CN204536971U - 直流母线对地电压均衡电路及直流系统绝缘监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直流母线对地电压均衡电路及直流系统绝缘监测装置.该直流母线对地电压均衡电路包括与直流母线输入端Vin相连的恒电阻电子负载电路、与恒电阻电子负载电路相连的反馈检测电路、以及与反馈检测电路相连的主控芯片；恒电阻电子负载电路包括数字电阻电位器单元、与数字电阻电位器单元相连的信号跟随单元、与信号跟随单元相连的恒阻负载控制单元、连接在恒阻负载控制单元与直流母线输入端Vin之间的保护电阻R1、以及连接在恒阻负载控制单元和接地端之间的反馈采样电阻RL；数字电阻电位器单元与主控芯片相连。该直流母线对地电压均衡电路可有效改善并增加电路可靠性、且结构简单，成本低，有利于广泛应用。

Description

直流母线对地电压均衡电路及直流系统绝缘监测装置

技术领域

本实用新型属于绝缘监测技术领域，特别涉及一种直流母线对地电压均衡电路及直流系统绝缘监测装置。

背景技术

随着社会科技的发展，人们对通过直流系统供电安全性和稳定性的要求越来越高，因此用于对直流系统检测、报警及预警的绝缘检测技术应用越来越广泛。当前的直流系统绝缘检测装置可广泛应用电力、石油、化工、铁路、煤炭等行业的发电厂和变电站以及通信领域等。

目前直流系统绝缘检测技术由最初的单一系统接地报警功能和人工拉路寻找接地的技术，发展到现在，直流系统绝缘检测技术已具有系统接地或绝缘降低等各种运行工况的绝缘检测及支路选线，以及交流串电、直流互窜等功能的测记和报警及预警功能。

当前直流回路保护装置出口继电器线圈正电源侧一点接地，引起保护装置误动的案例呈上升趋势。其主要原因在于：其一、直流设备成套厂和直流绝缘监测装置的生产厂家使用直流系统绝缘监测装置，对直流系统正负极母线对地绝缘电阻进行检测时，会引起直流系统正负端对地位移电压及波动电压的变化，甚至造成直流系统正极对地电压只有几伏，负极对地电压几乎为全电压，会使得出口继电器误动，严重威胁着直流系统绝缘监测装置安全稳定可靠运行。其二、系统正负端对地存有电容，随着变电站规模的扩大、变电容量的增加及站内电阻设备的大量使用等因素，使得直流系统正负母线对地电容量大量增加，当系统正负端对地电容达到一定数量级，会使得出口继电器误动。综上，引起直流回路保护装置出口继电器误动主要有以下几个要素：其一是出口继电器线圈正电源侧发生一点接地；其二是系统正极对地绝缘电阻降低，造成负极对地电压升高，达到保护出口继电器动作电压；其三是系统正负母线对地存有大量电容，达到一定数量级时(由于出口继电器内阻不同，所需能量不同，正负极对电容均起作用)。

不平衡电桥法是现有技术中采用的绝缘检测技术，其通过在主回路用不平衡电桥检测总的绝缘电阻，而支路用直流互感器来检测到底是哪一路出现了绝缘降低，并同时用单片机来实现的检测方法，通过此方法可以在正负绝缘都出现降低的情况下较为精确的计算正、负绝缘电阻。如图1所示，图1中K1和K2用于不平衡桥检测法，投入的检测电阻也相当于单端接地，如果正控母线KM1+对地绝缘降低，但没有达到报警状态时，不平衡桥检测K1投入可能导致出口保护继电器误动。

为解决现有技术中直流系统绝缘检测装置不平衡桥检测或支路巡检时，引脚引起出口继电器误动，采用图2所示的恒阻电子负载电路，在恒流电路的基础上通过调整电子的电流，以达到恒阻功能的目的。如图2所示，控制R14为1％，则若IN端的输入电压为1V，运算放大器U11的正相输入端的电压为10mV，也就控制电阻R11上的电压为10mV，则流过R11的电流I＝10mV/0.01Ω＝1A，从而等效的电子负载的电阻值R11＝1V/1A＝1Ω。图2中的V11用于为电阻电子负载电路供电，V12用于提供恒阻电子负载电路所需的电源，Q11用于控制V12提供恒阻负载。根据软件仿真验证，可得到该电子负载为纯电阻属性。且将R14调为2％后等效电阻为0.5Ω，电路仿真结果验证了电路的可行性。当前的电压均衡电路一般为投争电阻模式，其硬件设备复杂且成本高，不利于推广应用。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种改进的直流母线对地电压均衡电路及直流系统绝缘监测装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种直流母线对地电压均衡电路，包括与直流母线输入端Vin相连的恒电阻电子负载电路、与所述恒电阻电子负载电路相连的反馈检测电路、以及与所述反馈检测电路相连的主控芯片；

所述恒电阻电子负载电路包括数字电阻电位器单元、与所述数字电阻电位器单元相连的信号跟随单元、与所述信号跟随单元相连的恒阻负载控制单元、连接在所述恒阻负载控制单元与所述直流母线输入端Vin之间的保护电阻R1、以及连接在所述恒阻负载控制单元和接地端之间的反馈采样电阻RL；所述数字电阻电位器单元与所述主控芯片相连。

优选地，所述恒阻负载控制单元包括电阻R3、运算放大器U2、电阻R2和晶体管Q1；所述运算放大器U2的正相输入端与所述电阻R3相连，反相输入端分别与所述反馈检测电路和所述反馈采样电阻RL相连，输出端与所述电阻R2相连；所述晶体管Q1的基极与所述电阻R2相连，发射极与所述反馈采集电阻RL相连，集电极与所述保护电阻R1相连。

优选地，所述信号跟随单元包括运算放大器U1,所述运算放大器U1的正相输入端与所述数字电阻电位器单元相连，所述运算放大器U1的输出端与所述运算放大器U1的反相输入端相连，以实现信号跟随。

优选地，所述数字电阻电位器单元包括串联连接的数字电阻电位器DVR1和数字电阻电位器DVR2，所述数字电阻电位器DVR1和所述数字电阻电位器DVR2分别与所述主控芯片相连并受其控制；

所述数字电阻电位器DVR1的第一端与所述直流母线输入端Vin相连，第二端接地，第三端与所述数字电阻电位器DVR2相连；所述数字电阻电位器DVR2的第一端与所述数字电阻电位器DVR1相连，第二端接地，第三端与所述运算放大器U1的正相输入端相连。

优选地，所述反馈检测电路包括运算放大器U3、电阻R5、电阻R6和电阻R7；所述运算放大器U3的正相输入端与所述运算放大器U2的反相输入端和所述晶体管Q1的发射极相连，反相输入端与所述电阻R6和电阻R7相连，输出端与所述电阻R5和所述电阻R6相连；所述电阻R7一端接地，所述电阻R5与所述主控芯片相连。

优选地，所述恒电阻电子负载电路还包括连接在所述直流母线输入端Vin与所述数字电阻电位器单元之间的分压电阻R4。

优选地，所述直流母线对地电压均衡电路还包括与所述主控芯片相连的通信模块、显示模块和供电模块。

本实用新型还提供一种直流系统绝缘监测装置，连接在直流母线正负端之间，包括前述的直流母线对地电压均衡电路和与所述直流母线对地电压均衡电路相连的微机绝缘监测主机，所述微机绝缘监测主机采集直流母线正负端绝缘电阻值并发送给所述直流母线对地电压均衡电路，所述直流母线对地电压均衡电路根据所述绝缘电阻值以控制所述直流母线正负端电压均衡。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：本实用新型所提供的直流母线对地电压均衡电路中设有恒电阻电子负载电路以及与其配合的反馈检测电路，可有效改善并增加电路可靠性，在应用到直流系统绝缘检测装置时，可有效避免引起出口继电器误动，而且本实用新型所提供的直流母线对地电压均衡电路结构简单，成本低，有利于广泛应用。

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为现有技术中的微机绝缘监测主机母线检测电路的电路图。

图2是现有技术中通过硬件实现恒阻电子负载电路图。

图3是本实用新型实施例1中直流母线对地电压均衡电路的原理框图。

图4是本实用新型实施例1中直流母线对地电压均衡电路的局部电路图。

图5是本实用新型实施例2中直流系统绝缘监测装置的原理框图。

图中：100、直流母线对地电压均衡电路；110、恒电阻电子负载电路；111、数字电阻电位器单元；112、信号跟随单元；113、恒阻负载控制单元；120、反馈检测电路；130、主控芯片；140、通信模块；150、显示模块；160、供电模块；200、微机绝缘监测主机。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

实施例1

图3示出本实施例中的直流母线对地电压均衡电路100。该直流母线对地电压均衡电路100包括与直流母线输入端Vin相连的恒电阻电子负载电路110、与恒电阻电子负载电路110相连的反馈检测电路120、以及与反馈检测电路120相连的主控芯片130、与主控芯片130相连的用于与外部通信的通信模块140、显示模块150和用于将外部电源转为各模块所需电源的供电模块160。可以理解地，恒电阻电子负载电路110和反馈检测电路120配合以实现电压均衡功能。

具体地，通信模块140可以为CAN通信模块或RS485通信模块；显示模块150可以为LCD显示模块或LED显示模块；供电模块160包括DC/DC转换电路和AC/DC转换电路；主控芯片130可以为STM32F103/105芯片。

如图4所示，恒电阻电子负载电路110包括数字电阻电位器单元111、与数字电阻电位器单元111相连的信号跟随单元112、与信号跟随单元112相连的恒阻负载控制单元113、连接在恒阻负载控制单元113与直流母线输入端Vin之间的保护电阻R1、以及连接在恒阻负载控制单元113和接地端之间的反馈采样电阻RL。可以理解地，主控芯片130与数字电阻电位器单元111相连，以控制数字电阻电位器输出电压，信号跟随单元112将数据电阻电位的输出电压与其输入的跟随信号电压进行比较，向恒阻负载控制单元113输入跟随信号电压，恒阻负载控制单元113根据跟随信号电压控制电压对象恒电阻负载，以达到控制直流母线正负端电压均衡目的。本实施例中的电压对象为反馈采样电阻RL，通过恒电阻电子负载电路110使流向反馈采样电阻RL的电流一致。可以理解地，若直流母线一端对地接入一个电阻，另一端投入一个相同的电阻，达到正负母线对地电压相同，即可实现直流母线均衡功能。

恒阻负载控制单元113包括电阻R3、运算放大器U2、电阻R2和晶体管Q1；运算放大器U2的正相输入端与电阻R3相连，反相输入端分别与反馈检测电路120和反馈采样电阻RL相连，输出端与电阻R2相连；晶体管Q1的基极与电阻R2相连，发射极与反馈采集电阻RL相连，集电极与保护电阻R1相连。可以理解地，电阻R2和电阻R3为运放助匹配电阻，用于提高运算放大器U2的性能。保护电阻R1的设置用于避免流向晶体管Q1的电流过流，损坏晶体管Q1。具体地，运算放大器U2可以为LM358DR型号放大器；晶体管Q1可以为GTR电力晶体管、MOS管或三极管，具有功率大耐压高的特点。

信号跟随单元112包括运算放大器U1,运算放大器U1的正相输入端与数字电阻电位器单元111相连，运算放大器U1的输出端与运算放大器U1的反相输入端相连，以实现信号跟随。具体地，运算放大器U1可以为LM358DR型号放大器。

数字电阻电位器单元111包括串联连接的数字电阻电位器DVR1和数字电阻电位器DVR2，数字电阻电位器DVR1和数字电阻电位器DVR2分别与主控芯片130相连并受其控制。具体地，数字电阻电位器DVR1的第一端与直流母线输入端Vin相连，第二端接地，第三端与数字电阻电位器DVR2相连；数字电阻电位器DVR2的第一端与数字电阻电位器DVR1相连，第二端接地，第三端与运算放大器U1的正相输入端相连。可以理解地，数字电阻电位器单元111可与主控芯片130相连并受其控制，或通过独立的单片机进行控制，采用两个或更多的数字电阻电位器可使其电阻控制更精细，有利于进一步提高对直流母线正负端电压均衡的控制。具体地，数字电阻电位器DVR1可以为X9C103型号电位器，数字电阻电位器DVR2可以为X9C102型号电位器。

反馈检测电路120包括运算放大器U3、电阻R5、电阻R6和电阻R7；所述运算放大器U3的正相输入端与运算放大器U2的反相输入端和晶体管Q1的发射极相连，反相输入端与电阻R6和电阻R7相连，输出端与电阻R5和电阻R6相连；电阻R7一端接地，电阻R5与主控芯片130相连。具体地，运算放大器U3可以为OP07CDR型号放大器。

恒电阻电子负载电路110还包括连接在直流母线输入端Vin与数字电阻电位器单元111之间的分压电阻R4，可以理解地，分压电阻R4的设置，可使实现恒阻目的的速度更快。

可以理解地，若直流母线对地正负电压不平衡，则通过调节数字电阻电位器DVR1和数字电阻电位器DVR2以达到电压平衡状态，即通过对数字电阻电位器DVR1和数字电阻电位器DVR2进行调整，从而实现对反馈采样电阻RL的电阻值的大小调整，使得反馈采样电阻RL电阻值均衡。可以理解地，该直流母线对地电压均衡电路100可应用于直流系统绝缘监测装置，通过恒电阻电子负载电路110的设置，有效改善并增加电路的可靠性，避免引起出口继电器误动，而且本实用新型所提供的直流母线对地电压均衡电路100结构简单，成本低，有利于广泛应用。

实施例2

本实用新型还提供一种直流系统绝缘监测装置，连接在直流母线正负端之间，如图5所示，直流系统绝缘监测装置包括直流母线对地电压均衡电路100和与直流母线对地电压均衡电路100相连的微机绝缘监测主机200，微机绝缘监测主机200采集直流母线正负端绝缘电阻值并发送给直流母线对地电压均衡电路，直流母线对地电压均衡电路根据绝缘电阻值以控制直流母线正负端电压均衡。

可以理解地，该微机绝缘监测主机200上内置有用于避免电压偏差的平衡桥电阻电路、以及用于检测绝缘电阻的电阻值的主机母线检测电路。具体地，平衡桥电阻电路包括一端分别接于直流系统正负母线，另一端接地的两个阻值相同的电阻；即平衡桥电阻电路包括两个电阻值相同的电阻，其一端接地，另一端分别与直接系统正母线和负母线相连；两个电阻的设置用于维护直流系统在直流母线对绝缘良好状态的正负母线对地电压相等。

本实用新型是通过一个具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本实用新型范围的情况下，还可以对本实用新型进行各种变换和等同替代。另外，针对特定情形或具体情况，可以对本实用新型做各种修改，而不脱离本实用新型的范围。因此，本实用新型不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本实用新型权利要求范围内的全部实施方式。

Claims (8)

1.一种直流母线对地电压均衡电路，其特征在于：包括与直流母线输入端Vin相连的恒电阻电子负载电路（110）、与所述恒电阻电子负载电路（110）相连的反馈检测电路（120）、以及与所述反馈检测电路（120）相连的主控芯片（130）；

所述恒电阻电子负载电路（110）包括数字电阻电位器单元（111）、与所述数字电阻电位器单元（111）相连的信号跟随单（112）、与所述信号跟随单（112）相连的恒阻负载控制单元（113）、连接在所述恒阻负载控制单元（113）与所述直流母线输入端Vin之间的保护电阻R1、以及连接在所述恒阻负载控制单元（113）和接地端之间的反馈采样电阻RL；所述数字电阻电位器单元（111）与所述主控芯片（130）相连。

2.根据权利要求1所述的直流母线对地电压均衡电路，其特征在于：所述恒阻负载控制单元（113）包括电阻R3、运算放大器U2、电阻R2和晶体管Q1；所述运算放大器U2的正相输入端与所述电阻R3相连，反相输入端分别与所述反馈检测电路（120）和所述反馈采样电阻RL相连，输出端与所述电阻R2相连；所述晶体管Q1的基极与所述电阻R2相连，发射极与所述反馈采集电阻RL相连，集电极与所述保护电阻R1相连。

3.根据权利要求2所述的直流母线对地电压均衡电路，其特征在于：所述信号跟随单（112）包括运算放大器U1,所述运算放大器U1的正相输入端与所述数字电阻电位器单元（111）相连，所述运算放大器U1的输出端与所述运算放大器U1的反相输入端相连，以实现信号跟随。

4.根据权利要求3所述的直流母线对地电压均衡电路，其特征在于：所述数字电阻电位器单元（111）包括串联连接的数字电阻电位器DVR1和数字电阻电位器DVR2，所述数字电阻电位器DVR1和所述数字电阻电位器DVR2分别与所述主控芯片（130）相连并受其控制；

所述数字电阻电位器DVR1的第一端与所述直流母线输入端Vin相连，第二端接地，第三端与所述数字电阻电位器DVR2相连；所述数字电阻电位器DVR2的第一端与所述数字电阻电位器DVR1相连，第二端接地，第三端与所述运算放大器U1的正相输入端相连。

5.根据权利要求4所述的直流母线对地电压均衡电路，其特征在于：所述反馈检测电路（120）包括运算放大器U3、电阻R5、电阻R6和电阻R7；所述运算放大器U3的正相输入端与所述运算放大器U2的反相输入端和所述晶体管Q1的发射极相连，反相输入端与所述电阻R6和电阻R7相连，输出端与所述电阻R5和所述电阻R6相连；所述电阻R7一端接地，所述电阻R5与所述主控芯片（130）相连。

6.根据权利要求5所述的直流母线对地电压均衡电路，其特征在于：所述恒电阻电子负载电路（110）还包括连接在所述直流母线输入端Vin与所述数字电阻电位器单元（111）之间的分压电阻R4。

7.根据权利要求1-6任一项所述的直流母线对地电压均衡电路，其特征在于：所述直流母线对地电压均衡电路（100）还包括与所述主控芯片（130）相连的通信模块（140）、显示模块（150）和供电模块（160）。

8.一种直流系统绝缘监测装置，连接在直流母线正负端之间，其特征在于：包括权利要求1-7任一项所述的直流母线对地电压均衡电路（100）和与所述直流母线对地电压均衡电路（100）相连的微机绝缘监测主机（200），所述微机绝缘监测主机（200）采集直流母线正负端绝缘电阻值并发送给所述直流母线对地电压均衡电路（100），所述直流母线对地电压均衡电路（100）根据所述绝缘电阻值以控制所述直流母线正负端电压均衡。