CN107817428B - 一种母线绝缘检测电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种母线绝缘检测电路及方法。该检测电路包括中点电压检测支路、母线电压检测支路和处理器，中点电压检测支路检测正负母线之间的电压中点对地的压差并输出至处理器，母线电压检测支路检测正负母线之间的压差并输出至处理器，处理器通过计算处理获得正母线的对地压差和负母线的对地压差并判断母线的绝缘情况。通过该检测电路，可以避免正母线和负母线需要接地才能获得对地压差的情况，使得二级或二级以下的配电屏可以自行测量获取母线的绝缘情况，从而不需要与主配电屏进行通讯，简化了配电屏之间的通讯线路连接，降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及绝缘检测的技术领域，尤其涉及一种母线绝缘检测电路及方法。
背景技术
现有技术中主配电屏采用电桥法将正负母线接地后检测母线的绝缘情况，并利用通讯线将检测结果发送至二级配电屏。即现有技术中二级或二级以下的配电屏不能单独对母线的绝缘情况进行检测，需要主配电屏检测后通过通讯线将结果发送至二级配电屏，从而造成二级配电屏不能及时获得母线的绝缘情况。另外，利用通讯线发送检测结果容易造成通讯不稳定，而且通讯线的组网也复杂，增大了成本。
发明内容
为了解决背景技术中提出的母线需要接地才能获取对地压差以及二级或二级以下的配电屏不能单独对母线的绝缘情况进行检测的问题，本发明提供了一种母线绝缘检测电路。
根据本发明的一个方面，提供一种母线绝缘检测电路，该电路包括中点电压检测支路、母线电压检测支路和处理器；
中点电压检测支路，用于检测正负母线的电压中点的对地压差，作为第一检测压差输出给处理器；
母线电压检测支路，用于检测正负母线之间的压差，作为第二检测压差输出给处理器；
处理器，用于根据第二检测压差与第一检测压差计算得到正母线的对地压差和负母线的对地压差，若正母线的对地压差与负母线的对地压差相同则判断母线绝缘，否则判断母线不绝缘。
优选地，中点电压检测支路包括中点检测模块和压差检测模块；
中点检测模块包括第一分压电阻和第二分压电阻，第一分压电阻和第二分压电阻相互串联且阻值相等，第一分压电阻连接正母线，第二分压电阻连接负母线，第一分压电阻和第二分压电阻的连接点与压差检测模块的第一输入端连接；
压差检测模块的第二输入端与接地线连接，参考端与一参考电压连接，输出端连接所述处理器。
优选地，压差检测模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第一运算放大器；
第一电阻和的一端接于中点检测模块，另一端与第一运算放大器的反相输入端连接；
第二电阻的一端与接地线连接，另一端与第一运算放大器的同相输入端连接；
第三电阻的一端与第一运算放大器的反相输入端连接，另一端与第一运算放大器的输出端连接；
第四电阻的一端与参考电压连接，另一端与第一运算放大器的同相输入端连接；
第五电阻的一端与第一运算放大器的输出端连接，另一端连接处理器。
优选地，母线电压检测支路包括第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻和第二运算放大器；
第六电阻的一端与正母线连接，另一端与第二运算放大器的同相输入端连接；
第七电阻的一端与负母线连接，另一端与第二运算放大器的反相输入端连接；
第八电阻的一端与模拟地连接，另一端与第二运算放大器的同相输入端连接；
第九电阻的一端与第二运算放大器的反相输入端连接，另一端与第二运算放大器的输出端连接；
第十电阻的一端与第二运算放大器的输出端连接，另一端连接处理器。
优选地，处理器具体用于将第一检测压差乘以第一放电倍数减去参考电压得到正母线和负母线之间的电压中点对地的实际压差，记为第一实际压差；将第二检测压差乘以第二放电倍数得到正母线和负母线之间的实际压差，记为第二实际压差，根据第二实际压差与第一实际压差之和的一半计算得到正母线的对地压差，根据第二实际压差与第一实际压差之差的一半计算得到负母线的对地压差；
其中，第一放电倍数根据中点电压检测支路的各电阻参数确定，参考电压根据正母线和负母线之间的理论压差确定，第二放电倍数根据母线电压检测支路的各电阻参数确定。
根据本发明的另一个方面，提供一种母线绝缘检测方法，该方法包括：
检测正负母线的电压中点的对地压差，作为第一检测压差输出；
检测正负母线之间的压差，作为第二检测压差输出；
根据第二检测压差与第一检测压差计算得到正母线的对地压差和负母线的对地压差，若正母线的对地压差与负母线的对地压差相同则判断母线绝缘，否则判断母线不绝缘。
优选地，检测正母线和负母线之间的电压中点的对地压差，作为第一检测压差输出包括：设置中点电压检测支路，
中点电压检测支路包括中点检测模块和压差检测模块；
中点检测模块包括第一分压电阻和第二分压电阻，第一分压电阻和第二分压电阻相互串联且阻值相等，第一分压电阻连接正母线，第二分压电阻连接负母线，第一分压电阻和第二分压电阻的连接点与压差检测模块的第一输入端连接；
压差检测模块的第二输入端与接地线连接，参考端与一参考电压连接，输出端输出第一检测压差。
优选地，压差检测模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第一运算放大器，第一运算放大器为有源运算放大器；
第一电阻和的一端接于中点检测模块，另一端与第一运算放大器的反相输入端连接；
第二电阻的一端与接地线连接，另一端与第一运算放大器的同相输入端连接；
第三电阻的一端与第一运算放大器的反相输入端连接，另一端与第一运算放大器的输出端连接；
第四电阻的一端与参考电压连接，另一端与第一运算放大器的同相输入端连接；
第五电阻的一端与第一运算放大器的输出端连接，另一端连接处理器。
优选地，检测正母线和负母线之间的压差，作为第二检测压差输出包括：设置母线电压检测支路，
母线电压检测支路包括第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻和第二运算放大器，第二运算放大器为无源运算放大器；
第六电阻的一端与正母线连接，另一端与第二运算放大器的同相输入端连接；
第七电阻的一端与负母线连接，另一端与第二运算放大器的反相输入端连接；
第八电阻的一端与模拟地连接，另一端与第二运算放大器的同相输入端连接；
第九电阻的一端与第二运算放大器的反相输入端连接，另一端与第二运算放大器的输出端连接；
第十电阻的一端与第二运算放大器的输出端连接，另一端输出第二检测压差。
优选地，根据第二检测压差与第一检测压差计算得到正母线的对地压差和负母线的对地压差包括：
将第一检测压差乘以第一放电倍数减去参考电压得到正母线和负母线之间的中点电压对地的实际压差，记为第一实际压差；
将第二检测压差乘以第二放电倍数得到正母线和负母线之间的实际压差，记为第二实际压差；
根据第二实际压差与第一实际压差之和的一半计算得到正母线的对地压差，根据第二实际压差与第一实际压差之差的一半计算得到负母线的对地压差；
其中，第一放电倍数根据中点电压检测支路的各电阻参数确定，参考电压根据正母线和负母线之间的理论压差确定，第二放电倍数根据母线电压检测支路的各电阻参数确定。
本发明的有益效果是：
根据本发明的技术方案，通过分别检测正负母线的电压中点的对地压差和正负母线之间的压差，根据检测到的两个压差计算获得正母线的对地压差和负母线的对地压差，在正母线的对地压差与负母线的对地压差相同时判断母线绝缘，否则判断母线不绝缘。采用该检测电路，可以避免现有技术中母线需要接地才能获得母线的对地压差，在二级或二级以下的配电屏上可以直接采用该母线绝缘检测电路，使得配电屏可以直接获得母线的绝缘情况，解决了二级或二级以下的配电屏不能单独对母线的绝缘情况进行检测的问题。
附图说明
图1为本发明一个实施例的原理图；
图2为本发明一个实施例的中点电压检测支路的原理图；
图3为本发明一个实施例的母线绝缘检测电路图；
图4为本发明一个实施例的母线绝缘检测方法流程图。
具体实施方式
为了解决背景技术中提出的技术问题，本申请的发明人想到设计一种可以在二级或二级以下的配电屏上进行绝缘检测的电路，使二级或二级以下的配电屏直接获取母线的绝缘情况。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步的详细描述。
实施例一
图1为本发明一个实施例的原理图。参见图1，该母线绝缘检测电路包括中点电压检测支路10、母线电压检测支路20和处理器30。由于在二级以下的配电屏中，不能直接获取母线的对地电压，所以通过中点电压检测支路10检测正母线和负母线之间的电压中点的对地压差，以及通过母线电压检测支路20检测获取正母线和负母线之间的压差，然后处理器30根据获取的压差进行处理，得到正母线的对地压差和负母线的对地压差。若正母线的对地压差和负母线的对地压差相同，则该正母线和负线均绝缘，即没有出现漏电或是短路现象，否则正母线和负母线不绝缘。
如图2所示，中点电压检测支路10包括中点检测模块11和压差检测模块12。中点检测模块11包括阻值相等的第一分压电阻R11和第二分压电阻R12，第一分压电阻R11和第二分压电阻R12相互串联，连接在正母线和负母线之间形成回路，用于对正负母线的电压进行分压处理。其中第一分压电阻R11与正母线连接，第二分压电阻R12和负母线连接。由此第一分压电阻R11和第二分压电阻R12之间的连接点即为正母线和负母线之间的电压中点，将第一分压电阻R11和第二分压电阻R12的连接点连接至压差检测模块12的第一输入端。其中，第一分压电阻R11和第二分压电阻R12可以各自由多个串联的小电阻构成，本发明对此不做限定。
压差检测模块12还包括第二输入端、参考端和输出端，压差检测模块12的第二输入端与接地线连接，参考端与一参考电压连接，输出端与处理器30连接。压差检测模块12将第一输入端获得的电压与第二输入端的接地线的电压进行比较处理，获得正负母线之间的电压中点的对地压差，作为第一检测压差输出给处理器。
具体的，如图3所示，压差检测模块12包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第一运算放大器A1。第一电阻R1的一端与中点检测模块11的输出端连接，另一端与第一运算放大器A1的反相输入端连接；第三电阻R3的一端与第一运算放大器A1的反相输入端连接，另一端与第一运算放大器A1的输出端连接；第二电阻R2的一端与接地线连接，另一端与第一运算放大器A1的同相输入端连接；第四电阻的一端与参考电压Vref连接，另一端与第一运算放大器A1的同相输入端连接；第五电阻R5的一端与第一运算放大器A1的输出端连接，另一端与处理器30连接。第一运算放大器A1获取经过第一电阻R1降压的电压，将其与参考电压和接地线电压相比较，获得正母线和负母线之间的电压中点的对地的压差，作为第一检测压差输出至处理器30。其中，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5的阻值可以根据具体应用场景进行选取，当然每个电阻也可以由多个串联的小电阻构成，本发明对此不做限定。第一运算放大器A1可以选取有源运算放大器，对各个输入端的电压进行比较处理进行输出。
母线电压检测支路20用于检测正母线和负母线之间的压差。具体的如图3所示，母线电压检测支路20包括第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻、第十电阻R10和第二运算放大器A2。第六电阻R6的一端与正母线连接，另一端与第二运算放大器A2的同相输入端连接；第八电阻R8的一端与模拟地AGND连接，另一端与第二运算放大器A2的同相输入端连接；第七电阻R7的一端与负母线连接，另一端与第二运算放大器A2的反相输入端连接；第九电阻R9的一端与第二运算放大器A2的反相输入端连接，另一端与第二运算放大器A2的输出端连接；第十电阻R10的一端与第二运算放大器A2的输出端连接，另一端与处理器30连接。正母线电压经第六电阻R6和第八电阻R8降压处理后，输入至第二运算放大器A2的同相输入端，负母线电压经第七电阻R7降压处理后输入至第二运算放大器A2的反相输入端，然后经过第二运算放大器A2的运算处理后获得正母线和负母线之间的检测压差，将其作为第二检测压差输出至处理器30。对正负母线进行降压处理，确保第二运算放大器A2的同相输入端和反向输入端接收的电压在正常工作电压范围内。其中，第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10的阻值根据具体应用场景进行选取，当然每个电阻也可以由多个串联的小电阻构成，本发明对此不做限定。第二运算放大器A2也可以选取有源运算放大器，对各个输入端的电压进行比较处理进行输出。优选的，第一运算放大器A1与第二运算放大器A2为同一个运算放大器的两个运算分支，处理器30从同一运算放大器的两个不同的通路获取输入结果，可以减小误差，提高运算结果的准确度。
由于第一检测压差和第二检测压差是经过电阻的降压和运算器处理后的测量值，因此需要经过必要的计算后才能获得实际值。
在本发明的一个实施例中，处理器30将第一检测压差乘以第一放电倍数减去参考电压，得到正母线和负母线之间的电压中点对地的实际压差，将其记为第一实际压差。这里第一放电倍数与第一电阻R1、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和参考电压Vref有关，压差检测模块12的电路设计好后，根据选取的各个电阻的阻值，确定第一放电倍数，并将其预设在处理30内；参考电压Vref的选取与正母线和负母线之间的理论压差有关，一般选取1V至3V中任意一个电压值。处理器30将第二检测压差乘以第二放电倍数得到正母线和负母线之间的实际压差，记为第二实际压差。同理，第二放电倍数与第六电阻R6、第七电阻R7、第九电阻R9和第十电阻R10有关，母线电压检测支路20设计好之后，根据选取的各个电阻的阻值，确定第二放电倍数，并将其预设在处理器30内。正母线的对地压差为第二实际压差与第一实际压差之和的一半；负母线的对地压差为第二实际压差与第一实际压差之差的一半。当正母线的对地压差与负母线的对地压差相同时，正负母线绝缘。
实施例二
在本发明中，还提供了一种母线绝缘检测的方法，如图4所示，该方法包括如下步骤：
步骤S41，检测正负母线之间的电压中点的对地压差，作为第一检测压差输出。
该步骤中，采用上述实施例中的中点电压检测支路10检测获取正母线和负母线之间的电压中点的对地压差，具体为由中点检测模块11输出正母线和负母线之间的电压中点，然后由压差检测模块12检测获得该电压中点的对地压差，并输出至处理器30，记为第一检测压差。
步骤S42，检测正母负母线之间的压差，作为第二检测压差输出。
该步骤中，采用上述实施例中的母线电压检测支路20检测正母线和负母线之间的压差，并将其输出至处理器30，记为第二检测压差。
步骤S43，根据第一检测压差和第二检测压差计算获得正母线的对地压差和负母线的对地压差。
该步骤中，处理器30根据获得的第一检测压差和第二检测压差计算获得正母线的对地压差和负母线的对地压差。具体地，处理器将第一检测压差乘以第一放电倍数减去参考电压，得到第一实际压差；将第二检测压差乘以第二放电倍数，得到第二实际压差。正母线的对地压差为第二实际压差与第一实际压差之和的一半；负母线的对地压差为第二实际压差与第一实际压差之差的一半。
步骤S44，判断正母线的对地压差是否与负母线的对地压差相同。若是，转至步骤S45；若否，转至步骤S46。
步骤S45，母线绝缘。该步骤中，正母线的对地压差等于负母线的对地压差，说明正母线和负母线的绝缘情况良好，没有出现异常情况。
步骤S46，母线不绝缘。该步骤中，正母线的对地压差不等于负母线的对地压差，说明正母线和负母线至少有一个不绝缘，母线出现异常情况。此时可以输出提示信息，及时维修电路。
本方法实施例采用上述实施例的电路实现，具体的原理和效果与上述实施例相同，此处不再赘述。
在本发明的一个实施例中，处理器30将第一检测压差乘以第一放电倍数减去参考电压，得到正母线和负母线之间的中点电压对地的实际压差，将其记为第一实际压差。处理器30将第二检测压差乘以第二放电倍数得到正母线和负母线之间的实际压差，记为第二实际压差。正母线的对地压差为第二实际压差与第一实际压差之和的一半；负母线的对地压差为第二实际压差与第一实际压差之差的一半。其中，第一放电倍数根据中点电压检测支路的各电阻参数确定，参考电压根据正母线和负母线之间的理论压差确定，第二放电倍数根据母线电压检测支路的各电阻参数确定。
综上所述，本发明的母线绝缘检测电路通过获取正负母线之间的电压中点的对地压差和正负母线之间的压差，计算获得正母线的对地压差和负母线的对地压差，由此得知正负母线的绝缘情况。现有技术采用电桥法将正负母线接地直接获得正母线的对地压差和负母线的对地压差。通过该检测电路，可以避免现有技术中正负母线需要接地才能获得对地压差的情况，使得二级或二级以下的配电屏可以采用该检测电路自行检测自身母线的绝缘情况，从而不需要从主配电屏处获知绝缘检测结果，省去与主配电屏进行通讯，简化了配电屏之间的通讯线路连接，降低成本。
本发明采用运算放大器获得正负母线之间的电压中点的对地压差和正负母线之间的压差，简化了检测电路的设计且获得的结果更加精确。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种母线绝缘检测电路，其特征在于，该电路包括中点电压检测支路、母线电压检测支路和处理器；
所述中点电压检测支路，用于检测正负母线之间的电压中点的对地压差，作为第一检测压差输出给所述处理器；
所述母线电压检测支路，用于检测正负母线之间的压差，作为第二检测压差输出给所述处理器；
所述处理器，用于根据所述第二检测压差与所述第一检测压差计算得到正母线的对地压差和负母线的对地压差，若正母线的对地压差与负母线的对地压差相同则判断母线绝缘，否则判断母线不绝缘；
所述处理器将所述第一检测压差乘以第一放电倍数减去参考电压得到正母线和负母线之间的电压中点对地的实际压差，记为第一实际压差；将所述第二检测压差乘以第二放电倍数得到正母线和负母线之间的实际压差，记为第二实际压差，根据所述第二实际压差与所述第一实际压差之和的一半计算得到正母线的对地压差，根据所述第二实际压差与所述第一实际压差之差的一半计算得到负母线的对地压差；
其中，所述第一放电倍数根据所述中点电压检测支路的各电阻参数确定，所述参考电压根据正母线和负母线之间的理论压差确定，所述第二放电倍数根据所述母线电压检测支路的各电阻参数确定。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述中点电压检测支路包括中点检测模块和压差检测模块；
所述中点检测模块包括第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻和所述第二分压电阻相互串联且阻值相等，所述第一分压电阻连接正母线，所述第二分压电阻连接负母线，所述第一分压电阻和所述第二分压电阻的连接点与所述压差检测模块的第一输入端连接；
所述压差检测模块的第二输入端与接地线连接，参考端与一参考电压连接，输出端连接所述处理器。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述压差检测模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第一运算放大器；
所述第一电阻的一端接于所述中点检测模块，另一端与所述第一运算放大器的反相输入端连接；
所述第二电阻的一端与所述接地线连接，另一端与所述第一运算放大器的同相输入端连接；
所述第三电阻的一端与所述第一运算放大器的反相输入端连接，另一端与所述第一运算放大器的输出端连接；
所述第四电阻的一端与所述参考电压连接，另一端与所述第一运算放大器的同相输入端连接；
所述第五电阻的一端与所述第一运算放大器的输出端连接，另一端连接所述处理器。
4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述母线电压检测支路包括第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻和第二运算放大器；
所述第六电阻的一端与正母线连接，另一端与所述第二运算放大器的同相输入端连接；
所述第七电阻的一端与负母线连接，另一端与所述第二运算放大器的反相输入端连接；
所述第八电阻的一端与模拟地连接，另一端与所述第二运算放大器的同相输入端连接；
所述第九电阻的一端与所述第二运算放大器的反相输入端连接，另一端与第二运算放大器的输出端连接；
所述第十电阻的一端与所述第二运算放大器的输出端连接，另一端连接所述处理器。
5.一种母线绝缘检测方法，其特征在于，该方法包括：
检测正负母线的电压中点的对地压差，作为第一检测压差输出；
检测正负母线之间的压差，作为第二检测压差输出；
根据所述第二检测压差与所述第一检测压差计算得到正母线的对地压差和负母线的对地压差，若正母线的对地压差与负母线的对地压差相同则判断母线绝缘，否则判断母线不绝缘；
具体通过处理器将所述第一检测压差乘以第一放电倍数减去参考电压得到正母线和负母线之间的电压中点对地的实际压差，记为第一实际压差；将所述第二检测压差乘以第二放电倍数得到正母线和负母线之间的实际压差，记为第二实际压差，根据所述第二实际压差与所述第一实际压差之和的一半计算得到正母线的对地压差，根据所述第二实际压差与所述第一实际压差之差的一半计算得到负母线的对地压差；
其中，所述第一放电倍数根据所述中点电压检测支路的各电阻参数确定，所述参考电压根据正母线和负母线之间的理论压差确定，所述第二放电倍数根据所述母线电压检测支路的各电阻参数确定。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述检测正母线和负母线之间的电压中点的对地压差，作为第一压差输出包括：设置中点电压检测支路，
所述中点电压检测支路包括中点检测模块和压差检测模块；
所述中点检测模块包括第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻和所述第二分压电阻相互串联且阻值相等，所述第一分压电阻连接正母线，所述第二分压电阻连接负母线，所述第一分压电阻和所述第二分压电阻的连接点与所述压差检测模块的第一输入端连接；
所述压差检测模块的第二输入端与接地线连接，参考端与一参考电压连接，输出端输出所述第一检测压差。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述压差检测模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第一运算放大器，所述第一运算放大器为有源运算放大器；
所述第一电阻的一端接于所述中点检测模块，另一端与所述第一运算放大器的反相输入端连接；
所述第二电阻的一端与所述接地线连接，另一端与所述第一运算放大器的同相输入端连接；
所述第三电阻的一端与所述第一运算放大器的反相输入端连接，另一端与所述第一运算放大器的输出端连接；
所述第四电阻的一端与所述参考电压连接，另一端与所述第一运算放大器的同相输入端连接；
所述第五电阻的一端与所述第一运算放大器的输出端连接，另一端连接所述处理器。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述检测正母线和负母线之间的压差，作为第二检测压差输出包括：设置母线电压检测支路，
所述母线电压检测支路包括第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻和第二运算放大器，所述第二运算放大器为无源运算放大器；
所述第六电阻的一端与正母线连接，另一端与所述第二运算放大器的同相输入端连接；
所述第七电阻的一端与负母线连接，另一端与所述第二运算放大器的反相输入端连接；
所述第八电阻的一端与模拟地连接，另一端与所述第二运算放大器的同相输入端连接；
所述第九电阻的一端与所述第二运算放大器的反相输入端连接，另一端与第二运算放大器的输出端连接；
所述第十电阻的一端与所述第二运算放大器的输出端连接，另一端输出所述第二检测压差。
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