CN203673023U - 一种检测直流系统绝缘状况的终端设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种检测直流系统绝缘状况的终端设备，其包括主模块、选线模块和直流漏电流传感器CT；所述主模块的输出端接选线模块的相应输入端；所述直流漏电流传感器CT串接在直流系统的支路上，其输出端接选线模块的相应输入端；所述主模块包括交流电压测量模块、直流系统绝缘电阻测量电路、信号调理电路XT-1、模数转换器A/D-1、处理器CPU-1和接口电路I/O-1；所述选线模块包括信号调理电路XT-2、模数转换器A/D-2、处理器CPU-2和接口电路I/O-2；本实用新型的优点在于不仅能检测直流系统是否发生绝缘降低并选线，而且能检测直流系统是否发生交流窜入故障并定位交流窜入的支路，并且能计算交流窜入直流时的系统绝缘电阻及支路绝缘电阻，为排查故障提供方便。
Description
技术领域
本实用新型涉及对直流系统的绝缘监测，尤其是直流系统发生交流窜入时检测并计算系统绝缘电阻及支路绝缘电阻。
背景技术
直流电源的安全可靠运行对于变电站的安全可靠运行至关重要。但由于直流电源供电设备多，供电线缆长，在实际运行中经常出现直流接地等故障。虽然直流系统浮地运行，单点接地不影响系统的正常运行，但必须尽快查找故障予以消除，否则发生第二点接地时，就会造成继电器或保护装置误动作，引起严重后果。目前，变电站中普遍使用了直流系统绝缘及选线装置，起到了较好的效果。
在实际运行中，有一种特殊的接地故障破坏性更大，这就是交流电窜入直流系统。由于一个屏柜内既有交流电，又有直流电，供电线缆又较长，交直流端子相隔较近，经常会因为误接线或绝缘降低，导致交流电窜入直流系统，引起绝缘监测装置报直流接地故障。这种故障严重时会导致设备损坏，或保护设备误动，给变电站安全运行带来严重影响。交流窜入直流系统基本可以分为两类，一类是交流电直接接入到直流系统，另一类是交流电通过阻性负载接入直流系统。目前变电站现场对“交流窜入直流故障”缺乏有效的监控手段和故障告警措施，更是难以区分到底是发生哪一种情况的交流窜入。本方案通过检测发生交流窜入时的交流电压有效值、直流系统绝缘电阻值及发生交流窜入的支路的绝缘电阻值综合判断区分发生的哪一种情况的交流窜入。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供了一种能够检测直流系统是否发生交流窜入故障、定位交流窜入的支路、并且能够计算交流窜入直流时的系统绝缘电阻及支路绝缘电阻的终端设备。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案：
本实用新型包括主模块、选线模块和直流漏电流传感器CT；所述主模块的输出端接选线模块的相应输入端；所述直流漏电流传感器CT串接在直流系统的支路上，其输出端接选线模块的相应输入端；
所述主模块包括交流电压测量模块、直流系统绝缘电阻测量电路、信号调理电路XT-1、模数转换器A/D-1、处理器CPU-1和接口电路I/O-1；
所述交流电压测量模块包括两个隔直电容C1～C2和两个交流信号采集电阻R1～R2，所述隔直电容C1和交流信号采集电阻R1串联后接在直流系统的正母线KM+和地之间，所述隔直电容C2和交流信号采集电阻R2串联后接在直流系统的负母线KM-和地之间；
所述直流系统绝缘电阻测量电路包括采样电阻R3～R4、检测电阻R5～R6和开关K1～K2，所述检测电阻R5和开关K1先串联，然后与采样电阻R3并联后接在直流系统的正母线KM+和地之间，所述检测电阻R6和开关K2先串联，然后与采样电阻R4并联后接在直流系统的负母线KM-和地之间；
所述交流信号采集电阻R1、R2、采样电阻R3、R4的两端分别对应接各个信号调理电路XT-1的输入端，各个所述信号调理电路XT-1的输出端分别接模数转换器A/D-1，各个所述模数转换器A/D-1的输出分别对应接处理器CPU-1的相应输入端，所述接口电路I/O-1与处理器CPU-1的相应端口相连接；
所述选线模块包括信号调理电路XT-2、模数转换器A/D-2、处理器CPU-2和接口电路I/O-2；所述直流漏电流传感器CT的输出端接信号调理电路XT-2的输入端；所述信号调理电路XT-2的输出端接模数转换器A/D-2的输入端，所述模数转换器A/D-2的输出端接处理器CPU-2的相应输入端，所述接口电路I/O-2与处理器CPU-2的相应端口相连接；所述接口电路I/O-2与主模块中的接口电路I/O-1相连接。
所述信号调理电路XT-1包括运算放大器A～B、电阻R7～R10；所述交流信号采集电阻R1、R2、采样电阻R3、R4的两端分别对应接各个信号调理电路XT-1中运算放大器A的同相输入端和电源负极，所述运算放大器A的输出脚接其反相输入端，所述运算放大器A的输出脚经电阻R9接运算放大器B的同相输入端，所述运算放大器B的同相输入端经电阻R10接2.5V，所述运算放大器B的反相输入端经电阻R8接地，所述运算放大器B的输出脚经电阻R7接其反相输入端；各个所述运算放大器B的输出脚接模数转换器A/D-1的输入端，所述模数转换器A/D-1的输出端接处理器CPU-1的相应输入端，所述接口电路I/O-1与处理器CPU-1的相应端口相连接；所述信号调理电路XT-2与信号调理电路XT-1的组成结构相同，所述信号调理电路XT-2中运算放大器A的同相输入端和电源负极接直流漏电流传感器CT的输出端，所述信号调理电路XT-2中运算放大器B的输出脚接模数转换器A/D-2的输入端。
所述模数转换器A/D-1和模数转换器A/D-2的型号为ADS8361；所述接口电路I/O-1和接口电路I/O-2的型号为SN65LBC184；所述直流漏电流传感器CT的型号为SLD-10mA。
本实用新型所产生的积极效果如下：（1）本实用新型不仅能检测直流系统是否发生绝缘降低并选线，而且能够检测直流系统是否发生交流窜入故障并定位交流窜入的支路，并且能够计算交流窜入直流时的系统绝缘电阻及支路绝缘电阻，为排查故障提供方便；（2）本实用新型结构简单，检测结果安全可靠，易于推广。
附图说明
附图1为本实用新型的结构原理图。
附图2为本实用新型中选线模块的原理图。
附图3为本实用新型的信号调理电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进行进一步说明：
由图1～3所示的实施例可知，它包括主模块1、选线模块2和直流漏电流传感器CT；所述主模块1的输出端接选线模块2的相应输入端；所述直流漏电流传感器CT串接在直流系统的支路上，其输出端接选线模块2的相应输入端；
所述主模块1包括交流电压测量模块、直流系统绝缘电阻测量电路、信号调理电路XT-1、模数转换器A/D-1、处理器CPU-1和接口电路I/O-1；
所述交流电压测量模块包括两个隔直电容C1～C2和两个交流信号采集电阻R1～R2，所述隔直电容C1和交流信号采集电阻R1串联后接在直流系统的正母线KM+和地之间，所述隔直电容C2和交流信号采集电阻R2串联后接在直流系统的负母线KM-和地之间；
所述直流系统绝缘电阻测量电路包括采样电阻R3～R4、检测电阻R5～R6和开关K1～K2，所述检测电阻R5和开关K1先串联，然后与采样电阻R3并联后接在直流系统的正母线KM+和地之间，所述检测电阻R6和开关K2先串联，然后与采样电阻R4并联后接在直流系统的负母线KM-和地之间；
所述交流信号采集电阻R1、R2、采样电阻R3、R4的两端分别对应接各个信号调理电路XT-1的输入端，各个所述信号调理电路XT-1的输出端分别接模数转换器A/D-1，各个所述模数转换器A/D-1的输出分别对应接处理器CPU-1的相应输入端，所述接口电路I/O-1与处理器CPU-1的相应端口相连接；
所述选线模块2包括信号调理电路XT-2、模数转换器A/D-2、处理器CPU-2和接口电路I/O-2；所述直流漏电流传感器CT的输出端接信号调理电路XT-2的输入端；所述信号调理电路XT-2的输出端接模数转换器A/D-2的输入端，所述模数转换器A/D-2的输出端接处理器CPU-2的相应输入端，所述接口电路I/O-2与处理器CPU-2的相应端口相连接；所述接口电路I/O-2与主模块1中的接口电路I/O-1相连接。
如附图3所示，所述信号调理电路XT-1包括运算放大器A～B、电阻R7～R10；所述交流信号采集电阻R1、R2、采样电阻R3、R4的两端分别对应接各个信号调理电路XT-1中运算放大器A的同相输入端和电源负极，所述运算放大器A的输出脚接其反相输入端，所述运算放大器A的输出脚经电阻R9接运算放大器B的同相输入端，所述运算放大器B的同相输入端经电阻R10接2.5V，所述运算放大器B的反相输入端经电阻R8接地，所述运算放大器B的输出脚经电阻R7接其反相输入端；各个所述运算放大器B的输出脚接模数转换器A/D-1的输入端，所述模数转换器A/D-1的输出端接处理器CPU-1的相应输入端，所述接口电路I/O-1与处理器CPU-1的相应端口相连接；所述信号调理电路XT-2与信号调理电路XT-1的组成结构相同，所述信号调理电路XT-2中运算放大器A的同相输入端和电源负极接直流漏电流传感器CT的输出端，所述信号调理电路XT-2中运算放大器B的输出脚接模数转换器A/D-2的输入端。
所述模数转换器A/D-1和模数转换器A/D-2的型号为ADS8361；所述接口电路I/O-1和接口电路I/O-2的型号为SN65LBC184；所述直流漏电流传感器CT的型号为SLD-10mA。
如附图1所示，主模块用于检测直流系统是否发生交流窜入及检测系统绝缘电阻Rx，Ry的大小，其中当发生交流窜入时，交流电压测量模块中有交流电流通过C1，C2，R1，R2与大地形成回路，信号调理电路XT-1通过采集R1，R2两端的电压变化即可判断直流系统是否发生交流窜入。
其中直流系统绝缘电阻测量电路用于测量并计算直流系统绝缘电阻Rx，Ry的阻值，测量过程为：首先将K1闭合，K2断开，R5投入直流系统，R6退出直流系统，测得R3，R4两端电压U1+,U1-；然后将K1断开，K2闭合，R5退出直流系统，R6投入直流系统，测得R3，R4两端电压为U2+，U2-；通过U1+、U1-、U2+、U2-四个电压，根据欧姆定律即可得到直流系统绝缘电阻Rx，Ry的阻值。
如附图2所示，选线模块2用于检测出是哪条支路发生了交流窜入，图中KM+，KM-为直流系统的正、负母线，直流漏电流传感器CT接在直流系统的支路上，Rf为负载电阻，交流电火线AC通过R11窜入直流系统正极，通过图1中的主模块1可以检测出发生了交流窜入，但是无法判断是哪条支路中窜入的交流，另外由于交流电源AC内阻很小，可以忽略不计，那么就相当于支路正极通过电阻R11直接接地，此时直流漏电流传感器CT会有电压输出，选线模块2通过采集直流漏电流传感器CT的输出电压大小即可定位为该支路发生了交流窜入。
同时支路的直流漏电流传感器CT能检测到支路的直流漏电流的大小为I，并会有相应的电压信号输出，选线模块2通过检测各支路直流漏电流传感器CT的输出电压大小即可计算出各支路的直流漏电流I大小，然后通过通讯接口，即接口电路I/O-1和接口电路I/O-2将各支路的漏电流数据上传至主模块1，主模块1通过检测到的KM+，KM-正、负母线对地电压及各个支路的直流漏电流I，根据欧姆定律即可计算出各个支路的绝缘电阻阻值，主模块1依次判断每个支路的绝缘电阻值是否小于设定的报警值，将小于报警值的支路号选出即定位绝缘降低支路号，然后根据支路的绝缘电阻阻值大小定位发生绝缘降低的支路。
本终端设备包括两个模块：主模块1及选线模块2。主模块1负责检测整个直流系统的整体绝缘状况及是否发生交流窜入故障；选线模块2主要用于定位绝缘降低的支路及交流窜入的支路；两个模块之间通过通讯接口，即接口电路I/O-1和接口电路I/O-2进行数据通讯。
当直流系统发生交流窜入故障时能够检测直流系统绝缘电阻、定位故障支路、计算发生交流窜入支路的交流输入阻抗；未发生交流窜入故障时，能够监测直流系统绝缘电阻、定位绝缘降低支路。
Claims (3)
1.一种检测直流系统绝缘状况的终端设备，其特征在于：包括主模块（1）、选线模块（2）和直流漏电流传感器CT；所述主模块（1）的输出端接选线模块（2）的相应输入端；所述直流漏电流传感器CT串接在直流系统的支路上，其输出端接选线模块（2）的相应输入端；
所述主模块（1）包括交流电压测量模块、直流系统绝缘电阻测量电路、信号调理电路XT-1、模数转换器A/D-1、处理器CPU-1和接口电路I/O-1；
所述交流电压测量模块包括两个隔直电容C1～C2和两个交流信号采集电阻R1～R2，所述隔直电容C1和交流信号采集电阻R1串联后接在直流系统的正母线KM+和地之间，所述隔直电容C2和交流信号采集电阻R2串联后接在直流系统的负母线KM-和地之间；
所述直流系统绝缘电阻测量电路包括采样电阻R3～R4、检测电阻R5～R6和开关K1～K2，所述检测电阻R5和开关K1先串联，然后与采样电阻R3并联后接在直流系统的正母线KM+和地之间，所述检测电阻R6和开关K2先串联，然后与采样电阻R4并联后接在直流系统的负母线KM-和地之间；
所述交流信号采集电阻R1、R2、采样电阻R3、R4的两端分别对应接各个信号调理电路XT-1的输入端，各个所述信号调理电路XT-1的输出端分别接模数转换器A/D-1，各个所述模数转换器A/D-1的输出分别对应接处理器CPU-1的相应输入端，所述接口电路I/O-1与处理器CPU-1的相应端口相连接；
所述选线模块（2）包括信号调理电路XT-2、模数转换器A/D-2、处理器CPU-2和接口电路I/O-2；所述直流漏电流传感器CT的输出端接信号调理电路XT-2的输入端；所述信号调理电路XT-2的输出端接模数转换器A/D-2的输入端，所述模数转换器A/D-2的输出端接处理器CPU-2的相应输入端，所述接口电路I/O-2与处理器CPU-2的相应端口相连接；所述接口电路I/O-2与主模块（1）中的接口电路I/O-1相连接。
2.根据权利要求1所述的检测直流系统绝缘状况的终端设备，其特征在于：所述信号调理电路XT-1包括运算放大器A～B、电阻R7～R10；所述交流信号采集电阻R1、R2、采样电阻R3、R4的两端分别对应接各个信号调理电路XT-1中运算放大器A的同相输入端和电源负极，所述运算放大器A的输出脚接其反相输入端，所述运算放大器A的输出脚经电阻R9接运算放大器B的同相输入端，所述运算放大器B的同相输入端经电阻R10接2.5V，所述运算放大器B的反相输入端经电阻R8接地，所述运算放大器B的输出脚经电阻R7接其反相输入端；各个所述运算放大器B的输出脚接模数转换器A/D-1的输入端，所述模数转换器A/D-1的输出端接处理器CPU-1的相应输入端，所述接口电路I/O-1与处理器CPU-1的相应端口相连接；所述信号调理电路XT-2与信号调理电路XT-1的组成结构相同，所述信号调理电路XT-2中运算放大器A的同相输入端和电源负极接直流漏电流传感器CT的输出端，所述信号调理电路XT-2中运算放大器B的输出脚接模数转换器A/D-2的输入端。
3.根据权利要求2所述的检测直流系统绝缘状况的终端设备，其特征在于：所述模数转换器A/D-1和模数转换器A/D-2的型号为ADS8361；所述接口电路I/O-1和接口电路I/O-2的型号为SN65LBC184；所述直流漏电流传感器CT的型号为SLD-10mA。
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