CN113064029A - 一种高压直流绝缘监测系统及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压直流绝缘监测系统及监测方法，包括控制模块，控制模块连接有母线监测模块和支线监测模块且分别对母线和支线进行绝缘监测，其中：母线监测模块包括电压测量单元、计算分析单元和监测桥单元，计算分析单元用于计算母线正极和母线负极之间的压差、电流值和绝缘阻值，根据压差和绝缘阻值的变化情况判断绝缘故障；支线监测模块连接有支线单元和通讯单元，支线监测模块用于监测支线单元的绝缘情况并通过通讯单元传输监测数据。本发明通过电压测量单元初步判断绝缘故障实现母线故障与支线故障的区分，后通过母线监测模块和支线监测模块分别监测绝缘状态，并采用电位器的调节代替开关投切，减少对地电压波动。
Description
技术领域
本发明涉及高压直流绝缘监测技术领域，具体涉及一种高压直流绝缘监测系统及监测方法。
背景技术
高压直流电源是由交流市电或三相电输入，数千伏以上或数万伏以上直流电压输出的电源，输出功率数百瓦至数千瓦，一般可稳压或稳流。早先的直流高压电源是将交流市电或三相电由工频高压变压器升压变成交流高压电，然后整流滤波得到直流高压电。采用高压直流供电时母线正负两极均为浮地运行，即母线正负两极均不与接地线连接，而母线两极或支路上连接的设备会因绝缘故障影响设备的运行甚至损坏。
现有技术中，直流绝缘监测装置中一般采用平衡桥与非平衡桥状态投切的方式对母线正负两极对地阻值进行监测，但投切过程易引起对地电压波动且仅可判断母线的绝缘状况。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种高压直流绝缘监测系统及监测方法，通过电压测量单元初步判断绝缘故障实现母线故障与支线故障的区分，后通过母线监测模块和支线监测模块分别监测绝缘状态，并采用电位器的调节代替开关投切，减少对地电压波动。
本发明采用的技术方案是：
本申请提出了一种高压直流绝缘监测系统，包括控制模块，所述控制模块包括存储单元，所述控制模块连接有母线监测模块和支线监测模块且分别对母线和支线进行绝缘监测，其中：
所述母线监测模块包括电压测量单元、计算分析单元和监测桥单元，所述电压测量单元用于测量母线正极和母线负极的实时电压，所述监测桥单元用于检测母线正极与母线负极之间的绝缘电阻值，所述电压测量单元和监测桥单元均连接计算分析单元，所述计算分析单元连接存储单元，所述计算分析单元用于计算母线正极和母线负极之间的压差、电流值和绝缘阻值，根据压差和绝缘阻值的变化情况判断绝缘故障；
所述支线监测模块连接有支线单元和通讯单元，所述支线单元连接母线正极、母线负极和接地线，所述支线单元包括整流器、蓄电池、通讯设备和母排绝缘端子，所述支线监测模块用于监测支线单元的绝缘情况并通过通讯单元传输监测数据。
优先地，所述监测桥单元包括电流测量单元、判断单元、延时电路、桥电路和电位器组，所述电流测量单元连接母线正极、母线负极和判断单元，所述电流测量单元用于测量母线正极和母线负极的实时电流，所述判断单元连接延时电路输入端和计算分析单元，所述延时电路输出端连接桥电路，所述延时电路用于延长电流增加或降低的速率，所述桥电路连接电位器组和接地线，所述桥电路用于通过多次关断开关测量母线正极至地或母线负极至地的绝缘阻值，所述电位器组连接控制模块。
优先地，所述电流测量单元包括正电流表和负电流表，所述正电流表一端连接母线正极且另一端连接判断单元，所述负电流表一端连接母线负极且另一端连接判断单元。
优先地，所述桥电路包括第一电阻、第二电阻、第一开关和第二开关，所述电位器组包括第三电位器和第四电位器，其中：所述第一电阻、第三电位器和第一开关串联连接，所述第一电阻远离第一开关一端连接延时电路输出端，所述第一开关远离第一电阻一端连接接地线，所述第二电阻、第四电位器和第二开关串联连接，所述第二电阻远离第二开关一端连接延时电路输出端，所述第二开关远离第二电阻一端连接接地线。
优先地，所述第一电阻的阻值等于第二电阻的阻值。
优先地，所述电压测量单元包括正电压表和负电压表，所述正电压表一端连接母线正极且另一端连接接地线，所述负电压表一端连接母线负极且另一端连接接地线。
优先地，所述支线监测模块包括多个漏电流传感器、多个GPS芯片、功率放大器和A/D转换电路，所述漏电流传感器设于支线单元中每个设备与母线的连线外侧，所述GPS芯片嵌于漏电流传感器内，所述GPS芯片用于定位发生绝缘故障的设备位置，所述漏电流传感器连接功率放大器，所述功率放大器连接A/D转换电路，所述A/D转换电路连接控制模块。
优先地，所述控制模块内设有定时器。
基于上述的高压直流绝缘监测系统，本申请还提出了一种使用上述高压直流绝缘监测系统的监测方法，包括如下步骤：
S1.所述控制模块通过定时器等间隔和控制正电压表和负电压表分别测量母线正极对地电压和母线负极对地电压，并传输至计算分析单元；
S2.所述计算分析单元计算母线正极对地电压和母线负极对地电压的压差，所述计算分析单元记录并绘制母线正极对地电压和母线负极对地电压的变化曲线；
S3.变化曲线平缓则控制模块通过支线监测模块对支线单元的各个设备进行绝缘故障排查，多个漏电流传感器同时对支线单元的各个设备进行绝缘故障检测，检测数据通过功率放大器进行放大，之后通过A/D转换电路进行数模转换，之后检测数据上传至控制模块，发生绝缘故障的支线单元设备通过GPS芯片发送位置信息；
S4.变化曲线瞬时较陡则通过母线监测模块对母线正极和母线负极的接地情况进行检测，闭合第一开关和第二开关，判断单元用于根据电流测量单元与电压测量单元的测量数据与间隔时间初步判断绝缘故障类型并确定延时电路的延时时间，若压差较小、电流较小，则减小延时时间至最小值，此时绝缘状态良好；若压差瞬态过大，电流增加，增加延时时间，此时母线单极接地；若压差较小，电流差较小但电流值增加，此时母线双极接地；控制模块控制第三电位器与第四电位器为零，桥电路为平衡电桥，计算母线正极对地电压与母线负极对地电压的第一比值；控制模块增大第三电位器的阻值，第四电位器的阻值仍为零，桥电路为不平衡电桥，计算母线正极对地电压与母线负极对地电压的第二比值，控制模块增大第四电位器的阻值，第三电位器的阻值调节为零，计算母线正极对地电压与母线负极对地电压的第三比值，第二比值与第三比值联立计算出母线正极对地绝缘阻值和母线负极对地绝缘阻值，计算值传输至计算分析单元判断接地情况。
本发明的有益效果是：
1.母线监测模块与支线监测模块结合进行直流绝缘监测，绝缘故障判断准确；
2.通过电压测量单元和计算分析单元初步判断绝缘故障，若母线对地电压短时间下降则考虑母线接地，之后通过监测桥单元进行母线绝缘监测；若母线对地电压下降幅度较缓则考虑支线单元绝缘故障，通过支线监测模块对支线单元的多个设备通过漏电流传感器进行绝缘监测，并通过GPS进行定位，便于快速解决绝缘故障；
3.监测桥单元中采用调节电位器组的阻值代替开关的投切，避免开关投切造成母线对地电压波动。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的控制模块连接示意图；
图2是本发明的支线监测模块连接示意图；
图3是本发明的母线监测模块连接示意图。
图中标记为：1.控制模块，11.存储单元，2.母线监测模块，21.电压测量单元，22.计算分析单元，23.监测桥单元，231.电流测量单元，232.判断单元，233.延时电路，234.桥电路，235.电位器组，3.支线监测模块，31.支线单元，32.通讯单元，33.漏电流传感器，34.GPS芯片，35.功率放大器，36.A/D转换电路。
具体实施方式
如图1所示，本申请提出了一种高压直流绝缘监测系统，包括控制模块1，控制模块1包括存储单元11和定时器，控制模块1连接有母线监测模块2和支线监测模块3且分别对母线和支线进行绝缘监测，其中：
如图3所示，母线监测模块2包括电压测量单元21、计算分析单元22和监测桥单元23，电压测量单元21用于测量母线正极和母线负极的实时电压，监测桥单元23用于检测母线正极与母线负极之间的绝缘电阻值，电压测量单元21和监测桥单元23均连接计算分析单元22，计算分析单元22连接存储单元11，计算分析单元22用于计算母线正极和母线负极之间的压差、电流值和绝缘阻值，根据压差和绝缘阻值的变化情况判断绝缘故障。
如图3所示，监测桥单元23包括电流测量单元231、判断单元232、延时电路233、桥电路234和电位器组235，电流测量单元231连接母线正极、母线负极和判断单元232，电流测量单元231用于测量母线正极和母线负极的实时电流，判断单元232连接延时电路233输入端和计算分析单元22，延时电路233输出端连接桥电路234，延时电路233用于延长电流增加或降低的速率，桥电路234连接电位器组235和接地线，桥电路234用于通过多次关断开关测量母线正极至地或母线负极至地的绝缘阻值，电位器组235连接控制模块1。
如图3所示，电流测量单元231包括正电流表A+和负电流表A-，正电流表A+一端连接母线正极且另一端连接判断单元232，负电流表A-一端连接母线负极且另一端连接判断单元232。电压测量单元21包括正电压表V+和负电压表V-，正电压表V+一端连接母线正极且另一端连接接地线，负电压表V-一端连接母线负极且另一端连接接地线。
如图3所示，桥电路234包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一开关K1和第二开关K2，电位器组235包括第三电位器R3和第四电位器R4，其中：第一电阻R1的阻值等于第二电阻R2的阻值，第一电阻R1、第三电位器R3和第一开关K1串联连接，第一电阻R1远离第一开关K1一端连接延时电路233输出端，第一开关K1远离第一电阻R1一端连接接地线，第二电阻R2、第四电位器R4和第二开关K2串联连接，第二电阻R2远离第二开关K2一端连接延时电路233输出端，第二开关K2远离第二电阻R2一端连接接地线。
如图2所示，支线监测模块3连接有支线单元31和通讯单元32，支线单元31连接母线正极、母线负极和接地线，支线单元31包括整流器、蓄电池、通讯设备和母排绝缘端子，支线监测模块3用于监测支线单元31的绝缘情况并通过通讯单元32传输监测数据。支线监测模块3包括多个漏电流传感器33、多个GPS芯片34、功率放大器35和A/D转换电路36，漏电流传感器33设于支线单元31中每个设备与母线的连线外侧，GPS芯片34嵌于漏电流传感器33内，GPS芯片34用于定位发生绝缘故障的设备位置，漏电流传感器33连接功率放大器35，功率放大器35连接A/D转换电路36，A/D转换电路36连接控制模块1。
如图1-3所示，基于上述的高压直流绝缘监测系统，本申请还提出了一种使用上述高压直流绝缘监测系统的监测方法，包括如下步骤：
S1.控制模块1通过定时器等间隔和控制正电压表V+和负电压表V-分别测量母线正极对地电压和母线负极对地电压，并传输至计算分析单元22；
S2.计算分析单元22计算母线正极对地电压和母线负极对地电压的压差，计算分析单元22记录并绘制母线正极对地电压和母线负极对地电压的变化曲线；
S3.变化曲线平缓则控制模块1通过支线监测模块3对支线单元31的各个设备进行绝缘故障排查，多个漏电流传感器33同时对支线单元31的各个设备进行绝缘故障检测，检测数据通过功率放大器35进行放大，之后通过A/D转换电路36进行数模转换，之后检测数据上传至控制模块1，发生绝缘故障的支线单元31设备通过GPS芯片34发送位置信息；
S4.变化曲线瞬时较陡则通过母线监测模块2对母线正极和母线负极的接地情况进行检测，闭合第一开关K1和第二开关K2，判断单元232用于根据电流测量单元231与电压测量单元21的测量数据与间隔时间初步判断绝缘故障类型并确定延时电路233的延时时间，若压差较小、电流较小，则减小延时时间至最小值，此时绝缘状态良好；若压差瞬态过大，电流增加，增加延时时间，此时母线单极接地；若压差较小，电流差较小但电流值增加，此时母线双极接地；控制模块1控制第三电位器R3与第四电位器R4为零，桥电路234为平衡电桥，计算母线正极对地电压与母线负极对地电压的第一比值；控制模块1增大第三电位器R3的阻值，第四电位器R4的阻值仍为零，桥电路234为不平衡电桥，计算母线正极对地电压与母线负极对地电压的第二比值，控制模块1增大第四电位器R4的阻值，第三电位器R3的阻值调节为零，计算母线正极对地电压与母线负极对地电压的第三比值，第二比值与第三比值联立计算出母线正极对地绝缘阻值R+和母线负极对地绝缘阻值R-，计算值传输至计算分析单元22判断接地情况。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高压直流绝缘监测系统，包括控制模块，其特征在于：所述控制模块包括存储单元，所述控制模块连接有母线监测模块和支线监测模块且分别对母线和支线进行绝缘监测，其中：
所述母线监测模块包括电压测量单元、计算分析单元和监测桥单元，所述电压测量单元用于测量母线正极和母线负极的实时电压，所述监测桥单元用于检测母线正极与母线负极之间的绝缘电阻值，所述电压测量单元和监测桥单元均连接计算分析单元，所述计算分析单元连接存储单元，所述计算分析单元用于计算母线正极和母线负极之间的压差、电流值和绝缘阻值，根据压差和绝缘阻值的变化情况判断绝缘故障；
所述支线监测模块连接有支线单元和通讯单元，所述支线单元连接母线正极、母线负极和接地线，所述支线单元包括整流器、蓄电池、通讯设备和母排绝缘端子，所述支线监测模块用于监测支线单元的绝缘情况并通过通讯单元传输监测数据。
2.根据权利要求1所述的高压直流绝缘监测系统，其特征在于：所述监测桥单元包括电流测量单元、判断单元、延时电路、桥电路和电位器组，所述电流测量单元连接母线正极、母线负极和判断单元，所述电流测量单元用于测量母线正极和母线负极的实时电流，所述判断单元连接延时电路输入端和计算分析单元，所述延时电路输出端连接桥电路，所述延时电路用于延长电流增加或降低的速率，所述桥电路连接电位器组和接地线，所述桥电路用于通过多次关断开关测量母线正极至地或母线负极至地的绝缘阻值，所述电位器组连接控制模块。
3.根据权利要求2所述的高压直流绝缘监测系统，其特征在于：所述电流测量单元包括正电流表和负电流表，所述正电流表一端连接母线正极且另一端连接判断单元，所述负电流表一端连接母线负极且另一端连接判断单元。
4.根据权利要求3所述的高压直流绝缘监测系统，其特征在于：所述桥电路包括第一电阻、第二电阻、第一开关和第二开关，所述电位器组包括第三电位器和第四电位器，其中：所述第一电阻、第三电位器和第一开关串联连接，所述第一电阻远离第一开关一端连接延时电路输出端，所述第一开关远离第一电阻一端连接接地线，所述第二电阻、第四电位器和第二开关串联连接，所述第二电阻远离第二开关一端连接延时电路输出端，所述第二开关远离第二电阻一端连接接地线。
5.根据权利要求4所述的高压直流绝缘监测系统，其特征在于：所述第一电阻的阻值等于第二电阻的阻值。
6.根据权利要求5所述的高压直流绝缘监测系统，其特征在于：所述电压测量单元包括正电压表和负电压表，所述正电压表一端连接母线正极且另一端连接接地线，所述负电压表一端连接母线负极且另一端连接接地线。
7.根据权利要求6所述的高压直流绝缘监测系统，其特征在于：所述支线监测模块包括多个漏电流传感器、多个GPS芯片、功率放大器和A/D转换电路，所述漏电流传感器设于支线单元中每个设备与母线的连线外侧，所述GPS芯片嵌于漏电流传感器内，所述GPS芯片用于定位发生绝缘故障的设备位置，所述漏电流传感器连接功率放大器，所述功率放大器连接A/D转换电路，所述A/D转换电路连接控制模块。
8.根据权利要求7所述的高压直流绝缘监测系统，其特征在于：所述控制模块内设有定时器。
9.一种使用如权利要求8所述的高压直流绝缘监测系统的监测方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1.所述控制模块通过定时器等间隔和控制正电压表和负电压表分别测量母线正极对地电压和母线负极对地电压，并传输至计算分析单元；
S2.所述计算分析单元计算母线正极对地电压和母线负极对地电压的压差，所述计算分析单元记录并绘制母线正极对地电压和母线负极对地电压的变化曲线；
S3.变化曲线平缓则控制模块通过支线监测模块对支线单元的各个设备进行绝缘故障排查，多个漏电流传感器同时对支线单元的各个设备进行绝缘故障检测，检测数据通过功率放大器进行放大，之后通过A/D转换电路进行数模转换，之后检测数据上传至控制模块，发生绝缘故障的支线单元设备通过GPS芯片发送位置信息；
S4.变化曲线瞬时较陡则通过母线监测模块对母线正极和母线负极的接地情况进行检测，闭合第一开关和第二开关，控制模块控制第三电位器与第四电位器为零，桥电路为平衡电桥，计算母线正极对地电压与母线负极对地电压的第一比值；控制模块增大第三电位器的阻值，第四电位器的阻值仍为零，桥电路为不平衡电桥，计算母线正极对地电压与母线负极对地电压的第二比值，控制模块增大第四电位器的阻值，第三电位器的阻值调节为零，计算母线正极对地电压与母线负极对地电压的第三比值，第二比值与第三比值联立计算出母线正极对地绝缘阻值和母线负极对地绝缘阻值，计算值传输至计算分析单元判断接地情况。
10.根据权利要求9所述的高压直流绝缘监测系统的监测方法，其特征在于：步骤S4中，闭合第一开关和第二开关后，判断单元用于根据电流测量单元与电压测量单元的测量数据与间隔时间初步判断绝缘故障类型并确定延时电路的延时时间，若压差较小、电流较小，则减小延时时间至最小值，此时绝缘状态良好；若压差瞬态过大，电流增加，增加延时时间，此时母线单极接地；若压差较小，电流差较小但电流值增加，此时母线双极接地。
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