CN201886116U - 可减小母线电压波动的直流绝缘监测*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及可减小母线电压波动的直流绝缘监测***，***由平衡桥电路和不平衡桥电路两部分构成。平衡桥电路由正极对地平衡电阻和负极对地平衡电阻构成。不平衡桥电路由负极对地不平衡电阻和正极对地不平衡电阻构成。负极对地不平衡电阻与正极对地不平衡电阻至少有一个，负极对地不平衡电阻与正极对地不平衡电阻的阻值至少有一个可以是可控、可变的，阻值是可以连续或阶梯变化。进行直流绝缘监测时，使正极、负极对地不平衡电阻连续变化或呈阶梯状变化，测量正极与负极的对地电压，计算出正母线与负母线的绝缘电阻。通过本实用新型进行绝缘监测时，不会引起母线正极与负极对地电压值瞬时过大的波动。

Description

可减小母线电压波动的直流绝缘监测***

技术领域

本实用新型涉及一种可减小母线电压波动的直流绝缘监测***，属于直流IT***绝缘监测领域。

背景技术

发电厂和变电站的直流***为控制、保护、信号以及自动装置提供电源，为了保证供电的连续性和可靠性，直流***一般设计为不接地***，即IT***。根据电力工程直流***设计要求，需要对直流IT***进行绝缘监测。

目前大多数绝缘监测装置是通过平衡桥与不平衡桥结合的方法进行绝缘监测。通过切换不平衡电桥，测量在不平衡桥处于不同状态时正负极对地的电压值，利用测量的正负极对地电压值计算正负母线绝缘电阻。

切换不平衡电桥，会引起母线电压的波动。近几年来从发电厂和变电站反馈的事故信息知道，直流***母线电压波动太大，可能会发生继电保护误动。

下面对绝缘监测装置切换电桥进行母线绝缘电阻测量时，引起母线电压的变化量进行分析。

如图1，绝缘监测电桥1由平衡桥电路11和不平衡桥电路12构成，设R₁＝R₂＝R₀，R₃＝R₄＝R_C；假设***存在绝缘下降2，且正极对地绝缘电阻为R₊，负极对地绝缘电阻为R_-，直流***的母线电压为U。

测量母线绝缘电阻值的工作过程为：

1.开关K₂断开，开关K₁断开，测量正极对地电压U₀₊和负极对地电压U_0-：

$U_{0+}=\frac{\frac{1}{R_{-}}+\frac{1}{R_0}}{\frac{1}{R_{+}}+\frac{1}{R_{-}}+\frac{2}{R_0}}U;$ $U_{0-}=\frac{\frac{1}{R_{+}}+\frac{1}{R_0}}{\frac{1}{R_{+}}+\frac{1}{R_{-}}+\frac{2}{R_0}}U$

2.开关K₂闭合，开关K₁断开，测量正极对地电压U₁₊和负极对地电压U_1-：

$U_{1+}=\frac{\frac{1}{R_{-}}+\frac{1}{R_0}}{\frac{1}{R_{+}}+\frac{1}{R_{-}}+\frac{2}{R_0}+\frac{1}{R_C}}U;$ $U_{1-}=-\frac{\frac{1}{R_{+}}+\frac{1}{R_0}+\frac{1}{R_C}}{\frac{1}{R_{+}}+\frac{1}{R_{-}}+\frac{2}{R_0}+\frac{1}{R_C}}U$

3.开关K₂断开，开关K₁闭合，测量正极对地电压U₂₊和负极对地电压U_2-：

$U_{2+}=\frac{\frac{1}{R_{-}}+\frac{1}{R_0}+\frac{1}{R_C}}{\frac{1}{R_{+}}+\frac{1}{R_{-}}+\frac{2}{R_0}+\frac{1}{R_C}}U;$ $U_{2-}=-\frac{\frac{1}{R_{+}}+\frac{1}{R_0}}{\frac{1}{R_{+}}+\frac{1}{R_{-}}+\frac{2}{R_0}+\frac{1}{R_C}}U$

4.开关K₁断开，计算正极对地绝缘电阻R₊和负极对地绝缘电阻R_-：

$R_{+}=\frac{R_0{R}_c(U_{1-}-U_{2-})}{R_0{U}_{2-}-R_c(U_{1-}-U_{2-})};$ $R_{-}=\frac{R_0{R}_c(U_{2+}-U_{1+})}{R_0{U}_{1+}-R_c(U_{2+}-U_{1+})}$

可以计算在开关K₁或K₂闭合时，正负母线对地电压的瞬时波动值为：

$U_{\mathrm{\Δ}1}=|U_{1+}-U_{0+}|=|U_{1-}-U_{0-}|=(\frac{\frac{1}{R_{-}}+\frac{1}{R_0}}{\frac{1}{R_{+}}+\frac{1}{R_{-}}+\frac{2}{R_0}}-\frac{\frac{1}{R_{-}}+\frac{1}{R_0}}{\frac{1}{R_{+}}+\frac{1}{R_{-}}+\frac{2}{R_0}+\frac{1}{R_C}})U$

$U_{\mathrm{\Δ}2}=|U_{2+}-U_{0+}|=|U_{2-}-U_{0-}|=(\frac{\frac{1}{R_{+}}+\frac{1}{R_0}}{\frac{1}{R_{+}}+\frac{1}{R_{-}}+\frac{2}{R_0}}-\frac{\frac{1}{R_{+}}+\frac{1}{R_0}}{\frac{1}{R_{+}}+\frac{1}{R_{-}}+\frac{2}{R_0}+\frac{1}{R_C}})U$

可知U_Δ1与U_Δ2是关于R_C的初等函数，所以R_C在定义域(0，+∞)内时，U_Δ1与U_Δ2关于R_C是连续的可导的。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种直流绝缘监测***及方法，在进行绝缘监测时，可减小母线电压的波动。

本实用新型的技术解决方案为：

一种可减小母线电压波动的直流绝缘监测***，包括平衡桥电路和不平衡桥电路两部分，平衡桥电路由接在母线正极与地之间的平衡电阻以及接在母线负极与地之间的平衡电阻组成，其特征在于：

所述不平衡桥电路由负极对地不平衡电阻、负极对地不平衡电阻切换开关、正极对地不平衡电阻、正极对地不平衡电阻切换开关构成；

负极对地不平衡电阻与负极对地不平衡电阻切换开关串接并连接于母线负极与地之间；正极对地不平衡电阻与正极对地不平衡电阻切换开关串接并连接于母线正极与地之间；

在所述不平衡桥电路的负极对地不平衡电阻与正极对地不平衡电阻中，至少有一个电阻的阻值是可变的。

进一步地：

所述负极对地不平衡电阻是单个电阻，所述负极对地不平衡电阻切换开关是单个开关。

所述负极对地不平衡电阻由若干个电阻经串联、或经并联或经串并联构成；所述负极对地不平衡电阻切换开关为多个开关。

所述正极对地不平衡电阻是单个电阻，所述正极对地不平衡电阻切换开关是单个开关。

所述正极对地不平衡电阻由若干个电阻经串联、或经并联或经串并联构成；所述正极对地不平衡电阻切换开关为多个开关。

本实用新型采用上述电桥电路技术进行直流绝缘监测，可完成正负极对地绝缘电阻的计算；同时，在切换不平衡桥电路时可减小母线对地电压瞬时的电压波动值。

附图说明

图1是绝缘监测电桥电路的原理框图。

图2是本实用新型绝缘监测电桥电路的一个实施实例的原理框图，图中示出不平衡桥电路只有负极对地不平衡电阻。

图3是本实用新型绝缘监测电桥电路的另一个实施实例的原理框图，图中示出不平衡桥电路只有正极对地不平衡电阻。

图4是本实用新型绝缘监测电桥电路的再一个实施实例的原理框图，图中示出不平衡桥电路既有负极对地不平衡电阻，又有正极对地不平衡电阻。

具体实施方式

本实用新型涉及直流绝缘监测***。

先请参阅图1所示的绝缘监测电桥电路的原理框图。图中：绝缘监测电桥电路1由平衡桥电路11和不平衡桥电路12两部分构成。平衡桥电路11由正极对地平衡电阻R1和负极对地平衡电阻R2构成，正极对地平衡电阻R1连接母线正极和地，负极对地平衡电阻R2连接母线负极和地。正极对地平衡电阻R1可以是单个电阻，也可以是若干个电阻的串联、并联或串并联的混合形式；负极对地平衡电阻R2可以是单个电阻，也可以是若干个电阻的串联、并联或串并联的混合形式，R₁＝R₂＝R₀。

不平衡桥电路12可以只由负极对地不平衡电阻R3、负极对地不平衡电阻切换开关K1构成；或者可以只由正极对地不平衡电阻R4、正极对地不平衡电阻切换开关K2构成；或者可以由负极对地不平衡电阻R3、负极对地不平衡电阻切换开关K1、正极对地不平衡电阻R4、正极对地不平衡电阻切换开关K2构成。负极对地不平衡电阻R3与负极对地不平衡电阻切换开关K1串接，并连接于母线负极与地之间；正极对地不平衡电阻R4与正极对地不平衡电阻切换开关K2串接，并连接于母线正极与地之间。

负极对地不平衡电阻R3与正极对地不平衡电阻R4可以是单个电阻，也可以是若干个电阻的串联、并联或串并联的混合形式；在不平衡桥电路的负极对地不平衡电阻R3与正极对地不平衡电阻R4中，至少有一个电阻的阻值是可控、可变的，阻值是可以连续或阶梯变化的。R3与R4的最小值为R₃＝R₄＝R_C。

负极对地不平衡电阻切换开关K1与正极对地不平衡电阻切换开关K2可以是单个开关也可以是多个开关；负极对地不平衡电阻切换开关K1与正极对地不平衡电阻切换开关K2可以是机械开关，也可以是电子开关。

下面介绍具体实施例

实施例1：

实施例1的原理框图如图2，绝缘监测电桥电路1由平衡桥电路11和不平衡桥电路12两部分构成。平衡桥电路11由正极对地平衡电阻R1和负极对地平衡电阻R2构成，正极对地平衡电阻R1连接母线正极和地，负极对地平衡电阻R2连接母线负极和地。

不平衡桥电路12仅由负极对地不平衡电阻R3、R4…Rn以及负极对地不平衡电阻切换开关K1、K2…Kn-2构成。负极对地不平衡电阻R3、R4…Rn分别与负极对地不平衡电阻切换开关K1、K2…Kn-2串接，并连接于母线负极与地之间。其中：R₁＝R₂＝R₀，R₃＝R₄＝...＝R_n＝(n-2)R_C。

该电路进行绝缘监测的工作过程为：

1.负极对地不平衡电阻切换开关K1、K2…Kn-2断开时，测量母线正极对地电压U₁₊和母线负极对地电压U_1-；

2.依次闭合负极对地不平衡电阻切换开关K1、K2…Kn-2，两个开关闭合之间要有一段延迟时间t_Δ。

3.当所有负极对地不平衡电阻切换开关K1、K2…Kn-2闭合后，测量母线正极对地电压U₂₊和母线负极对地电压U_2-；

4.依次断开负极对地不平衡电阻切换开关K1、K2…Kn-2，两个开关断开之间要有一段延迟时间t_Δ；

5.按下式计算母线正极对地绝缘电阻R₊和母线负极对地绝缘电阻R_-：

$R_{+}=\frac{R_0{R}_c(U_{1+}{U}_{2-}-U_{2+}{U}_{1-})}{R_0{U}_{1-}{U}_{2-}-R_c(U_{1+}{U}_{2-}-U_{2+}{U}_{1-})};$ $R_{-}=\frac{R_0{R}_c(U_{2+}{U}_{1-}-U_{1+}{U}_{2-})}{R_0{U}_{1+}{U}_{2-}-R_c(U_{2+}{U}_{1-}-U_{1+}{U}_{2-})}.$

负极对地不平衡电阻值在定义域(0，+∞)内时，U_Δ1与U_Δ2关于负极对地不平衡电阻值是连续的可导的，所以当依次闭合负极对地不平衡电阻切换开关K1、K2…Kn-2，使负极对地不平衡电阻逐渐呈阶梯状减小时，或者依次断开负极对地不平衡电阻切换开关K1、K2…Kn-2，使负极对地不平衡电阻逐渐呈阶梯状增大时，母线对地电压的瞬时变化量U_Δ1与U_Δ2较小，不会引起母对地线电压值的瞬时过大的波动。

实施例2：

实施例2的原理框图如图3，绝缘监测电桥电路1由平衡桥电路11和不平衡桥电路12两部分构成。平衡桥电路11由正极对地平衡电阻R1和负极对地平衡电阻R2构成，正极对地平衡电阻R1连接母线正极和地，负极对地平衡电阻R2连接母线负极和地。

不平衡桥电路12只由正极对地不平衡电阻R3、R4…Rn以及正极对地不平衡电阻切换开关K1、K2…Kn-2构成。正极对地不平衡电阻R3、R4…Rn分别与正极对地不平衡电阻切换开关K1、K2…Kn-2串接，并连接于母线负极与地之间。其中：R₁＝R₂＝R₀，R₃＝R₄＝...＝R_n＝(n-2)R_C。

该电路进行绝缘监测的工作过程为：

1.正极对地不平衡电阻切换开关K1、K2…Kn-2断开时，测量正极对地电压U₁₊和负极对地电压U_1-；

2.依次闭合正极对地不平衡电阻切换开关K1、K2…Kn-2，两个开关闭合之间要有一段延迟时间t_Δ。

3.当所有正极对地不平衡电阻切换开关K1、K2…Kn-2闭合后，测量正极对地电压U₂₊和负极对地电压U_2-；

4.依次断开正极对地不平衡电阻切换开关K1、K2…Kn-2，两个开关断开之间要有一段延迟时间t_Δ；

5.按下式计算母线正极对地绝缘电阻R₊和母线负极对地绝缘电阻R_-：

$R_{+}=\frac{R_0{R}_c(U_{1+}{U}_{2-}-U_{2+}{U}_{1-})}{R_0{U}_{2+}{U}_{1-}-R_c(U_{1+}{U}_{2-}-U_{2+}{U}_{1-})};$ $R_{-}=\frac{R_0{R}_c(U_{2+}{U}_{1-}-U_{1+}{U}_{2-})}{R_0{U}_{1+}{U}_{2+}-R_c(U_{2+}{U}_{1-}-U_{1+}{U}_{2-})}.$

正极对地不平衡电阻值在定义域(0，+∞)内时，U_Δ1与U_Δ2关于正极对地不平衡电阻值是连续的可导的。所以当依次闭合正极对地不平衡电阻切换开关K1、K2…Kn-2，使正极对地不平衡电阻逐渐呈阶梯状减小时，或者依次断开正极对地不平衡电阻切换开关K1、K2…Kn-2，使正极对地不平衡电阻逐渐呈阶梯状增大时，母线对地电压的瞬时变化量U_Δ1与U_Δ2较小，不会引起母线对地电压值的瞬时过大的波动。

实施例3：

实施例3的原理框图如图4，绝缘监测电桥电路1由平衡桥电路11和不平衡桥电路12两部分构成。平衡桥电路11由正极对地平衡电阻R1和负极对地平衡电阻R2构成，正极对地平衡电阻R1连接母线正极和地，负极对地平衡电阻R2连接母线负极和地。

不平衡桥电路12由负极对地不平衡电阻R3、R5…R2n-1及负极对地不平衡电阻切换开关K1、K3…K2n-3及正极对地不平衡电阻R4、R6…R2n及正极对地不平衡电阻切换开关K2、K4…K2n-2构成。负极对地不平衡电阻R3、R5…R2n-1分别与负极对地不平衡电阻切换开关K1、K3…K2n-3串接，并连接于母线负极与地之间；正极对地不平衡电阻R4、R6…R2n分别与正极对地不平衡电阻切换开关K2、K4…K2n-2串接，并连接于母线负极与地之间。其中：R₁＝R₂＝R₀，R₃＝R₅＝...＝R_2n-1＝(n-1)R_C，R₄＝R₆＝...＝R_2n＝(n-1)R_C。

该电路进行绝缘监测的工作过程为：

1.负极对地不平衡电阻切换开关K1、K3…K2n-3与正极对地不平衡电阻切换开关K2、K4…K2n-2断开时，测量正极对地电压U₀₊和负极对地电压U_0-；

2.依次闭合正极对地不平衡电阻切换开关K2、K4…K2n-2，两个开关闭合之间要有一段延迟时间t_Δ；

3.当所有正极对地不平衡电阻切换开关K2、K4…K2n-2闭合后，测量正极对地电压U₁₊和负极对地电压U_1-；

4.依次断开正极对地不平衡电阻切换开关K2、K4…K2n-2，两个开关闭合之间要有一段延迟时间t_Δ，

5.依次闭合负极对地不平衡电阻切换开关K1、K3…K2n-3，两个开关闭合之间要有一段延迟时间t_Δ；

6.当所有负极对地不平衡电阻切换开关K1、K3…K2n-3闭合后，测量正极对地电压U₂₊和负极对地电压U_2-；

7.依次断开负极对地不平衡电阻切换开关K1、K2…Kn-2，两个开关闭合之间要有一段延迟时间t_Δ；

8.按以下公式计算母线正极对地绝缘电阻R₊和母线负极对地绝缘电阻R_-：

$R_{+}=\frac{R_0{R}_C(U_{1-}-U_{2-})}{R_0{U}_{2-}-R_C(U_{1-}-U_{2-})};$ $R_{-}=\frac{R_0{R}_c(U_{2+}-U_{1+})}{R_0{U}_{1+}-R_c(U_{2+}-U_{1+})}$

或

$R_{+}=\frac{R_0{R}_c(U_{0+}{U}_{2-}-U_{2+}{U}_{0-})}{R_0{U}_{0-}{U}_{2-}-R_c(U_{0+}{U}_{2-}-U_{2+}{U}_{0-})};$ $R_{-}=\frac{R_0{R}_c(U_{2+}{U}_{0-}-U_{0+}{U}_{2-})}{R_0{U}_{0+}{U}_{2-}-R_c(U_{2+}{U}_{0-}-U_{0+}{U}_{2-})}$

或

$R_{+}=\frac{R_0{R}_c(U_{0+}{U}_{1-}-U_{1+}{U}_{0-})}{R_0{U}_{1+}{U}_{0-}-R_c(U_{0+}{U}_{1-}-U_{1+}{U}_{0-})};$ $R_{-}=\frac{R_0{R}_c(U_{1+}{U}_{0-}-U_{0+}{U}_{1-})}{R_0{U}_{0+}{U}_{1+}-R_c(U_{1+}{U}_{0-}-U_{0+}{U}_{1-})}.$

当正、负极对地不平衡电阻值在定义域(0，+∞)内时，U_Δ1与U_Δ2关于正、负极对地不平衡电阻值是连续的可导的，所以当依次闭合正、负极对地不平衡电阻切换开关K2、K4…K2n-2与K1、K3…K2n-3，使正、负极对地不平衡电阻逐渐呈阶梯状减小时，或者依次断开正、负极对地不平衡电阻切换开关K2、K4…K2n-2与K1、K3…K2n-3，使正负极对地不平衡电阻逐渐呈阶梯状增大时，母线对地电压的瞬时变化量U_Δ1与U_Δ2较小，不会引起母线对地电压值的瞬时过大的波动。

Claims (5)

1.一种可减小母线电压波动的直流绝缘监测***，包括平衡桥电路和不平衡桥电路两部分，平衡桥电路由接在母线正极与地之间的平衡电阻以及接在母线负极与地之间的平衡电阻组成，其特征在于：

所述不平衡桥电路由负极对地不平衡电阻、负极对地不平衡电阻切换开关、正极对地不平衡电阻、正极对地不平衡电阻切换开关构成；

负极对地不平衡电阻与负极对地不平衡电阻切换开关串接并连接于母线负极与地之间；正极对地不平衡电阻与正极对地不平衡电阻切换开关串接并连接于母线正极与地之间；

在所述不平衡桥电路的负极对地不平衡电阻与正极对地不平衡电阻中，至少有一个电阻的阻值是可变的。

2.如权利要求1所述的可减小母线电压波动的直流绝缘监测***，其特征在于：

所述负极对地不平衡电阻是单个电阻，所述负极对地不平衡电阻切换开关是单个开关。

3.如权利要求1所述的可减小母线电压波动的直流绝缘监测***，其特征在于：

所述负极对地不平衡电阻由若干个电阻经串联、或经并联或经串并联构成；所述负极对地不平衡电阻切换开关为多个开关。

4.如权利要求1所述的可减小母线电压波动的直流绝缘监测***，其特征在于：

所述正极对地不平衡电阻是单个电阻，所述正极对地不平衡电阻切换开关是单个开关。

5.如权利要求1所述的可减小母线电压波动的直流绝缘监测***，其特征在于：

所述正极对地不平衡电阻由若干个电阻经串联、或经并联或经串并联构成；所述正极对地不平衡电阻切换开关为多个开关。

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