直流系統絕緣監測裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種監測裝置，特別涉及一種直流系統絕緣監測裝置，尤其是直流系統發生交流竄入時的絕緣監測及定位。包括第一CPU處理器、第二CPU處理器和第三CPU處理器，第一CPU處理器通過雙端口RAM連接第二CPU處理器，第二CPU處理器通過RS458接口連接第三CPU處理器，第一CPU處理器連接第一采樣電路和直流電壓輸入電路，第二CPU處理器連接液晶顯示電路和存儲器，第三CPU處理器連接第二采樣電路和支路傳感器輸入電路。本實用新型當直流系統發生交流竄入故障時能夠監測直流系統絕緣電阻、定位故障支路、計算發生交流竄入支路的交流輸入阻抗；未發生交流竄入故障時，能夠監測直流系統絕緣電阻、定位絕緣降低支路，便于現場人員對直流系統的安全運行進行維護。
【專利說明】直流系統絕緣監測裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型公開一種監測裝置，特別涉及一種直流系統絕緣監測裝置，尤其是直流系統發生交流竄入時的絕緣監測及定位。
【背景技術】
[0002]直流電源的安全可靠運行對于變電站的安全可靠運行至關重要。但由于直流電源供電設備多，供電線纜長，在實際運行中經常出現直流接地等故障。雖然直流系統浮地運行，單點接地不影響系統的正常運行，但必須盡快查找故障予以消除，否則發生第二點接地時，就會造成繼電器或保護裝置誤動作，引起嚴重后果。目前，變電站中普遍使用了直流系統絕緣及選線裝置，起到了較好的效果。
[0003]在實際運行中，有一種特殊的接地故障破壞性更大，這就是交流電竄入直流系統。由于一個屏柜內既有交流電，又有直流電，供電線纜又較長，交直流端子相隔較近，經常會因為誤接線或絕緣降低，導致交流電竄入直流系統，引起絕緣監測裝置報直流接地故障。這種故障嚴重時會導致設備損壞，或保護設備誤動，給變電站安全運行帶來嚴重影響。交流竄入直流系統基本可以分為兩類，一類是交流電直接接入到直流系統，另一類是交流電通過阻性負載接入直流系統。目前變電站現場對“交流竄入直流故障”缺乏有效的監控手段和故障告警措施，更是難以區分到底是發生哪一種情況的交流竄入。
實用新型內容
[0004]根據以上現有技術中的不足，本實用新型要解決的問題是:提供一種能有效監測直流系統的交流竄入故障，準確定位交流竄入支路，并且能計算出交流竄入直流時的系統絕緣電阻及支路絕緣電阻的直流系統絕緣監測裝置。
[0005]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0006]所述的直流系統絕緣監測裝置，包括第一 CPU處理器、第二 CPU處理器和第三CPU處理器，第一 CPU處理器通過雙端口 RAM連接第二 CPU處理器，第二 CPU處理器通過RS458接口連接第三CPU處理器，第一 CPU處理器連接第一采樣電路和直流電壓輸入電路，第二CPU處理器連接液晶顯示電路和存儲器，第三CPU處理器連接第二采樣電路和支路傳感器輸入電路。
[0007]直流系統絕緣監測裝置的第一 CPU處理器控制第一采樣電路，并進行數據計算及處理，同時將最終數據通過雙端口 RAM傳遞給第二 CPU處理器；第二 CPU處理器控制液晶顯示電路、負責與存儲器的數據交互，同時負責與第三CPU處理器進行數據通訊，第三CPU處理器負責控制第二采樣電路，并與第二 CPU處理器通過RS485接口進行數據通訊。液晶采用串口液晶屏，液晶顯示通過第二 CPU處理器的通訊接口來進行控制，通過設置TXD、RXD為收發端口，BUSY為液晶忙狀態輸出，高電平為忙，低電平為空閑。第二 CPU處理器通過地址總線、數據總線、控制總線與存儲器的FLASH芯片進行數據讀寫操作，地址總線發送要讀寫的數據地址，數據總線呈現鎖定地址中的實際數據，控制總線控制讀寫操作及時鐘信號。雙端口 RAM具有兩套地址總線、數據總線、控制總線，允許兩片CPU分別對其進行數據讀寫操作，第一 CPU處理器寫入雙端口 RAM的數據可以被第二 CPU處理器讀取，第二 CPU處理器寫入雙端口 RAM的數據也可以被第一 CPU處理器讀取，兩片CPU通過雙端口 RAM進行數據交互。第二 CPU處理器和第三CPU處理器之間通過RS485通訊接口進行數據通訊，兩者為主從方式，第二 CPU處理器作為主控方，第三CPU處理器作為受控方，第二 CPU處理器要求第三CPU處理器發送數據時，第三CPU處理器才將數據發送給第二 CPU處理器。
[0008]進一步地優選，第一采樣電路包括并聯連接的交流電壓采樣電路和直流對地電壓采樣電路，交流電壓采樣電路通過第一放大電路后連接AD芯片，直流對地電壓采樣電路通過第二放大電路連接AD芯片，AD芯片連接第一 CPU處理器，第一 CPU處理器通過OTl端口和0T2端口分別連接控制繼電器Kl和控制繼電器K2，控制繼電器Kl和控制繼電器K2與交流電壓采樣電路和直流對地電壓采樣電路并聯設置。
[0009]進一步地優選，交流電壓采樣電路包括電容Cl、電容C2、采樣電阻Rl和采樣電阻R2,
[0010]電容Cl和采樣電阻Rl的串聯支路連接在電壓正極和地之間，電容C2和采樣電阻R2的串聯支路連接在電壓負極和地之間，電容Cl和采樣電阻Rl的公共端連接第一放大電路的運算運算放大器ARl，電容C2和采樣電阻R2的公共端連接第一放大電路的運算放大器AR2，運算放大器ARl和運算放大器AR2連接AD芯片，直流對地電壓采樣電路包括平衡橋電路電阻R3、平衡橋電路電阻R4、米樣電阻R5和米樣電阻R6,平衡橋電路電阻R3和平衡橋電路電阻R4相同，米樣電阻R5和米樣電阻R6相同，平衡橋電路電阻R3和米樣電阻R5的串聯支路連接在電壓正極和地之間，平衡橋電路電阻R4和采樣電阻R6的串聯支路連接在電壓負極和地之間，平衡橋電路電阻R3和采樣電阻R5的公共端連接第二放大電路的運算放大器AR3，平衡橋電路電阻R4和采樣電阻R6的公共端連接第二放大電路的運算放大器AR4，運算放大器AR3和運算放大器AR4連接AD芯片，AD芯片連接第一 CPU處理器，控制繼電器Kl和檢測橋電路電阻R7的串聯支路連接在電壓正極和地之間，控制繼電器K2和檢測橋電路電阻R8的串聯支路連接在電壓負極和地之間，控制繼電器Kl通過OTl端口連接第一 CPU處理器，控制繼電器K2通過0T2端口連接第一 CPU處理器。電容Cl和電容C2具有隔直流通交流的功能，電阻Rl和電阻R2為采樣電阻。當發生交流竄入故障時，電阻Rl和電阻R2兩端的電壓會發生變化，電壓通過運放放大器AR1，AR2輸入到AD芯片，AD模數轉換芯片對其數據變化之后，將數據傳遞給第一 CPU處理器，第一 CPU處理器通過快速傅里葉變換計算出交流侵入的電壓大小。電阻R3，電阻R4為平衡橋電路電阻，電阻R5，電阻R6組成直流對地電壓采樣電路，其中，R3=R4，R5=R6。其中電阻R5，電阻R6為直流正負極對地電壓采樣電阻，電阻R5，電阻R6兩端電壓通過運放電路的運算放大器AR3，運算放大器AR4輸入到AD芯片，AD芯片將轉化的數字量傳遞給第一 CPU處理器，第一 CPU處理器通過數字信號處理計算出正負極對地電壓的大小。第一 CPU處理器通過0T1、0T2兩個端口控制繼電器Kl，控制繼電器K2的開合狀態。控制繼電器Kl閉合、控制繼電器K2斷開時，第一 CPU處理器得到正負極對地電壓值KM1+，KMl-;控制繼電器Kl斷開、控制繼電器K2閉合時，第一 CPU處理器得到正負極對地電壓值KM2+，KM2-，通過數學計算得到直流系統正負對地電阻。
[0011]進一步地優選，第二采樣電路包括連接在電壓正負極兩端的帶負載的支路，支路上設置有傳感器，傳感器通過第三放大電路的運算放大器AR5后連接第三CPU處理器內的模數轉換電路ADl。第二采樣電路主要負責采集各個支路傳感器的輸出電壓，傳感器的輸出電壓通過運放電路的運算放大器AR5輸入到第三CPU處理器內部集成的ADl中，第三CPU處理器通過讀取ADl轉化的數據并進行計算后得到傳感器的輸出電壓值。傳感器采用直流漏電流傳感器，當支路絕緣良好時，傳感器的輸出為一個固定值，當支路絕緣不良時，傳感器的輸出會有變化，支路絕緣越差，傳感器輸出變化越大。
[0012]進一步地優選，第一 CPU處理器、第二 CPU處理器采用TMS320F28335，第三CPU處理器采用C8051F120。采用TMS320F28335，高速數字信號處理器，數據處理能力強勁，能夠在20ms內判斷出是否發生交流竄入故障；采用C8051F120，為功能最強的51單片機，能夠對傳感器輸出電壓進行高速采集。
[0013]本實用新型所具有的有益效果是:
[0014]所述的直流系統絕緣監測裝置當直流系統發生交流竄入故障時能夠監測直流系統絕緣電阻、定位故障支路、計算發生交流竄入支路的交流輸入阻抗；未發生交流竄入故障時，能夠監測直流系統絕緣電阻、定位絕緣降低支路，便于現場人員對直流系統的安全運行進行維護，結構簡單，實用性高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型原理框圖；
[0016]圖2為本實用新型液晶顯不電路連接圖；
[0017]圖3為本實用新型存儲器控制電路連接圖；
[0018]圖4為本實用新型第一 CPU處理器和第二 CPU處理器連接圖；
[0019]圖5為本實用新型第二 CPU處理器和第三CPU處理器連接圖；
[0020]圖6為本實用新型第一采樣電路連接圖；
[0021 ] 圖7為本實用新型第一采樣電路連接圖；
[0022]圖8為本實用新型交流故障模擬圖；
[0023]其中，C1-C2、電容；R1、R2、R5、R6、采樣電阻；R3、R4、平衡橋電路電阻；R7、R8、檢測橋電路電阻；R9、交流侵入阻抗；AR1-AR5、運算放大器；KM1+、KM2+、正對地電壓；KM1_、KM2-、負對地電壓；K1-K2、控制繼電器。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖對本實用新型的實施例做進一步描述:
[0025]如圖1至圖5所示，本實用新型所述的直流系統絕緣監測裝置，包括第一 CPU處理器、第二 CPU處理器和第三CPU處理器，第一 CPU處理器通過雙端口 RAM連接第二 CPU處理器，第二 CPU處理器通過RS458接口連接第三CPU處理器，第一 CPU處理器連接第一采樣電路和直流電壓輸入電路，第二 CPU處理器連接液晶顯示電路和存儲器，第三CPU處理器連接第二采樣電路和支路傳感器輸入電路。
[0026]其中，如圖6所示，第一采樣電路包括并聯連接的交流電壓采樣電路和直流對地電壓采樣電路，交流電壓采樣電路通過第一放大電路后連接AD芯片，直流對地電壓采樣電路通過第二放大電路連接AD芯片，AD芯片連接第一 CPU處理器，第一 CPU處理器通過OTl端口和0Τ2端口分別連接控制繼電器Kl和控制繼電器Κ2，控制繼電器Kl和控制繼電器Κ2與交流電壓采樣電路和直流對地電壓采樣電路并聯設置。交流電壓采樣電路包括電容Cl、電容C2、采樣電阻Rl和采樣電阻R2，電容Cl和采樣電阻Rl的串聯支路連接在電壓正極和地之間，電容C2和采樣電阻R2的串聯支路連接在電壓負極和地之間，電容Cl和采樣電阻Rl的公共端連接第一放大電路的運算運算放大器ARl，電容C2和采樣電阻R2的公共端連接第一放大電路的運算放大器AR2，運算放大器ARl和運算放大器AR2連接AD芯片，直流對地電壓采樣電路包括平衡橋電路電阻R3、平衡橋電路電阻R4、采樣電阻R5和采樣電阻R6，平衡橋電路電阻R3和平衡橋電路電阻R4相同，米樣電阻R5和米樣電阻R6相同，平衡橋電路電阻R3和采樣電阻R5的串聯支路連接在電壓正極和地之間，平衡橋電路電阻R4和采樣電阻R6的串聯支路連接在電壓負極和地之間，平衡橋電路電阻R3和采樣電阻R5的公共端連接第二放大電路的運算放大器AR3，平衡橋電路電阻R4和采樣電阻R6的公共端連接第二放大電路的運算放大器AR4，運算放大器AR3和運算放大器AR4連接AD芯片，AD芯片連接第一 CPU處理器，控制繼電器Kl和檢測橋電路電阻R7的串聯支路連接在電壓正極和地之間，控制繼電器K2和檢測橋電路電阻R8的串聯支路連接在電壓負極和地之間，控制繼電器Kl通過OTl端口連接第一 CPU處理器，控制繼電器K2通過0T2端口連接第一 CPU處理器。
[0027]如圖7所示，第二采樣電路包括連接在電壓正負極兩端的帶負載的支路，支路上設置有傳感器，傳感器通過第三放大電路的運算放大器AR5后連接第三CPU處理器內的模數轉換電路ADl。第一 CPU處理器、第二 CPU處理器采用TMS320F28335，第三CPU處理器采用 C8051F120。
[0028]直流系統絕緣監測方法，其步驟包括:
[0029]I)接通電源后，第一 CPU處理器通過第一采樣電路實時采集直流系統中的交流電壓，正負極對地電壓，通過第一 CPU處理器內部進行精確計算，獲得電壓正負極對地絕緣電阻，然后將所獲得的交流電壓值，正負極對地電壓值和正負極對地絕緣電阻值存放至雙端口 RAM 中；
[0030]2)第二 CPU處理器通過讀取雙端口 RAM，得到交流電壓值，正負極對地電壓值和正負極對地絕緣電阻值，并將其發送至液晶顯示電路，通過液晶顯示屏進行實時顯示，并且把需要存儲的數據存放到存儲器中；
[0031]3)第二 CPU處理器通過雙端口 RAM中的數據判斷直流系統是否正常運行，當判定直流系統發生交流竄入或者絕緣電阻降低時，第二 CPU處理器通過雙端口 RAM控制第一 CPU處理器將控制繼電器Kl閉合，控制繼電器K2斷開，讀取此時正負極對地電壓KMl+和KMl-，同時，第二 CPU處理器通過RS485接口控制第三CPU處理器向其發送第二采樣電路采集的各支路傳感器的輸出數據II，然后第二 CPU處理器控制第一 CPU處理器將控制繼電器Kl斷開，控制繼電器K2閉合，讀取此時正負極對地電壓KM2+和KM2-，第二 CPU處理器再次通過RS485接口控制第三CPU處理器向其發送第二采樣電路采集的各支路傳感器的輸出數據12，最后，通過KM1+、KM1-、KM2+、KM2-、Il和12得到各支路的絕緣電阻值。
[0032]如圖8所示，當交流電源的火線通過R9經過支路I的正極竄入到直流系統。由于交流電源的內阻非常小，可以忽略不計；裝置即可計算出系統的絕緣電阻為40K，而支路I的傳感器輸出為支路I正極通過40K電阻直接接地時，支路I的漏電流值按比例轉化得到的電壓值。第二 CPU處理器通過計算即可得到支路I的交流竄入阻抗為40K。
[0033]本實用新型當直流系統發生交流竄入故障時能夠監測直流系統絕緣電阻、定位故障支路、計算發生交流竄入支路的交流輸入阻抗，未發生交流竄入故障時，能夠監測直流系統絕緣電阻，定位絕緣降低支路。
【權利要求】
1.一種直流系統絕緣監測裝置，包括第一 CPU處理器、第二 CPU處理器和第三CPU處理器，其特征在于:第一 CPU處理器通過雙端口 RAM連接第二 CPU處理器，第二 CPU處理器通過RS458接口連接第三CPU處理器，第一 CPU處理器連接第一采樣電路和直流電壓輸入電路，第二 CPU處理器連接液晶顯示電路和存儲器，第三CPU處理器連接第二采樣電路和支路傳感器輸入電路。
2.根據權利要求1所述的直流系統絕緣監測裝置，其特征在于:所述的第一采樣電路包括并聯連接的交流電壓采樣電路和直流對地電壓采樣電路，交流電壓采樣電路通過第一放大電路后連接AD芯片，直流對地電壓采樣電路通過第二放大電路連接AD芯片，AD芯片連接第一 CPU處理器，第一 CPU處理器通過OTl端口和0T2端口分別連接控制繼電器Kl和控制繼電器K2，控制繼電器Kl和控制繼電器K2與交流電壓采樣電路和直流對地電壓采樣電路并聯設置。
3.根據權利要求2所述的直流系統絕緣監測裝置，其特征在于:所述的交流電壓采樣電路包括電容Cl、電容C2、采樣電阻Rl和采樣電阻R2，電容Cl和采樣電阻Rl的串聯支路連接在電壓正極和地之間，電容C2和采樣電阻R2的串聯支路連接在電壓負極和地之間，電容Cl和采樣電阻Rl的公共端連接第一放大電路的運算放大器ARl，電容C2和采樣電阻R2的公共端連接第一放大電路的運算放大器AR2，運算放大器ARl和運算放大器AR2連接AD芯片，直流對地電壓采樣電路包括平衡橋電路電阻R3、平衡橋電路電阻R4、采樣電阻R5和米樣電阻R6，平衡橋電路電阻R3和平衡橋電路電阻R4相同，米樣電阻R5和米樣電阻R6相同，平衡橋電路電阻R3和采樣電阻R5的串聯支路連接在電壓正極和地之間，平衡橋電路電阻R4和采樣電阻R6的串聯支路連接在電壓負極和地之間，平衡橋電路電阻R3和采樣電阻R5的公共端連接第二放大電路的運算放大器AR3，平衡橋電路電阻R4和采樣電阻R6的公共端連接第二放大電路的運算放大器AR4，運算放大器AR3和運算放大器AR4連接AD芯片，AD芯片連接第一 CPU處理器，控制繼電器Kl和檢測橋電路電阻R7的串聯支路連接在電壓正極和地之間，控制繼電器K2和檢測橋電路電阻R8的串聯支路連接在電壓負極和地之間，控制繼電器Kl通過OTl端口連接第一 CPU處理器，控制繼電器K2通過0T2端口連接第一CPU處理器。
4.根據權利要求1所述的直流系統絕緣監測裝置，其特征在于:所述的第二采樣電路包括連接在電壓正負極兩端的帶負載的支路，支路上設置有傳感器，傳感器通過第三放大電路的運算放大器AR5后連接第三CPU處理器內的模數轉換電路ADl。
5.根據權利要求1所述的直流系統絕緣監測裝置，其特征在于:所述的第一CPU處理器、第二 CPU處理器采用TMS320F28335，第三CPU處理器采用C8051F120。
【文檔編號】G01R27/14GK203455412SQ201320605708
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年9月27日 優先權日:2013年9月27日
【發明者】徐學來, 張萬征, 劉國永, 許克 申請人:山東智洋電氣有限公司