CN205353281U - 一种改进的直流系统绝缘监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电力系统领域，特别涉及一种改进的直流系统绝缘监测装置。该直流系统绝缘监测装置包括电源模块、母线电压检测电路、DSP控制器、LCD显示模块、声光报警模块、通讯接口、时钟电路、正弦交流信号产生模块、直流漏电流采集模块。各部分之间的连接关系为：电源模块为整个装置提供工作电源；DSP控制器作为整个直流系统绝缘监测装置的核心控制部件，分别于母线电压检测电路、LCD显示模块、声光报警模块、时钟电路、正弦交流信号产生模块、通讯接口、直流漏电流采集模块连接。本实用新型以DSP原理为基础，提出了一套母线和支路绝缘监测相结合，平衡电桥与开关电阻相补充的改进方案，缩小了监测装置的监测死区问题。

Description

一种改进的直流系统绝缘监测装置

技术领域

本实用新型属于电力系统领域，特别涉及一种改进的直流系统绝缘监测装置。

背景技术

直流系统作为电力系统和通信系统中自动控制、继电保护和信号装置的供电电源，其工作状况的好坏直接影响到电力和通信系统的安全稳定运行。由于绝缘破损等造成的直流接地是直流系统最为常见的故障，必须立即查找出故障点予以排除，否则容易造成负载装置的误动作，引发重大事故，造成重大的经济损失。因此，对直流系统的绝缘状态进行在线监测具有重要的意义。

应用于电力和通信系统的直流系统绝缘监测装置，采用的传统方案疏漏较多，经常出现误报和漏报接地故障，不能帮助现场人员准确定位故障范围，急需进一步完善。本实用新型以DSP原理为基础，提出了一套母线和支路绝缘监测相结合，平衡电桥与开关电阻相补充的改进方案，缩小了装置的监测死区。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种改进的直流系统绝缘监测装置，通过以下技术方案来实现：

硬件部分：主要包括电源模块、母线电压检测电路、DSP控制器、LCD显示模块、声光报警模块、通讯接口、时钟电路、正弦交流信号产生模块、直流漏电流采集模块。各部分之间的连接关系为：电源模块为整个装置提供工作电源；DSP控制器作为整个直流系统绝缘监测装置的核心控制部件，分别于母线电压检测电路、LCD显示模块、声光报警模块、时钟电路、正弦交流信号产生模块、通讯接口、直流漏电流采集模块连接。时钟电路为DSP控制器提供时钟信号；正弦交流信号产生模块与DSP控制器连接，用来提供高精度正弦信号；母线电压检测电路监测母线工作状态；LCD显示模块对绝缘信息进行显示；DSP控制器处理母线电压检测电路监测结果，并通过RS485向各漏电流采集模块发出采集命令进行巡检，各漏电流采集模块将故障支路信息传回DSP控制器，DSP控制器控制声光报警模块动作。

所述电源模块为AC/DC模块，输出电压为3.3V/DC和5V/DC，3.3V/DC为DSP控制器的电源。5V/DC为母线电压监测模块、直流漏电流采集模块、LCD显示模块、正弦交流信号产生模块的电源。

所述DSP控制器所用芯片为TMS320LF2407，它负责母线电压的采集与处理，与直流漏电流采集模块的通讯，漏电流信号的接收与处理，LCD显示模块的数据传递，声光报警模块的报警控制。

所述母线电压检测电路包括电桥电路和直流母线电压采样电路。电桥电路采用独特的三电桥结构，其中桥臂1是平衡电桥，桥臂2、3是切换电桥。桥臂的切换判据是当母线未报接地故障，而支路报接地故障时，启动切换电桥。检测到接地支路报出后，保持显示状态，然后切换回平衡电桥检测状态，以免直流母线电压由于切换电阻的接入而拉偏，影响直流系统的安全，电桥控制开关使用AQW214光耦隔离开关，其隔离电压达400V，利用N沟道场效应管BSP297对其进行驱动。直流母线电压采样电路由电压处理单元、电压跟随器、滤波单元、隔离单元组成，电压处理单元将0～±125V、0～250V的电压转换到0～3V，电压跟随器实现采样电压的阻抗匹配。用RC滤波器滤除谐波干扰，隔离单元采用ISO124隔离强电与弱电之间的干扰。

所述直流漏电流采集模块直流漏电流采集模块由选择输入开关、信号调理电路、采集控制器、光耦隔离、RS485通讯接口构成。当采集控制器接收到DSP控制器的采集命令时，采集控制器发送选通信号给选择输入电路，对不同的支路漏电流进行A/D采样，并将采集的信息由采集控制器预处理后上传给DSP控制器处理，采集模块采用STM32F103RBT6单片机作为主控芯片。选择输入电路是为了实现直流漏电流采集模块对多支路漏电流信号的采集。

所述通讯接口设置了CAN总线，RS485和RS232三种通讯接口，CAN总线用于变电站内的远距通讯，由驱动芯片TJA1050即可完成；RS485是变电站通用数据传输总线，它采用MAX485进行驱动；为方便调试，装置还设置了RS232转换接口，利用MAX232芯片实现RS232电平与TTL电平的双向转换。

所述LCD显示模块选择4.3寸TFT触摸液晶屏对这些数据显示，触摸液晶屏采用显示控制器SSD1963进行驱动，显示数据包括：直流母线电压、母线对地绝缘电阻、各馈线接地漏电流与对地绝缘电阻、故障状态、正负故障支路数、系统设置参数、时间等。

所述时钟电路由一个内部振荡器和一个锁相环PLL组成，过芯片内部的晶体振荡器驱动，为TMS320LF2407芯片提供时钟信号。

所述正弦交流信号产生模块是基于ML2035的正弦信号发生器，用它输出高精度的正弦信号。

软件部分：本装置软件编程主要是用C语言编写程序以实现绝缘检测装置所要实现的功能，其中主要包括以下几个模块：母线绝缘监测模块，支路巡检模块，正弦波产生模块，A/D采样模块和显示模块等。各个模块功能独立，接口简单，可以解决程序冗余问题，缩短程序开发周期。

附图说明

图1是所述直流系统绝缘监测装置功能框图。

图2是所述直流系统绝缘监测装置母线电压检测电路原理图。

图3是所述直流系统绝缘监测装置母线绝缘监测流程图。

具体实施方式

本实用新型提供了一种改进的直流系统绝缘监测装置，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。

图1是所述直流系统绝缘监测装置功能框图，主要包括电源模块、母线电压检测电路、DSP控制器、LCD显示模块、声光报警模块、通讯接口、时钟电路、正弦交流信号产生模块、直流漏电流采集模块。电源模块为整个装置提供工作电源；所述时钟电路为TMS320LF2407芯片提供时钟信号；所述正弦交流信号产生模块是基于ML2035的正弦信号发生器，用它输出高精度的正弦信号。首先由母线电压检测电路监测母线的工作状态，LCD显示模块对绝缘信息进行显示，DSP控制器判断当前绝缘状况，如果母线出现接地故障，声光报警模块红灯点亮，并发出报警铃声。与此同时，DSP控制器通过RS485向各漏电流采集模块发出采集命令，进行支路绝缘状况巡检。漏电流采集模块采集各传感器测量的漏电流信号，并进行预处理分析，将故障支路信息上传给DSP控制器，由DSP控制器定位接地故障点计算接地电阻值，并将所有故障信息进行显示报警，通知现场运行人员及时处理。

图2是所述直流系统绝缘监测装置母线电压检测电路原理图，R1是平衡桥电阻，R2、R3是切换电阻，R+、R–分别是正、负母线接地电阻，K1～K6是切换控制开关，+KM，–KM是直流系统正负母线，U是正负母线间电压。母线电压检测电路采用独特的三电桥结构，其中桥臂1是平衡电桥，桥臂2、3是切换电桥。桥臂的切换判据是当母线未报接地故障，而支路报接地故障时，启动切换电桥。检测到接地支路报出后，保持显示状态，然后切换回平衡电桥检测状态，以免直流母线电压由于切换电阻的接入而拉偏，影响直流系统的安全。

图3是所述直流系统绝缘监测装置母线绝缘监测流程图，在平衡桥的条件下，需要利用母线的电压值进行计算母线的接地电阻值，并判断母线是否发现接地故障。如果得到的接地电阻计算值小于设定的阈值，则利用通讯程序判断出故障的支路，并对此次故障进行记录;如果母线电压检测并未发出故障判断，但支路报告接地故障时，则切换到不平衡桥对母线电压进行测量。若在电桥不平衡状态下，接地电阻的计算值小于阈值，则确认发生了接地故障，并利用通信程序判断出故障支路，同时将此次故障记录。

Claims (6)

1.一种改进的直流系统绝缘监测装置，其特征在于：包括电源模块、母线电压检测电路、DSP控制器、LCD显示模块、声光报警模块、通讯接口、实时时钟、直流漏电流采集模块；

各部分之间的连接关系为：电源模块为整个装置提供工作电源；DSP控制器作为整个直流系统绝缘监测装置的核心控制部件，分别于母线电压检测电路、LCD显示模块、声光报警模块、实时时钟、通讯接口、直流漏电流采集模块连接；时钟电路为DSP控制器提供时钟信号；正弦交流信号产生模块与DSP控制器连接，用来提供高精度正弦信号；母线电压检测电路监测母线工作状态；LCD显示模块对绝缘信息进行显示；DSP控制器处理母线电压检测电路监测结果，并通过RS485向各漏电流采集模块发出采集命令进行巡检，各漏电流采集模块将故障支路信息传回DSP控制器，DSP控制器控制声光报警模块动作。

2.根据权利要求1所述的一种改进的直流系统绝缘监测装置，其特征在于：所述包括母线电压检测电路包括电桥电路和直流母线电压采样电路。

3.根据权利要求1所述的一种改进的直流系统绝缘监测装置，其特征在于：所述DSP控制器所用芯片为TMS320LF2407。

4.根据权利要求1所述的一种改进的直流系统绝缘监测装置，其特征在于：所述直流漏电流采集模块由选择输入开关、信号调理电路、采集控制器、光耦隔离、RS485通讯接口构成。

5.根据权利要求1所述的一种改进的直流系统绝缘监测装置，其特征在于：所述通讯接口设置了CAN总线，RS485和RS232三种通讯接口。

6.根据权利要求1所述的一种改进的直流系统绝缘监测装置，其特征在于：所述LCD显示模块选择4.3寸TFT触摸液晶屏对这些数据显示。