CN219266412U - 三段直流母线绝缘监察装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种三段直流母线绝缘监察装置，涉及电性检测装置技术领域，包括第一段母线、第二段母线、第三段母线、电压线性隔离电路、绝缘监测平衡桥以及MCU模块；所述第一段母线、所述第二段母线、所述第三段母线分别连接有一个所述电压线性隔离电路；所述第一段母线、所述第二段母线、所述第三段母线分别与所述绝缘监测平衡桥相连；所述第一段母线、所述第二段母线、所述第三段母线和所述绝缘监测平衡桥分别通过电压采样线与所述MCU模块相连。本申请的三段直流母线绝缘监察装置，通过平衡桥阻值和第三段母线对电压值，可以计算出第三段母线对地的绝缘阻值，实现直流母线的绝缘监察。
Description
技术领域
本申请涉及电性检测装置技术领域，具体是三段直流母线绝缘监察装置。
背景技术
直流母线对地绝缘状况，又关系到直流是否能可靠稳定运行。
在大型发电站或抽水蓄能电站中，主厂房往往配备三台充电机两组蓄电池，其中一台充电机作为备用。两段母线各配置一台充电机和一组蓄电池。当两台主充电机其中一台需要退出检修时，备用充电机才顶替工作，使当前的母线持续供电。
对于特别重要的直流负荷，有些电站需要利用两台充电机同时为其提供电源，但两台充电机所在的直流母线不能直接并联工作，这就需要产生了第三段母线情况。
第三段母线产生的方法：由第二段母线经过DC/DC转换器变换成恒压220V后通过二极管与第一段母线通过一个二极管并联产生的。这样第三段母线与第一段母线有电气连接，与第二段母线是电气隔离的。正常情况下，第一段母线电压高于220V,故第三段母线电压正常运行电压是等于第一段母线电压值。
上述所说明的三段母线，均需要对其进行对地绝缘监测。当前，电力直流系统中，绝大部分采用平衡桥原理对直流正负母线对地进行绝缘监视，而且没有监察第三段母线的绝缘状况。而一段母线上只能拥有一组平衡桥。一、二段母线均安装一组平衡桥，但由于一、三段母线是通过二极管隔离的，没有完全电气隔离，故第一段正常工作时，第三段母线的平衡桥必须退出。当第一段母线退出工作时，第三段母线平衡桥必须进入工作状态。因此，亟需一种监察装置来解决这一问题。
实用新型内容
本申请的目的在于提供一种稳定可靠的平衡桥投切机制配合具备三段母线对地绝缘监测的装置。
为实现上述目的，本申请公开了以下技术方案：一种三段直流母线绝缘监察装置，包括第一段母线、第二段母线、第三段母线、电压线性隔离电路、绝缘监测平衡桥以及MCU模块；
所述第一段母线、所述第二段母线、所述第三段母线分别连接有一个所述电压线性隔离电路；
所述第一段母线、所述第二段母线、所述第三段母线分别与所述绝缘监测平衡桥相连；所述第一段母线、所述第二段母线、所述第三段母线和所述绝缘监测平衡桥分别通过电压采样线与所述MCU模块相连；
所述绝缘监测平衡桥包括三个桥路，所述桥路包括：与所述电压线性隔离电路相连的正连接端M+、与所述电压线性隔离电路相连的负连接端M-、连接于所述正连接端M+和所述负连接端M-之间的两个平衡器桥电阻；所述正连接端M+通过依次连接的第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器以及第四电阻器与所述负连接端M-相连，所述第二电阻器和所述第三电阻器之间通过导线接地，且所述第二电阻器的两端分别与第一光耦的阳极和阴极相连，所述第三电阻器的两端分别与第二光耦的阳极和阴极相连；所述第一段母线、所述第二段母线和第三段母线分别通过对应的所述电压线性隔离电路与一个所述桥路相连；其中，与所述第一段母线和第二段母线分别相连的两个所述桥路中的两个所述平衡器桥电阻之间通过导线接地；与所述第三段母线相连的所述桥路中的两个所述平衡器桥电阻之间通过继电器节点U1B连接导线后接地，所述继电器节点U1B与所述MCU模块控制连接。
作为优选，所述MCU模块连接有驱动电路及输出控制电路。
作为优选，所述驱动电路及输出控制电路包括达林顿阵列芯片U1和五个单刀双掷型继电器，所述达林顿阵列芯片U1的7个输入端分别与7个输出端相连，所述达林顿阵列芯片U1的其中五个输出端分别与五个所述单刀双掷型继电器相连，且五个所述单刀双掷型继电器互相并联设置，所述达林顿阵列芯片U1的7个输出端中的不与所述单刀双掷型继电器相连的输出端分别与所述MCU模块相连。
有益效果：本申请的三段直流母线绝缘监察装置，对第三段母线配置的绝缘监测平衡桥，能够根据情况实现是否投入。具体的，当装置测量出一段母线电压高于220V时，通过继电器切断第三组平衡桥中点与大地的连接，此时第三段母线电源来自第一段母线二极管隔离后的电压；当第一段母线低于220V时，第三组平衡桥中点通过继电器节点U1B与大地相连，即第三组平衡桥投入，切除第一组平衡桥。因此，无论何种工况，第三段母线只存在一组平衡桥。通过平衡桥阻值和第三段母线对电压值，可以计算出第三段母线对地的绝缘阻值。如果配置支路漏电流传感器，可以监测出具体支路号接地情况。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例中MCU模块的电路原理图；
图2为本申请实施例中绝缘监测平衡桥的电路原理图；
图3为本申请实施例中驱动电路及输出控制电路的电路原理图；
图4为本申请实施例中电压线性隔离电路的电路原理图。
实施方式
下面将对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本文中，术语“包括”意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
请参阅图1-3
本实施例公开了一种三段直流母线绝缘监察装置，包括第一段母线、第二段母线、第三段母线、电压线性隔离电路、绝缘监测平衡桥以及MCU模块。
所述第一段母线、所述第二段母线、所述第三段母线分别连接有一个所述电压线性隔离电路。
本实施例选用型号为STM32F207ZET6的芯片作为MCU芯片，其显示接口以及相关的引脚连接示意如图1所示，在此不做详细赘述。如图4所示出的电压线性隔离电路的电路原理图，每一段母线均配置有该图示出的电压线性隔离电路，本领域技术人员可以通过图4示出的具体电路结构实现电压线性隔离电路的具体结构的获取，在此不做赘述，并且，每段母线对地电压测量，均通过电阻分压，线性光耦隔离后，将信号调理成合适的电平信号给MCU进行采样。
所述第一段母线、所述第二段母线、所述第三段母线分别与所述绝缘监测平衡桥相连；所述第一段母线、所述第二段母线、所述第三段母线和所述绝缘监测平衡桥分别通过电压采样线与所述MCU模块相连。
如图2所示，所述绝缘监测平衡桥包括三个桥路，所述桥路包括：与所述电压线性隔离电路相连的正连接端M+、与所述电压线性隔离电路相连的负连接端M-、连接于所述正连接端M+和所述负连接端M-之间的两个平衡器桥电阻；所述正连接端M+通过依次连接的第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器以及第四电阻器与所述负连接端M-相连，所述第二电阻器和所述第三电阻器之间通过导线接地，且所述第二电阻器的两端分别与第一光耦的阳极和阴极相连，所述第三电阻器的两端分别与第二光耦的阳极和阴极相连；所述第一段母线、所述第二段母线和第三段母线分别通过对应的所述电压线性隔离电路与一个所述桥路相连；其中，与所述第一段母线和第二段母线分别相连的两个所述桥路中的两个所述平衡器桥电阻之间通过导线接地；与所述第三段母线相连的所述桥路中的两个所述平衡器桥电阻之间通过继电器节点U1B连接导线后接地，所述继电器节点U1B与所述MCU模块控制连接。
在本实施例中，所述MCU模块连接有驱动电路及输出控制电路。如图3所示，所述驱动电路及输出控制电路包括达林顿阵列芯片U1和五个单刀双掷型继电器，所述达林顿阵列芯片U1的7个输入端分别与7个输出端相连，所述达林顿阵列芯片U1的其中五个输出端分别与五个所述单刀双掷型继电器相连，且五个所述单刀双掷型继电器互相并联设置，所述达林顿阵列芯片U1的7个输出端中的不与所述单刀双掷型继电器相连的输出端分别与所述MCU模块相连。
需要强调的是，上述的每个电路部分之间的连接关系，本领域技术人员均可以通过与本文本相匹配的附图（图1-4）获取到详尽的内容，这是本领域普通技术人员能够简单获取并明确的，在此不做具体解析。
本申请的三段直流母线绝缘监察装置，对第三段母线配置的绝缘监测平衡桥，能够根据情况实现是否投入。具体的，当装置测量出一段母线电压高于220V时，通过继电器切断第三组平衡桥中点与大地的连接，此时第三段母线电源来自第一段母线二极管隔离后的电压；当第一段母线低于220V时，第三组平衡桥中点通过继电器节点U1B与大地相连，即第三组平衡桥投入，切除第一组平衡桥。因此，无论何种工况，第三段母线只存在一组平衡桥。通过平衡桥阻值和第三段母线对电压值，可以计算出第三段母线对地的绝缘阻值。如果配置支路漏电流传感器，可以监测出具体支路号接地情况。同时，满足国标《GBT 19826-2014》5.2.7要求，以及满足行业标准《DLT 1392-2014直流电源系统绝缘监测装置技术条件》所有要求。
进一步地，对于本实施例而言，具体的工作原理包括：
设装置三段母线电压测量值分别为U1,U2,U3。三组平衡电阻值均为Rp。
1、第三段平衡桥电阻投入（参看图2）：
U1<U3 且U1<210V，将第三段平衡桥电阻投入，即中间点接大地。此时第一段母线电压属于故障情况，第一段母线退出为第三段母线供电，第二段母线经过DC/DC变换，隔离后恒压第三段母线供电。
当U1>220V 且|U1-U3|>0.7V,此时第一段母线电压正常，第三段母线电压来自第一段母线（经过二极管隔离，非电气隔离），第三段母线相当于是第一段母线的延长段。此时切除第三段母线平衡桥，第一段母线平衡桥自动投入。(投切依靠继电器J1的控制)
2、三段母线对地电阻计算（参看图2）：
设母线对地有一未知绝缘电阻Rx，正极或者负极均可，下面计算中假设是负极绝缘电阻。装置测量能得到正负母线对地电压分别为Uz，Uf（图2中标称为M+,M-）
Rx = Rp ×(Uf/(Uz-Uf))……(式1)
由于三组平衡桥阻值相等，故采用的公式可以一致。
如果第三组平衡桥阻值与第一组平衡桥阻值不一致时，对地电阻可根据第三组平衡桥在线情况进行处理。如果第三组平衡桥没有被投入，即第三段母线与第一段母线属于并联运行，可直接将第一段计算得到的接地电阻赋值给第三段母线的接地电阻，第三段母线电阻无需再计算。
3、详细判断第三段母线接地情况：
当第三段母线电压来自于第一段母线电压时，通过上述第二段计算，是无法确定绝缘问题是来自第一段还是第三段。此时可根据下列公式来进一步判断接地是来自具体哪条支路。
为所有的母线支路输出各配置一个微型电流传感器，即支路的正负极线均穿过传感器，当支路绝缘良好时，此支路传感器测得的电流矢量和为0，即无漏电流。当支路有接地时，部分电流经过平衡桥电阻与接地电阻形成一个回路，此时传感器电流得到一个不为0的电流值Ix.于是可计算得到该支路的接地电阻Rzx:
Rzx = Uzf/Ix……(式2)
式2中的Uzf为正极对地电压Uz或者负极对地电压Uf，具体选用哪个电压值，可根据Ix的正负（电流方向）来选择。
当Rzx小于设置的告警绝缘值时，根据预先定义的此支路号归属于哪段母线，来判断是一段母线还是二段母线接地，同时也就判断出具体接地支路号。
4、适用范围：本发明专利装置适应于抽水蓄能电站、110KV及以上变电站等对直流要求十分苛刻的场合。
5、使用环境：
（1）、使用海拔高度：≤2000m
（2）、使用环境温度：-10℃--+40℃
（3）、使用环境湿度：＜95％
（4）、存储环境：-40℃～＋70℃，相对湿度＜85%
（5）、安装地基无剧烈振动和冲击
（6）、运行地点无导电或爆炸性尘埃，无腐蚀性气体
（7）、要求室内使用，要求通风良好；场地符合GB/T 9361-1988中B类安全要求；不出现超过GB/T 11287规定的严酷等级为I级的振动；不发生GB/T 17742－1999规定的烈度为Ⅶ度的地震。
最后应说明的是：以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种三段直流母线绝缘监察装置，其特征在于，包括第一段母线、第二段母线、第三段母线、电压线性隔离电路、绝缘监测平衡桥以及MCU模块；
所述第一段母线、所述第二段母线、所述第三段母线分别连接有一个所述电压线性隔离电路；
所述第一段母线、所述第二段母线、所述第三段母线分别与所述绝缘监测平衡桥相连；所述第一段母线、所述第二段母线、所述第三段母线和所述绝缘监测平衡桥分别通过电压采样线与所述MCU模块相连；
所述绝缘监测平衡桥包括三个桥路，所述桥路包括：与所述电压线性隔离电路相连的正连接端M+、与所述电压线性隔离电路相连的负连接端M-、连接于所述正连接端M+和所述负连接端M-之间的两个平衡器桥电阻；所述正连接端M+通过依次连接的第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器以及第四电阻器与所述负连接端M-相连，所述第二电阻器和所述第三电阻器之间通过导线接地，且所述第二电阻器的两端分别与第一光耦的阳极和阴极相连，所述第三电阻器的两端分别与第二光耦的阳极和阴极相连；所述第一段母线、所述第二段母线和第三段母线分别通过对应的所述电压线性隔离电路与一个所述桥路相连；其中，与所述第一段母线和第二段母线分别相连的两个所述桥路中的两个所述平衡器桥电阻之间通过导线接地；与所述第三段母线相连的所述桥路中的两个所述平衡器桥电阻之间通过继电器节点U1B连接导线后接地，所述继电器节点U1B与所述MCU模块控制连接。
2.根据权利要求1所述的三段直流母线绝缘监察装置，其特征在于，所述MCU模块连接有驱动电路及输出控制电路。
3.根据权利要求2所述的三段直流母线绝缘监察装置，其特征在于，所述驱动电路及输出控制电路包括达林顿阵列芯片U1和五个单刀双掷型继电器，所述达林顿阵列芯片U1的7个输入端分别与7个输出端相连，所述达林顿阵列芯片U1的其中五个输出端分别与五个所述单刀双掷型继电器相连，且五个所述单刀双掷型继电器互相并联设置，所述达林顿阵列芯片U1的7个输出端中的不与所述单刀双掷型继电器相连的输出端分别与所述MCU模块相连。
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