CN203324380U - 一种直流电源系统的绝缘监测装置及其监测主机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直流电源系统的绝缘监测装置及其监测主机，该监测主机包括：至少一个用于检测相应段直流母线电压的电压检测模块；至少一个用于检测相应段直流母线漏电流的电流检测模块；至少两个AD转换模块；用于在单片机的控制下，使至少两个AD转换模块同时对所检测的相应段直流母线电压、直流母线漏电流进行采样并进行模数转换处理的至少一个开关模块；用于根据模数转换处理后的相应段直流母线电压和相应段直流母线漏电流计算相应段直流母线的接地电阻的单片机。实施本实用新型的技术方案，由于直流母线电压和直流母线漏电流获取的时间一致，所计算的直流母线的接地电阻更加准确，因此可避免信号回路、控制回路、继电保护装置等的误动作。

Description

一种直流电源系统的绝缘监测装置及其监测主机

技术领域

本实用新型涉及绝缘监测领域，尤其涉及一种直流电源系统的绝缘监测装置及监测主机。

背景技术

目前发电厂、变电站和通信高压的直流电源作为主要设备的安保电源及控制信号电源，该直流电源采用对地绝缘的方式，是一个十分庞大的分支供电网络，其常见的故障是一点接地故障。在一般情况下，一点接地并不影响直流电源系统的运行，但如果不能迅速找到接地故障点并加以修复，又发生另一点接地故障，就可能引起信号回路、控制回路、继电保护装置等的误运作。因此，减少这种绝缘故障，必须有一个可靠的绝缘监测装置来及时检测并分析故障点，避免重大事故的发生。

绝缘在线监测的基本原理是设备处于运行状态中，利用其工作电压来监测绝缘的各种特征参数，可有效地反应绝缘的实际情况。直流电源系统的绝缘监测分为直流绝缘监测法和交流绝缘监测法，其中，直流绝缘监测法通过检测直流电压和漏电流，可计算出母线的接地电阻及各个支路的接地电阻。然而，目前，在利用平衡桥和不平衡桥相结合的方法检测母线的接地电阻时，由于无法对电流检测模块和电压检测模块的采样时间进行精确控制，使得直流母线电压的采样时间和直流母线漏电流的采样时间不一致，进而使得所计算的母线的接地电阻不准确，从而引起信号回路、控制回路、继电保护装置等误动作。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种直流电源系统的绝缘监测装置及其监测主机，能准确地计算出母线的接地电阻。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种直流电源系统的绝缘监测装置的监测主机，所述直流电源系统输出至少一段直流母线电压，所述监测主机包括：

至少一个用于检测相应段直流母线电压的电压检测模块；

至少一个用于检测相应段直流母线漏电流的电流检测模块；

至少两个AD转换模块；

分别连接于相应的电压检测模块、相应的电流检测模块和所述至少两个AD转换模块，且用于在单片机的控制下，使所述至少两个AD转换模块同时对所检测的相应段直流母线电压、直流母线漏电流进行采样并进行模数转换处理的至少一个开关模块；

连接于所述至少两个AD转换模块和所述至少一个开关模块，且用于根据模数转换处理后的相应段直流母线电压和相应段直流母线漏电流计算相应段直流母线的接地电阻的单片机。

在本实用新型所述的绝缘监测装置的监测主机中，所述AD转换模块的数量为两个；

所述电压检测模块包括：

用于检测相应段正控制母线的对地电压的第一电压检测单元；及

用于检测相应段负控制母线的对地电压的第二电压检测单元；

所述开关模块包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关，其中，所述第一开关的控制端、所述第二开关的控制端、所述第三开关的控制端、所述第四开关的控制端分别连接所述单片机，所述第一开关的第一端连接所述第一电压检测单元的输出端，所述第二开关的第一端和所述第三开关的第一端分别连接所述第二电压检测单元的输出端，所述第四开关的第一端分别连接相应的电流检测模块的输出端，所述第一开关的第二端、所述第二开关的第二端分别连接所述第一AD转换模块的输入端，所述第三开关的第二端、所述第四开关的第二端分别连接所述第二AD转换模块的输入端。

在本实用新型所述的绝缘监测装置的监测主机中，所述AD转换模块的数量为三个；

所述电压检测模块包括：

用于检测相应段正控制母线的对地电压的第一电压检测单元；及

用于检测相应段负控制母线的对地电压的第二电压检测单元；

所述开关模块包括第五开关、第六开关、第七开关，其中，所述第五开关的控制端、所述第六开关的控制端、所述第七开关的控制端分别连接所述单片机，所述第五开关的第一端连接所述第一电压检测单元的输出端，所述第六开关的第一端连接所述第二电压检测单元的输出端，所述第七开关的第一端连接相应的电流检测模块的输出端，所述第五开关的第二端连接所述第一AD转换模块的输入端，所述第六开关的第二端连接所述第二AD转换模块的输入端，所述第七开关的第二端连接第三AD转换模块的输入端。

在本实用新型所述的绝缘监测装置的监测主机中，所述至少两个AD转换模块集成在单片机内。

在本实用新型所述的绝缘监测装置的监测主机中，所述监测主机还包括：

连接于所述单片机的RS485通讯模块或RS232通讯模块。

在本实用新型所述的绝缘监测装置的监测主机中，所述监测主机还包括：

连接于所述单片机的CAN通信模块。

在本实用新型所述的绝缘监测装置的监测主机中，所述监测主机还包括：

连接于所述单片机的对时模块。

在本实用新型所述的绝缘监测装置的监测主机中，所述监测主机还包括：

连接于所述单片机，且用于实现与后台机进行通信的后台通信模块。

在本实用新型所述的绝缘监测装置的监测主机中，所述监测主机还包括：

连接于所述单片机的显示模块。

本实用新型还构造一种直流电源系统的绝缘监测装置，包括以上所述的监测主机。

实施本实用新型的技术方案，在绝缘监测装置的监测主机中，电压检测模块、电流检测模块分别对直流电源系统的相应段的直流母线电压、直流母线漏电流进行检测，并通过单片机控制开关模块的状态，使得至少两个AD转换模块同时对所检测的相应段直流母线电压、直流母线漏电流进行采样并进行模数转换处理，然后，单片机根据模数转换处理后的直流母线电压和直流母线漏电流计算相应段直流母线的接地电阻。在计算直流母线的接地电阻时，由于直流母线电压和直流母线漏电流的采样时间一致，所计算的直流母线的接地电阻更加准确，因此可避免信号回路、控制回路、继电保护装置等的误动作。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型直流电源系统的绝缘监测装置的监测主机实施例一的逻辑图；

图2是图1中AD转换模块、开关模块、电压检测模块和电流检测模块实施例一的逻辑图；

图3是直流电源系统中合闸母线与控制母线的示意图；

图4是图1中AD转换模块、开关模块、电压检测模块和电流检测模块实施例二的逻辑图；

图5是本实用新型直流电源系统的绝缘监测装置的监测主机实施例二的逻辑图；

图6是本实用新型直流电源系统的绝缘监测装置实施例一的逻辑图；

图7是本实用新型直流电源系统的绝缘监测装置实施例二的逻辑图。

具体实施方式

图1是本实用新型直流电源系统的绝缘监测装置的监测主机实施例一的逻辑图，首先说明的是，直流电源系统可用于输出至少一段直流母线电压，该监测主机可用于检测每一段直流母线的接地电阻。该监测主机包括：电压检测模块110、电流检测模块120、开关模块130、两个AD转换模块140、140′和单片机150。图中仅示出了一段直流母线所对应的电压检测模块110、电流检测模块120、开关模块130，本领域技术人员应能理解，在该直流电源系统具有多段直流母线时，电压检测模块、电流检测模块、开关模块的数量也相应为多个。在该实施例中，电压检测模块110用于检测相应段直流母线电压。电流检测模块120用于检测相应段直流母线漏电流。开关模块130分别连接电压检测模块110、电流检测模块120和AD转换模块140、140′，而且，在单片机150的控制下，使AD转换模块140、140′同时对所检测的该段直流母线电压、直流母线漏电流进行采样并进行模数转换处理。单片机150连接于AD转换模块140、140′和开关模块130，且用于根据模数转换处理后的直流母线电压和直流母线漏电流计算该段直流母线的接地电阻，在计算接地电阻时，可采用平衡桥法和不平衡桥法相结合的方法。当然在其它实施例中，AD转换模块的数量还可为三个、四个等，而且，这些AD转换模块可集成在单片机150内，即，选用自带模数转换器的单片机。

图2是图1中AD转换模块、开关模块、电压检测模块和电流检测模块实施例一的逻辑图，在该实施例中，AD转换模块的数量为两个，分别为第一AD转换模块140、第二AD转换模块140′。另外，直流电源系统输出两段直流母线电压，下面仅以一段直流母线所对应的电压检测模块、电流检测模块和开关模块为例进行说明，该电压检测模块包括第一电压检测单元111、第二电压检测单元112、第三电压检测单元113，而且，第一电压检测单元111用于检测该段正控制母线的对地电压；第二电压检测单元112用于检测该段负控制母线的对地电压；第三电压检测单元113用于检测该段正合闸母线的对地电压。关于控制母线和合闸母线的关系，结合图3进行说明，直流电源系统输出的电压为合闸母线电压，合闸母线为HM+、HM-，合闸母线电压经三个二极管降压后的电压为控制母线电压，控制母线为KM+、KM-。另外，该开关模块包括开关K1、K2、K3、K4、K5，其中，开关K1、K2、K3、K4、K5的控制端分别连接单片机（未示出），开关K1的第一端连接第一电压检测单元111的输出端，开关K2的第一端和开关K3的第一端分别连接第二电压检测单元112的输出端，开关K4的第一端连接电流检测模块120的输出端，开关K5的第一端连接第三电压检测单元113的输出端。开关K1的第二端、开关K2的第二端、开关K5的第二端分别连接第一AD转换模块140的输入端，开关K3的第二端、开关K4的第二端分别连接第二AD转换模块140′的输入端。最后需说明的是，与二段直流母线所对应的电压检测模块包括第一电压检测单元111′、第二电压检测单元112′、第三电压检测单元113′。与二段直流母线所对应的电流检测模块为电流模块120′。与二段直流母线所对应的开关模块包括K21、K22、K23、K24、K25。而且，与二段直流母线所对应的电压检测模块、电流检测模块和开关模块的逻辑结构与一段直流母线所对应的电压检测模块、电流检测模块和开关模块的逻辑结构类似，在此不做赘述。

下面说明在计算一段直流母线的接地电阻时，如何保证同时采样所检测直流母线电压和直流母线漏电流：在计算正控制母线的接地电阻时，单片机控制开关K1、K4闭合，其它开关断开；在计算负控制母线的接地电阻时，单片机控制开关K2、K4闭合，其它开关断开；在计算正负控制母线间的电压时，单片机控制开关K1、K3闭合，其它开关断开；在计算正负合闸母线间的电压时，单片机控制开关K3、K5闭合，其它开关均断开。需说明的是，在用平衡桥法和不平衡桥法测该段直流母线的接地电阻时，由于是通过控制母线的电压和漏电流而计算得出的，所以，第三电压检测单元113、开关K5可省去。

图4是图1中AD转换模块、开关模块、电压检测模块和电流检测模块实施例二的逻辑图，在该实施例中，AD转换模块的数量为三个，分别为第一AD转换模块140、第二AD转换模块140′和第三AD转换模块140″。另外，直流电源系统输出两段直流母线电压，下面仅以一段直流母线所对应的电压检测模块、电流检测模块和开关模块为例进行说明，该电压检测模块包括第一电压检测单元111、第二电压检测单元112、第三电压检测单元113，而且，第一电压检测单元111用于检测该段正控制母线的对地电压；第二电压检测单元112用于检测该段负控制母线的对地电压；第三电压检测单元113用于检测该段正合闸母线的对地电压。该开关模块包括开关K1、K2、K4、K5，其中，开关K1、K2、K4、K5控制端分别连接单片机（未示出），开关K1的第一端连接第一电压检测单元111的输出端，开关K2的第一端连接第二电压检测单元112的输出端，开关K4的第一端连接电流检测模块120的输出端，开关K5的第一端连接第三电压检测单元113的输出端。开关K1的第二端、开关K5的第二端连接第一AD转换模块140的输入端，开关K2的第二端连接第二AD转换模块140′的输入端，开关K4的第二端连接第三AD转换模块140″的输入端。最后需说明的是，与二段直流母线所对应的电压检测模块包括第一电压检测单元111′、第二电压检测单元112′、第三电压检测单元113′。与二段直流母线所对应的电流检测模块为电流模块120′。与二段直流母线所对应的开关模块包括K21、K22、K24、K25。而且，与二段直流母线所对应的电压检测模块、电流检测模块和开关模块的逻辑结构与一段直流母线所对应的电压检测模块、电流检测模块和开关模块的逻辑结构类似，在此不做赘述。

下面说明在计算一段直流母线的接地电阻时，如何保证同时采样所检测直流母线电压和直流母线漏电流：在计算正控制母线的接地电阻时，单片机控制开关K1、K4闭合，其它开关断开；在计算负控制母线的接地电阻时，单片机控制开关K2、K4闭合，其它开关断开；在计算正负控制母线间的电压时，单片机控制开关K1、K2闭合，其它开关断开；在计算正负合闸母线间的电压时，单片机控制开关K5、K2闭合，其它开关均断开。需说明的是，在用平衡桥法和不平衡桥法测该段直流母线的接地电阻时，由于是通过控制母线的电压和漏电流而计算得出的，所以，第三电压检测单元113、开关K5可省去。

图5是本实用新型直流电源系统的绝缘监测装置的监测主机实施例二的逻辑图，该监测主机包括：电压检测模块110、电流检测模块120、开关模块130、两个AD转换模块140、140′、单片机150、RS485通讯模块或RS232通讯模块160、CAN通信模块170、对时模块180、后台通信模块190和显示模块1901，其中，该实施例的电压检测模块110、电流检测模块120、开关模块130、两个AD转换模块140、140′与图1所示的实施例中的相应模块的逻辑结构相同，在此不做赘述。下面仅说明不同的模块：RS485通讯模块或RS232通讯模块160用于接收所检测的直流电源系统的至少一个支路的漏电流值，需说明的是，该直流电源系统可为多个设备供电，每个设备的供电通路称之为一条支路，而每条支路的漏电流可由非接触式微小直流电流检测装置检测，灵敏度高，进而所计算的支路的接地电阻也更准确。CAN通信模块170用于实现与至少一个分机进行通讯，需说明的是，为了增加该绝缘监测装置所能检测的支路绝缘情况的数量，该绝缘监测装置的监测主机上挂接有多个分机，每个分机可用于接收多个支路的漏电流值，经汇总后，再通过CAN通信的方式发送至监测主机。对时模块180用于对至少一个分机进行对时，以使每个分机均与监测主机的时钟同步，该对时模块180例如为B码对时模块、GPS标准源对时模块。后台通信模块190用于实现与后台机进行通信，用于将所计算的各段母线的接地电阻、支路的接地电阻及所记录的故障事件发送至后台机。显示模块1901用于显示所检测的直流母线电压值、直流母线漏电流值及所计算的直流母线的接地电阻值，该显示模块1901还可显示所计算的支路的接地电阻值、故障点的波形等，且具有人机交互功能，该显示模块1901例如为LCD显示模块、LED显示模块。

另外，该监测主机还可包括供电模块、继电器节点输出模块、存储模块，其中，供电模块例如为DC/DC供电模块、AC/DC供电模块，用于为监测主机供电。继电器节点输出模块用于在根据所计算的接地电阻判断故障点后，控制故障点处的继电器断开。存储模块用于存储所采集的电压、电流、所计算的接地电阻及记录故障事件。

本发明还构造一种直流电源系统的绝缘监测装置，该绝缘监测装置可以为单主机系统、双主机联网系统、单主机多分机系统、单分机与双主机联网系统等。

图6是本实用新型直流电源系统的绝缘监测装置实施例一的逻辑图，该直流电源系统输出一段直流母线电压，该段控制母线为KM+、KM-。该绝缘监测装置包括监测主机、与监测主机通过CAN总线连接的分机1、…、分机n。而且，直流电流检测装置CT1、CT2、…、CTn、CTn+1可分别检测设备1、设备2、…、设备n、设备N+1所对应的支路的漏电流，监测主机可通过RS485总线直接接收直流电流检测装置CT1、CT2、…、CTn、CTn+1所检测的漏电流值。直流电流检测装置CT21、CT22、…、CT2n、CT2n+1可分别检测设备11、设备12、…、设备1n、设备1n+1所对应的支路的漏电流值，分机1可通过RS485总线直接接收直流电流检测装置CT21、CT22、…、CT2n、CT2n+1所检测的漏电流值。同样地，分机n也可通过RS485总线接收相应支路的漏电流值。最后，各个分机将所接收的各个支路的漏电流值通过CAN总线传送至监测主机。另外，监测主机可将所接收的电压值、漏电流值及所计算的接地电阻值传送至后台机。监测主机还可对母线电压值、漏电流值及接地电阻值进行显示。

图7是本实用新型直流电源系统的绝缘监测装置实施例二的逻辑图，该直流电源系统输出两段直流母线电压，一段控制母线为KM1+、KM1-，二段控制母线为KM2+、KM2-。该绝缘监测装置包括监测主机1#、监测主机2#，分机1、分机2、…、分机n、分机N+1，而且，分机1、分机2、…、分机n、分机N+1分别通过CAN总线连接监测主机1#、监测主机2#。监测主机1#可通过RS485总线直接收直流电流检测装置CT11、CT12、…、CT1n所采集的支路漏电流值，监测主机2#可通过RS485总线直接收直流电流检测装置CT21、CT22、…、CT2n所采集的支路漏电流值。另外，分机1、分机2、…、分机n、分机N+1可分别通过RS485总线直接收各个直流电流检测装置所采集的相应支路的漏电流值，然后根据实际需要，各个分机将所接收的各个支路的漏电流值汇总后通过CAN总线传送至相应的监测主机。另外，监测主机1#、2#可分别将所接收的母线电压值、漏电流值及所计算的接地电阻值传送至后台机。监测主机1#、2#还可分别对母线电压值、漏电流值及接地电阻值进行显示。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种直流电源系统的绝缘监测装置的监测主机，所述直流电源系统输出至少一段直流母线电压，其特征在于，所述监测主机包括：

至少一个用于检测相应段直流母线电压的电压检测模块；

至少一个用于检测相应段直流母线漏电流的电流检测模块；

至少两个AD转换模块；

分别连接于相应的电压检测模块、相应的电流检测模块和所述至少两个AD转换模块，且用于在单片机的控制下，使所述至少两个AD转换模块同时对所检测的相应段直流母线电压、直流母线漏电流进行采样并进行模数转换处理的至少一个开关模块；

连接于所述至少两个AD转换模块和所述至少一个开关模块，且用于根据模数转换处理后的相应段直流母线电压和相应段直流母线漏电流计算相应段直流母线的接地电阻的单片机。

2.根据权利要求1的监测主机，其特征在于，所述AD转换模块的数量为两个；

所述电压检测模块包括：

用于检测相应段正控制母线的对地电压的第一电压检测单元；及

用于检测相应段负控制母线的对地电压的第二电压检测单元；

所述开关模块包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关，其中，所述第一开关的控制端、所述第二开关的控制端、所述第三开关的控制端、所述第四开关的控制端分别连接所述单片机，所述第一开关的第一端连接所述第一电压检测单元的输出端，所述第二开关的第一端和所述第三开关的第一端分别连接所述第二电压检测单元的输出端，所述第四开关的第一端分别连接相应的电流检测模块的输出端，所述第一开关的第二端、所述第二开关的第二端分别连接所述第一AD转换模块的输入端，所述第三开关的第二端、所述第四开关的第二端分别连接所述第二AD转换模块的输入端。

3.根据权利要求1的监测主机，其特征在于，所述AD转换模块的数量为三个；

所述电压检测模块包括：

用于检测相应段正控制母线的对地电压的第一电压检测单元；及

用于检测相应段负控制母线的对地电压的第二电压检测单元；

所述开关模块包括第五开关、第六开关、第七开关，其中，所述第五开关的控制端、所述第六开关的控制端、所述第七开关的控制端分别连接所述单片机，所述第五开关的第一端连接所述第一电压检测单元的输出端，所述第六开关的第一端连接所述第二电压检测单元的输出端，所述第七开关的第一端连接相应的电流检测模块的输出端，所述第五开关的第二端连接所述第一AD转换模块的输入端，所述第六开关的第二端连接所述第二AD转换模块的输入端，所述第七开关的第二端连接第三AD转换模块的输入端。

4.根据权利要求1-3任一项的监测主机，其特征在于，所述至少两个AD转换模块集成在单片机内。

5.根据权利要求4的监测主机，其特征在于，所述监测主机还包括：

连接于所述单片机的RS485通讯模块或RS232通讯模块。

6.根据权利要求4的监测主机，其特征在于，所述监测主机还包括：

连接于所述单片机的CAN通信模块。

7.根据权利要求6的监测主机，其特征在于，所述监测主机还包括：

连接于所述单片机的对时模块。

8.根据权利要求4的监测主机，其特征在于，所述监测主机还包括：

连接于所述单片机，且用于实现与后台机进行通信的后台通信模块。

9.根据权利要求4的监测主机，其特征在于，所述监测主机还包括：

连接于所述单片机的显示模块。

10.一种直流电源系统的绝缘监测装置，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的监测主机。

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