CN220120927U - 一种国网及新能源中低压直流配电柜绝缘监测装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种国网及新能源中低压直流配电柜绝缘监测装置及系统，通过采用微机控制单元及方波注入绝缘监测模块，解决了现有技术监测响应速度慢、可靠性差的问题，通过采用显示屏及蓝牙模块，解决了使用不直观、不能直接获得系统故障的参数的问题，达到了适应智能化电网需求、方便运营人员分析系统运行状况的有益效果。

Description

一种国网及新能源中低压直流配电柜绝缘监测装置及系统

技术领域

本实用新型涉及配电成套设备技术领域，具体为一种国网及新能源中低压直流配电柜绝缘监测装置及系统。

背景技术

随着全球经济的发展，新能源发电技术也迅速发展，市场的应用规模不断扩大，在后续能源的发展中的作用越来越重要。新能源发电也是我国鼓励发展的清洁能源，近年装机规模不断增大。直流侧的容量大幅增加，直流侧电压达±375V,广泛应用于大型光伏电站、太阳能制氢、新能源汽车充电桩等行业，故采用DC750V的直流配电柜进行直流电能的分配，为了保证直流电源系统的供电安全，避免对地形成参考电压，直流系统设计为正负母线对地悬浮的不接地系统。正常状态下，直流系统的正负极对地绝缘，如果直流系统中发现一点接地时，由于没有短路电流流过直流正负极，不构成正负极短路电流，直流断路器短路保护不启动，对电路运行没有直接影响，允许在此状态下短时运行，但这种接地故障必须尽早发现，否侧在此期间有又一点接地，而这两点接地故障电流，就可能引起信号回路、控制回路、保护回路的误动作，引起断路器跳闸。造成停电事故。而直流变电所的供电网络分布范围广，接线复杂，直流系统回路通过电缆于室外配电装置的端子连接，从室内到室外电缆数量多，距离又长，工作环境恶劣，特别师阴雨天气及潮湿气候下，发生直流系统绝缘降低的几率很大，故及时发现系统绝缘降低是十分必要的。

现有直流系统绝缘监测主要利用电桥平衡原理，分信号和测量两部分，如申请公布号为CN112578186A的专利文献公开了一种直流绝缘检测系统、装置及平衡桥测量方法，属于电路监控技术领域，特别涉及一种直流绝缘检测系统，包括平衡桥测量电路，平衡电桥电阻和系统电源投入/退出开关；平衡电桥电阻和桥臂电阻间设有切换开关，切换开关的两静触点分别与平衡电桥电阻的桥路两端点相电连接，切换开关的动触点与桥臂电阻相电连接；系统直流电源对地电阻包括，分别设有系统电源正、负对地采样检测端子的系统直流电源正、负母线对地电阻，桥臂电阻上设有桥臂电压采样检测端子，两静触点上设有空档时桥臂电压差采样检测端子。该方案能及时监测接地情况，生成接地报警信号，将接地报警信号推送给工作人员，使得工作人员能快速响应，能在任一极的绝缘电阻降低时，通过继电器输出报警信号，发出灯光和音响信号，原理简单、精度高。

然而该类电桥平衡绝缘监测仪方案不能检测到直流系统正、负绝缘同等下降的情况；即使绝缘监测装置报警，也不能直接得到系统对地的绝缘电阻，而且响应速度慢，可靠性差，虽然目前其他领域也有其他如低频检测等方案，但其检测到的接地电阻受直流系统对地分布电容的限制，且容易受到外界干扰，在装置离线工作时，使用不直观，不能直接获得系统故障的参数，不能适应智能化电网需求，不方便运营人员分析系统运行状况。

实用新型内容

针对现有技术的监测方案响应速度慢、可靠性差、使用不直观、不能直接获得系统故障的参数的问题，本实用新型提供了一种国网及新能源中低压直流配电柜绝缘监测装置及系统，解决上述问题。

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种国网及新能源中低压直流配电柜绝缘监测装置，包括外壳和外围接线端子，还包括方波注入绝缘监测模块、显示屏、指示灯、显示屏驱动模块、处理器、蓝牙模块、存储器、电源模块、通讯模块，所述电源模块与处理器电连接，所述处理器与指示灯、方波注入绝缘监测模块、显示屏驱动模块、蓝牙模块、存储器、通讯模块电连接，所述显示屏驱动模块与显示屏电连接，所述指示灯和显示屏安装在外壳表面的面板上，所述外围接线端子与通讯模块、电源模块和方波注入绝缘监测模块电连接。

优选的，所述指示灯使用LED灯。

优选的，所述指示灯包括运行指示灯、待测系统正绝缘指示灯、待测系统负绝缘指示灯、通讯指示灯，所述运行指示灯、待测系统正绝缘指示灯、待测行负绝缘指示灯、通讯指示灯受处理器控制分别显示运行状态、待测系统正绝缘状态、待测系统负绝缘状态及通讯状态。

优选的，所述显示屏使用带背光的LCD。

优选的，所述通讯模块使用RS485通讯模块。

优选的，所述电源模块使用9～36V自适应直流电压输入系统。

优选的，还包括单独的报警输出模块和测量控制模块，报警输出模块和测量控制模块均与处理器电连接，所述报警输出模块受处理器控制输出报警信号，所述测量控制模块接受外部信号控制使处理器控制方波注入绝缘监测模块是否运行监测。

优选的，还包括配对按钮，所述配对按钮也安装在外壳表面，所述配对按钮与处理器电连接。

基于同一发明构思，本实用新型还提供一种国网及新能源中低压直流配电柜绝缘监测系统，其特征在于：使用如上所述的绝缘监测装置，所述绝缘监测装置的电源端正极与低压直流电源正极连接，所述绝缘监测装置的电源端负极与低压直流电源负极连接，所述绝缘监测装置的待检测网络接入端正极连接待测系统正母线，所述绝缘监测装置的待检测网络接入端负极连接待测系统负母线，所述绝缘监测装置的待检测网络接地端连接待测系统PE线，所述绝缘监测装置的通讯端口与上位机管理终端连接。

优选的，所述绝缘监测装置的通讯端口与上位机管理终端连接使用RS485接口通过Modbus-RTU协议进行通讯。

本方案提供的一种国网及新能源中低压直流配电柜绝缘监测装置及系统，通过采用微机控制单元及方波注入绝缘监测模块，运行人员可通过该装置测量直流系统的绝缘电阻，当直流母线任何一极对地绝缘下降到一定程度后，应及时发现预告信号，提醒值班人员，迅速查找排除故障。能确保直流设备的用电安全和维修人员的人身安全。与外接报警和显示装置或上位机管理终端通讯，实时监测不接地系统的运行状况。具有故障事件记录功能，能够记录故障发生的时间和故障类型，方便操作人员查询分析系统运行状况，及时排除故障。同时，通过蓝牙模块及显示屏的加入，使得运维人员在装置离线的情况下更方便的获得系统绝缘故障的参数，更直观，更适应智能化电网需求。

附图说明

图1为本装置主视图；

图2为本装置内部连接示意图；

图3为应用本绝缘监测装置的绝缘监测系统示意图；

其中，1-待测系统正母线，2-待测系统负母线，3-待测系统PE线，4-低压直流电源正极，5-低压直流电源负极，6-绝缘监测装置，61-显示屏，62-配对按钮，63-外壳，64-指示灯，641-运行指示灯，642-待测系统正绝缘指示灯，643-待测系统负绝缘指示灯，644-通讯指示灯，65-接线端子，66-处理器，67-方波注入绝缘监测模块，68-显示屏驱动模块，69-蓝牙模块，610-存储器，611-电源模块，612-通讯模块，613-测量控制模块，614-报警输出模块，7-上位机管理终端。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，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。

本实施例提供了一种技术方案：一种国网及新能源中低压直流配电柜绝缘监测装置，包括外壳63、外围接线端子65、方波注入绝缘监测模块67、显示屏61、指示灯64、显示屏驱动模块68、处理器66、蓝牙模块69、存储器610、电源模块611、通讯模块612，所述电源模块611与处理器66电连接，所述处理器66与指示灯64、方波注入绝缘监测模块67、显示屏驱动模块68、蓝牙模块69、存储器610、通讯模块612电连接，所述显示屏驱动模块68与显示屏61电连接，所述指示灯64和显示屏61安装在外壳63表面的面板上，所述外围接线端子65与通讯模块612、电源模块611和方波注入绝缘监测模块67电连接，所述外围接线端子65包括与电源模块611连接的电源端正极和电源端负极，还包括与方波注入绝缘监测模块67连接的待检测网络接入端正极、待检测网络接入端负极和待检测网络接地端，还包括与通讯模块612连接的通讯端口。所述电源模块611给处理器66供应电源，本实施例中所述电源模块611使用9～36V自适应直流电压输入系统，避免单一规格对应用场景的限制，所述方波注入绝缘监测模块67在处理器610的控制下对待测系统的绝缘电阻进行监测，所述处理器66将方波注入绝缘监测模块67监测的结果与设置的阈值比较后将异常结果及运行状态存入存储器610并将结果实时显示在显示屏61上，所述方波注入绝缘监测模块监测原理采用脉冲方波注入法，在线监测待测电网的绝缘电阻，不仅可定性待测电网的绝缘状况，在待测电网绝缘下降时，面板上一组指示灯点亮，提醒运营人员查找故障，还可以测量出绝缘电阻值，上传至上位机，监测待测电网的运行状况，装置能自适应系统分布式电容，避免了附加脉冲方波增大直流系统的电压纹波系数。具体的实施方式可以参照CN113281621A等公开的模块电路图等现有技术。所述显示屏61使用带背光的LCD，成本更低廉，当然也可以使用OED等其他的点阵显示屏，所述显示屏上显示目前绝缘异常的线路的绝缘电阻以及蓝牙连接状况、本装置运行状况、通信状况等，所述蓝牙模块69与移动终端配对后可以将存储器610存储的内容显示在移动终端上，本实施例中，本装置还包括了配对按钮62，所述配对按钮62也安装在外壳63表面，所述配对按钮62与处理器66电连接。正常情况下，移动终端可以自动连接本装置，通过增加所述配对按钮62，可以在连接失败时使用该配对按钮62手动连接移动终端，使移动终端可以手动下载本装置存储器610保存的数据，保证了系统的稳定性。所述通讯模块612将存储器610存储的内容同步传输到上位机上并受上位机的控制确定本装置的运行参数和运行状态，本实施例中所述通讯模块612使用RS485通讯模块，通讯速率高，运行更为稳定，所述处理器66将本装置的运行状态和结果控制指示灯64的状态。

本实施例中，所述指示灯64使用LED灯，在直流微系统中使用更为方便，并包括运行指示灯641、待测系统正绝缘指示灯642、待测系统负绝缘指示灯643、通讯指示灯644，所述运行指示灯641、待测系统正绝缘指示灯642、待测行负绝缘指示灯643、通讯指示灯644受处理器66控制分别显示运行状态、待测系统正绝缘状态、待测系统负绝缘状态及通讯状态。所述运行指示灯641使用绿色LED，正常工作时常亮，本装置故障时熄灭；所述待测系统正绝缘指示灯642使用绿色LED，本装置检测到的绝缘电阻正常时熄灭，异常时点亮；所述待测系统负绝缘指示灯643使用绿色LED，本装置检测到的绝缘电阻正常时熄灭，异常时点亮；所述通讯指示灯644使用绿色LED，通讯进行时闪烁，通讯中止时熄灭。

本低压直流配电柜绝缘监测装置还包括单独的报警输出模块614和测量控制模块613，报警输出模块614和测量控制模块613均与处理器66电连接，同时外围接线端子65包括了连接报警输出模块614的报警输出端和连接测量控制模块613的测量控制端，所述报警输出模块614受处理器66控制输出报警信号，比如可以接喇叭直接发出警告声，所述测量控制模块613接受外部信号控制使处理器66控制方波注入绝缘监测模块67是否运行监测，短接后开始绝缘测量，断开后停止测量，在没有对外通讯时，方便其他设备控制本装置工作。

基于同一发明构思，本实施例还提供了一种技术方案：一种绝缘监测系统，使用如上的绝缘监测装置6，所述绝缘监测装置6的电源端正极与低压直流电源正极4连接，所述绝缘监测装置6的电源端负极与低压直流电源负极5连接，本实施例中使用DC24V系统，所以绝缘监测装置6的电源端正负极分别与绝缘监测装置控制电源DC24V+输入端和绝缘监测装置控制电源DC24V-输入端相连，所述绝缘监测装置6的待检测网络接入端正极连接待测系统正母线1，所述绝缘监测装置6的待检测网络接入端负极连接待测系统负母线2，本实施例中待检测系统为DC375V系统，所以分别连接到DC375V+和DC375V-，所述绝缘监测装置6的待检测网络接地端连接待测系统PE线3，所述绝缘监测装置6的通讯端口与上位机管理终端7连接，本实施例中绝缘监测装置6内置RS485通讯模块，所以所述绝缘监测装置6的通讯端口与上位机管理终端7连接使用RS485接口通过Modbus-RTU协议进行通讯，上位机管理终端7可以外接的报警或显示装置连接，实时监测待测电网的运行状况，可在上位机管理终端设置待测系统正对地绝缘报警阀值和待测系统负对地绝缘报警阀值，即对地电阻的阈值，具有故障事件记录功能，能够记录故障发生的时间和正对地绝缘还是负对地绝缘故障的故障类型及母线对地电阻的数值，方便操作人员查询分析系统运行状况，及时排除故障，所述绝缘监测装置6还可以输出母线总绝缘阻值、母线电压及系统运行状态等，还可以接收上位机的指令开始或者停止绝缘监测。所述绝缘监测装置6的D I 1、D I2为测量控制端，短接后开始绝缘测量，断开后停止测量，在不使用通讯接口控制时可以使用这两个端口控制绝缘监测装置6是否进行测量。本实施例中因为连接了上位机，由上位机报警，所以报警输出端N0和COM未接其他报警设备。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种国网及新能源中低压直流配电柜绝缘监测装置，包括外壳(63)和外围接线端子(65)，其特征在于：还包括方波注入绝缘监测模块(67)、显示屏(61)、指示灯(64)、显示屏驱动模块(68)、处理器(66)、蓝牙模块(69)、存储器(610)、电源模块(611)、通讯模块(612)，所述电源模块(611)与处理器(66)电连接，所述处理器(66)与指示灯(64)、方波注入绝缘监测模块(67)、显示屏驱动模块(68)、蓝牙模块(69)、存储器(610)、通讯模块(612)电连接，所述显示屏驱动模块(68)与显示屏(61)电连接，所述指示灯(64)和显示屏(61)安装在外壳(63)表面的面板上，所述外围接线端子(65)与通讯模块(612)、电源模块(611)和方波注入绝缘监测模块(67)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种国网及新能源中低压直流配电柜绝缘监测装置，其特征在于：所述指示灯(64)使用LED灯。

3.根据权利要求1所述的一种国网及新能源中低压直流配电柜绝缘监测装置，其特征在于：所述指示灯(64)包括运行指示灯(641)、待测系统正绝缘指示灯(642)、待测系统负绝缘指示灯(643)、通讯指示灯(644)，所述运行指示灯(641)、待测系统正绝缘指示灯(642)、待测行负绝缘指示灯(643)、通讯指示灯(644)受处理器(66)控制分别显示运行状态、待测系统正绝缘状态、待测系统负绝缘状态及通讯状态。

4.根据权利要求1所述的一种国网及新能源中低压直流配电柜绝缘监测装置，其特征在于：所述显示屏(61)使用带背光的LCD。

5.根据权利要求1所述的一种国网及新能源中低压直流配电柜绝缘监测装置，其特征在于：所述通讯模块(612)使用RS485通讯模块。

6.根据权利要求1所述的一种国网及新能源中低压直流配电柜绝缘监测装置，其特征在于：所述电源模块(611)使用9～36V自适应直流电压输入系统。

7.根据权利要求1所述的一种国网及新能源中低压直流配电柜绝缘监测装置，其特征在于：还包括单独的报警输出模块(614)和测量控制模块(613)，报警输出模块(614)和测量控制模块(613)均与处理器(66)电连接，所述报警输出模块(614)受处理器(66)控制输出报警信号，所述测量控制模块(613)接受外部信号控制使处理器(66)控制方波注入绝缘监测模块(67)是否运行监测。

8.根据权利要求5所述的一种国网及新能源中低压直流配电柜绝缘监测装置，其特征在于：还包括配对按钮(62)，所述配对按钮(62)也安装在外壳(63)表面，所述配对按钮(62)与处理器(66)电连接。

9.一种国网及新能源中低压直流配电柜绝缘监测系统，其特征在于：使用权利要求1-8之一所述的绝缘监测装置(6)，所述绝缘监测装置(6)的电源端正极与低压直流电源正极(4)电连接，所述绝缘监测装置(6)的电源端负极与低压直流电源负极(5)电连接，所述绝缘监测装置(6)的待检测网络接入端正极电连接待测系统正母线(1)，所述绝缘监测装置(6)的待检测网络接入端负极电连接待测系统负母线(2)，所述绝缘监测装置(6)的待检测网络接地端电连接待测系统PE线(3)，所述绝缘监测装置(6)的通讯端口与上位机管理终端(7)电连接。

10.根据权利要求9所述的一种国网及新能源中低压直流配电柜绝缘监测系统，其特征在于：所述绝缘监测装置(6)的通讯端口与上位机管理终端(7)连接使用RS485接口通过Modbus-RTU协议进行通讯。