CN205941794U - 直流系统母线对地电压的调节设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种直流系统母线对地电压的调节设备，包括信号采集装置、处理装置、第一电阻补偿装置和第二电阻补偿装置，第一电阻补偿装置连接处理装置以及直流系统的正母线，且接地；第二电阻补偿装置连接处理装置以及直流系统的负母线，且接地；信号采集装置连接处理装置、正母线以及负母线，且接地。处理装置根据信号采集装置采集的正母线的对地电压信号和负母线的对地电压信号，输出控制信号至第一电阻补偿装置和第二电阻补偿装置，从而控制第一电阻补偿装置改变接入正母线的电阻阻值，或控制第二电阻补偿装置接入负母线的电阻阻值。如此，可以调节正母线和负母线的对地电压达到平衡，提高绝缘监测装置对地绝缘状况的检测准确度。

Description

直流系统母线对地电压的调节设备

技术领域

本实用新型涉及电力系统技术领域，特别是涉及一种直流系统母线对地电压的调节设备。

背景技术

直流系统是变电站所有二次设备及一次设备操作机构的电源，直流系统的稳定对变电站的设备安全运行有重要的意义，而若直流回路发生两点接地时有可能造成开关误动或拒动，从而引发事故。因此，为保证变电站设备的安全运行，通常需要检测直流系统正母线和负母线的对地绝缘状况。

传统技术中，主要是采用绝缘监测装置利用电压平衡桥原理检测直流系统母线对地绝缘状况。然而，对于一些老旧电站，因电缆、设备老化造成直流系统的母线对地绝缘电阻降低，母线对地绝缘电阻虽然远远大于报警值，但会使正母线和负母线对地电压失衡，导致直流系统正、负母线对地电压偏差越限而告警，降低绝缘监测装置对地绝缘状况的检测准确度。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种能使直流系统母线对地电压平衡的直流系统母线对地电压的调节设备。

一种直流系统母线对地电压的调节设备，包括信号采集装置、处理装置、第一电阻补偿装置和第二电阻补偿装置，所述第一电阻补偿装置连接所述处理装置以及直流系统的正母线，且接地；所述第二电阻补偿装置连接所述处理装置以及所述直流系统的负母线，且接地；所述信号采集装置连接所述处理装置、所述正母线以及所述负母线，且接地；

所述信号采集装置采集所述正母线的对地电压信号和所述负母线的对地电压信号并输出至所述处理装置，所述处理装置接收所述正母线的对地电压信号和所述负母线的对地电压信号，并输出控制信号至所述第一电阻补偿装置和所述第二电阻补偿装置；所述第一电阻补偿装置根据接收的所述控制信号改变接入所述正母线的电阻阻值，所述第二电阻补偿装置根据接收的所述控制信号改变接入所述负母线的电阻阻值。

上述直流系统母线对地电压的调节设备，通过采用信号采集装置、第一电阻补偿装置、第二电阻补偿装置和处理装置，处理装置根据信号采集装置采集的正母线的对地电压信号和负母线的对地电压信号，输出控制信号至第一电阻补偿装置或第二电阻补偿装置，从而控制第一电阻补偿装置改变接入正母线的电阻阻值，或控制第二电阻补偿装置接入负母线的电阻阻值。如此，可以调节正母线和负母线的对地电压达到平衡，提高绝缘监测装置对地绝缘状况的检测准确度。

附图说明

图1为一实施例中直流系统母线对地电压的调节设备的结构图；

图2为另一实施例中直流系统母线对地电压的调节设备的结构图；

图3为一实施例中信号采集装置和隔离放大器的电路原理图；

图4为一实施例中直流系统母线对地电压的调节设备的部分结构电路原理图。

具体实施方式

参考图1，一实施例中的直流系统母线对地电压的调节设备，包括信号采集装置110、第一电阻补偿装置130、第二电阻补偿装置150和处理装置170，第一电阻补偿装置130连接处理装置170以及直流系统的正母线，且接地；第二电阻补偿装置150连接处理装置170以及直流系统的负母线，且接地；信号采集装置110连接处理装置170、正母线以及负母线，且接地。

信号采集装置110采集正母线的对地电压信号和负母线的对地电压信号并输出至处理装置170，处理装置170接收正母线的对地电压信号和负母线的对地电压信号，并输出控制信号至第一电阻补偿装置130和第二电阻补偿装置150。第一电阻补偿装置130和第二电阻补偿装置150分别用于接入电阻至正母线和负母线，第一电阻补偿装置130根据接收的控制信号改变接入正母线的电阻阻值，第二电阻补偿装置150根据接收的控制信号改变接入负母线的电阻阻值。

具体地，处理装置170接收到正母线的对地电压信号和负母线的对地电压信号后计算得到正母线的对地电压、对地绝缘电阻以及负母线的对地电压、对地绝缘电阻，然后比较正母线的对地绝缘电阻和负母线的对地绝缘电阻得到补偿电阻的阻值和极性，根据补偿电阻的阻值和极性输出控制信号至第一电阻补偿装置130和第二电阻补偿装置150。处理装置170的上述功能均可以采用现有公知的技术直线，例如，根据对地电压信号获取对地电压后，根据对地电压与对地绝缘电阻的预设关系计算得到对地绝缘电阻；例如可以通过采用比较器比较正母线、负母线的对地绝缘电阻。

控制信号可以是电平信号，处理装置170根据正母线的对地电压信号和负母线的对地电压信号输出电平信号至第一电阻补偿装置130和第二电阻补偿装置150，第一补偿装置130和第二补偿装置150可以根据接收的电平信号来控制改变接入的电阻，例如，低电平信号“0”表示不要接入电阻，高电平信号“1”表示接入电阻。

上述直流系统母线对地电压的调节设备，通过采用信号采集装置110、第一电阻补偿装置130、第二电阻补偿装置150和处理装置170，处理装置170根据信号采集装置110采集的正母线的对地电压信号和负母线的对地电压信号，输出控制信号至第一电阻补偿装置130或第二电阻补偿装置150，从而控制第一电阻补偿装置130改变接入正母线的电阻阻值，或控制第二电阻补偿装置150接入负母线的电阻阻值。如此，可以调节正母线和负母线的对地电压达到平衡，提高绝缘监测装置对地绝缘状况的检测准确度。

在一实施例中，参考图2和图3，上述直流系统母线对地电压的调节设备还包括隔离放大器120，信号采集装置110通过隔离放大器120连接处理装置170。信号采集装置110采集正母线的对地电压信号和负母线的对地电压信号并输出至隔离放大器120，隔离放大器120对正母线的对地电压信号和负母线的对地电压信号进行隔离放大后输出至处理装置170。通过隔离放大器120对信号对地电压信号进行隔离和放大，便于处理装置170进行处理，可提高数据处理的准确度。

在一实施例中，参考图3，信号采集装置110包括第一电阻R8、第二电阻R9、第三电阻R10、第四电阻R12、第五电阻R32、第六电阻R33、第七电阻R30、第八电阻R16、第一电容C3、第二电容C2、第一运算放大器U2A和第二运算放大器U2B。

第一电阻R8、第二电阻R9和第三电阻R10依次串联，第一电阻R8另一端连接正母线，第三电阻R10另一端连接第一运算放大器U2A的反相输入端。第四电阻R12和第一电容C3并联，且并联后一端连接第一运算放大器U2A的反相输入端，另一端接地。第一运算放大器U2A的同相输入端连接第一运算放大器U2A的输出端，第一运算放大器U2A的输出端连接隔离放大器120。通过第一电阻R8、第二电阻R9、第三电阻R10、四电阻R12、第一电容C3和第一运算放大器U2A组成采集正母线电压的采样电路，结构简单。

第五电阻R32、第六电阻R33和第七电阻R30依次串联，第五电阻R32另一端连接负母线，第七电阻R30另一端连接第二运算放大器U2B的同相输入端。第八电阻R16和第二电容C2并联，且并联后一端连接第二运算放大器U2B的同相输入端，另一端接地。第二运算放大器U2B的反相输入端连接第二运算放大器U2B的输出端，第二运算放大器U2B的输出端连接隔离放大器120。通过第五电阻R32、第六电阻R33、第七电阻R30、第八电阻R16、第二电容C2和第二运算放大器U2B组成采集负母线电压的采样电路，结构简单。

信号采集装置110还可以包括第九电阻R86、第十电阻R95、第三电容C76和第四电容C80，第九电阻R86和第三电容C76串联，且公共端连接隔离放大器120，第九电阻R86另一端连接第一运算放大器U2A的输出端，第三电容C76另一端接地；第十电阻R95和第四电容C80串联，且公共端连接隔离放大器120，第十电阻R95另一端连接第二运算放大器U2B的输出端，第四电容C80另一端接地。

本实施例中，第一运算放大器U2A和第二运算放大器U2B的型号均为LM358D；第一电阻R8、第二电阻R9、第三电阻R10、第五电阻R32、第六电阻R33、第七电阻R30的阻值均为1M欧姆；第四电阻R12和第八电阻R16的阻值均为30K欧姆；第一电容C3和第二电容C2为10nF；第三电容C76和第四电容C80为0.1uF。

在一实施例中，参考图3，隔离放大器120包括第一耦合器U25、第二耦合器U27、第三运算放大器U26B、第四运算放大器U21B、第十一电阻R87、第十二电阻R90、第十三电阻R92、第十四电阻R85、第十五电阻R96、第十六电阻R99、第十七电阻R100、第十八电阻R94、第五电容C75和第六电容C79。本实施例中，第三运算放大器U26B和第四运算放大器U21B的型号均为TLC2262AC。

第一耦合器U25的输入正极端连接信号采集装置110，本实施例中具体为连接第九电阻R86和第三电容C76的公共端；第一耦合器U25的输入负极端和输入接地端均接地。第一耦合器U25的输出正极端通过第十二电阻R90连接第三运算放大器U26B的同相输入端；第一耦合器U25的输出负极端通过第十一电阻R87连接第三运算放大器U26B的反相输入端；第一耦合器U25的输出接地端接地，且通过第十三电阻R92连接第三运算放大器U26B的同相输入端。第十四电阻R85和第五电容C75并联，且并联后一端连接第三运算放大器U26B的反相输入端，另一端连接第三运算放大器U26B的输出端；第三运算放大器U26B的输出端连接处理装置170。

第二耦合器U27的输入正极端连接信号采集装置110，本实施例中具体为连接第十电阻R95和第四电容C80的公共端；第二耦合器U27的输入负极端和输入接地端均接地。第二耦合器U27的输出正极端通过第十五电阻R96连接第四运算放大器U21B的反相输入端；第二耦合器U27的输出负极端通过第十六电阻R99连接第四运算放大器U21B的同相输入端；第二耦合器U27的输出接地端接地，且通过第十七电阻R100连接第四运算放大器U21B的同相输入端。第十八电阻R94和第六电容C79并联，且并联后一端连接第四运算放大器U21B的反相输入端，另一端连接第四运算放大器U21B的输出端；第四运算放大器U21B的输出端连接处理装置170。

隔离放大器120还可以包括第十九电阻R88、第二十电阻R89、第二十一电阻R97、第二十二电阻R98、第七电容C77、第八电容C78、第九电容C81和第十电容C82。第十九电阻R88和第七电容C77串联，且公共端连接第二十电阻R89一端，第十九电阻R88另一端连接第三运算放大器U26B的输出端，第七电容C77另一端接地。第二十电阻R89另一端连接第八电容C78一端，且连接处理装置170，本实施例中第二十电阻R89具体通过端口ADC0连接处理装置170，第八电容C78另一端接地。第二十一电阻R97和第九电容C81串联，且公共端连接第二十二电阻R98一端，第二十一电阻R97另一端连接第四运算放大器U21B的输出端，第九电容C81另一端接地。第二十二电阻R98另一端连接第十电容C82一端，且连接处理装置170，本实施例中第二十二电阻R98具体通过端口ADC1连接处理装置170，第十电容C82另一端接地。通过第十九电阻R88、第二十电阻R89、第七电容C77和第八电容C78组成的滤波电路对第三运算放大器U26B输出的信号进行滤波，通过第二十一电阻R97、第二十二电阻R98、第九电容C81和第十电容C82组成的滤波电路对第四运算放大器U21B输出的信号进行滤波，可提高处理装置170数据处理的准确度。

在一实施例中，参考图3，第一电阻补偿装置130包括多个补偿电阻R和控制开关S，补偿电阻R的数量与控制开关S的数量相等。各补偿电阻R一端连接接地，另一端分别连接各控制开关S的输出端，控制开关S的控制端连接处理装置170，控制开关S的输入端连接正母线。第一电阻补偿装置130通过采用多组补偿电阻R和控制开关S连接的方式，通过处理装置170控制一定数量的控制开关S的断开和闭合，从而控制对应补偿电阻R的投出和接入，如此，第一电阻补偿装置130可以根据控制信号改变接入电阻阻值的，结构简单且控制效率高。

补偿电阻R的阻值和数量可以根据实际需要具体设置。例如，本实施例中，第一电阻补偿装置130包含的补偿电阻R的数量为6个，对应的控制开关S的数量也为6个，6个补偿电阻R的阻值分别为800K欧姆、40K欧姆、200K欧姆、100K欧姆、50K欧姆和500K欧姆。

参考图3，第二电阻补偿装置150的结构与第一电阻补偿装置130的结构相同，在此不做赘述。

在一实施例中，参考图2和图4，上述直流系统母线对地电压的调节设备还包括连接处理装置170的报警装置140。处理装置170在接收到正母线的对地电压信号和负母线的对地电压信号后，输出报警信号至报警装置140进行报警，以便通知工作人员知晓情况。

具体地，处理装置170可以接收正母线的对地电压信号和负母线的对地电压信号后得到正母线的对地电压和负母线的对地电压，然后分别将正母线的对地电压、负母线的对地电压与预设阈值进行比较，在正母线的对地电压和负母线的对地电压小于或等于预设阈值时输出报警信号至报警装置140。

报警装置140可以包括报警灯141和蜂鸣器142，报警灯141和蜂鸣器142连接处理装置170。通过采用声光报警的方式，可提高报警效率。

本实施例中，报警灯141包括多个LED灯。可以理解，在其他实施例中，报警装置140还可以采用其他类型的器件，例如语音报警器。

在一实施例中，参考图2和图4，上述直流系统母线对地电压的调节设备还包括连接处理装置170的显示器160。处理装置170接收正母线的对地电压信号和负母线的对地电压信号后，可输出相关信息至显示器160进行显示，方便工作人员查看。

本实施例中，显示器160为液晶显示器，清晰度高，显示效果好。

在一实施例中，处理装置170为具备AD转换功能的处理装置170。具备AD转换功能的处理装置170能实现模拟信号转换为数字信号，不需要再额外增加使用模数装换器，结构更简单。具体地，本实施例中，参考图4，处理装置170为CPU(Central Processing Unit中央处理器)芯片。

在一实施例中，参考图图2和图4，上述直流系统母线对地电压的调节设备还包括继电器181和驱动电路182，驱动电路182连接处理装置170，继电器181的线圈T连接驱动电路182，继电器181的触点K1用于连接外部设备。继电器181的触点K1作为继电器输出端子连接外部设备，从而处理装置170可以通过控制驱动电路182的导通和截止来控制是否连接外部设备，其中外部设备可以是本地DCS(Distributed Control System分布式控制系统)。

参考图4，本实施例中，继电器181的线圈一端连接电源接入端，另一端连接驱动电路182。驱动电路182包括电阻R83和三极管Q5，电阻R83一端连接处理装置170，另一端连接三极管Q5的基极，三极管Q5的集电极连接继电器181的线圈一端，三极管Q5的发射极接地。

在一实施例中，上述直流系统母线对地电压的调节设备还包括信号隔离器190，信号隔离器190的输入端用于接收外部开关量信号，信号隔离器190的输出端连接处理装置170。远程控制信号可以通过外部开关量信号的形式从信号隔离器190输入，因此，可远程控制直流系统母线对地电压的调节设备。

本实施例中，参考图4，信号隔离器190包括第一光耦U33、第二光耦U34、第三光耦U35、电阻R103、电阻R104、电阻R105、电阻R106、电阻R107和电阻R108。第一光耦U33的发光二级管的正极通过电阻R103连接电源接入端，第一光耦U33的发光二级管的负极作为开关量接入端子接收外部开关量信号；第一光耦U33的受光器的输入端连接电源接入端，第一光耦U33的受光器的输出端连接处理装置170，本实施例中具体通过端口DI0连接处理装置170，且通过电阻R104接地。第二光耦U34的发光二级管的正极通过电阻R105连接电源接入端，第二光耦U34的发光二级管的负极作为开关量接入端子接收外部开关量信号；第二光耦U34的受光器的输入端连接电源接入端，第二光耦U34的受光器的输出端连接处理装置170，本实施例中具体通过端口DI1连接处理装置170，且通过电阻R106接地。第三光耦U35的发光二级管的正极通过电阻R107连接电源接入端，第三光耦U35的发光二级管的负极作为开关量接入端子接收外部开关量信号；第三光耦U35的受光器的输入端连接电源接入端，第三光耦U35的受光器的输出端连接处理装置170，本实施例中具体通过端口DI2连接处理装置170，且通过电阻R108接地。

在一实施例中，参考图2和图4，上述直流系统母线对地电压的调节设备还包括连接处理装置170的铁电存储器200。处理装置170接收正母线的对地电压信号和负母线的对地电压信号后，可以得到相关信息，并将相关信息输出至铁电存储器200进行数据存储，方便日后查看，避免数据丢失。

在一实施例中，参考图2和图4，上述直流系统母线对地电压的调节设备还包括电源模块210，电源模块210连接处理装置170。电源模块210用于给处理装置170供电。

电源模块210还可以连接隔离放大器120、蜂鸣器142、继电器181、信号隔离器190和铁电存储器200。

具体地，本实施例中，参考图4，电源模块210包括整流电路211和电压转换电路212，电压转换电路212连接整流电路211和处理装置170。整流电路211接入交流电后输出直流电压至电压转换电路212、隔离放大器120、蜂鸣器142、继电器181和信号隔离器190；电压转换电路212接收直流电压后输出调整电压至处理装置170和铁电存储器200。具体地，整流电路211接入的交流电为220V(伏)，输出的直流电压可以有多个值，具体输出至电压转换电路212的直流电压为5V，电压转换电路212输出至处理装置170和铁电存储器200的电压为3.3V。

在一实施例中，参考图2和图4，上述直流系统母线对地电压的调节设备还包括连接处理装置170的通信模块220。处理装置170可通过通信模块220与其他设备进行通信连接，例如上位机。

在一实施例中，参考图4，上述直流系统母线对地电压的调节设备还包括等级设置电路230，等级设置电路230包括多个等级电阻R0和按键S0，等级电阻R0和按键S0的数量相等。一个等级电阻R0分别串联一个按键S0，且公共端连接处理装置170；等级电阻R0另一端连接电源接入端，本实施例中具体为连接电源模块210的电压转换电路212，按键S0另一端接地。

处理装置170根据正母线的对地电压信号和负母线的对地电压信号得到正母线的对地电压和负母线的对地电压后，分别将正母线的对地电压、负母线的对地电压与预设阈值进行比较，等级设置电路230用于设置用于作为比较基准值的预设阈值，按键S0闭合，则对应等级电阻R0接入，处理装置170根据等级设置电路230接入的等级电阻R0对应设置预设阈值。通过设置等级设置电路230实现比较等级范围的自由设置，操作简单。

上述直流系统母线对地电压的调节设备适用于：发电厂、变电站等直流电源母线不直接接地的带绝缘监测装置的平衡桥系统，适用的电压等级为直流电源24V、48V、110V、220V。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种直流系统母线对地电压的调节设备，其特征在于，包括信号采集装置、处理装置、第一电阻补偿装置和第二电阻补偿装置，所述第一电阻补偿装置连接所述处理装置以及直流系统的正母线，且接地；所述第二电阻补偿装置连接所述处理装置以及所述直流系统的负母线，且接地；所述信号采集装置连接所述处理装置、所述正母线以及所述负母线，且接地；

所述信号采集装置采集所述正母线的对地电压信号和所述负母线的对地电压信号并输出至所述处理装置，所述处理装置接收所述正母线的对地电压信号和所述负母线的对地电压信号，并输出控制信号至所述第一电阻补偿装置和所述第二电阻补偿装置；所述第一电阻补偿装置根据接收的所述控制信号改变接入所述正母线的电阻阻值，所述第二电阻补偿装置根据接收的所述控制信号改变接入所述负母线的电阻阻值。

2.根据权利要求1所述的直流系统母线对地电压的调节设备，其特征在于，还包括隔离放大器，所述信号采集装置通过所述隔离放大器连接所述处理装置。

3.根据权利要求2所述的直流系统母线对地电压的调节设备，其特征在于，所述信号采集装置包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第一电容、第二电容、第一运算放大器和第二运算放大器；

所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻依次串联，所述第一电阻另一端连接所述正母线，所述第三电阻另一端连接所述第一运算放大器的反相输入端，所述第四电阻和所述第一电容并联，且并联后一端连接所述第一运算放大器的反相输入端，另一端接地，所述第一运算放大器的同相输入端连接所述第一运算放大器的输出端，所述第一运算放大器的输出端连接所述隔离放大器；

所述第五电阻、所述第六电阻和所述第七电阻依次串联，所述第五电阻另一端连接所述负母线，所述第七电阻另一端连接所述第二运算放大器的同相输入端，所述第八电阻和所述第二电容并联，且并联后一端连接所述第二运算放大器的同相输入端，另一端接地，所述第二运算放大器的反相输入端连接所述第二运算放大器的输出端，所述第二运算放大器的输出端连接所述隔离放大器。

4.根据权利要求1所述的直流系统母线对地电压的调节设备，其特征在于，所述第一电阻补偿装置包括多个补偿电阻和控制开关，所述补偿电阻的数量与所述控制开关的数量相等；

各补偿电阻一端连接接地，另一端分别连接各控制开关的输出端，所述控制开关的控制端连接所述处理装置，所述控制开关的输入连接正母线。

5.根据权利要求1所述的直流系统母线对地电压的调节设备，其特征在于，还包括连接所述处理装置的报警装置。

6.根据权利要求1所述的直流系统母线对地电压的调节设备，其特征在于，还包括连接所述处理装置的显示器。

7.根据权利要求1所述的直流系统母线对地电压的调节设备，其特征在于，还包括继电器和驱动电路，所述驱动电路连接所述处理装置，所述继电器的线圈连接所述驱动电路，所述继电器的触点用于连接外部设备。

8.根据权利要求1所述的直流系统母线对地电压的调节设备，其特征在于，还包括信号隔离器，所述信号隔离器的输入端用于接收外部开关量信号，所述信号隔离器的输出端连接所述处理装置。

9.根据权利要求1所述的直流系统母线对地电压的调节设备，其特征在于，还包括电源模块，所述电源模块连接所述处理装置。

10.根据权利要求1所述的直流系统母线对地电压的调节设备，其特征在于，还包括连接所述处理装置的通信模块。