專利名稱：基于24v電源系統(tǒng)的直流絕緣監(jiān)測模塊及其實現(xiàn)方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種絕緣監(jiān)測模塊，具體地說，是涉及一種基于24V電源系統(tǒng)的直流絕緣監(jiān)測模塊及其實現(xiàn)方法。
背景技術：
目前，發(fā)電廠和變電站的直流系統(tǒng)中分24V、48V、110V、220V等電壓等級，其中，24V直流電源通常作為輔助電源被各設備廣泛使用，現(xiàn)有技術中的監(jiān)測模塊往往采用不接地(單端接地)的方式，當出現(xiàn)一端接地時無法監(jiān)測接地故障，若另一端再次出現(xiàn)接地點，會引起電源燒壞或發(fā)出誤報警，導致繼電器誤動作，十分不利于電力系統(tǒng)的正常運行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于24V電源系統(tǒng)的直流絕緣監(jiān)測模塊及其實現(xiàn)方法，主要解決現(xiàn)有技術中存在的監(jiān)測模塊無法對輔助電源的接地檢測實現(xiàn)準確監(jiān)測，不利于電力系統(tǒng)正常運行的問題。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下
基于24V電源系統(tǒng)的直流絕緣監(jiān)測模塊，包括負載M，還包括微處理器和與微處理器相連的用于對母線進行絕緣監(jiān)測的不平衡電橋檢測電路，以及與微處理器相連且設置于負載M兩端的控制回路。具體地說，所述不平衡電橋檢測電路包括均連接于微處理器與地之間的電路U1、電路U2、電阻R1、電阻Rz、電阻R2、電阻Rf，所述電路Ul由相互串聯(lián)的電阻Ra、開關SI構成，電路U2由相互串聯(lián)的電阻Rb、開關S2構成，其中，電阻Rl與電阻R2的阻值相同，電阻Ra與電阻Rb的阻值相同。進一步地，所述控制回路包括連接于負載M與地之間的接觸器K，一端與微處理器相連、另一端通過接觸器K與地相連的開關S3，均連接于微處理器與地之間的電阻R3、電阻R4，其中，電阻R3與電阻R4的阻值相同?？紤]到實際需求，所述微處理器還連接有顯示屏和操作單元。作為優(yōu)選，所述顯示屏為液晶觸摸顯示屏，所述操作單元為鍵盤。基于上述硬件設備，本發(fā)明還提供了一種基于24V電源系統(tǒng)的直流絕緣監(jiān)測模塊的實現(xiàn)方法，包括以下步驟
(I)將不平衡電橋檢測電路與母線相連，并將控制回路與負載M相連；
(2 )設定母線對地電壓的變化上限值，微處理器對母線的對地電壓進行實時監(jiān)測，在監(jiān)測到母線對地電壓發(fā)生變化超過已設定的變化上限值時控制不平衡電橋檢測電路中的開關Kl和開關K2進行切換。本發(fā)明中，所述不平衡電橋檢測電路包括均連接于微處理器與地之間的電路U1、電路U2、電阻R1、電阻Rz、電阻R2、電阻Rf，所述電路Ul由相互串聯(lián)的電阻Ra、開關SI構成，電路U2由相互串聯(lián)的電阻Rb、開關S2構成，其中，電阻Rl與電阻R2的阻值相同，電阻Ra與電阻Rb的阻值相同，所述電阻Rz和電阻Rf的阻值由以下方式得出
將開關SI和開關S2均斷開，設此時電阻Rz兩端的電壓為Uz,電阻Rf兩端的電壓為Uf，根據(jù)歐姆定律得出方程式一
Uz (Rl+Rz) /RlRz=Uf (Rl+Rf )/RlRf，并測量出此時的電壓Uz和電壓Uf ;
將開關SI閉合，并將開關S2斷開，設此時電阻Rz兩端的電壓為Uzl，電阻Rf兩端的電壓為Ufl，根據(jù)歐姆定律得出方程式二
Uzl (RlRz+RaRz+RIRa)/RlRaRz=Ufl (Rl+Rf )/RlRf，并測量出此時的電壓 Uzl 和電壓
Ufl ；
將開關SI斷開，并將開關S2閉合，設此時電阻Rz兩端的電壓為Uz2，電阻Rf兩端的電壓為Uf2，根據(jù)歐姆定律得出方程式三
Uz2 (R2+Rz)/R2Rz=Uf2 (R2Rf+RaRf+R2Ra)/R2RaRf，并測量出此時的電壓 Uz2 和電壓
Uf2 ；
其中，電壓Uz、電壓Uf、電壓Uz1、電壓Ufl、電壓Uz2、電壓Uf2均為測量得出的已知值，電阻R1、電阻R2、電阻Ra均為已知的固定值，聯(lián)立上述方程式便可得出電阻Rz和電阻Rf的值。更進一步地，所述控制回路中，負載M為跳閘出口中間繼電器，相應地，所述控制回路為跳閘出口中間繼電器線圈控制回路。本發(fā)明中，所述電阻R3和電阻R4的阻值相等且大于跳閘出口中間繼電器阻值R的1. 33倍；所述跳閘出口中間繼電器的動作功率大于/等于5W。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果
(I)通過使用本發(fā)明能夠對24V電源系統(tǒng)實現(xiàn)較為準確的絕緣監(jiān)測，且所使用的元器件較少，因而模塊體積小巧，便于安裝，成本低廉。(2)本發(fā)明通過對不平衡電橋檢測電路進行巧妙設計，有效實現(xiàn)了對接地檢測的準確監(jiān)測，為了確保監(jiān)測的正常進行，還在負載兩端設置了控制回路，不平衡電橋檢測電路和控制回路相互配合，穩(wěn)定有效地確保了監(jiān)測工作的正常進行，符合技術需求。(3)本發(fā)明中還設置了顯示屏和操作單元，操作人員能夠便利地實現(xiàn)實時對現(xiàn)場狀況進行監(jiān)測和操作，設計十分人性化。(4)由于本發(fā)明主要適用于24V電源，電壓等級較低，因此對檢測精度有更高的要求，對電阻的選擇更加嚴格，本發(fā)明根據(jù)實際情況，計算得出了最優(yōu)的電阻Rz、電阻Rf、電阻R3、電阻R4的阻值范圍，從而有效提高了檢測精度，與現(xiàn)有技術相比，采用最為簡單的方式實現(xiàn)了絕緣監(jiān)測，具有突出的實質性特點和顯著進步，適合大規(guī)模推廣應用。


圖1為本發(fā)明中不平衡電橋檢測電路的電路原理圖。圖2為本發(fā)明中控制回路的電路原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明，本發(fā)明的實施方式包括但不限于下列實施例。實施例為了解決現(xiàn)有技術中存在的監(jiān)測模塊無法對輔助電源的接地檢測實現(xiàn)準確監(jiān)測，不利于電力系統(tǒng)正常運行的問題，本發(fā)明公開了一種適用于發(fā)電廠、變電站等24V直流電源的絕緣監(jiān)測模塊，包括微處理器和與微處理器相連的用于對母線進行絕緣監(jiān)測的不平衡電橋檢測電路，以及與微處理器相連且設置于負載M兩端的控制回路。本絕緣監(jiān)測模塊采用母線電橋檢測原理，通過采用可靠阻值與功率的橋臂電阻，有效減小了因電橋投入對直流母線正負極對地電壓所造成的波動，同時提高了檢測精度。如圖1所示，不平衡電橋檢測電路包括均連接于微處理器與地之間的電路U1、電路U2、電阻R1、電阻Rz、電阻R2、電阻Rf，所述電路Ul由相互串聯(lián)的電阻Ra、開關SI構成，電路U2由相互串聯(lián)的電阻Rb、開關S2構成；所述不平衡電橋檢測電路中電阻Rl與電阻R2的阻值相同，電阻Ra與電阻Rb的阻值相同。其中，微處理器通過控制電橋開關SI和開關S2輪流導通，分別測得兩組直流母線正負極對地的電壓值，之后便可計算出直流母線正負極對地的絕緣電阻值Rz、Rf。電阻Rz和電阻Rf的阻值的具體計算方式如下
將開關SI和開關S2均斷開，設此時電阻Rz兩端的電壓為Uz,電阻Rf兩端的電壓為Uf，根據(jù)歐姆定律得出方程式一
Uz (Rl+Rz) /RlRz=Uf (Rl+Rf )/RlRf，并測量出此時的電壓Uz和電壓Uf ;
將開關SI閉合，并將開關S2斷開，設此時電阻Rz兩端的電壓為Uzl，電阻Rf兩端的電壓為Ufl，根據(jù)歐姆定律得出方程式二
Uzl (RlRz+RaRz+RIRa)/RlRaRz=Ufl (Rl+Rf )/RlRf，并測量出此時的電壓 Uzl 和電壓
Ufl ；
將開關SI斷開，并將開關S2閉合，設此時電阻Rz兩端的電壓為Uz2，電阻Rf兩端的電壓為Uf2，根據(jù)歐姆定律得出方程式三
Uz2 (R2+Rz)/R2Rz=Uf2 (R2Rf+RaRf+R2Ra)/R2RaRf，并測量出此時的電壓 Uz2 和電壓
Uf2 ；
其中，電壓Uz、電壓Uf、電壓Uzl、電壓Ufl、電壓Uz2、電壓Uf2均為測量得出的已知值，電阻R1、電阻R2、電阻Ra均為已知的固定值，聯(lián)立上述方程式便可得出電阻Rz和電阻Rf的值。本發(fā)明中，由于不平衡電橋檢測電路在直流正負極與地之間接入了一定值的接地電阻，會對直流系統(tǒng)的絕緣水平產(chǎn)生一定的影響，因此，在保證一定測量精度的前提下，不平衡電橋檢測電路中的電阻Rl和電阻R2的取值應盡可能大，而不平衡電橋檢測電路在切換時自動選擇正負極對地電壓較大一側的開關閉合，同時采用實時比較正負極對地電壓變化量的方法，結合定時處理，減少電橋開關切換的次數(shù)，如此便可大大降低電橋電路對直流系統(tǒng)的影響。本發(fā)明中，設定了母線對地電壓的變化上限值，絕緣監(jiān)測模塊一般情況下處于平衡電橋工作狀態(tài)，在監(jiān)測到正負母線對地電壓發(fā)生變化超過設定的變化上限值時則投入檢測電橋，此時會造成直流正負母線對地電壓變化；根據(jù)實際需要，還可設定與微處理器相連的報警器，當檢測計算出正負對地電阻Rz和電阻Rf的阻值之后，與微處理器相連的報警器則發(fā)出報警；正常工作過程中，在正負母線對地電壓變化很小的情況下，絕緣監(jiān)測模塊還會固定進行周期性檢測電橋動作。如圖2所示，控制回路包括連接于負載M與地之間的接觸器K，一端與微處理器相連、另一端通過接觸器K與地相連的開關S3，均連接于微處理器與地之間的電阻R3、電阻R4 ;所述控制回路中電阻R3與電阻R4的阻值相同?？刂苹芈分?，選用跳閘出口中間繼電器作為負載M，相應地，控制回路為跳閘出口中間繼電器線圈控制回路，其中，跳閘出口中間繼電器線圈接地，由于平衡器電阻R3和電阻R4的存在，繼電器兩端存在分壓，設繼電器兩端的電壓為UJ，直流電源電壓為U，繼電器阻值為R，可以得出UJ=U(R/R3)/(R/R3+R3) 。按繼電保護要求，出口中間繼電器的動作電壓應不小于額定電壓的50%，如果在繼電器上的分壓小于30%額定電壓，可確保繼電器不會誤動，即U (R/R3)/ (R/R3+R3X0. 3U，進而可以得出R3=R4>1. 33R。按繼電保護要求，出口中間繼電器的動作功率應不小于5W，220V系統(tǒng)中，R應不大于9.6 kQ ；110V系統(tǒng)中，R應不大于2.4kQ ;24V系統(tǒng)中，R應不大于O. 115kQ。因此可知，24V系統(tǒng)最小平衡橋電阻為O. 15kQ。根據(jù)電力相關標準，220V直流系統(tǒng)絕緣模塊橋電阻應不小于20kΩ ;110V系統(tǒng)直流系統(tǒng)絕緣模塊橋電阻應不小于IOkQ?？紤]到實際需求，所述微處理器還連接有顯示屏和操作單元。作為優(yōu)選，所述顯示屏為液晶觸摸顯示屏，所述操作單元為鍵盤。按照上述實施例，便可很好地實現(xiàn)本發(fā)明。
權利要求
1.基于24V電源系統(tǒng)的直流絕緣監(jiān)測模塊，包括負載M，其特征在于，還包括微處理器和與微處理器相連的用于對母線進行絕緣監(jiān)測的不平衡電橋檢測電路，以及與微處理器相連且設置于負載M兩端的控制回路。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于24V電源系統(tǒng)的直流絕緣監(jiān)測模塊，其特征在于，所述不平衡電橋檢測電路包括均連接于微處理器與地之間的電路Ul、電路U2、電阻Rl、電阻Rz、電阻R2、電阻Rf，所述電路Ul由相互串聯(lián)的電阻Ra、開關SI構成，電路U2由相互串聯(lián)的電阻 Rb、開關S2構成，其中，電阻Rl與電阻R2的阻值相同，電阻Ra與電阻Rb的阻值相同。
3.根據(jù)權利要求2所述的基于24V電源系統(tǒng)的直流絕緣監(jiān)測模塊，其特征在于，所述控制回路包括連接于負載M與地之間的接觸器K，一端與微處理器相連、另一端通過接觸器 K與地相連的開關S3，均連接于微處理器與地之間的電阻R3、電阻R4，其中，電阻R3與電阻 R4的阻值相同。
4.根據(jù)權利要求3所述的基于24V電源系統(tǒng)的直流絕緣監(jiān)測模塊，其特征在于，所述微處理器還連接有顯示屏和操作單元。
5.根據(jù)權利要求4所述的基于24V電源系統(tǒng)的直流絕緣監(jiān)測模塊，其特征在于，所述顯示屏為液晶觸摸顯示屏，所述操作單元為鍵盤。
6.根據(jù)權利要求f5任意一項所述的基于24V電源系統(tǒng)的直流絕緣監(jiān)測模塊的實現(xiàn)方法，其特征在于，包括以下步驟(I)將不平衡電橋檢測電路與母線相連，并將控制回路與負載M相連；(2 )設定母線對地電壓的變化上限值，微處理器對母線的對地電壓進行實時監(jiān)測，在監(jiān)測到母線對地電壓發(fā)生變化超過已設定的變化上限值時控制不平衡電橋檢測電路中的開關Kl和開關K2進行切換。
7.根據(jù)權利要求6所述的基于24V電源系統(tǒng)的直流絕緣監(jiān)測模塊的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述不平衡電橋檢測電路包括均連接于微處理器與地之間的電路Ul、電路U2、電阻 R1、電阻Rz、電阻R2、電阻Rf，所述電路Ul由相互串聯(lián)的電阻Ra、開關SI構成，電路U2由相互串聯(lián)的電阻Rb、開關S2構成，其中，電阻Rl與電阻R2的阻值相同，電阻Ra與電阻Rb 的阻值相同。
8.根據(jù)權利要求7所述的基于24V電源系統(tǒng)的直流絕緣監(jiān)測模塊的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述電阻Rz和電阻Rf的阻值由以下方式得出將開關SI和開關S2均斷開，設此時電阻Rz兩端的電壓為Uz，電阻Rf兩端的電壓為 Uf，根據(jù)歐姆定律得出方程式一Uz (Rl+Rz) /RlRz=Uf (Rl+Rf )/RlRf，并測量出此時的電壓Uz和電壓Uf ;將開關SI閉合，并將開關S2斷開，設此時電阻Rz兩端的電壓為Uzl，電阻Rf兩端的電壓為Ufl，根據(jù)歐姆定律得出方程式二 Uzl (RlRz+RaRz+RIRa)/RlRaRz=Ufl (Rl+Rf )/RlRf，并測量出此時的電壓 Uzl 和電壓Ufl ；將開關SI斷開，并將開關S2閉合，設此時電阻Rz兩端的電壓為Uz2，電阻Rf兩端的電壓為Uf2，根據(jù)歐姆定律得出方程式三Uz2 (R2+Rz)/R2Rz=Uf2 (R2Rf+RaRf+R2Ra)/R2RaRf，并測量出此時的電壓 Uz2 和電壓Uf2 ；其中，電壓Uz、電壓Uf、電壓Uzl、電壓Ufl、電壓Uz2、電壓Uf2均為測量得出的已知值，電阻R1、電阻R2、電阻Ra均為已知的固定值，聯(lián)立上述方程式便可得出電阻Rz和電阻Rf的值。
9.根據(jù)權利要求8所述的基于24V電源系統(tǒng)的直流絕緣監(jiān)測模塊的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述控制回路中，負載M為跳閘出口中間繼電器，相應地，所述控制回路為跳閘出口中間繼電器線圈控制回路。
10.根據(jù)權利要求9所述的基于24V電源系統(tǒng)的直流絕緣監(jiān)測模塊的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述電阻R3和電阻R4的阻值相等且大于跳閘出口中間繼電器阻值R的1. 33倍。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于24V電源系統(tǒng)的直流絕緣監(jiān)測模塊及其實現(xiàn)方法，主要解決了現(xiàn)有技術中存在的監(jiān)測模塊無法對輔助電源的接地檢測實現(xiàn)準確監(jiān)測，不利于電力系統(tǒng)正常運行的問題。該基于24V電源系統(tǒng)的直流絕緣監(jiān)測模塊，包括負載M，還包括微處理器和與微處理器相連的用于對母線進行絕緣監(jiān)測的不平衡電橋檢測電路，以及與微處理器相連且設置于負載M兩端的控制回路。通過上述方案，本發(fā)明達到了對輔助電源的接地檢測進行準確監(jiān)測的目的，具有很高的實用價值和推廣價值。
文檔編號G01R31/02GK103018621SQ20121053082
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月11日 優(yōu)先權日2012年12月11日
發(fā)明者敬海波, 唐勇, 任澤民, 栗建峰, 陳玉林, 李建清 申請人:國電大渡河流域水電開發(fā)有限公司龔嘴水力發(fā)電總廠