(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 109541368 A(43)申请公布日 2019.03.29
(21)申请号 201811327100.X(22)申请日 2018.11.08
(71)申请人 贵阳英纳瑞电气有限公司
地址 550000 贵州省贵阳市南明区玉厂路
同欣苑A栋（A）2单元6楼2号房(72)发明人 毛举 石建辉 卢波
(74)专利代理机构 北京慕达星云知识产权代理
事务所(特殊普通合伙) 11465
代理人 李冉(51)Int.Cl.
G01R 31/02(2006.01)G01R 27/02(2006.01)G01R 27/14(2006.01)G01R 27/20(2006.01)
权利要求书2页 说明书6页 附图4页
(54)发明名称
一种用于直流系统母线绝缘检测的电路及检测方法(57)摘要
本发明公开了一种用于直流系统母线绝缘检测的电路，包括：平衡法电路和乒乓法电路；平衡法电路由平衡电阻R1、R2和电子开关S1、S2组成；R1的一端与负极母线连接，另一端与S1连接；R2的一端与正极母线连接，另一端与S2连接；上述两条支路均与大地连接；乒乓法电路由切换电阻R3、R4，切换电子开关S3、S4和采样电阻Rc组成；R3一端与负极母线连接，另一端与S3连接；R4一端与正极母线连接，另一端与S4连接；上述两条支路并联后串联采样电阻Rc再与大地连接。本发明提供了一种用于直流系统母线绝缘检测的电路及检测方法，既能准确检测任何形式绝缘下降或接地故障又能减少系统对地电压波动，同时满足直流系统绝缘检测的可靠性准确性，提高系统运行安全性。
CN 109541368 ACN 109541368 A
权 利 要 求 书
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1.一种用于直流系统母线绝缘检测的电路，其特征在于，包括：平衡法电路和乒乓法电路；所述平衡法电路与所述乒乓法电路并联设置在母线与大地之间；所述平衡法电路由平衡电阻和电子开关组成；所述平衡法电路包括两条平衡支路，且每条所述平衡支路均是由平衡电阻和电子开关串联而成；两条所述平衡支路分别接在负极母线与大地之间、正极母线与大地之间；所述乒乓法电路由切换电阻、切换电子开关和采样电阻组成；所述乒乓法电路包括两条乒乓法支路，且每条所述乒乓法支路由切换电阻和切换电子开关串联而成；两条所述乒乓法支路一端分别与负极母线、正极母线连接，另一端均串联所述采样电阻进行接地。
2.根据权利要求1所述的一种用于直流系统母线绝缘检测的电路，其特征在于，所述切换电阻、所述采样电阻阻值相同。
3.根据权利要求1所述的一种用于直流系统母线绝缘检测的电路，其特征在于，两条所述平衡支路上的平衡电阻阻值相等。
4.一种用于直流系统母线绝缘检测的检测方法，其特征在于，具体步骤包括如下：s1：设定绝缘告警值Rz1，Rz2；其中Rz1≥2*Rz2；s2：切换电子开关断开，电子开关闭合，启动平衡法电路，由平衡法检测系统正极母线对地电压U+，负极母线对地电压U-，根据电工原理推导出直流系统的第一绝缘电阻R+、第二绝缘电阻R-的计算公式为：
公式(1)、(2)中R＝R1＝R2；其中R1,R2为平衡电阻的阻值；s3：将s2步骤计算出的系统第一绝缘电阻R+，第二绝缘电阻R-与s1步骤设定的绝缘告警值Rz1进行比较判断：R+≤Rz1或R-≤Rz1是否成立，若不成立，返回执行s2步骤；若成立，执行s4步骤；
s4：电子开关断开，退出平衡法电路；切换电子开关交替闭合，启动乒乓法电路，由乒乓法检测系统母线电压U、闭合其中一个切换电子开关采样电阻两端电压的Uc+和Uc-，根据检测出的电压Uc+、Uc-和母线电压U，并计算系统第一绝缘电阻R+和第二绝缘电阻R-，根据电工原理推导出R+，R-的计算公式为：
公式(3)、(4)中Rc＝R3＝R4；其中，Rc表示采样电阻的阻值；R3,R4表示切换电阻的阻值；
s5：将s4步骤计算出的系统第一绝缘电阻R+，第二绝缘电阻R-与s1步骤设定的绝缘告警值Rz2进行比较判断R+≤Rz2或R-≤Rz2是否成立，若不成立，返回执行s2步骤；若成立，执行s6步骤；
s6：输出直流系统的第一绝缘电阻R+，第二绝缘电阻R-。
5.根据权利要求4所述的一种用于直流系统母线绝缘检测的检测方法，其特征在于，将
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权 利 要 求 书
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所述s1替换为设定绝缘告警值Rz和电压偏差告警值Uz。
6.根据权利要求5所述的一种用于直流系统母线绝缘检测的检测方法，其特征在于，将所述s2替换为切换电子开关断开，电子开关闭合，启动平衡法电路，由平衡法法检测系统正极母线对地电压U+，负极母线对地电压U-，并计算母线对地电压偏差ΔU，计算公式为：
ΔU＝|U--U+| (5)。
7.根据权利要求6所述的一种用于直流系统母线绝缘检测的检测方法，其特征在于，将所述s3替换为s2步骤计算出的系统母线对地电压偏差ΔU与s1步骤设定的电压偏差告警值Uz进行比较判断：ΔU≥Uz是否成立，若不成立，返回执行s2步骤；若成立，执行s4步骤。
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说 明 书
一种用于直流系统母线绝缘检测的电路及检测方法
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技术领域
[0001]本发明涉及绝缘检测技术领域，更具体的说是涉及一种用于直流系统母线绝缘检测的电路及检测方法。
背景技术
[0002]直流系统任何一点发生绝缘下降或接地故障，都直接反应到母线绝缘上来，所以母线绝缘检测是直流系统绝缘检测最直接最有效的方式，传统的应用最广泛的母线绝缘检测方法是平衡电桥原理，平衡电阻RP+和RP-组成平衡电桥，分别直接连接在正极U+和大地、负极U-和大地之间，R+和R-是正极负极对地绝缘，U+是正极对地电压，U-是负极对地电压，通过平衡电桥可测量出U+、U-大小，进一步平衡法检测计算正负极对地绝缘R+和R-的方法如下：[0003](1)当系统正负极对地电压相等，即U+＝U-时，判断系统绝缘正常(无接地)。[0004](2)当系统正负极对地电压不再相等时，系统发生一点接地(正极一点接地或负极一点接地)，若正极一点接地，根据公式(1)：
[0005][0006][0007][0008][0009]
可以算出正极对地绝缘电阻R+。
负极一点接地，根据公式(2)：
可以算出负极对地绝缘电阻R-。
(3)当系统发生两极不均等接地时，则有R+≠R-，U+≠U-，根据公式(3)：
此时，将R+与R-中较大的一个看作∞(无穷大)，按一点接地情况求解，但是求得的绝缘电阻值误差大。[0011](4)当系统发生两极均等接地时，R+＝R-。[0012]此时，系统电压U+＝U-，误报绝缘正常，存在检测死区。[0013]由此，可以总结出平衡法优缺点，其优点在于检测速度快，静态检测对地电压无波动；其缺点在于两极绝缘下降或接地时检测误差大，更不能检测正负极均等绝缘下降或接地故障。
[0014]为克服平衡电桥原理的缺陷，有人提出了乒乓切换法来检测直流系统母线绝缘，采样电阻Rc和电子开关S1、S2组成乒乓切换检测电路，R+和R-是正极负极对地绝缘，U是直流母线电压，U+是正极对地电压，U-是负极对地电压，通过电子开关S1、S2按一定的规律交替接通与断开，测量电阻Rc两端对地电压大小。[0015]当S1闭合，S2断开时，测Rc两端负对地电压U-；[0016]当S1断开，S2闭合时，测Rc两端正对地电压U+；[0017]测出母线电压U，正负极对地电压U+、U-，根据电路原理列解方程组，就可算出正极
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[0010]
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说 明 书
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负极对地绝缘R+和R-。
[0018]
[0019][0020]
乒乓切换法的优点在于能准确检测任何形式绝缘下降或接地故障；缺点在于导致
直流系统正负极对地电压长期波动，对地电压波动会给直流系统的运行带来安全隐患，最严重的是如果其电子开关S1、S2发生同时闭合将会导致系统正负极直接短路，直接引发严重电力事故。
[0021]由于上述两种原理都存在技术缺陷，已不能满足直流系统绝缘检测及直流系统安全运行的需求，因此，如何提供一种既能准确检测任何形式绝缘下降或接地故障又能减少系统对地电压波动的检测电路及方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
[0022]有鉴于此，本发明提供了一种用于直流系统母线绝缘检测的电路及检测方法，既能准确检测任何形式绝缘下降或接地故障又能减少系统对地电压波动，同时满足直流系统绝缘检测的可靠性准确性，提高系统运行安全性。[0023]为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：[0024]一种用于直流系统母线绝缘检测的电路，包括：平衡法电路和乒乓法电路；所述平衡法电路与所述乒乓法电路并联设置在母线与大地之间；所述平衡法电路由平衡电阻和电子开关组成；所述平衡法电路包括两条平衡支路，且每条所述平衡支路均是由平衡电阻和电子开关串联而成；两条所述平衡支路分别接在负极母线与大地之间、正极母线与大地之间；所述乒乓法电路由切换电阻、切换电子开关和采样电阻组成；所述乒乓法电路包括两条乒乓法支路，且每条所述乒乓法支路由切换电阻和切换电子开关串联而成；两条所述乒乓法支路一端分别与负极母线、正极母线连接，另一端均串联所述采样电阻进行接地。[0025]优选的，在上述的一种用于直流系统母线绝缘检测的电路中，所述切换电阻、所述采样电阻阻值相同。[0026]优选的，在上述的一种用于直流系统母线绝缘检测的电路中，两条所述平衡支路上的平衡电阻阻值相等。
[0027]一种用于直流系统母线绝缘检测的检测方法一，具体步骤包括如下：[0028]s1：设定绝缘告警值Rz1，Rz2；其中Rz1≥2*Rz2；[0029]s2：切换电子开关断开，电子开关闭合，启动平衡法电路，由平衡法检测系统正极母线对地电压U+，负极母线对地电压U-，根据电工原理推导出直流系统的第一绝缘电阻R+、第二绝缘电阻R-的计算公式为：
[0030][0031][0032]
公式(1)、(2)中R＝R1＝R2；其中R1,R2为平衡电阻的阻值；
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说 明 书
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s3：将s2步骤计算出的系统第一绝缘电阻R+，第二绝缘电阻R-与s1步骤设定的绝缘
告警值Rz1进行比较判断：R+≤Rz1或R-≤Rz1是否成立，若不成立，返回执行s2步骤；若成立，执行s4步骤；[0034]s4：电子开关断开，退出平衡法电路；切换电子开关交替闭合，启动乒乓法电路，由乒乓法检测系统母线电压U、闭合其中一个切换电子开关采样电阻两端电压的Uc+和Uc-，根据检测出的电压Uc+、Uc-和母线电压U，并计算系统第一绝缘电阻R+和第二绝缘电阻R-，根据电工原理推导出R+，R-的计算公式为：
[0035]
[0036][0037]
公式(3)、(4)中Rc＝R3＝R4；其中，Rc表示采样电阻的阻值；R3,R4表示切换电阻的
阻值；
s5：将s4步骤计算出的系统第一绝缘电阻R+，第二绝缘电阻R-与s1步骤设定的绝缘告警值Rz2进行比较判断R+≤Rz2或R_≤Rz2是否成立？若不成立，返回执行s2步骤；若成立，执行s6步骤；[0039]s6：输出直流系统的第一绝缘电阻R+，第二绝缘电阻R_。[0040]一种用于直流系统母线绝缘检测的检测方法二，具体步骤包括如下：[0041]s1：设定绝缘告警值Rz和电压偏差告警值Uz；[0042]s2：切换电子开关断开，电子开关闭合，启动平衡法电路，由平衡法法检测系统正极母线对地电压U+，负极母线对地电压U_，并计算母线对地电压偏差ΔU，计算公式为：[0043]ΔU＝|U--U+| (5)；[0044]s3：将s2步骤计算出的系统母线对地电压偏差ΔU与s1步骤设定的电压偏差告警值Uz进行比较判断：ΔU≥Uz是否成立，若不成立，返回执行s2步骤；若成立，执行s4步骤。[0045]s4：电子开关断开，退出平衡法电路；切换电子开关交替闭合，启动乒乓法电路，由乒乓法检测系统母线电压U、闭合其中一个切换电子开关采样电阻两端电压的Uc+和Uc-；根据检测出的电压Uc+、Uc-和母线电压U，并计算系统第一绝缘电阻R+，第二绝缘电阻R_，根据电工原理推导出系统第一绝缘电阻R+，第二绝缘电阻R_的计算公式为：
[0046][0038]
[0047]
公式(6)、(7)中Rc＝R3＝R4，其中Rc为采样电阻的阻值，R3,R4为切换电阻的阻值；[0049]s5：将s4步骤计算出的系统第一绝缘电阻R+，第二绝缘电阻R_与s1步骤设定的绝缘告警值Rz进行比较判断R+≤Rz或R-≤Rz是否成立？若不成立，返回执行s2步骤；若成立，执行s6步骤；[0050]s6：输出直流系统的第一绝缘电阻R+，第二绝缘电阻R-。[0051]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种用于直流系
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[0048]
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统母线绝缘检测的电路及检测方法，将平衡法与乒乓法进行改进融合，形成一种新的直流系统母线绝缘检测方法，既能检测任何形式的接地故障，又最大限度地避免了系统对地电压波动；提供了两种检测直流系统母线绝缘及对绝缘进行判定和输出的方法，为直流系统母线绝缘的检测和判定提供一项新颖的可行性技术方案。
附图说明
[0052]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0053]图1附图为本发明的现有技术中平衡法电路原理图；[0054]图2附图为本发明的现有技术中乒乓法电路原理图；[0055]图3附图为本发明的电路原理图；
[0056]图4附图为本发明的检测方法一流程图；[0057]图5附图为本发明的检测方法二流程图。
具体实施方式
[0058]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0059]本发明实施例公开了一种用于直流系统母线绝缘检测的电路及检测方法，将平衡法与乒乓法进行改进融合，形成一种新的直流系统母线绝缘检测方法，既能检测任何形式的接地故障，又最大限度地避免了系统对地电压波动；提供了两种检测直流系统母线绝缘及对绝缘进行判定和输出的方法，为直流系统母线绝缘的检测和判定提供一项新颖的可行性技术方案。
[0060]如图3所示，一种用于直流系统母线绝缘检测的电路，包括：平衡法电路和乒乓法电路；平衡法电路与乒乓法电路并联设置在母线与大地之间；平衡法电路由平衡电阻R1、R2和电子开关S1、S2组成；
[0061]R1的一端与负极母线连接，另一端与S1连接；R2的一端与正极母线连接，另一端与S2连接；上述两条支路均与大地连接；[0062]乒乓法电路由切换电阻R3、R4，切换电子开关S3、S4和采样电阻Rc组成；R3一端与负极母线连接，另一端与S3连接；R4一端与正极母线连接，另一端与S4连接；上述两条支路并联后串联采样电阻Rc再与大地连接；[0063]为了进一步优化上述技术方案，切换电阻、采样电阻阻值相同。[0064]为了进一步优化上述技术方案，两条平衡支路上的平衡电阻阻值相等。[0065]如图4所示，一种用于直流系统母线绝缘检测的检测方法一，具体步骤包括如下：[0066]s1：设定绝缘告警值Rz1，Rz2；其中Rz1≥2*Rz2；绝缘告警值的设定是人工根据直流系统正常工作时的绝缘下降的极限电阻值进行设定。
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s2：切换电子开关S3、S4断开，退出乒乓法电路；电子开关S1、S2闭合，启动平衡法
电路，由平衡法检测系统正极母线对地电压U+，负极母线对地电压U-，根据电工原理推导出直流系统的第一绝缘电阻R+、第二绝缘电阻R_的计算公式为：
[0068][0069]
公式(1)、(2)中R＝R1＝R2；其中R1,R2为平衡电阻的阻值；[0071]s3：将s2步骤计算出的系统第一绝缘电阻R+，第二绝缘电阻R-与s1步骤设定的绝缘告警值Rz1进行比较判断：R+≤Rz1或R_≤Rz1是否成立？若不成立，返回执行s2步骤；若成立，执行s4步骤；[0072]s4：电子开关S1、S2断开，退出平衡法电路；切换电子开关S3、S4交替闭合，启动乒乓法电路，由乒乓法检测系统母线电压U、闭合S4，断开S3，采样电阻两端电压的Uc+和闭合S3，断开S4，采样电阻两端电压的Uc-，根据检测出的电压Uc+、Uc-和母线电压U，并计算系统第一绝缘电阻R+和第二绝缘电阻R_，根据电工原理推导出R+，R-的计算公式为：
[0073]
[0070]
[0074][0075]
公式(3)、(4)中Rc＝R3＝R4；其中，Rc表示采样电阻的阻值；R3,R4表示切换电阻的
阻值；
s5：将s4步骤计算出的系统第一绝缘电阻R+，第二绝缘电阻R_与s1步骤设定的绝缘告警值Rz2进行比较判断R+≤Rz2或R_≤Rz2是否成立？若不成立，返回执行s2步骤；若成立，执行s6步骤；[0077]s6：输出直流系统的第一绝缘电阻R+，第二绝缘电阻R-。[0078]如图5所示，一种用于直流系统母线绝缘检测的检测方法二，具体步骤包括如下：[0079]s1：设定绝缘告警值Rz和电压偏差告警值Uz；绝缘告警值的设定是人工根据直流系统正常工作时的绝缘下降的极限电阻值和绝缘下降对地电压偏差的极限值进行设定。[0080]s2：切换电子开关S3、S4断开，退出乒乓法电路；电子开关S1、S2闭合，启动平衡法电路，由平衡法检测系统正极母线对地电压U+，负极母线对地电压U-，并计算母线对地电压偏差ΔU，计算公式为：[0081]ΔU＝|U--U+| (5)；[0082]s3：将s2步骤计算出的系统母线对地电压偏差ΔU与s1步骤设定的电压偏差告警值Uz进行比较判断：ΔU≥Uz是否成立？若不成立，返回执行s2步骤；若成立，执行s4步骤。[0083]s4：电子开关S1、S2断开，退出平衡法电路；切换电子开关S3、S4交替闭合，启动乒乓法电路，由乒乓法检测系统母线电压U、闭合其中一个切换电子开关采样电阻两端电压的Uc+和Uc-；根据检测出的电压Uc+、Uc-和母线电压U，并计算系统第一绝缘电阻R+，第二绝缘电阻R-，根据电工原理推导出系统第一绝缘电阻R+，第二绝缘电阻R-的计算公式为：
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[0085]
公式(6)、(7)中Rc＝R3＝R4，其中Rc为采样电阻的阻值，R3,R4为切换电阻的阻值；
[0087]s5：将s4步骤计算出的系统第一绝缘电阻R+，第二绝缘电阻R-与s1步骤设定的绝缘告警值Rz进行比较判断R+≤Rz或R-≤Rz是否成立？若不成立，返回执行s2步骤；若成立，执行s6步骤；[0088]s6：输出直流系统的第一绝缘电阻R+，第二绝缘电阻R-，其中，第一绝缘电阻R+，第二绝缘电阻R-表示绝缘下降的值。
[0089]本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0090]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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说 明 书 附 图
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说 明 书 附 图
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说 明 书 附 图
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说 明 书 附 图
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