专利名称：基于24v电源系统的直流绝缘监测�？榧捌涫迪址椒�
技术领域：
本发明涉及一种绝缘监测�？椋咛宓厮担巧婕耙恢只�24V电源系统的直流绝缘监测�？榧捌涫迪址椒ā�
背景技术：
目前，发电厂和变电站的直流系统中分24V、48V、110V、220V等电压等级，其中，24V直流电源通常作为辅助电源被各设备广泛使用，现有技术中的监测�？橥捎貌唤拥�(单端接地)的方式，当出现一端接地时无法监测接地故障，若另一端再次出现接地点，会引起电源烧坏或发出误报警，导致继电器误动作，十分不利于电力系统的正常运行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于24V电源系统的直流绝缘监测�？榧捌涫迪址椒ǎ饕饩鱿钟屑际踔写嬖诘募嗖饽？槲薹ǘ愿ㄖ缭吹慕拥丶觳馐迪肿既芳嗖猓焕诘缌ο低痴Ｔ诵械奈侍�。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下
基于24V电源系统的直流绝缘监测�？椋ǜ涸豈，还包括微处理器和与微处理器相连的用于对母线进行绝缘监测的不平衡电桥检测电路，以及与微处理器相连且设置于负载M两端的控制回路。具体地说，所述不平衡电桥检测电路包括均连接于微处理器与地之间的电路U1、电路U2、电阻R1、电阻Rz、电阻R2、电阻Rf，所述电路Ul由相互串联的电阻Ra、开关SI构成，电路U2由相互串联的电阻Rb、开关S2构成，其中，电阻Rl与电阻R2的阻值相同，电阻Ra与电阻Rb的阻值相同。进一步地，所述控制回路包括连接于负载M与地之间的接触器K，一端与微处理器相连、另一端通过接触器K与地相连的开关S3，均连接于微处理器与地之间的电阻R3、电阻R4，其中，电阻R3与电阻R4的阻值相同。考虑到实际需求，所述微处理器还连接有显示屏和操作单元。作为优�。鱿允酒廖壕Тッ允酒粒霾僮鞯ピ�。基于上述硬件设备，本发明还提供了一种基于24V电源系统的直流绝缘监测模块的实现方法，包括以下步骤
(I)将不平衡电桥检测电路与母线相连，并将控制回路与负载M相连；
(2 )设定母线对地电压的变化上限值，微处理器对母线的对地电压进行实时监测，在监测到母线对地电压发生变化超过已设定的变化上限值时控制不平衡电桥检测电路中的开关Kl和开关K2进行切换。本发明中，所述不平衡电桥检测电路包括均连接于微处理器与地之间的电路U1、电路U2、电阻R1、电阻Rz、电阻R2、电阻Rf，所述电路Ul由相互串联的电阻Ra、开关SI构成，电路U2由相互串联的电阻Rb、开关S2构成，其中，电阻Rl与电阻R2的阻值相同，电阻Ra与电阻Rb的阻值相同，所述电阻Rz和电阻Rf的阻值由以下方式得出
将开关SI和开关S2均断开，设此时电阻Rz两端的电压为Uz,电阻Rf两端的电压为Uf，根据欧姆定律得出方程式一
Uz (Rl+Rz) /RlRz=Uf (Rl+Rf )/RlRf，并测量出此时的电压Uz和电压Uf ;
将开关SI闭合，并将开关S2断开，设此时电阻Rz两端的电压为Uzl，电阻Rf两端的电压为Ufl，根据欧姆定律得出方程式二
Uzl (RlRz+RaRz+RIRa)/RlRaRz=Ufl (Rl+Rf )/RlRf，并测量出此时的电压 Uzl 和电压
Ufl ；
将开关SI断开，并将开关S2闭合，设此时电阻Rz两端的电压为Uz2，电阻Rf两端的电压为Uf2，根据欧姆定律得出方程式三
Uz2 (R2+Rz)/R2Rz=Uf2 (R2Rf+RaRf+R2Ra)/R2RaRf，并测量出此时的电压 Uz2 和电压
Uf2 ；
其中，电压Uz、电压Uf、电压Uz1、电压Ufl、电压Uz2、电压Uf2均为测量得出的已知值，电阻R1、电阻R2、电阻Ra均为已知的固定值，联立上述方程式便可得出电阻Rz和电阻Rf的值。更进一步地，所述控制回路中，负载M为跳闸出口中间继电器，相应地，所述控制回路为跳闸出口中间继电器线圈控制回路。本发明中，所述电阻R3和电阻R4的阻值相等且大于跳闸出口中间继电器阻值R的1. 33倍；所述跳闸出口中间继电器的动作功率大于/等于5W。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果
(I)通过使用本发明能够对24V电源系统实现较为准确的绝缘监测，且所使用的元器件较少，因而�？樘寤∏桑阌诎沧埃杀镜土�。(2)本发明通过对不平衡电桥检测电路进行巧妙设计，有效实现了对接地检测的准确监测，为了确保监测的正常进行，还在负载两端设置了控制回路，不平衡电桥检测电路和控制回路相互配合，稳定有效地确保了监测工作的正常进行，符合技术需求。(3)本发明中还设置了显示屏和操作单元，操作人员能够便利地实现实时对现场状况进行监测和操作，设计十分人性化。(4)由于本发明主要适用于24V电源，电压等级较低，因此对检测精度有更高的要求，对电阻的选择更加严格，本发明根据实际情况，计算得出了最优的电阻Rz、电阻Rf、电阻R3、电阻R4的阻值范围，从而有效提高了检测精度，与现有技术相比，采用最为简单的方式实现了绝缘监测，具有突出的实质性特点和显著进步，适合大规模推广应用。
图1为本发明中不平衡电桥检测电路的电路原理图。图2为本发明中控制回路的电路原理图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。实施例为了解决现有技术中存在的监测�？槲薹ǘ愿ㄖ缭吹慕拥丶觳馐迪肿既芳嗖猓焕诘缌ο低痴Ｔ诵械奈侍猓痉⒚鞴艘恢质视糜诜⒌绯�、变电站等24V直流电源的绝缘监测�？椋ㄎ⒋砥骱陀胛⒋砥飨嗔挠糜诙阅赶呓芯导嗖獾牟黄胶獾缜偶觳獾缏罚约坝胛⒋砥飨嗔疑柚糜诟涸豈两端的控制回路。本绝缘监测�？椴捎媚赶叩缜偶觳庠恚ü捎每煽孔柚涤牍β实那疟鄣缱瑁行Ъ跣×艘虻缜磐度攵灾绷髂赶哒杭缘氐缪顾斐傻牟ǘ碧岣吡思觳饩�。如图1所示，不平衡电桥检测电路包括均连接于微处理器与地之间的电路U1、电路U2、电阻R1、电阻Rz、电阻R2、电阻Rf，所述电路Ul由相互串联的电阻Ra、开关SI构成，电路U2由相互串联的电阻Rb、开关S2构成；所述不平衡电桥检测电路中电阻Rl与电阻R2的阻值相同，电阻Ra与电阻Rb的阻值相同。其中，微处理器通过控制电桥开关SI和开关S2轮流导通，分别测得两组直流母线正负极对地的电压值，之后便可计算出直流母线正负极对地的绝缘电阻值Rz、Rf。电阻Rz和电阻Rf的阻值的具体计算方式如下
将开关SI和开关S2均断开，设此时电阻Rz两端的电压为Uz,电阻Rf两端的电压为Uf，根据欧姆定律得出方程式一
Uz (Rl+Rz) /RlRz=Uf (Rl+Rf )/RlRf，并测量出此时的电压Uz和电压Uf ;
将开关SI闭合，并将开关S2断开，设此时电阻Rz两端的电压为Uzl，电阻Rf两端的电压为Ufl，根据欧姆定律得出方程式二
Uzl (RlRz+RaRz+RIRa)/RlRaRz=Ufl (Rl+Rf )/RlRf，并测量出此时的电压 Uzl 和电压
Ufl ；
将开关SI断开，并将开关S2闭合，设此时电阻Rz两端的电压为Uz2，电阻Rf两端的电压为Uf2，根据欧姆定律得出方程式三
Uz2 (R2+Rz)/R2Rz=Uf2 (R2Rf+RaRf+R2Ra)/R2RaRf，并测量出此时的电压 Uz2 和电压
Uf2 ；
其中，电压Uz、电压Uf、电压Uzl、电压Ufl、电压Uz2、电压Uf2均为测量得出的已知值，电阻R1、电阻R2、电阻Ra均为已知的固定值，联立上述方程式便可得出电阻Rz和电阻Rf的值。本发明中，由于不平衡电桥检测电路在直流正负极与地之间接入了一定值的接地电阻，会对直流系统的绝缘水平产生一定的影响，因此，在保证一定测量精度的前提下，不平衡电桥检测电路中的电阻Rl和电阻R2的取值应尽可能大，而不平衡电桥检测电路在切换时自动选择正负极对地电压较大一侧的开关闭合，同时采用实时比较正负极对地电压变化量的方法，结合定时处理，减少电桥开关切换的次数，如此便可大大降低电桥电路对直流系统的影响。本发明中，设定了母线对地电压的变化上限值，绝缘监测�？橐话闱榭鱿麓τ谄胶獾缜殴ぷ髯刺诩嗖獾秸耗赶叨缘氐缪狗⑸浠瓒ǖ谋浠舷拗凳痹蛲度爰觳獾缜牛耸被嵩斐芍绷髡耗赶叨缘氐缪贡浠桓菔导市枰箍缮瓒ㄓ胛⒋砥飨嗔谋ň鳎奔觳饧扑愠稣憾缘氐缱鑂z和电阻Rf的阻值之后，与微处理器相连的报警器则发出报警；正常工作过程中，在正负母线对地电压变化很小的情况下，绝缘监测模块还会固定进行周期性检测电桥动作。如图2所示，控制回路包括连接于负载M与地之间的接触器K，一端与微处理器相连、另一端通过接触器K与地相连的开关S3，均连接于微处理器与地之间的电阻R3、电阻R4 ;所述控制回路中电阻R3与电阻R4的阻值相同。控制回路中，选用跳闸出口中间继电器作为负载M，相应地，控制回路为跳闸出口中间继电器线圈控制回路，其中，跳闸出口中间继电器线圈接地，由于平衡器电阻R3和电阻R4的存在，继电器两端存在分压，设继电器两端的电压为UJ，直流电源电压为U，继电器阻值为R，可以得出UJ=U(R/R3)/(R/R3+R3) 。按继电保护要求，出口中间继电器的动作电压应不小于额定电压的50%，如果在继电器上的分压小于30%额定电压，可确保继电器不会误动，即U (R/R3)/ (R/R3+R3X0. 3U，进而可以得出R3=R4>1. 33R。按继电保护要求，出口中间继电器的动作功率应不小于5W，220V系统中，R应不大于9.6 kQ ；110V系统中，R应不大于2.4kQ ;24V系统中，R应不大于O. 115kQ。因此可知，24V系统最小平衡桥电阻为O. 15kQ。根据电力相关标准，220V直流系统绝缘模块桥电阻应不小于20kΩ ;110V系统直流系统绝缘�？榍诺缱栌Σ恍∮贗OkQ。考虑到实际需求，所述微处理器还连接有显示屏和操作单元。作为优�。鱿允酒廖壕Тッ允酒粒霾僮鞯ピ�。按照上述实施例，便可很好地实现本发明。
权利要求
1.基于24V电源系统的直流绝缘监测�？椋ǜ涸豈，其特征在于，还包括微处理器和与微处理器相连的用于对母线进行绝缘监测的不平衡电桥检测电路，以及与微处理器相连且设置于负载M两端的控制回路。
2.根据权利要求1所述的基于24V电源系统的直流绝缘监测�？椋涮卣髟谟冢霾黄胶獾缜偶觳獾缏钒ň佑谖⒋砥饔氲刂涞牡缏稶l、电路U2、电阻Rl、电阻Rz、电阻R2、电阻Rf，所述电路Ul由相互串联的电阻Ra、开关SI构成，电路U2由相互串联的电阻 Rb、开关S2构成，其中，电阻Rl与电阻R2的阻值相同，电阻Ra与电阻Rb的阻值相同。
3.根据权利要求2所述的基于24V电源系统的直流绝缘监测模块，其特征在于，所述控制回路包括连接于负载M与地之间的接触器K，一端与微处理器相连、另一端通过接触器 K与地相连的开关S3，均连接于微处理器与地之间的电阻R3、电阻R4，其中，电阻R3与电阻 R4的阻值相同。
4.根据权利要求3所述的基于24V电源系统的直流绝缘监测�？椋涮卣髟谟冢鑫⒋砥骰沽佑邢允酒梁筒僮鞯ピ�。
5.根据权利要求4所述的基于24V电源系统的直流绝缘监测�？椋涮卣髟谟冢鱿允酒廖壕Тッ允酒粒霾僮鞯ピ�。
6.根据权利要求f5任意一项所述的基于24V电源系统的直流绝缘监测�？榈氖迪址椒ǎ涮卣髟谟冢ㄒ韵虏街�(I)将不平衡电桥检测电路与母线相连，并将控制回路与负载M相连；(2 )设定母线对地电压的变化上限值，微处理器对母线的对地电压进行实时监测，在监测到母线对地电压发生变化超过已设定的变化上限值时控制不平衡电桥检测电路中的开关Kl和开关K2进行切换。
7.根据权利要求6所述的基于24V电源系统的直流绝缘监测模块的实现方法，其特征在于，所述不平衡电桥检测电路包括均连接于微处理器与地之间的电路Ul、电路U2、电阻 R1、电阻Rz、电阻R2、电阻Rf，所述电路Ul由相互串联的电阻Ra、开关SI构成，电路U2由相互串联的电阻Rb、开关S2构成，其中，电阻Rl与电阻R2的阻值相同，电阻Ra与电阻Rb 的阻值相同。
8.根据权利要求7所述的基于24V电源系统的直流绝缘监测�？榈氖迪址椒ǎ涮卣髟谟冢龅缱鑂z和电阻Rf的阻值由以下方式得出将开关SI和开关S2均断开，设此时电阻Rz两端的电压为Uz，电阻Rf两端的电压为 Uf，根据欧姆定律得出方程式一Uz (Rl+Rz) /RlRz=Uf (Rl+Rf )/RlRf，并测量出此时的电压Uz和电压Uf ;将开关SI闭合，并将开关S2断开，设此时电阻Rz两端的电压为Uzl，电阻Rf两端的电压为Ufl，根据欧姆定律得出方程式二 Uzl (RlRz+RaRz+RIRa)/RlRaRz=Ufl (Rl+Rf )/RlRf，并测量出此时的电压 Uzl 和电压Ufl ；将开关SI断开，并将开关S2闭合，设此时电阻Rz两端的电压为Uz2，电阻Rf两端的电压为Uf2，根据欧姆定律得出方程式三Uz2 (R2+Rz)/R2Rz=Uf2 (R2Rf+RaRf+R2Ra)/R2RaRf，并测量出此时的电压 Uz2 和电压Uf2 ；其中，电压Uz、电压Uf、电压Uzl、电压Ufl、电压Uz2、电压Uf2均为测量得出的已知值，电阻R1、电阻R2、电阻Ra均为已知的固定值，联立上述方程式便可得出电阻Rz和电阻Rf的值。
9.根据权利要求8所述的基于24V电源系统的直流绝缘监测�？榈氖迪址椒ǎ涮卣髟谟冢隹刂苹芈分校涸豈为跳闸出口中间继电器，相应地，所述控制回路为跳闸出口中间继电器线圈控制回路。
10.根据权利要求9所述的基于24V电源系统的直流绝缘监测�？榈氖迪址椒ǎ涮卣髟谟冢龅缱鑂3和电阻R4的阻值相等且大于跳闸出口中间继电器阻值R的1. 33倍。
全文摘要
本发明公开了一种基于24V电源系统的直流绝缘监测�？榧捌涫迪址椒ǎ饕饩隽讼钟屑际踔写嬖诘募嗖饽？槲薹ǘ愿ㄖ缭吹慕拥丶觳馐迪肿既芳嗖猓焕诘缌ο低痴Ｔ诵械奈侍�。该基于24V电源系统的直流绝缘监测�？椋ǜ涸豈，还包括微处理器和与微处理器相连的用于对母线进行绝缘监测的不平衡电桥检测电路，以及与微处理器相连且设置于负载M两端的控制回路。通过上述方案，本发明达到了对辅助电源的接地检测进行准确监测的目的，具有很高的实用价值和推广价值。
文档编号G01R31/02GK103018621SQ20121053082
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月11日 优先权日2012年12月11日
发明者敬海波, 唐勇, 任泽民, 栗建峰, 陈玉林, 李建清 申请人:国电大渡河流域水电开发有限公司龚嘴水力发电总厂
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