与主电路分离，能够有效减小主电路上的传导干扰引起的电压浮动的作用效果，缩小接地门槛的浮动范围，能够较为准确地设定接地门槛，从而提高了该接地检测电路的检测效果。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是现有技术中的接地检测电路的结构图；

图2是本发明实施例中的接地检测电路的结构图；

图3是本发明实施例中的接地检测电路的具体结构图；

图4是图3正母线接地时的等效电路图；

图5是图3负母线接地时的等效电路图；

图6是图3中未设置有电容C2的仿真效果图；

图7是图3的仿真效果图；

图8是图4的仿真效果图；

图9是图5的仿真效果图；

图10是本发明实施例中的交流端接地时的仿真效果图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

本发明提供了一种接地检测电路，如图2所示，该接地检测电路包括第一检测电阻R1和第二检测电阻R2，第一检测电阻R1的一端连接正母线(+KM)，另一端连接第二检测电阻R2的一端，第二检测电阻R2的另一端连接负母线(-KM)。

接地检测电路还包括接地检测模块，接地检测模块的一端接地，另一端连接第一检测电阻R1和第二检测电阻R2的连接点。

本发明实施例的技术方案提供了一种接地检测电路，该接地检测电路中的接地检测模块一端连接第一检测电阻R1和第二检测电阻R2的连接点，另一端接地。该接地检测模块与主电路分离，能够有效减小主电路上的传导干扰引起的电压浮动的作用效果，缩小接地门槛的浮动范围，能够较为准确地设定接地门槛，从而提高了该接地检测电路的检测效果。

具体的，如图3所示，该接地检测模块包括第三检测电阻R3和电压传感器VH3，第三检测电阻R3的一端连接第一检测电阻R1和第二检测电阻R2的连接点，另一端接地；电压传感器VH3与第三检测电阻R3并联。即通过电压传感器VH3可检测到第三检测电阻R3两端的电压值，工程人员可根据电压传感器VH3输出的电压值的情况，来判断该牵引变流器的正母线或负母线是否接地。

其中，第一检测电阻R1、第二检测电阻R2和第三检测电阻R3的电阻值相等，可根据实际的使用情况进行设置，例如选取10～25kΩ中的任意值。本发明实施例对此不进行限制。

为了提高该接地检测模块的检测效果，接地检测模块还可包括电容，电容与第三检测电阻R3并联。

当正母线接地时，图3所示的接地检测电路等效为图4所示。根据图4可知，此时电压传感器检测到的电压为：

相应的，当负母线接地时，图3所示的接地检测电路等效为图5所示。根据图5可知，此时电压传感器检测到的电压为：

电压传感器检测到的电压为：

其中，式(1)、式(2)中U为电压传感器检测到的电压，R₁、R₂和R₃分别为第一检测电阻、第二检测电阻和第三检测电阻的电阻值，U_dc为主电路的直流电压，即图中的正母线和负母线之间的直流电压。

目前多采用的接地检测电路如图1所示，包括第一检测电阻R1、第二检测电阻R2，第一检测电阻R1的一端连接正母线，另一端连接第二检测电阻R2的一端，第一检测电阻R1和第二检测电阻R2的连接点处接地。另设置第一电压传感器VH1并联于第一检测电阻R1的两端，设置第二电压传感器VH2的两端分别连接正母线和负母线。通过比较第一电压传感器VH1和第二电压传感器VH2测量到的电压值，可判断正母线是否接地。

若是利用图1所示的接地检测电路进行接地检测时，第二电压传感器VH2所检测的电压除直流分量外，还叠加有高频分量、低频分量，这些分量是由网侧变流器以及电机侧逆变器开关动作以及线路上电感、开关器件的寄生参数等综合作用所产生的共模电压而引起，并在主电路上传播。利用该接地检测电路对接低电压进行检测时，传导干扰导致第二电压传感器VH2检测到的接地电压浮动幅度大，难以设置合适的接地门槛来判断正母线的接地情况。因此，可在第一检测电阻R1上并联一电容C1。另外，由于该电容C1连接正母线，因此该电容C1应选用耐压等级高的电容。

但是，即使并联上一电容值很大的电容C1，都没法保证图1所示的接地检测电路能够有效地滤除干扰电压。假设此时主电路的直流电压为1500V、第一检测电阻R1和第二检测电阻R2的电阻值均为10kΩ，在正负母线都未接地的情况下，电压传感器可检测到的接地电压的值为750V。而在正或负母线接地的情况下，第二电压传感器VH2所检测到的接地电压的波动较大，通常峰值可达到1500V，即接地电压的电压值在1500V和0V两者之间来回波动。因此，工程人员无法较为准确地设定接地门槛，为了降低漏判的可能性，仅能设定范围较大的接地检测门槛。而接地门槛范围较大时，误判的几率很有可能大大地提高，影响了该牵引变流器的正常使用。

并且，图1所示的接地检测电路中，与第一检测电阻R1并联的电容C1连接正母线，无法保证该电容C1不会对主电路带来负面影响。采用软件算法对波动电压进行滤波设计时，算法的精确性也难以得到保证。

而对于本发明实施例图3所示的接地检测电路而言，其中的与第三检测电阻R3并联的电容C2可有效去除变流器杂散参数、分布电容造成的共模干扰而引起的变流器系统中的传导干扰的影响，针对接地检测策略所设定的接地门槛范围较小，检测结果较为精确。并且，该电容C2未连接至正母线，该电容C2不会对主电路带来任何影响，保障了主电路的正常运转。

其中，由于电容C2未连接至正母线、与主电路分离，因此对其的耐压等级要求较低；并且该电容C2可选为电容值较小的电容。例如，电容的电容值可选为0.2～8μF，降低了电容C2的选型成本和变流器系统的维护成本。

具体的，同样假设此时主电路的直流电压为1500V，对图3所示的接地检测电路进行仿真。此次仿真中，将电阻值相等的第一检测电阻R1、第二检测电阻R2和第三检测电阻R3的阻值均取值为10kΩ。另外，在正母线和负母线之间搭接第一电压传感器VH1，以实现对母线电压的检测。

如图6所示，在正母线未接地、主电路正常工作时，若未设置有电容C2，此时电压传感器VH3检测到的接地电压受到杂散参数、分布电容的干扰，将以类似锯齿波的波形、在-750V至750V之间来回波动。若是添加了容值为0.2μF的电容C2，如图7所示，电压传感器VH3检测到的接地电压将仅具有较小的波动，其大约在-25V至25V之间波动。进而，若是进一步增大电容C2的容值，例如增大到4μF，将有可能消除接地电压的波动。电容C2的容值，需具体根据该接地检测电路的配置要求来设定。

同时，第一电压传感器VH1检测到的母线电压为1500V左右。

而在正母线接地时，图3所示的电路等效为图4所示的电路。如图8所示，可知此时电压传感器VH3检测到的接地电压在经过极短的时间之后，变为-500V左右。而由式(1)也可计算得到接地电压为-500V。第一电压传感器VH1检测到的母线电压仍然为1500V左右。

相应的，在负母线接地时，图3所示的电路等效为图5所示的电路。如图9所示，此时电压传感器检测到的接地电压同样在经过极短的时间之后，变为500V左右。类似的，由式(2)也可计算得到接地电压为500V。第一电压传感器VH1检测到的母线电压仍然为1500V左右。

另外，倘若变流器的输入电源端接地，相当于正负母线交替接地。如图10所示，电压传感器VH3检测到接地电压以类似正弦波的波形不断在大约±500V的范围内波动。

综上可知，在主电路的直流电压为1500V、第一检测电阻R1和第二检测电阻R2以及第三检测电阻R3的阻值均取值为10kΩ的条件下，对于本发明实施例所提供的接地检测电路而言，可将接地门槛设置为500V和-500V，即只要检测到电压传感器VH3检测到的接地电压到达500V或-500V，就可得知该主电路接地。进一步的，工作人员可根据电压传感器的输出波形判断主电路的接地情况，进而进行相应的维护处理工作。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种接地检测电路，其特征在于，包括第一检测电阻和第二检测电阻，所述第一检测电阻的一端连接正母线，另一端连接所述第二检测电阻的一端，所述第二检测电阻的另一端连接负母线；

所述接地检测电路还包括接地检测模块，所述接地检测模块的一端接地，另一端连接所述第一检测电阻和所述第二检测电阻的连接点；

所述接地检测模块包括第三检测电阻和电压传感器，所述第三检测电阻的一端连接所述第一检测电阻和所述第二检测电阻的连接点，另一端接地，所述电压传感器与所述第三检测电阻并联；

所述接地检测模块还包括电容，所述电容与所述第三检测电阻并联。

2.根据权利要求1所述的接地检测电路，其特征在于，所述第一检测电阻、所述第二检测电阻和所述第三检测电阻的电阻值相等。

3.根据权利要求2所述的接地检测电路，其特征在于，所述第一检测电阻、所述第二检测电阻和所述第三检测电阻的电阻值为10～25kΩ。

4.根据权利要求1所述的接地检测电路，其特征在于，所述电容的电容值为0.2～8μF。

5.根据权利要求1所述的接地检测电路，其特征在于，当所述正母线接地时，所述电压传感器检测到的电压为：

<mrow> <mi>U</mi> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>R</mi> <mn>1</mn> </msub> <msub> <mi>R</mi> <mn>3</mn> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>R</mi> <mn>1</mn> </msub> <msub> <mi>R</mi> <mn>3</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>R</mi> <mn>1</mn> </msub> <msub> <mi>R</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>R</mi> <mn>2</mn> </msub> <msub> <mi>R</mi> <mn>3</mn> </msub> </mrow> </mfrac> <msub> <mi>U</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> </mrow>

其中，U为所述电压传感器检测到的电压，R₁、R₂和R₃分别为所述第一检测电阻、所述第二检测电阻和所述第三检测电阻的电阻值，U_dc为主电路的直流电压。

6.根据权利要求1所述的接地检测电路，其特征在于，当所述负母线接地时，所述电压传感器检测到的电压为：

<mrow> <mi>U</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>R</mi> <mn>2</mn> </msub> <msub> <mi>R</mi> <mn>3</mn> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>R</mi> <mn>1</mn> </msub> <msub> <mi>R</mi> <mn>3</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>R</mi> <mn>1</mn> </msub> <msub> <mi>R</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>R</mi> <mn>2</mn> </msub> <msub> <mi>R</mi> <mn>3</mn> </msub> </mrow> </mfrac> <msub> <mi>U</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> </mrow>

其中，U为所述电压传感器检测到的电压，R₁、R₂和R₃分别为所述第一检测电阻、所述第二检测电阻和所述第三检测电阻的电阻值，U_dc为主电路的直流电压。