CN112327121B - 一种直流系统绝缘诊断自协调电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种直流系统绝缘诊断自协调电路及方法，在原有的绝缘监测电路中，增加一组协调电阻RXP，RXN以及与其对应的协调开关SXP，SXN。该电路在传统的绝缘监测电路基础上，进行优化改进，实现同一个直流系统中的不同绝缘监测装置在运行过程中的自协调功能，避免了不同绝缘监测装置的冲突现象。

Description

一种直流系统绝缘诊断自协调电路及方法
技术领域
本发明涉及一种直流系统绝缘诊断自协调电路及方法，属于直流电源系统监测装置的供配电领域。
背景技术
当前直流供电系统在各行业得到了广泛的应用，直流供电系统相对于交流供电系统，采用输出母线悬浮供电方式，提高了人身的安全性，输出母线单边接地对系统运行没有影响，提高了系统运行的可靠性。但是，当输出母线双边接地时，系统就存在短路风险，目前行业对直流供电系统普遍加装绝缘监测装置，当输出母线存在接地故障时，绝缘监测装置及时进行预警，准确定位出绝缘故障发生的位置，避免故障事故的扩大化。直流供电系统中的绝缘监测基本原理如图1所示。
如图1所示，绝缘监测装置电路，一般包括采样电阻RP，RN，投切电阻RTP，RTN，和投切开关STP，STN三个部分。绝缘监测装置电路在运行过程中，通过采样电阻实时监测直流正母线P和直流负母线N分别对大地PE的电压值，通过开通和闭合投切开关STP和STN，对直流正母线P和直流负母线N对大地PE的电压进行扰动，通过列写电路平衡方程，计算出输出母线对地的正负接地阻值。此种绝缘监测方法为直流检测法，在正常运行过程中，绝缘监测装置一般以固定时间周期，触发投切开关的动作，完成一次绝缘检测过程。如果整个直流系统中，仅有一个绝缘监测装置，此绝缘监测方法可以运行正常，但是，随着行业的发展，越来越多的直流供配电设备进行互联，形成了更为复杂的直流供配电网络，每个直流供配电设备一般都会有绝缘监测装置，那么，不同直流供配电设备的绝缘监测装置在投切开关动作的过程中，引起直流母线对地绝缘的变化，会被其他直流供配电设备中的绝缘监测装置错误的判断为绝缘故障，这类绝缘监测装置的检测冲突现象带来的问题越来越突出，目前行业内通常采取的做法是在整个供配电网络中，只保留一个绝缘监测装置，这种做法带来的最大问题是无法准确定位绝缘故障发生的位置，给直流供配电系统的运维带来了很大的麻烦。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种直流系统绝缘诊断自协调电路及方法，该电路在传统的绝缘监测电路基础上，进行优化改进，实现同一个直流系统中的不同绝缘监测装置在运行过程中的自协调功能，避免了不同绝缘监测装置的冲突现象。此方法在互联关系较为复杂的供配电系统中应用具有重大意义。
本发明提出的绝缘诊断自协调电路如图2所示。
本发明提出的绝缘诊断自协调电路是在原有的绝缘监测电路中，增加一组协调电阻RXP，RXN以及与其对应的协调开关SXP，SXN。
本发明首次提出的自协调电路，旨在实现不同绝缘监测装置间的自协调功能，通过控制协调开关SXP，SXN的通断，投切协调电阻RXP，RXN，对直流正负母线P，N对大地PE的电压值VP，VN进行扰动，依据电压值扰动的幅值和周期情况，各绝缘监测设备间可自动识别出对方，根据幅值和周期传递的信息，通过竞争机制，筛选出绝缘监测主机，由绝缘监测主机统一进行绝缘监测电阻RTP，RTN的投切管理。
自协调电路在动作过程中，引起直流正负母线P，N对大地PE的电压VP，VN变化波形如图3所示。
如图3所示，自协调电路在工作过程中，正负对PE电压VP，VN在保持正负母线P，N压差不变的前提下，两者互补式的增大和减小一定量的扰动电压△V，去除正负母线P，N对大地PE的电压偏置量，得到自协调电路的扰动电压波形，如图4所示。
通过自协调电路扰动电压波形的幅值和周期信息，在相同的约定规范下，各绝缘监测装置间可以实现互相通信，实现绝缘监测过程中的协同工作。
附图说明
图1 是现有技术中的绝缘监测基本原理；
图2 是根据本发明的绝缘诊断自协调电路；
图3 是根据本发明的自协调电路工作电压波形；
图4 是根据本发明的自协调电路扰动电压波形；
图5 是根据本发明的绝缘监测装置自协调控制流程图。
具体实施方式
本发明提出一种绝缘诊断自协调电路，用于包括多个绝缘监测装置的电路中，包括采样电阻RP、RN，投切电阻RTP、RTN及投切开关STP、STN；协调电阻RXP、RXN以及与其对应的协调开关SXP、SXN；通过控制协调开关SXP、SXN的通断，投切协调电阻RXP、RXN，对直流正负母线P、N对大地PE的电压值VP、VN进行扰动，依据电压值扰动的幅值和周期情况，各绝缘监测设备间可自动识别出对方，筛选出绝缘监测主机，由绝缘监测主机统一进行投切电阻RTP，RTN的投切管理。
正负对大地PE的电压值VP、VN在保持正负母线P、N压差不变的前提下，两者互补式的增大和减小一定量的扰动电压△V，去除正负母线P，N对大地PE的电压直流分量，得到自协调电路的扰动电压波形。
本发明提出的一种直流系统绝缘诊断自协调电路及方法，具体实施过程如下：
（1）自协调电路中的协调电阻RXP，RXN的阻值不宜过小，不同直流系统的选值原则为：
Figure 935787DEST_PATH_IMAGE001
。
（2）自协调电路工作过程中引起的扰动电压波形的幅值不宜过大，结合电压采样精度，不同直流系统的选值原则为：
Figure 118507DEST_PATH_IMAGE002
。
（3）自协调电路中的协调开关SXP，SXN宜采用高频切换开关，如固态继电器、高频MOS管或具有同等切换功能的器件或电路。
（4）不同绝缘监测装置的自协调电路的扰动电压△V波形的幅值和周期必须保持一致，遵照同一约定数值。
（5）绝缘监测装置在上电运行开始时，先关闭自协调电路，通过实时采集正负母线P，N对大地PE的电压VP，VN，判断直流系统上其他绝缘监测装置的工作状态，此过程称为侦听状态，侦听状态持续时间T 侦听状态 和扰动电压△V的周期T △V波形 必须满足：
T 侦听状态 > 2* T △V波形 。
（6）当绝缘监测装置在侦听状态下，通过实时采集正负母线P，N对大地PE的电压VP，VN，判断出直流系统母线上存在扰动电压△V时，就将自己设置为绝缘监测从机模式，不启动自己的自协调电路。
（7）反之，若不存在扰动电压△V时，绝缘监测装置就启动自协调电路，对直流系统母线进行扰动，并将自己设置为绝缘监测主机模式。
（8）绝缘监测装置处于主机模式时，其自协调电路处于实时工作状态或按一定的约定周期进行触发动作。
（9）绝缘监测装置处于主机模式时，由其来负责整个直流母线上的正负母线P，N对大地PE间投切电阻RTP，RTN的控制，并通过控制扰动电压△V的周期，传递投切电阻RTP，RTN的控制的开始和停止信号。
（10）绝缘监测装置处于从机模式时，通过实时采集正负母线P，N对大地PE的电压VP，VN，分析出扰动电压△V的工作波形，获取绝缘监测装置主机的控制信息。图5为绝缘监测装置自协调控制流程图。
本发明提出的一种直流系统绝缘诊断自协调电路及方法，通过控制自协调电路，实现了同一个直流系统中的不同绝缘监测装置在运行过程中的自协调功能，避免了不同绝缘监测装置的冲突现象。
上述实施方式仅是示例性的示出本发明，并不企图限制本发明。另外对于没有详细描述的步骤属于本领域技术人员熟知的技术内容。对于涵盖在本发明构思内的相应的变换和更改均在本发明范围内。

Claims (9)

1.一种绝缘诊断自协调电路，用于包括多个绝缘监测装置的电路中，包括采样电阻RP、RN，投切电阻RTP、RTN及投切开关STP、STN；协调电阻RXP、RXN以及与其对应的协调开关SXP、SXN；通过控制协调开关SXP、SXN的通断，投切协调电阻RXP、RXN，对直流正负母线P、N对大地PE的电压值VP、VN进行扰动，依据电压值扰动的幅值和周期情况，各绝缘监测设备间可自动识别出对方，筛选出绝缘监测主机，由绝缘监测主机统一进行投切电阻RTP，RTN的投切管理。
2.如权利要求1所述的绝缘诊断自协调电路，直流正负母线P、N对大地PE的电压值VP、VN在保持直流正负母线P、N压差不变的前提下，两者互补式的增大和减小一定量的扰动电压△V，去除直流正负母线P，N对大地PE的电压直流分量，得到自协调电路的扰动电压波形。
3.如权利要求1所述的绝缘诊断自协调电路，其中协调电阻RXP，RXN的阻值选值原则为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
。
4.如权利要求1所述的绝缘诊断自协调电路，协调开关SXP，SXN为高频切换开关。
5.如权利要求1所述的绝缘诊断自协调电路，协调开关SXP，SXN为固态继电器、高频MOS管或具有同等切换功能的器件或电路。
6.如权利要求1所述的绝缘诊断自协调电路，不同绝缘监测装置的自协调电路的扰动电压△V波形的幅值和周期必须保持一致，并遵照同一约定数值。
7.一种绝缘诊断自协调方法，使用权利要求1-6任一的绝缘诊断自协调电路，包括：
绝缘监测装置在上电运行开始时，先关闭自协调电路，通过实时采集正负母线P、N对大地PE的电压值VP、VN，判断直流系统上其他绝缘监测装置的工作状态，此过程称为侦听状态；
当绝缘监测装置在侦听状态下，通过实时采集正负母线P、N对大地PE的电压值VP、VN，判断出直流系统母线上存在扰动电压△V时，就将自己设置为绝缘监测从机模式，不启动自己的自协调电路；反之，若不存在扰动电压△V时，绝缘监测装置就启动自协调电路，对直流系统母线进行扰动，并将自己设置为绝缘监测主机模式。
8.如权利要求7所述的绝缘诊断自协调方法，其中绝缘监测装置处于主机模式时，其自协调电路处于实时工作状态或按一定的约定周期进行触发动作；由其来负责整个直流母线上的正负母线P，N对大地PE间投切电阻RTP，RTN的控制，并通过控制扰动电压△V的周期，传递投切电阻RTP，RTN的控制的开始和停止信号；和/或
其中绝缘监测装置处于从机模式时，通过实时采集正负母线P、N对大地PE的电压值VP、VN，分析出扰动电压△V的工作波形，获取绝缘监测装置主机的控制信息。
9.根据权利要求7或8所述的绝缘诊断自协调方法，其中
侦听状态持续时间T 侦听状态 和扰动电压△V的周期T △V波形 必须满足：
T 侦听状态 > 2* T △V波形 。
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