CN106932645B - 基于直流it系统的绝缘电阻检测电路及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于直流IT系统的绝缘电阻检测电路及检测方法，其技术特点是：该电路包括接入单元、差分放大单元、低通滤波单元和处理器单元，继电器和标准电阻R_A串联后接入在PE与直流电源负极或者直流电源正极之间，R_E1为在PE与直流电源正极之间的绝缘电阻,R_E2为在PE与直流电源负极之间的绝缘电阻；处理器单元与继电器相连接实现对继电器的开关控制功能，计算直流电源正极与PE之间的电压以及直流电源负极之间的电压，进而计算得到系统绝缘电阻值，实现分析判断功能。本发明设计合理，其使用相对少数的电子元器件实现绝缘电阻检测功能，该检测电路结构简单，降低了电路成本，同时检测方法易于实现。

Description

基于直流IT系统的绝缘电阻检测电路及检测方法

技术领域

本发明属于直流IT系统技术领域，尤其是一种基于直流IT系统的绝缘电阻检测电路及检测方法。

背景技术

直流电源系统在发电厂、配电室中具有重要的作用，直流电源系统的可靠稳定运行对于发电和配电等电气设备安全运行有着重要的意义。在变电站综合自动化监控系统以及二次继电保护装置中，需要直流电源为设备提供控制或操作电源，直流系统的绝缘水平对站内设备的稳定和安全运行有着重要影响。随着运行设备的老化，气候和环境的改变，以及接线端子和触头受潮等原因，会造成绝缘水平下降，严重者甚至造成接地故障，进而会导致自动控制装置和继电保护装置误动或拒动，造成一次设备误跳闸和越级跳闸，进一步扩大事故范围。由此可见，对变电站内直流系统绝缘电阻的检测有着重要意义。

通过对直流系统的绝缘电阻检测，能够预防和发现系统中发生或潜在的接地故障。传统的绝缘电阻检测装置，主要有电桥法、电流传感器测试法、自适应脉冲法,上述方法普遍存在电路复杂、实现元器件成本较高等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、成本低且电路简单的基于直流IT系统的绝缘电阻检测电路及检测方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于直流IT系统的绝缘电阻检测电路，包括接入单元、差分放大单元、低通滤波单元和处理器单元，接入单元包括继电器和标准电阻R_A，继电器和标准电阻R_A串联后接入在PE与直流电源负极或者直流电源正极之间，R_E1为在PE与直流电源正极之间的绝缘电阻,R_E2为在PE与直流电源负极之间的绝缘电阻，继电器的输入控制端与处理器单元I/O端口相连接并由处理器单控制；差分放大单元包括两个差分放大器，低通滤波单元包括两个低通滤波器，一个差分放大器的两个输入端分别连接在PE端和直流电源正极上，另一个差分放大器的两个输入端分别连接在PE端和直流电源负极上，两个差分放大器的输出端分别连接两个低通滤波器，两个低通滤波器的输出端分别连接处理器单元的A/D端口；所述处理器单元与继电器相连接实现对继电器的开关控制功能，其与低通滤波器的输出端相连接实现绝缘电阻的计算功能。

一种基于直流IT系统的绝缘电阻检测电路的检测方法，包括以下步骤：

步骤1、处理器单元控制继电器断开，处理器单元计算得到直流电源正极与PE之间的电压U_{1_1}以及直流电源负极之间的电压U_{2_1}；

步骤2、处理器单元控制继电器闭合，处理器单元计算得到直流电源正极与PE之间U_{1_2}以及直流电源负极之间的电压U_{2_2}；

步骤3、处理器单元计算分别计算直流IT系统的正极绝缘电阻值R_E1和绝缘电阻值R_E，从而得到系统绝缘电阻值R_E：R_E＝R_E1//R_E2；

步骤4、根据绝缘电阻值进行判断：如果R_E1<<R_E2，说明直流IT系统的绝缘故障主要在正极，如果R_E2<<R_E1，说明直流IT系统的绝缘故障主要在负极。

所述步骤3的具体计算方法为：

对于标准电阻R_A串联在一起并接入在PE与直流电源负极的电路，根据如下公式进行计算：

(1)计算正极绝缘电阻值R_E1：R_E1＝(K₂-K₁)R_A

(2)计算负极绝缘电阻值R_E2：

(3)系统绝缘电阻值R_E：R_E＝R_E1//R_E2；

对于标准电阻R_A串联在一起并接入在PE与直流电源正极的电路，根据如下公式进行计算：

(1)计算正极绝缘电阻值R_E1：

(2)计算负极绝缘电阻值R_E2：

(3)系统绝缘电阻值R_E：

上述公式中，K₁表示系统正极绝缘电阻和负极绝缘电阻的比值，K₂表示正极或负极与PE间接入R_A后，系统正极绝缘电阻和负极绝缘电阻的比值。

本发明的优点和积极效果是：

本发明将继电器、标准电阻R_A串联后接入在PE与直流电源负极之间或PE与直流电源正极之间，在PE与直流电源正极和PE直流电源负极之间连接绝缘电阻R_E1、R_E2，通过处理器单元控制继电器的闭合或断开分别采集DC+和PE之间的电压以及PE和DC-之间的电压，可分别检测出直流IT系统正极绝缘电阻值和负极绝缘电阻值，预警正极绝缘故障还是负极绝缘故障，该电路使用相对少数的电子元器件实现绝缘电阻检测，该检测电路结构简单，降低了电路成本，同时检测方法易于实现。

附图说明

图1为本发明的第一种检测电路图；

图2为本发明的第二种检测电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：

本发明的基于直流IT系统的绝缘电阻检测电路包括两种电路形式，分别如图1、图2所示。

第一种基于直流IT系统的绝缘电阻检测电路，如图1所示，包括接入单元A1、差分放大单元A2、低通滤波单元A3和处理器单元A4。其中，接入单元A1包括继电器K1、标准电阻R_A，标准电阻R_A为已知的电阻值(为了更准确地得到报警点附近的绝缘电阻值，R_A选取应该尽可能接近报警点的阻值，例如选取30K),继电器K1、标准电阻R_A串联在一起并接入在PE与直流电源负极(DC-)，R_E1和R_E2分别是虚拟的PE对DC+级的绝缘电阻和PE对DC-级的绝缘电阻，绝缘电阻R_E1接入在PE与直流电源正极(DC+)之间，绝缘电阻R_E2接入在PE与直流电源负极(DC-)之间，继电器K1的输入控制端与处理器单元A4的I/O端相连接并由处理器单元A4进行控制。差分放大单元A2包括两个差分放大器，低通滤波单元A3包括两个低通滤波器(低通滤波器的截止频率<5HZ,主要滤除对象50HZ信号。此滤波器也可以省略，用软件滤波方法实现),一个差分放大器的两个输入端分别连接在PE端和电源正极(DC+)上，另一个差分放大器的两个输入端分别连接在PE端和电源负极(DC-)，两个差分放大器的输出端分别连接两个低通滤波器，两个低通滤波器的输出端连接处理器单元A4的A/D端口。处理器单元A4为MCU处理器，其与继电器K1相连接实现对继电器的开关控制功能，其与低通滤波器的输出端相连接接收采集的电压并实现绝缘电阻的计算功能。

第二种基于直流IT系统的绝缘电阻检测电路，如图2所示，同样包括接入单元(A1单元)、差分放大单元A2、低通滤波单元A3和处理器单元A4。其与第一种绝缘电阻检测电路的不同之处是：继电器K1、标准电阻RA串联在一起并接入在PE与直流电源正极(DC+)。

上述两种检测电路中的低通滤波单元也可以软件算法模块来实现，即：删除低通滤波单元3，将差分放大单元输出端直接连接处理器单元A4，由处理器单元A4通过低通滤波软件模块来实现低通滤波器A3的功能。

本发明的绝缘电阻检测方法基于上述两个电路实现，包括以下步骤：

步骤1、处理器单元A4控制继电器K1断开，处理器单元通过差分放大单元A2、低通滤波单元A3测量并计算得到DC+与PE之间的电压U_{1_1}以及PE与DC-之间的电压U_{2_1}；

步骤2、处理器单元A4控制继电器K1闭合，通过差分放大单元A2、低通滤波单元A3分别测量并计算得到DC+与PE之间的电压U_{1_2}，PE与DC-之间的电压U_{2_2}。

步骤3、处理器单元A4计算直流IT系统的绝缘电阻值R_E，具体方法如下：

对于第一种检测电路，根据如下公式进行计算：

(1)计算正极绝缘电阻值R_E1：R_E1＝(K₂-K₁)R_A

(2)计算负极绝缘电阻值R_E2：

(3)系统绝缘电阻值R_E：R_E＝R_E1//R_E2

对于第二种检测电路，根据如下公式进行计算：

(1)计算正极绝缘电阻值R_E1：

(2)计算负极绝缘电阻值R_E2：

(3)系统绝缘电阻值R_E：

上述公式中，K₁表示系统正极绝缘电阻和负极绝缘电阻的比值，K₂表示正极或负极与PE间接入R_A后，系统正极绝缘电阻和负极绝缘电阻的比值。

步骤4、根据计算得到的绝缘电阻值进行判断：如果R_E1<<R_E2，证明直流IT系统的绝缘故障主要在正极，如果R_E2<<R_E1，证明直流IT系统的绝缘故障主要在负极。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (3)

1.一种基于直流IT系统的绝缘电阻检测电路，其特征在于：包括接入单元、差分放大单元、低通滤波单元和处理器单元，接入单元包括继电器和标准电阻R_A，继电器和标准电阻R_A串联后接入在PE与直流电源负极或者直流电源正极之间，R_E1为在PE与直流电源正极之间的绝缘电阻,R_E2为在PE与直流电源负极之间的绝缘电阻，继电器的输入控制端与处理器单元I/O端口相连接并由处理器单控制；差分放大单元包括两个差分放大器，低通滤波单元包括两个低通滤波器，一个差分放大器的两个输入端分别连接在PE端和直流电源正极上，另一个差分放大器的两个输入端分别连接在PE端和直流电源负极上，两个差分放大器的输出端分别连接两个低通滤波器，两个低通滤波器的输出端分别连接处理器单元的A/D端口；所述处理器单元与继电器相连接实现对继电器的开关控制功能，其与低通滤波器的输出端相连接实现绝缘电阻的计算功能。

2.一种如权利要求1所述基于直流IT系统的绝缘电阻检测电路的检测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、处理器单元控制继电器断开，处理器单元计算得到直流电源正极与PE之间的电压U_{1_1}以及直流电源负极之间的电压U_{2_1}；

步骤2、处理器单元控制继电器闭合，处理器单元计算得到直流电源正极与PE之间U_{1_2}以及直流电源负极之间的电压U_{2_2}；

步骤3、处理器单元计算分别计算直流IT系统的正极绝缘电阻值R_E1和绝缘电阻值R_E，从而得到系统绝缘电阻值R_E：R_E＝R_E1//R_E2；

步骤4、根据绝缘电阻值进行判断：如果R_E1<<R_E2，说明直流IT系统的绝缘故障主要在正极，如果R_E2<<R_E1，说明直流IT系统的绝缘故障主要在负极。

3.根据权利要求2所述的基于直流IT系统的绝缘电阻检测电路的检测方法，其特征在于：所述步骤3的具体计算方法为：

对于标准电阻R_A串联在一起并接入在PE与直流电源负极的电路，根据如下公式进行计算：

(1)计算正极绝缘电阻值R_E1：R_E1＝(K₂-K₁)R_A

(2)计算负极绝缘电阻值R_E2：

(3)系统绝缘电阻值R_E：R_E＝R_E1//R_E2；

对于标准电阻R_A串联在一起并接入在PE与直流电源正极的电路，根据如下公式进行计算：

(1)计算正极绝缘电阻值R_E1：

(2)计算负极绝缘电阻值R_E2：

(3)系统绝缘电阻值R_E：

上述公式中，K₁表示系统正极绝缘电阻和负极绝缘电阻的比值，K₂表示正极或负极与PE间接入R_A后，系统正极绝缘电阻和负极绝缘电阻的比值。

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