CN204903690U - 一种直流系统母线对地分布电容接地检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电力检测设备技术领域，特别涉及一种直流系统母线对地分布电容接地检测电路，包括MCU控制单元、检测桥、电流补偿电路、无线通信模块、第一电压调整电路和第二电压调整电路，所述第一电压调整电路与直流系统母线输出电压的正极连接，所述第二电压调整电路与直流系统母线输出电压的负极连接，所述第一电压调整电路和第二电压调整电路分别与MCU控制单元连接，所述MCU控制单元还分别与电流补偿电路和无线通信模块连接，所述电流补偿电路输出的补偿电流分别接入直流系统母线输出电压的负极和正极，本实用新型能够对系统分布电容进行风险评估，对系统的维护检修制度的制定及维修检修工作的考核提供科学依据。

Description

一种直流系统母线对地分布电容接地检测电路

技术领域

本实用新型属于电力检测设备技术领域，特别涉及一种直流系统母线对地分布电容接地检测电路。

背景技术

发电厂及变电站的控制回路，继电保护装置及其信号回路等都是采用直流电源进行供电，某些动力设备也是由直流电源供电，同时，直流系统中的巡检装置也同样是采用直流电源供电。直流系统的回路繁多，分布面广，运行环境复杂，很容易发生各种故障，其中最多的就是直流系统接地故障。

我们现在所遵循的传统是：直流系统一点接地不会造成继电器误跳，也就是我们常说的保护误动。但是随着变电站的规模越来越大，我们所忽略的分布电容也就会随之增大，此时如果发生一点接地，分布电容会发生充放电状态变化，此时就会引起保护误动的发生，要避免分布电容对系统造成的危害，我们就必须了解系统分布电容的大小，然后才能根据继电器的电气参数对直流系统进行风险评估，在误动发生前对直流系统进行维护，尽可能避免由于一点接地时因为分布电容造成的保护误动。

实用新型内容

本实用新型的目的为解决现有技术的上述问题，提供了一种直流系统母线对地分布电容接地检测电路，为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种直流系统母线对地分布电容接地检测电路，其特征在于：包括MCU控制单元、检测桥、电流补偿电路、无线通信模块、第一电压调整电路和第二电压调整电路，所述第一电压调整电路与直流系统母线输出电压的正极连接，所述第二电压调整电路与直流系统母线输出电压的负极连接，所述第一电压调整电路和第二电压调整电路分别与MCU控制单元连接，所述MCU控制单元还分别与电流补偿电路和无线通信模块连接，所述电流补偿电路输出的补偿电流分别接入直流系统母线输出电压的负极和正极，所述检测桥的输入端分别与直流系统母线的正极和负极连接，所述检测桥的输出端与MCU控制单元连接。

优选地，所述第一电压调整电路包括第一分压电路、第一滤波电路、第一电压保护电路、第一电压放大电路和第一A/D数模转换器，所述第一分压电路的输入端与直流系统母线输出电压的正极连接，第一分压电路输出端依次通过第一滤波电路、第一电压保护电路、第一电压放大电路和第一A/D数模转换器与MCU控制单元连接，所述第二电压调整电路包括第二分压电路、第二滤波电路、第二电压保护电路、第二电压放大电路和第二A/D数模转换器，所述第二分压电路的输入端与直流系统母线输出电压的负极连接，第二分压电路输出端依次通过第二滤波电路、第二电压保护电路、第二电压放大电路和第二A/D数模转换器与MCU控制单元连接，所述电流补偿电路包括D/A模数转换器、第三滤波电路和第三电压放大电路，所述MCU控制单元通过第三滤波电路输入第三电压放大电路连接，所述第三电压放大电路通过平衡电阻R10与直流系统母线输出电压的正极连接，所述第三电压放大电路还通过平衡电阻R9与直流系统母线输出电压的负极连接。

优选地，所述第一分压电路包括电阻R1和R2，第一滤波电路包括电阻R3和电容C1,第一电压保护电路包括二极管D1和二级管D2，所述第一电压放大电路包括运算放大器A1，所述电阻R1的一端与直流系统母线输出电压的正极连接，所述电阻R2的一端与电阻R3的一端连接后与电阻R1的另一端连接，所述电阻R2的另一端与地连接，所述电阻R3另一端与运算放大器A1的正输入端连接，所述电容C1的一端与二极管D1的阳极、二极管D2的阴极连接后还与电阻R3的另一端连接，所述电容C1的另一端与地连接，二极管D1的阴极与3.3V电源连接，二极管D2的阳极与地连接，所述运算放大器A1的负极输入端与地连接，运算放大器A1的输出端通过第一A/D数模转换器与MCU控制单元连接；所述第二分压电路包括电阻R4和电阻R5，第一滤波电路包括电阻R6和电容C2,第一电压保护电路包括二极管D3和二级管D4，所述第二电压放大电路包括运算放大器A2和运算放大器A3，所述电阻R4的一端与直流系统母线输出电压的负极连接，所述电阻R5的一端与电阻R6的一端连接后与电阻R4的另一端连接，所述电阻R5的另一端与地连接，所述电阻R6的另一端与运算放大器A2的正输入端连接，所述电容C2的一端与二极管D3的阳极、二极管D4的阴极连接后与运算放大器A2的正输入端连接，所述电容C2的另一端与地连接，二极管D3的阴极与3.3V电源连接，二极管D4的阳极与地连接，所述运算放大器A2的输出端分别与运算放大器A3负极输入端和运算放大器A2的正极输入端连接，所述运算放大器A3的输出端与MCU控制单元连接，所述运算放大器A2的负极输入端和运算放大器A3的正极输入端都分别与地连接。

优选地，所述第三滤波电路包括电阻R7、电容C3、电阻R8和电容C4，所述第三电压放大电路包括运算放大器A4、运算放大器A5、PNP型三级管SA1009,NPN型三极管C2333，所述电阻R7的一端与电容C3的一端连接后与D/A模数转换器连接，所述电阻R7的另一端与运算放大器A4的正极输入端连接，运算放大器A4的输出端与PNP型三级管SA1009的基极连接，PNP型三级管SA1009的集电极通过平衡电阻R10与直流系统母线输出电压的负极连接，所述电阻R8的一端与电容C4的一端连接后与D/A模数转换器连接，所述电阻R8的另一端与运算放大器A5的正极输入端连接，运算放大器A5的输出端与NPN型三级管C2333的基极连接，NPN型三级管C2333的集电极通过平衡电阻R9与直流系统母线输出电压的正极连接，所述电容C3的另一端、电容C4的另一端、运算放大器A4的负极输入端、运算放大器A5的负极输入端、PNP型三级管SA1009的发射极和NPN型三极管C2333的发射极都分别与地连接。

优选地，所述MCU控制单元采用STM32F107控制器。

优选地，第一A/D数模转换器和第二A/D数模转换器采用ADS1232模数转换芯片，D/A模数转换采用DAC7513芯片。

优选地，所述无线通信模的型号采用NRF24L01通信模块。

综上所述，本实用新型具有以下优点与积极效果：

(1)本实用新型实现24-240V接地或分布电容测试的系统电压检测，采用了电压跟随电路和RC滤波电路对分压器后的电压进行双重滤波，提高检测的准确性；本实用新型在线路带电工作状态下不停电、不甩线、不解线的情况下利用接地故障泄露电流对接地故障点快速进行查找，极大地减少了自动化及电气化系统设备的停机时间，产生重大的经济效益和社会效益。

(2)本实用新型能够对系统分布电容进行风险评估，对系统的维护检修制度的制定及维修检修工作的考核提供科学依据。

(3)本实用新型能够根据用户所需修改检测信号的频率，通过改变频率能够更加准确的确定所测线路是否存在故障，提高检测的效率和准确性，使用更加方便可靠，为故障的查找提供更加准确的依据。

(4)本实用新型能够根据不同系统用户可以更改检测信号的幅值，根据不同的系统使用不同幅值大小的信号，使得检测过程更加安全可靠，对系统正常运行不会产生任何影响。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实例或现有技术中的技术方案，下面将对实施实例或现有技术描述中所需要的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是一种直流系统母线对地分布电容接地检测电路的原理结构图。

图2是一种直流系统母线对地分布电容接地检测电路的具体实施例原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，一种直流系统母线对地分布电容接地检测电路，包括MCU控制单元、检测桥、电流补偿电路、无线通信模块、第一电压调整电路和第二电压调整电路，所述第一电压调整电路与直流系统母线输出电压的正极连接，所述第二电压调整电路与直流系统母线输出电压的负极连接，所述第一电压调整电路和第二电压调整电路分别与MCU控制单元连接，所述MCU控制单元还分别与电流补偿电路和无线通信模块连接，所述电流补偿电路输出的补偿电流分别接入直流系统母线输出电压的负极和正极，所述检测桥的输入端分别与直流系统母线的正极和负极连接，所述检测桥的输出端与MCU控制单元连接。所述第一电压调整电路包括第一分压电路、第一滤波电路、第一电压保护电路、第一电压放大电路和第一A/D数模转换器，所述第一分压电路的输入端与直流系统母线输出电压的正极连接，第一分压电路输出端依次通过第一滤波电路、第一电压保护电路、第一电压放大电路和第一A/D数模转换器与MCU控制单元连接，所述第二电压调整电路包括第二分压电路、第二滤波电路、第二电压保护电路、第二电压放大电路和第二A/D数模转换器，所述第二分压电路的输入端与直流系统母线输出电压的负极连接，第二分压电路输出端依次通过第二滤波电路、第二电压保护电路、第二电压放大电路和第二A/D数模转换器与MCU控制单元连接，所述电流补偿电路包括D/A模数转换器、第三滤波电路和第三电压放大电路，所述MCU控制单元通过第三滤波电路输入第三电压放大电路连接，所述第三电压放大电路通过平衡电阻R10与直流系统母线输出电压的正极连接，所述第三电压放大电路还通过平衡电阻R9与直流系统母线输出电压的负极连接。在本实用新型中，所述MCU控制单元采用STM32F107控制器，所述第一A/D数模转换器和第二A/D数模转换器采用ADS1232模数转换芯片，D/A模数转换采用DAC7513芯片。

结合图1和图2，在本实用新型中，所述第一分压电路包括电阻R1和R2，第一滤波电路包括电阻R3和电容C1,第一电压保护电路包括二极管D1和二级管D2，所述第一电压放大电路包括运算放大器A1，所述电阻R1的一端与直流系统母线输出电压的正极连接，所述电阻R2的一端与电阻R3的一端连接后与电阻R1的另一端连接，所述电阻R2的另一端与地连接，所述电阻R3另一端与运算放大器A1的正输入端连接，所述电容C1的一端与二极管D1的阳极、二极管D2的阴极连接后还与电阻R3的另一端连接，所述电容C1的另一端与地连接，二极管D1的阴极与3.3V电源连接，二极管D2的阳极与地连接，所述运算放大器A1的负极输入端与地连接，运算放大器A1的输出端通过第一A/D数模转换器与MCU控制单元连接；所述第二分压电路包括电阻R4和电阻R5，第一滤波电路包括电阻R6和电容C2,第一电压保护电路包括二极管D3和二级管D4，所述第二电压放大电路包括运算放大器A2和运算放大器A3，所述电阻R4的一端与直流系统母线输出电压的负极连接，所述电阻R5的一端与电阻R6的一端连接后与电阻R4的另一端连接，所述电阻R5的另一端与地连接，所述电阻R6的另一端与运算放大器A2的正输入端连接，所述电容C2的一端与二极管D3的阳极、二极管D4的阴极连接后与运算放大器A2的正输入端连接，所述电容C2的另一端与地连接，二极管D3的阴极与3.3V电源连接，二极管D4的阳极与地连接，所述运算放大器A2的输出端分别与运算放大器A3负极输入端和运算放大器A2的正极输入端连接，所述运算放大器A3的输出端与MCU控制单元连接，所述运算放大器A2的负极输入端和运算放大器A3的正极输入端都分别与地连接。

结合图1和图2，在本实用新型中，所述第三滤波电路包括电阻R7、电容C3、电阻R8和电容C4，所述第三电压放大电路包括运算放大器A4、运算放大器A5、PNP型三级管SA1009,NPN型三极管C2333，所述电阻R7的一端与电容C3的一端连接后与D/A模数转换器连接，所述电阻R7的另一端与运算放大器A4的正极输入端连接，运算放大器A4的输出端与PNP型三级管SA1009的基极连接，PNP型三级管SA1009的集电极通过平衡电阻R10与直流系统母线输出电压的负极连接，所述电阻R8的一端与电容C4的一端连接后与D/A模数转换器连接，所述电阻R8的另一端与运算放大器A5的正极输入端连接，运算放大器A5的输出端与NPN型三级管C2333的基极连接，NPN型三级管C2333的集电极通过平衡电阻R9与直流系统母线输出电压的正极连接，所述电容C3的另一端、电容C4的另一端、运算放大器A4的负极输入端、运算放大器A5的负极输入端、PNP型三级管SA1009的发射极和NPN型三极管C2333的发射极都分别与地连接。

结合图1和图2，所述检测桥包括继电器KM1、继电器KM2、电阻R11和电阻R12，初始状态电阻R11和电阻R12处于接地状态，继电器KM1和继电器KM2处于断开状态，MCU控制单元只分别与继电器KM1和继电器KM2连接，由于继电器KM1和继电器KM2是由线圈和开关组成的，继电器KM1和继电器KM2的线圈分别与MCU控制单元连接在一起，继电器KM1的开关一端与直流系统母线输出电压的正极连接，继电器KM1的开关另一端与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端接地，继电器KM2的开关一端与直流系统母线输出电压的负极连接，继电器KM2的开关另一端与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端接地，当MCU控制单元给出高电平后，继电器KM1和继电器KM2的线圈产生磁力，使得开关闭合，MCU控制单元给出低电平后，继电器KM1和继电器KM2的线圈磁力消失，开关断开，每次开机时启动一次检测桥，检测完之后两个继电器就断开，当母线对地电压偏差超过15V时设备会再次启动检测桥进行检测。

在本实用新型中，结合图1和图2对本实用新型的工作原理作进一步说明,当开始进行对地分部电容检测时，MCU控制单元通过启动检测桥，PNP型三级管SA1009,NPN型三极管C2333进入工作状态，并向直流系统母线中注入小信号电流，导致直流系统母线的正电压与负电压对地发生改变，在改变瞬间，直流系统母线对地分部电容会有轻微的电压变化，直流系统母线对地电压分别通过第一分压电路和第二分压电路后，再分别经各自的RC二阶低通滤波电路把信号给到第一A/D数模转换器和第二A/D数模转换器进行模拟信号转换为数字信号，输入MCU控制单元进行数据处理，MCU控制单元采集的电压点时，开始启动检测桥并开始计时检测的时间，一直计时到电压变化稳定后的时间为止，然后根据公式τ＝R·C计算系统对地的分布电容的大小；与此同时，MCU控制单元通过计算和分析第一A/D数模转换器和第二A/D数模转换器送回的数据，并根据平衡桥的大小进行系统对地电阻和系统分布电容的计算，计算完成后通过LCD显示单元把系统的相关信息进行显示，并输出告警信号，此时，根据工作的模式，MCU控制单元向直流系统给出一个频率固定的补偿电流信号，该电流信号经过MCU控制单元发出数字信号，通过D/A模数转换器把数字信号转换为模拟信号后进过第三滤波电路进行滤波，然后经过电压放大电路把模拟信号进行放大处理，然后通过PNP型三级管SA1009和NPN型三极管C2333向直流系统中给出该补偿电流信号，此时系统故障点会产生一个固定频率的漏电流信号，提供给故障检测定位进行故障的定位。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本使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，均应包含在实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种直流系统母线对地分布电容接地检测电路，其特征在于：包括MCU控制单元、检测桥、电流补偿电路、无线通信模块、第一电压调整电路和第二电压调整电路，所述第一电压调整电路与直流系统母线输出电压的正极连接，所述第二电压调整电路与直流系统母线输出电压的负极连接，所述第一电压调整电路和第二电压调整电路分别与MCU控制单元连接，所述MCU控制单元还分别与电流补偿电路和无线通信模块连接，所述电流补偿电路输出的补偿电流分别接入直流系统母线输出电压的负极和正极，所述检测桥的输入端分别与直流系统母线的正极和负极连接，所述检测桥的输出端与MCU控制单元连接。

2.根据权利要求1所述的一种直流系统母线对地分布电容接地检测电路，其特征在于：所述第一电压调整电路包括第一分压电路、第一滤波电路、第一电压保护电路、第一电压放大电路和第一A/D数模转换器，所述第一分压电路的输入端与直流系统母线输出电压的正极连接，第一分压电路输出端依次通过第一滤波电路、第一电压保护电路、第一电压放大电路和第一A/D数模转换器与MCU控制单元连接，所述第二电压调整电路包括第二分压电路、第二滤波电路、第二电压保护电路、第二电压放大电路和第二A/D数模转换器，所述第二分压电路的输入端与直流系统母线输出电压的负极连接，第二分压电路输出端依次通过第二滤波电路、第二电压保护电路、第二电压放大电路和第二A/D数模转换器与MCU控制单元连接，所述电流补偿电路包括D/A模数转换器、第三滤波电路和第三电压放大电路，所述MCU控制单元通过第三滤波电路输入第三电压放大电路连接，所述第三电压放大电路通过平衡电阻R10与直流系统母线输出电压的正极连接，所述第三电压放大电路还通过平衡电阻R9与直流系统母线输出电压的负极连接。

3.根据权利要求2所述的一种直流系统母线对地分布电容接地检测电路，其特征在于：所述第一分压电路包括电阻R1和R2，第一滤波电路包括电阻R3和电容C1,第一电压保护电路包括二极管D1和二级管D2，所述第一电压放大电路包括运算放大器A1，所述电阻R1的一端与直流系统母线输出电压的正极连接，所述电阻R2的一端与电阻R3的一端连接后与电阻R1的另一端连接，所述电阻R2的另一端与地连接，所述电阻R3另一端与运算放大器A1的正输入端连接，所述电容C1的一端与二极管D1的阳极、二极管D2的阴极连接后还与电阻R3的另一端连接，所述电容C1的另一端与地连接，二极管D1的阴极与3.3V电源连接，二极管D2的阳极与地连接，所述运算放大器A1的负极输入端与地连接，运算放大器A1的输出端通过第一A/D数模转换器与MCU控制单元连接；所述第二分压电路包括电阻R4和电阻R5，第一滤波电路包括电阻R6和电容C2,第一电压保护电路包括二极管D3和二级管D4，所述第二电压放大电路包括运算放大器A2和运算放大器A3，所述电阻R4的一端与直流系统母线输出电压的负极连接，所述电阻R5的一端与电阻R6的一端连接后与电阻R4的另一端连接，所述电阻R5的另一端与地连接，所述电阻R6的另一端与运算放大器A2的正输入端连接，所述电容C2的一端与二极管D3的阳极、二极管D4的阴极连接后与运算放大器A2的正输入端连接，所述电容C2的另一端与地连接，二极管D3的阴极与3.3V电源连接，二极管D4的阳极与地连接，所述运算放大器A2的输出端分别与运算放大器A3负极输入端和运算放大器A2的正极输入端连接，所述运算放大器A3的输出端与MCU控制单元连接，所述运算放大器A2的负极输入端和运算放大器A3的正极输入端都分别与地连接。

4.根据权利要求2所述的一种直流系统母线对地分布电容接地检测电路，其特征在于：所述第三滤波电路包括电阻R7、电容C3、电阻R8和电容C4，所述第三电压放大电路包括运算放大器A4、运算放大器A5、PNP型三级管SA1009,NPN型三极管C2333，所述电阻R7的一端与电容C3的一端连接后与D/A模数转换器连接，所述电阻R7的另一端与运算放大器A4的正极输入端连接，运算放大器A4的输出端与PNP型三级管SA1009的基极连接，PNP型三级管SA1009的集电极通过平衡电阻R10与直流系统母线输出电压的负极连接，所述电阻R8的一端与电容C4的一端连接后与D/A模数转换器连接，所述电阻R8的另一端与运算放大器A5的正极输入端连接，运算放大器A5的输出端与NPN型三级管C2333的基极连接，NPN型三级管C2333的集电极通过平衡电阻R9与直流系统母线输出电压的正极连接，所述电容C3的另一端、电容C4的另一端、运算放大器A4的负极输入端、运算放大器A5的负极输入端、PNP型三级管SA1009的发射极和NPN型三极管C2333的发射极都分别与地连接。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种直流系统母线对地分布电容接地检测电路，其特征在于：所述MCU控制单元采用STM32F107控制器。

6.根据权利要求2所述的一种直流系统母线对地分布电容接地检测电路，其特征在于：第一A/D数模转换器和第二A/D数模转换器采用ADS1232模数转换芯片，D/A模数转换采用DAC7513芯片。

7.根据权利要求2所述的一种直流系统母线对地分布电容接地检测电路，其特征在于：所述无线通信模的型号采用NRF24L01通信模块。