CN109142932A - 一种中性点不接地供电系统的监测与保护系统 - Google Patents

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邢鸣
王超
廖志华
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Jiangsu Zhenan Power Equipment Co Ltd
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JIANGSU ZHENJIANG INSTALLATION GROUP Co Ltd
Xin Run Power Tech Corp Inc Of Jiangsu Zhenan County
Jiangsu Zhenan Power Equipment Co Ltd
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Abstract

本发明具体为一种中性点不接地供电系统的监测与保护系统，包括：用电信息采集模块、绝缘监测模块、变压器绕组温度监测模块、通讯模块、微处理器。本发明利用高速的微控制器芯片计算中性点不接地系统零线与地线间电阻值来诊断系统的绝缘状况，同时采集系统中变压器绕组温度值以防变压器温度过高引起火灾。同时本方法采集中性点不接地供电系统各用电信息并进行判断、分析，及时捕捉故障电弧，一旦发生电弧故障及时切断故障回路。微控制器将系统绝缘电阻、变压器绕组温度、用电信息数据、报警信息收集处理后通过485接口显示在上位机界面中，同时也可通过GPRS模块或以太网接口将数据传送至云端服务器供云端服务器分析、使用。

Description

一种中性点不接地供电系统的监测与保护系统
技术领域
本发明涉及供电系统的监测，具体为一种中性点不接地供电系统的监测与保护系统。
背景技术
中性点不接地供电系统中一旦设备漏电，单相对地漏电电流很小，不会破坏电源电压的平衡，且中性点不接地供电系统中任何一根输出线都不能与地构成回路，只能在两根输出线之间构成回路，系统供电的安全性及可靠性高。
为了提高中性点不接地供电系统长期运行的稳定性，绝缘状况实时在线监测及变压器绕组温度实时监测可有效诊断系统的稳定性及安全性，在系统异常时能有效的做出保护措施，，并能够定位出故障回路，能有效的保障设备长期稳定运行，节省线路检修时间，保障人身安全。在发生电弧故障时，由于电流强度小，远低于传统断路器、熔断器等过流保护装置设定值，但电弧温度较高，足以引燃任何可燃物，而且低电压时仍可持续存在，难以熄灭，因此得不到有效的保护，为了有效地保障低压配电线路、用电设备及人身安全，需对故障电弧进行在线监测及做出保护措施。
传统的检测相对比较独立，监测多种数据需要搭建多套监测系统，花费的人力物力较多，同时维护也比较麻烦。随着电子技术的发展能够将各种数据进行集中监测，进行有线或无线组网，更便于维护，节约资源。
发明内容
1、所要解决的技术问题：
为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种中性点不接地供电系统的监测与保护系统。本发明利用高速的微控制器芯片计算中性点不接地系统零线与地线间电阻值来诊断系统的绝缘状况，同时采集系统中变压器绕组温度值以防变压器温度过高引起火灾。同时本方法采集中性点不接地供电系统各用电信息并进行判断、分析，及时捕捉故障电弧，一旦发生电弧故障及时切断故障回路。微控制器将系统绝缘电阻、变压器绕组温度、用电信息数据、报警信息收集处理后通过485接口显示在上位机界面中，同时也可通过GPRS模块或以太网接口将数据传送至云端服务器供云端服务器分析、使用。
2、技术方案：
一种中性点不接地供电系统的监测与保护系统，其特征在于：包括：用电信息采集模块、绝缘监测模块、变压器绕组温度监测模块、通讯模块、微处理器。
所述用电信息采集模块采集TN供电系统的进线端的电压电流信息；所述用电采集模块包括电流传感器、电压传感器以及电能计量IC芯片；所述TN供电系统的进线端与电压电流传感器相连进行采集进线端的电压电流信号；电压传感器与电流传感器输出端均与电能计量IC芯片输入端相连；电能计量IC芯片将处理后的电压电流信息存储至电能计量IC芯屏的寄存器中；所述电能计量IC芯片输出端与微处理器相连；所述微处理器根据监测到的电流电压信息进行判断是否存在电弧。
所述绝缘监测模块通过注入源模块向IT系统的零线与地线间注入30V直流电压，通过采样计算得出中性点不接地供电系统绝缘电阻值；根据绝缘电阻值的大小计算出系统的绝缘电阻值。
所述变压器绕组温度监测模块包括RTD数字转换器，所述RTD数字转换器与变压器的热敏电阻 相连，并将热敏电阻与参考阻值之比转换成数字输出。
进一步地，还包括通讯模块；所述通讯模块包括485通讯模块、CAN通讯模块与远程通讯模块；所述485通讯模块与CAN通讯模块均与微处理器相连；所述485通讯模块与人机界面相连；所述CAN通讯模块与扩展模块相连；所述远程通讯模块与微处理器相连。
进一步地，还包括电源模块；所述电源模块包括设备供电模块与注入源模块。
进一步地，所述电能计量IC芯片为ADE7880。
进一步地，所述微处理器为单片机STM32F103。
3、有益效果：
（1）本方法中用电信息采集模块采用的是多相多功能电能计量IC芯片、电压传感器以及电流传感器。其中多相多功能电能计量IC带有高精度ADC，对电压、电流传感器接入的电压、电流信号进行采样、分析、处理；多相多功能电能计量IC通过内部处理器将计算的电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、频率、有功电能、无功电能参数放入内部相应寄存器，由外部的微控制器进行读取。同时微处理器可读取电压、电流采样数据，对负载特性进行分析，能够及时检测出有害电弧，做出保护措施。
（2）本方法提供绝缘监测模块通过向中性点不接地供电系统零线与地线间注入30V直流电压，能够通过采样计算得出中性点不接地供电系统绝缘电阻值。
（3）本方法中STM32微控制器模块将采集到的数据、报警信息分析处理后通过485通讯模块送至触摸屏显示。报警阈值、系统参数设定值通过485通讯模块经STM32微控制器模块保存至微控制器存储器，通过实测值与报警阈值做比较，根据不同的报警条件输出对应的报警标志进行报警。
综上所述：本方法大大降低了系统搭建成本，节约了人力、物力资源，能够保障系统运行的稳定性及安全性；本方法采用总线式架构，系统扩展方便；能够实现报警信息实时传送，可快速有效的定位报警类型，方便维修人员快速做出相应处理，大大提高工作效率。
附图说明
图1为本方法的整体结构图；
图2为被方法的电路结构图；
图3为本方法中绝缘模块的结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本方法进行进一步的说明。
一种中性点不接地供电系统的监测与保护系统，其特征在于：包括：用电信息采集模块、绝缘监测模块、变压器绕组温度监测模块、通讯模块、微处理器。
所述用电信息采集模块采集TN供电系统的进线端的电压电流信息；所述用电采集模块包括电流传感器、电压传感器以及电能计量IC芯片；所述TN供电系统的进线端与电压电流传感器相连进行采集进线端的电压电流信号；电压传感器与电流传感器输出端均与电能计量IC芯片输入端相连；电能计量IC芯片将处理后的电压电流信息存储至电能计量IC芯屏的寄存器中；所述电能计量IC芯片输出端与微处理器相连；所述微处理器根据监测到的电流电压信息进行判断是否存在电弧。
所述绝缘监测模块通过注入源模块向IT系统 零线与地线间注入30V直流电压，通过采样计算得出中性点不接地供电系统绝缘电阻值；根据绝缘电阻值的大小计算出系统的绝缘电阻值。
所述变压器绕组温度监测模块包括RTD数字转换器，所述RTD数字转换器与变压器的热敏电阻 相连，并将热敏电阻与参考阻值之比转换成数字输出。
进一步地，还包括通讯模块；所述通讯模块包括485通讯模块、CAN通讯模块与远程通讯模块；所述485通讯模块与CAN通讯模块均与微处理器相连；所述485通讯模块与人机界面相连；所述CAN通讯模块与扩展模块相连；所述远程通讯模块与微处理器相连。
进一步地，还包括电源模块；所述电源模块包括设备供电模块与注入源模块。
进一步地，所述电能计量IC芯片为ADE7880。
进一步地，所述微处理器为单片机STM32F103。
如附图1、2与3所示， 中性点不接地系统是将TN供电系统利用隔离变压器变成不接地的IT系统。 一种中性点不接地供电系统的监测与保护系统， 包括用电信息采集模块、绝缘监测模块、变压器绕组温度监测模块、通讯模块、微处理器、电源模块；所述用电信息采集模块为采集IT系统电压电流信息并将信息传输至多相多功能电能计量IC芯片，通过多相多功能电能计量IC芯片对电压电流信息的处理将处理后的信息存储至IC芯片的相应寄存器方便为处理器进行读取。
所述绝缘检测模块为通过注入源模块向中性点不接地供电系统的零线与地线间注入30V直流电压，通过采样计算得出中性点不接地供电系统绝缘电阻值；根据绝缘电阻值的大小计算出系统的绝缘电阻值。具体的结构图如图2所示，其绝缘电阻值=STM32微控制器计算所得总电阻值-滤波电路总电阻值-标准电阻电路总电阻值。
所述微处理器读取出IC芯片采集的负载电流的波形，如果存在连续五个周期为平肩波形则可以判断存在有害电弧，微处理器控制系统的继电器断开。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (5)

1.一种中性点不接地供电系统的监测与保护系统，其特征在于：包括：用电信息采集模块、绝缘监测模块、变压器绕组温度监测模块、通讯模块、微处理器；
所述用电信息采集模块采集TN供电系统的进线端的电压电流信息；所述用电采集模块包括电流传感器、电压传感器以及电能计量IC芯片；所述TN供电系统的进线端与电压电流传感器相连进行采集进线端的电压电流信号；电压传感器与电流传感器输出端均与电能计量IC芯片输入端相连；电能计量IC芯片将处理后的电压电流信息存储至电能计量IC芯片的寄存器中；所述电能计量IC芯片输出端与微处理器相连；所述微处理器根据监测到的电流电压信息进行判断是否存在电弧；
所述绝缘监测模块通过注入源模块向IT系统的零线与地线间注入30V直流电压，通过采样计算得出中性点不接地供电系统绝缘电阻值；根据绝缘电阻值的大小计算出系统的绝缘电阻值；
所述变压器绕组温度监测模块包括RTD数字转换器，所述RTD数字转换器与变压器的热敏电阻相连，并将热敏电阻与参考阻值之比转换成数字输出。
2.根据权利要求1所述的一种中性点不接地供电系统的监测与保护系统，其特征在于：还包括通讯模块；所述通讯模块包括485通讯模块、CAN通讯模块与远程通讯模块；所述485通讯模块与CAN通讯模块均与微处理器相连；所述485通讯模块与人机界面相连；所述CAN通讯模块与扩展模块相连；所述远程通讯模块与微处理器相连。
3.根据权利要求1所述的一种中性点不接地供电系统的监测与保护系统，其特征在于：还包括电源模块；所述电源模块包括设备供电模块与注入源模块。
4.根据权利要求1所述的一种中性点不接地供电系统的监测与保护系统，其特征在于：所述电能计量IC芯片为ADE7880。
5.根据权利要求1所述的一种中性点不接地供电系统的监测与保护系统，其特征在于：所述微处理器为单片机STM32F103。
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