专利名称：直流系统中的分布式绝缘监测和接地故障自动定位仪的制作方法
技术领域：
本实用新型是涉及一种在发电厂、变电站中直流系统的绝缘监测和接地故障定位用的分布式绝缘监测和接地故障自动定位仪。
电力系统的操作电源通常采用直流，直流接地则是直流系统常见的故障之一。当直流系统发生两点接地时，可能造成自动化装置、控制电路以及继电保护装置的误动作，从而引发严重的电力系统事故，如区域性停电等。所以在电力系统中对直流系统及其用电设备的绝缘监测是保证电力系统安全运行所不可缺少的。为了避免直流系统发生两点接地，要求绝缘监测设备当直流系统发生一点接地时，能立即检测出接地点，并当绝缘下降到一定值时发出报警信号，以便运行人员迅速排除接地故障。目前采用的检测是向直流系统叠加交流信号和直流漏电流，这两种检测用的绝缘监测设备均为集中式支路检测。由于每条支路连接了多个用电设备，若要确定接地点，运行人员需用钳形表辅助检测才能故障定位。如《电测与仪表》2001年第1期“基于漏电流检测的直流接地探测系统”中所述。现有的绝缘监测技术的最大不足是靠人工去检查确定故障接地点，工作效率低。有时确定一个故障接地点需要花费几天的时间，劳动强度大，因而不能可靠地保证电力系统的安全运行；而且接地电阻测量范围小(有些设备只能测几+KΩ)；测量精度低(母线测量误差在15％左右，支路测量误差在25％左右)；为了确定接地支路向直流系统注入交流信号，实际上是给直流系统加了一个干扰源，对直流系统的性能有一定的负面影响。另外，在双电源环状供电的直流系统中，目前现有绝缘监测设备的工作状况也很不理想。
本实用新型的目的是提供一种新型的直流系统中的分布式绝缘监测和接地故障自动定位仪，可有效地解决直流系统中绝缘监测和接地故障定位问题。
本实用新型的目的是这样来实现的，根据目前直流系统绝缘监测的情况，采用分布式监测原理，把支路测量视为点测量，即任意一条支路，不管支路连有多少台设备，都可以被看作一个测量点，任何一台单独的用电设备也被看作一个测量点，由一台从机实时监测和显示其电流、电压值及正极、负极接地的电阻值，并由主机相配合，显示出故障接地设备，并及时由运行人员排除接地故障，确保设备安全运行。据此，本实用新型采用主机和从机两部分构成，两部分经传输线相连，主机外壳前部的面板上有故障指示灯区、键盘输入区、显示器、后部背板上有接线端子、电源指示灯、开关，内部电路由中央处理电路，A/D转换电路，键盘输入电路，显示及报警指示电路，串行通讯电路，电源及附属电路构成，从机壳体前部的面板上有键盘、指示灯、后部背板上有接线端子，其内部电路由中央处理电路，A/D转换电路，键盘输入电路，显示及报警指示电路，串行通讯电路，电源及附属电路构成。
本实用新型其结构新颖独特，装配使用方便，可很好地解决直流系统中的绝缘监测和接地点的快速自动定位的问题，不仅能自动确定故障支路，也能够自动确定甚至距主控制室几百米之外的任意故障接地点。确保电力运行安全，具有显著的经济和社会效益。
以下结合附图对本实用新型的结构及使用情况作详细说明。
图1为主机部分外部立体图图2为主机后背板结构图图3为从机部分外部立体图图4为从机后背板结构图图5为主机部分内部电路图图6为从机部分内部电路图图1-图6所示，本实用新型是由主机部分和从机部分构成，主、从机部分均由外壳及其内部电路构成，主机部分外壳前面板1上有故障指示灯区2、键盘输入区3，其旁有液晶显示器4，后背板9左右两侧有接线端子5、8，中部有工作电源指示灯6、电源开关7、从机部分外壳前面板10上有两个数码管显示区12，并依次排列有为运行指示灯14、故障指示灯15、通讯指示灯16、运行指示灯1 7和键盘13，从机部分外壳后背板11上下部有接线端子18、19，主机部分、从机部分由壳体上接线端子经导线相连，主机部分电路由单片微控制器IC1、IC2，锁存器IC7、IC9，静态存储器IC8，A/D转换器IC3，编码器IC10，时钟发生器IC11，逻辑门电路IC12、IC13，通讯芯片IC4、IC5、IC6构成，IC1分别同IC2、IC4、IC7、IC8并联，同IC9、IC10串联，IC2由电阻及光电隔离器同IC3相连，IC5经开关和IC6相接，经开关、光电隔离器及电阻同IC1相连，IC9同并联的IC12、IC13相接，IC12、IC13并联接IC11；从机部分电路由单片微控制器IC14、显示译码及驱动芯片IC15、A/D转换器IC16、编码器IC17、通讯芯片IC18、LED显示器构成，IC14进出端分别接IC17、IC18、IC15，输出端经光电隔离器同IC16相接，IC15输出端上接有LED显示器，IC17输入端接排阻，IC18接IC14。
在上述所说的主机部分电路及从机部分电路中，其中所说的主机部分电路是IC1-IC13分别构成包括有中央处理及附属电路，A/D转换电路，键盘输入电路，显示及报警指示电路，RS232/RS485串行异步通讯电路，电源电路等，各电路由图5给出，说明如下1.中央处理电路由IC1、IC2、IC7、IC8构成主机部分的中央处理电路，其中IC1，IC2为美国MICROCHIP公司生产的单片微控器，型号为PIC16F877，IC7为锁存器，型号为SN74HC573，IC8为静态存储器(SRAM)，型号为6264。IC1的19-22、27-30脚与IC2的19-22、27-30脚相连、与IC7的2-9脚相连、与IC8的11-13，15-19脚相连，IC1的24脚与IC7的11脚相连，IC1的8、9、10脚与IC8的25、24、21脚相连，IC1的5、6、7脚与IC2的10、9、8脚相连，IC1的18、23脚接IC2的18、24脚相连，IC1的15、16脚与IC8的22、27脚相连，IC7的12-19脚与IC8的3-10脚相连，IC8的20、2、23并联后接地(GND)，IC7的1脚接地(GND)；其上有附属电路，由电阻R1、R2、二极管D1、电容C1构成IC1的复位电路，由晶振JT1、电容C2、C3构成IC1的振荡电路；由电阻R5、R4、二极管D2、电容C4构成IC2的复位电路，由晶振JT2、电容C5、C6构成IC2的振荡电路。IC1的1脚接电阻R1，R1接二极管D1、电阻R2、电容C3，二极管D1、电阻R2并联后接电源(+5V)，IC1的13、14脚接晶振JT1、电容C2、C3，电容C2、C3并联后接电容C1、地(GND)；IC2的1脚接电阻R5，R5接二极管D2、电阻R4、电容C4，二极管D2、电阻R4并联后接电源(+5V)，IC2的13、14脚接晶振JT2、电容C5、C6，电容C5、C6并联后接电容C4、地(GND)。IC2的7脚接电阻R4，电阻R4、滤波电容C7并联后接地(GND)。
这部分的工作原理为IC1把来自IC2的实时数据，通过IC7，存储到IC8；IC1把来自键盘输入电路的报警整定值，系统参数等下发到IC2。2.A/D转换电路由IC2、IC3、光电隔离器U1-U7、U14-U17、电阻R9-R17、R21-R27、R41-R50、稳压管WY1、晶振JT3、电容C8-C12、二极管D3-D5构成主机部分的A/D转换电路，其中IC3为A/D转换器，型号为CS5528；U1、U2、U3、U4、U5、U6、U7的型号为PAA110；U14、U15、U16、U17的型号为6N137。IC3的10脚接U15、经电阻R16接电源(+5V-2)，IC3的14脚接U14，经电阻R13接电源(+5V-2)，IC3的17脚接U16、经电阻R15接电源(+5V-2)，IC3的11脚接U17、经电阻R14接电源(+5V-2)，IC2的24脚接U15、经电阻R10接电源(+5V)，IC2的23脚接U14、经电阻R9接电源(+5V)，IC2的18脚接U16、经电阻R11接电源(+5V)，IC2的17脚接U17、经电阻R12接电源(+5V)；IC2的40脚接U7、经电阻R27接地(GND)，IC2的39脚接U6、经电阻R26接地(GND)，IC2的38脚接U5、经电阻R25接地(GND)，IC2的37脚接U4、经电阻R24接地(GND)，IC2的36脚接U3、经电阻R23接地(GND)，IC2的35脚接U2、经电阻R22接地(GND)，IC2的34脚接U1、经电阻R21接地(GND)，U1接电阻R51、R49，电阻R51接I-，I-接至主机机箱的后盖板接线端子，U2接电阻R50、R52，电阻R52接II-，II-接至主机机箱的后盖板接线端子，U3接电阻R44、R48，电阻R44接HM2，HM2接至主机机箱的后盖板接线端子，U4接电阻R43、R47，电阻R43接II+，II+接至主机机箱的后盖板接线端子，U5接电阻R42、R46，电阻R42接I+，I+接至主机机箱的后盖板接线端子，U6接电阻R41、R45，电阻R41接HM1，HM1接至主机机箱的后盖板接线端子，电阻R45、R46、R47、R48、R49、R50并联后接U7，U7接大地(GROUND)，(GROUND)接至主机机箱的后盖板接线端子，端子AIN1、AIN2、AIN3、AIN4、AIN5、AIN6接IC3的3、4、5、6、22、21脚，IC3上接有附属电路，电容C12、C10并联接电源(+5V-2)、接IC3的2脚、接稳压管WY1的1脚，电阻R17接IC3的16、2脚，电阻R17接电容C11，稳压管WY1的2脚接IC3的24脚，稳压管WY1的3脚接电容C11、地(GND-2)，IC3的7脚接二极管D4、D3、电容C8，IC3的9脚接电容C9，C9接二极管D4、D5，二极管D3、电容C8并联后接二极管D5、接IC3的15、1、23脚、接地(GND-2)，晶振JT3接IC3的12、13脚。
这部分的工作原理为IC2按一定的顺序选通U1、U2、U3、U4、U5、U6、U7、从而选通相应的模拟量AIN1-AIN6，输入到IC3的3、4、5、6、22、21脚进行A/D转换。3.键盘输入电路由IC1、IC10同按键KB1-KB8、滤波电容C16-C23、排阻RP1构成主机部分的键盘输入电路，其中IC10为编码器，型号为MC14532；KB1-KB8为8个按键。IC10的1-4、10-13脚接KB1-KB8 8个按键、滤波电容C16-C23、排阻RP1，IC10的6、7、9、15脚与IC1的4、3、2、33脚相连，IC10的5脚接电源(+5V)，按键K1-K8接至主机机箱的前面板上的薄膜按键。
这部分的工作原理为按下KB1-KB8中的某个键，经过IC10编码后，向IC1发出中断请求，IC1响应中断，把按键的编码读入IC1，IC1则执行相应的键盘中断处理程序。4.显示及报警指示电路它是由IC1、IC9、IC11、IC12、IC13同发光二极管D6-D10、光电隔离器U8、U9、液晶显示器U10、电阻R28-R40、电位器W1、电容C24、二极管D11、D12、继电器J1、J2构成主机部分的显示及报警指示电路，其中IC9为锁存器，型号为74LS273，IC11为时钟发生器，产生一定频率的脉冲信号，型号为MC14060；IC12、IC13为逻辑门电路，型号为74LS32；二极管D6、D7、D8、D9、D10为红色发光二极管，作为报警指示用，U8、U9型号为PAA110；U10型号为MGLS128128TS。IC1的19-22、27-30脚与IC9的3、4、7、8、13、14、17、18脚相连、与U10的10-17脚相连，IC1的37-40脚与U10的5-8脚相连，IC1的36脚接IC9的11脚，IC1的35脚经电阻R29接U9、IC1的34脚经电阻R28接U8，继电器J1的线圈与二极管D12并联后接电阻R35、U8，继电器J2的线圈与二极管D11并联后接电阻R36、U9，电阻R35、R36并联后接I+，I+接至主机机箱的后盖板接线端子，U9、U8并联后接电源(+5V)、I-，I-接至主机机箱的后盖板接线端子，IC9的2、5、6脚与IC13的10、13、5脚相连，IC9的9、12脚与IC12的5、1脚相连，IC9的1脚接电源(+5V)，IC11的13脚分别与IC13的9、12、4脚相连、与IC12的4、2脚相连，IC13的8脚接电阻R34，R34接发光二极管D10，IC13的11脚接电阻R33，R33接发光二极管D9，IC13的6脚接电阻R32，R32接发光二极管D8，IC12的6脚接电阻R31，R31接发光二极管D7，IC12的3脚接电阻R30，R30接发光二极管D6，发光二极管D6-D10并联后接电源(+5V)。液晶显示器U10的9脚接电阻R39，R39接U10的3脚、接电源(+5V)、接电位器W1，电位器W1接电阻R40，R40接电源(-24V)，电位器W1的滑动头接液晶显示器U10的4脚。
这部分的工作原理为IC1通过数据线，地址线，控制线把要显示的提示信息，实时信息在U10中显示出来；对于信号报警，IC1则把报警信息锁存到IC9，而IC13，IC12则把来自IC11，IC9的信号经过合成后，变成按一定频率闪光的报警信号，提醒值班人员注意，同时IC1直接驱动U8，U9，然后由U8，U9驱动报警继电器J1，J2报警，通知主控室工作人员。5.RS232/RS485异步通讯电路本装置的主机单元提供两条通讯线路，由IC1、IC5、IC6同光电隔离器U11、U12、U13、开关K1、电阻R6-R8、R18-R20、电容C13-C15构成一条与中央控制室中的后台机通讯的通讯电路，由IC2、IC4构成另一条与本装置的从机通讯的通讯电路，其中IC5为RS232通讯芯片，型号为MAX232；IC6为RS485通讯芯片，型号为MAX3082，U11、U12、U13型号为6N139，K1为RS232/RS485通讯转换开关，IC4为RS485通讯芯片，型号为MAX3082。IC1的26脚接U11、电阻R6，IC1的25脚接U12、U12接电阻R7，IC1的17脚接U13，U13接电阻R8，电阻R6、R7、R8并联接电源(+5V)，U11接电阻R20、接开关K1，U12接电阻R18、接开关K1，U13接电阻R19、接IC6的2、3脚，电阻R18-R20并联后接滤波电容C15、接电源(+5V-1)，IC6的4、1脚接开关K1，IC6的6、7脚接至主机机箱的后盖板接线端子，IC5的11、12脚接开关K1，IC5的13、14脚接至主机机箱的后盖板接线端子，通讯用的公共端地(GND-1)接至主机机箱的后盖板接线端子，电容C13接IC5的1、3脚，电容C14接IC5的4、5脚，IC2的25脚接IC4的4脚，IC2的26脚接IC4的1脚，IC2的16脚接IC4的2、3脚。
这部分的工作原理为(1)IC1发出的串行信号，经过U11，U12，U13的隔离后送到IC6或IC5，转换成RS485或RS232信号与中央控制室中的后台机实现双向通讯；(2)IC2发出的串行信号，送到IC4，转换成RS485信号与本装置的从机实现双向通讯。
其主机部分工作情况是IC1和IC2为两个单片机。单片机IC与LCD液晶显示器U10连接，由U10显示主机的各种运行菜单和各种运行参数。单片机IC1把故障显示字节送入8位D触发器IC9，并由振荡器U12发出振荡脉冲使故障指示灯闪光指示；八位输入优先译码器IC10把键盘信号与单片机IC1连接，单片机IC1通过外部中断的方式执行键盘操作；外部存储器IC8通过地址锁存器IC7提供的地址和单片机IC1的并行数据线存储直流系统的实时数据。
主机可以与PC机进行通讯，接受PC机的命令和把直流系统的实时数据传送给PC机，此功能由单片机IC1通过光电隔离器U11、U12和U13与RS232通讯芯片IC5和RS485通讯芯片IC6连接，与PC机通讯时用户可以选择RS232通讯或RS485通讯。
单片机IC1和单片机IC2之间的数据交换是通过8位并行数据线和串行通讯SPI进行的，用户下发给从机的运行参数和报警整定值由单片机IC1接受键盘输入再通过8位并行数据线发送给单片机IC2，由单片机IC2送至下行RS485通讯芯片IC4，再由RS485通讯芯片IC4通过RS485通讯网络发送到所有从机。每个从机把各自监测计算的被测设备的运行参数和报警信息通过RS485通讯网络上传至主机，由RS485通讯芯片IC4接收并传送给单片机IC2，再由单片机IC2通过SPI串行通讯口传给单片机IC1并在LCD液晶显示器U10上显示。
单片机IC2除了担负与从机的通讯外，还负责对整个直流系统绝缘电阻的测量和计算任务。单片机IC2通过SPI串行通讯口和光耦U14、U15、U16和U17与A/D采样芯片IC3连接，A/D采样芯片IC3采集每段母线的正对地和负对地电压后，把采样数据送给单片机IC2，单片机IC2按照预定的算法计算出每段母线的正极和负极的接地电阻，再把计算结果通过SPI串行通讯口传给单片机IC1并在LCD液晶显示器U10上显示。
从机部分电路是IC14-IC18分别构成包括有中央处理及附属电路，A/D转换电路，键盘输入电路，显示及报警指示电路，RS485串行异步通讯电路，电源电路等，各电路由图6给出，说明如下1.中央处理电路由IC14、电阻R53、R54、晶振JT4、电容C26-C28、二极管D13、复位按键K4构成从机部分的中央处理电路，其中IC14为美国MICROCHIP公司生产的单片微控制器，型号为PIC16F877。中央处理电路的附属电路为由电阻R53、R54、二极管D13、电容C28、复位按键K4构成IC14的复位电路，由晶振JT4、电容C26、C27构成IC14的振荡电路，IC14的1脚接电阻R53、复位按键K4，电阻R53接二极管D13、电阻R54、电容C28，二极管D13、电阻R54并联后接电源(+5V)，IC14的13、14脚接晶振JT4、电容C26、C27，电容C2、C3并联后接电容C28、地(GND)、复位按键K4，复位按键K4装在从机的前面板上。
这部分的工作原理为IC14实时的采集系统的电压，电流，传感器输入的漏电流信号，经算法处理后，计算出系统正对地电阻值，负对地电阻值，并把计算结果进行以下三步处理，(1)与报警整定值比较，进行越限处理，(2)把结果送数码管显示器显示，(3)在接收到本装置主机的通讯命令后，把计算结果上传给本装置的主机。2.A/D转换电路由IC14、IC16同光电隔离器U18-U21、电阻R55-R65、稳压管WY2、晶振JT5、电容C29-C33、二极管D14-D16构成从机部分的A/D转换电路，其中IC16为A/D转换器，型号为CS5524；U14、U15、U16、U17型号为6N137，IC16的10脚接U18、经电阻R55接电源(+5V-4)，IC16的14脚接U20，U20经电阻R58接电源(+5V-4)，IC16的17脚接U19、经电阻R56接电源(+5V-4)，IC16的11脚接U21、经电阻R57接电源(+5V-4)，IC14的24脚接U18，U18经电阻R59接电源(+5V-3)，IC14的23脚接U20、经电阻R61接电源(+5V-3)，IC14的18脚接U19，U19经电阻R60接电源(+5V-3)，IC14的16脚接U21，U21经电阻R62接地(GND-3)，IC16的附属电路电容C30接IC16的2脚、接稳压管WY2的1脚，电阻R63接IC3的16、2脚，电阻R63接电容C29，稳压管WY2的2脚接IC16的24脚，稳压管WY2的3脚接IC16的23、4、21、6脚、接地(GND-4)，IC16的7脚接二极管D15、D16、电容C32，IC16的9脚接电容C31，C31接二极管D14、D15，二极管D16、电容C32并联后接二极管D14，晶振JT5接IC16的12、13脚，(AIN+-1)接至从机机箱的后盖板接线端子，(AIN+-2)接至从机机箱的后盖板接线端子，(AIN+-3)接至从机机箱的后盖板接线端子，公共地(GND-4)接至从机机箱的后盖板接线端子，这部分的工作原理为IC16在接收到IC14发来的A/D转换命令后开始选通相应的模拟量通道，进行模拟量的转换，转换结束，IC16通知IC14把转换结果取走。3.键盘输入电路由IC14、IC17同按键KB9-KB16、滤波电容C34-C39、排阻RP2、开关K2、K3、电阻R75、R76构成从机部分的键盘输入电路，其中IC17为编码器，型号为MC14532；KB9-KB16为8个按键。IC17的1-4、10-13脚接KB9-KB16 8个按键、滤波电容C34-C39、排阻RP2，IC17的6、7、9、15脚与IC14的4、3、2、33脚相连，IC17的5脚接电源(+5V-3)，IC14的40脚接电阻R75、开关K2，IC14的39脚接电阻R76、开关K3，电阻R75、R76并联后接公共端地(GND-3)，开关K2、K3并联后接电源(+5V-3)，按键K9、K10接至从机机箱的前面板上的薄膜按键，按键K11-K16接至从机机箱内部的电路板上，供产品调试用。
这部分的工作原理为按下KB9-KB16中的某个键，经过IC17编码后，向IC14发出中断请求，IC14响应中断，把按键的编码读入IC14，IC14则执行相应的键盘中断处理程序，开关K2、K3作为当前的从机所在直流母线的标识判别位输入。4.显示及报警指示电路由IC14、IC15同光电隔离器U22、数码管LED1-LED8、发光二极管D18-D24、电阻R66-R74、二极管D17、继电器J3构成从机部分的显示及报警指示电路，其中IC15为LED显示译码及驱动芯片，型号为ICM7218，数码管LED1-LED8为LED显示器，型号为LF40361，U22型号为PAA110。IC14的19-22、27-30脚与IC15的12、11、13、14、10、6、5、7脚相连，IC14的9、10脚与IC15的8、9脚相连，IC14的38脚经电阻R67接U22，继电器J3的线圈与二极管D17并联后接电阻R66，电阻R66接+I，+I接至从机机箱的后盖板接线端子，U22接-I，-I接至从机机箱的后盖板接线端子，IC14的37脚接电阻R68，电阻R68接发光二极管D18，IC14的35脚接电阻R69，电阻R69接发光二极管D19，IC14的34脚接电阻R70，电阻R70接发光二极管D20，IC14的7脚接电阻R71、R72，电阻R71接发光二极管D21，电阻R72接发光二极管D22，IC14的5脚接电阻R73、R74，电阻R73接发光二极管D23，电阻R74接发光二极管D24，发光二极管D18-D24并联后接公共端地(GND-3)，IC15的27、3、1、25、2、24、26、4脚与数码管LED1-LED8的1--8脚相连，IC15的15、16、23、20、17、22、21、18脚分别与数码管LED1-LED8的9脚相连。
这部分的工作原理为IC14通过数据线，控制线把要显示的实时信息送到IC15，经IC15译码、驱动数码管LED1-LED8显示数据；对于信号报警，IC14则根据报警信息驱动相应的发光二极管D18、D19、D20发光，发出报警信号，提醒值班人员注意，同时IC14则直接驱动U22，再由U22驱动报警继电器J3报警，通知主控室工作人员。5.RS485串行通讯电路由IC14、IC18构成从机部分的串行通讯电路，其中IC18为RS485通讯芯片，型号为MAX3082。IC14的25脚接IC18的4脚，IC14的26脚接IC18的1脚，IC14的15脚接IC18的2、3脚。IC18的6、7脚，接至从机机箱的后盖板接线端子，这部分的工作原理为IC14发出的串行信号，送到IC18，转换成RS485信号与本装置的主机实现双向通讯。
其从机部分工作情况是单片机IC14通过并行数据线把显示参数传送给显示控制芯片IC15，由显示芯片IC15点亮相应的LED数码管LED1-LED8。
IC14通过光耦U18、U19、U20、U21与A/D采样芯片IC16连接，A/D采样芯片IC16采集被测设备的接地漏电流、工作电压和电流后，把采样数据送给单片机IC14，单片机IC14按照预定的算法计算出被测设备的工作电压、电流和被测设备的正、负极接地电阻值，送入显示芯片IC15控制数码管显示，并由RS-485通讯芯片IC18通过RS-485通讯网络上送到安装在主控制室中的本装置的主机，主机下发的报警整定值通过RS-485通讯网络由RS-485通讯芯片IC18接受并传送到单片机IC14。八位输入优先译码器IC17把键盘信号与单片机IC14连接，单片机IC14通过外部中断的方式执行键盘操作。
本实用新型在安装使用时将主机部分安装在主控制室，接在输电线上，从机部分接在直流互感器及被测设备上，直流互感器同输电线相接，可有多个支路与设备，每个设备上装一个从机，并同主机相连通。由上述情况可知，本实用新型采用分布式监测原理，把目前支路测量的概念扩展为点测量的概念。即任意一条支路(不管支路连有多少台设备)都可以被看作一个测量点，任意一台单独的用电设备也可以被看作一个测量点。每一个测量点由一台从机实时监测和显示被测设备的电流、电压值及正极接地和负极接地的电阻值。如果被测设备发生接地并达到报警值，从机立即发出报警信号。从机可以安装在户内或户外的直流用电设备上(如保护屏、操作机构箱、开关柜、直流屏、电动机控制屏等)，随时监测该设备的运行状况，并将该设备的运行参数(绝缘电阻、电压、电流)和故障状况等通过RS-485通讯网络传送到安装在主控室内的主机上，不仅可以显示可以显示直流系统的母线电压、系统正极对地和负极对地的绝缘电阻值，还可以循环显示或定点显示所有被测设备的设备编号及其工作电压、电流和正、负极接地电阻值等。运行人员可以在主机上通过按键选择菜单直接查询或循环显示任意一台被测设备的运行状况。因此能够很方便地了解所有被测设备的运行情况，可准确、快速地自动区分和确定每一个被测故障点(被测设备或支路)。任何一个被测点发生接地，只由检测该点的从机测量、计算和显示。每个从机只测量、计算自己的被测设备(或支路)的接地电阻值，每个从机测量范围以外的(以互感器为分界点)接地情况与其无关。这样可以自动准确地找到接地点，并分别在从机和主机上显示或报警，运行人员可以快速排除接地故障。对提高工作效率，保证电力系统安全可靠地运行具有重要意义。
权利要求1.一种直流系统中的分布式绝缘监测和接地故障自动定位仪，是由主机部分和从机部分构成，主、从机部分均由外壳及内部电路构成，其特征在于主机部分外壳前面板(1)上有故障指示灯区(2)、键盘输入区(3)，其旁有液晶显示器(4)，后背板(9)左右两侧有接线端子(5)、(8)，中部有工作电源指示灯(6)、电源开关(7)、从机部分外壳前面板(10)上有两个数码管显示区(12)，并依次排列有运行指示灯(14)、故障指示灯(15)、通讯指示灯(16)、运行指示灯(17)和键盘(13)，从机部分外壳后背板(11)上下部有接线端子(18)、(19)，主机部分和从机部分由壳体上接线端子经导线相连，主机部分电路由单片微控制器IC1、IC2，锁存器IC7、IC9，静态存储器IC8，A/D转换器IC3，编码器IC10，时钟发生器IC11，逻辑门电路IC12、IC13，通讯芯片IC4、IC5、IC6构成，IC1分别同IC2、IC4、IC7、IC8并联，同IC9、IC10串联，IC2由电阻及光电隔离器同IC3相连，IC5经开关和IC6相接，经开关、光电隔离器及电阻同IC1相连，IC9同并联的IC12、IC13相接，IC12、IC13并联接IC11；从机部分电路由单片微控制器IC14、显示译码及驱动芯片IC15、A/D转换器IC16、编码器IC17、通讯芯片IC18及LED显示器构成，IC14进出端分别接IC17、IC18、IC15，输出端经光电隔离器同IC16相接，IC15输出端上接有LED显示器，IC17输入端接排阻，IC18接IC14。
2.根据权利要求1所述的直流系统中的分布式绝缘监测和接地故障自动定位仪，其特征在于所说的IC1、IC2、IC7、IC8构成中央处理电路，IC1的19-22、27-30脚与IC2的19-22、27-30脚相连、与IC7的2-9脚相连、与IC8的11-13，15-19脚相连，IC1的24脚与IC7的11脚相连，IC1的8、9、10脚与IC8的25、24、21脚相连，IC1的5、6、7脚与IC2的10、9、8脚相连，IC1的18、23脚接IC2的18、24脚相连，IC1的15、16脚与IC8的22、27脚相连，IC7的12-19脚与IC8的3-10脚相连，IC8的20、2、23并联后接地，IC7的1脚接地，其上有附属电路，由电阻R1、R2、二极管D1、电容C1构成IC1的复位电路，由晶振JT1、电容C2、C3构成IC1的振荡电路；由电阻R5、R4、二极管D2、电容C4构成IC2的复位电路，由晶振JT2、电容C5、C6构成IC2的振荡电路，IC1的1脚接电阻R1，R1接二极管D1、电阻R2、电容C3，二极管D1、电阻R2并联后接电源，IC1的13、14脚接晶振JT1、电容C2、C3，电容C2、C3并联后接电容C1、地；IC2的1脚接电阻R5，R5接二极管D2、电阻R4、电容C4，二极管D2、电阻R4并联后接电源，IC2的13、14脚接晶振JT2、电容C5、C6，电容C5、C6并联后接电容C4、地，IC2的7脚接电阻R4，电阻R4、滤波电容C7并联后接地。
3.根据权利要求1所述的直流系统中的分布式绝缘监测和接地故障自动定位仪，其特征在于所说的IC2、IC3同光电隔离器U1-U7、U14-U17、电阻R9-R17、R21-R27、R41-R50、稳压管WY1、晶振JT3、电容C8-C12、二极管D3-D5构成A/D转换电路，IC3的10脚接U15、经电阻R16接电源，IC3的14脚接U14，经电阻R13接电源，IC3的17脚接U16、经电阻R15接电源，IC3的11脚接U17、经电阻R14接电源，IC2的24脚接U15、经电阻R10接电源，IC2的23脚接U14、经电阻R9接电源，IC2的18脚接U16、经电阻R11接电源，IC2的17脚接U17、经电阻R12接电源；IC2的40脚接U7、经电阻R27接地，IC2的39脚接U6、经电阻R26接地，IC2的38脚接U5、经电阻R25接地，IC2的37脚接U4、经电阻R24接地，IC2的36脚接U3、经电阻R23接地，IC2的35脚接U2、经电阻R22接地，IC2的34脚接U1、经电阻R21接地，U1接电阻R51、R49，电阻R51接I-，I-接至主机机箱的后盖板接线端子，U2接电阻R50、R52，电阻R52接II-，II-接至主机机箱的后盖板接线端子，U3接电阻R44、R48，电阻R44接HM2，HM2接至主机机箱的后盖板接线端子，U4接电阻R43、R47，电阻R43接II+，II+接至主机机箱的后盖板接线端子，U5接电阻R42、R46，电阻R42接I+，I+接至主机机箱的后盖板接线端子，U6接电阻R41、R45，电阻R41接HM1，HM1接至主机机箱的后盖板接线端子，电阻R45、R46、R47、R48、R49、R50并联后接U7，U7接大地，大地接至主机机箱的后盖板接线端子，端子AIN1、AIN2、AIN3、AIN4、AIN5、AIN6接IC3的3、4、5、6、22、21脚，IC3上接有附属电路，电容C12、C10并联接电源、接IC3的2脚、接稳压管WY1的1脚，电阻R17接IC3的16、2脚，电阻R17接电容C11，稳压管WY1的2脚接IC3的24脚，稳压管WY1的3脚接电容C11、地，IC3的7脚接二极管D4、D3、电容C8，IC3的9脚接电容C9，C9接二极管D4、D5，二极管D3、电容C8并联后接二极管D5、接IC3的15、1、23脚、接地，晶振JT3接IC3的12、13脚。
4.根据权利要求1所述的直流系统中的分布式绝缘监测和接地故障自动定位仪，其特征在于所说的IC1、IC10同按键KB1-KB8、滤波电容C16-C23、排阻RP1构成键盘输入电路，IC10的1-4、10-13脚接KB1-KB8 8个按键、滤波电容C16-C23、排阻RP1，IC10的6、7、9、15脚与IC1的4、3、2、33脚相连，IC10的5脚接电源，按键K1-K8接至主机机箱的前面板上的薄膜按键；由IC1、IC9、IC11、IC12、IC13同发光二极管D6-D10、光电隔离器U8、U9、液晶显示器U10、电阻R28-R40、电位器W1、电容C24、二极管D11、D12、继电器J1、J2构成显示及报警指示电路，IC1的19-22、27-30脚与IC9的3、4、7、8、13、14、17、18脚相连、与U10的10-17脚相连，IC1的37-40脚与U10的5--8脚相连，IC1的36脚接IC9的11脚，IC1的35脚经电阻R29接U9、IC1的34脚经电阻R28接U8，继电器J1的线圈与二极管D12并联后接电阻R35、U8，继电器J2的线圈与二极管D1 1并联后接电阻R36、U9，电阻R35、R36并联后接I+，I+接至主机机箱的后盖板接线端子，U9、U8并联后接电源、I-，I-接至主机机箱的后盖板接线端子，IC9的2、5、6脚与IC13的10、13、5脚相连，IC9的9、12脚与IC12的5、1脚相连，IC9的1脚接电源，IC11的13脚分别与IC13的9、12、4脚相连、与IC12的4、2脚相连，IC13的8脚接电阻R34，R34接发光二极管D10，IC13的11脚接电阻R33，R33接发光二极管D9，IC13的6脚接电阻R32，R32接发光二极管D8，IC12的6脚接电阻R31，R31接发光二极管D7，IC12的3脚接电阻R30，R30接发光二极管D6，发光二极管D6-D10并联后接电源。液晶显示器U10的9脚接电阻R39，R39接U10的3脚、接电源、接电位器W1，电位器W1接电阻R40，R40接电源，电位器W1的滑动头接液晶显示器U10的4脚。
5.根据权利要求1所述的直流系统中的的分布式绝缘监测和接地故障自动定位仪，其特征在于所说的IC1、IC5、IC6同光电隔离器U11、U12、U13、开关K1、电阻R6-R8、R18-R20、电容C13-C15构成一条与中央控制室中的后台机通讯的串行异步通讯电路，IC2、IC4构成另一条与从机通讯的串行异步通讯电路，IC1的26脚接U11、电阻R6，IC1的25脚接U12、U12接电阻R7，IC1的17脚接U13，U13接电阻R8，电阻R6、R7、R8并联接电源，U11接电阻R20、接开关K1，U12接电阻R18、接开关K1，U13接电阻R19、接IC6的2、3脚，电阻R18-R20并联后接滤波电容C15、接电源，IC6的4、1脚接开关K1，IC6的6、7脚接至主机机箱的后盖板接线端子，IC5的11、12脚接开关K1，IC5的13、14脚接至主机机箱的后盖板接线端子，通讯用的公共端地接至主机机箱的后盖板接线端子，电容C13接IC5的1、3脚，电容C14接IC5的4、5脚，IC2的25脚接IC4的4脚，IC2的26脚接IC4的1脚，IC2的16脚接IC4的2、3脚。
6.根据权利要求1所述的直流系统中的的分布式绝缘监测和接地故障自动定位仪，其特征在于所说的IC14构成从机部分中央处理电路，由电阻R53、R54、二极管D13、电容C28、复位按键K4构成IC14的复位电路，由晶振JT4、电容C26、C27构成IC14的振荡电路，IC14的1脚接电阻R53、复位按键K4，电阻R53接二极管D13、电阻R54、电容C28，二极管D13、电阻R54并联后接电源，IC14的13、14脚接晶振JT4、电容C26、C27，电容C2、C3并联后接电容C28、地、复位按键K4，复位按键K4装在从机的前面板上。
7.根据权利要求1所述的直流系统中的的分布式绝缘监测和接地故障自动定位仪，其特征在于所说的IC14、IC16同光电隔离器U14-U17、电阻R55-R65、稳压管WY2、晶振JT5、电容C29-C33、二极管D14-D16构成从机部分的A/D转换电路，IC16的10脚接U18、经电阻R55接电源，IC16的14脚接U20，U20经电阻R158接电源，IC16的17脚接U19、经电阻R56接电源，IC16的11脚接U21、经电阻R57接电源，IC14的24脚接U18，U18经电阻R59接电源，IC14的23脚接U20、经电阻R61接电源，IC14的18脚接U19，U19经电阻R60接电源，IC14的16脚接U21，U21经电阻R62接地，电容C30接IC16的2脚、接稳压管WY2的1脚，电阻R63接IC3的16、2脚，电阻R63接电容C29，稳压管WY2的2脚接IC16的24脚，稳压管WY2的3脚接IC16的23、4、21、6脚、接地，IC16的7脚接二极管D15、D16、电容C32，IC16的9脚接电容C31，C31接二极管D14、D15，二极管D16、电容C32并联后接二极管D14，晶振JT5接IC16的12、13脚，AIN+-1接至从机机箱的后盖板接线端子，AIN+-2接至从机机箱的后盖板接线端子，AIN+-3接至从机机箱的后盖板接线端子，公共地接至从机机箱的后盖板接线端子；IC14、IC17同按键KB9-KB16、滤波电容C34-C39、排阻RP2、开关K2、K3、电阻R75、R76构成键盘输入电路，IC17的1-4、10--13脚接KB9-KB16 8个按键、滤波电容C34-C39、排阻RP2，IC17的6、7、9、15脚与IC14的4、3、2、33脚相连，IC17的5脚接电源，IC14的40脚接电阻R75、开关K2，IC14的39脚接电阻R76、开关K3，电阻R75、R76并联后接公共端地，开关K2、K3并联后接电源，按键K9、K10接至从机机箱的前面板上的薄膜按键，按键K11-K16接至从机机箱内部的电路板上。
8.根据权利要求1所述的直流系统中的的分布式绝缘监测和接地故障自动定位仪，其特征在于所说的IC14、IC15、同光电隔离器U22、数码管LED1-LED8、发光二极管D18-D24、电阻R66-R74、二极管D17、继电器J3构成从机部分的显示及报警指示电路，IC14的19-22、27-30脚与IC15的12、11、13、14、10、6、5、7脚相连，IC14的9、10脚与IC15的8、9脚相连，IC14的38脚经电阻R67接U22，继电器J3的线圈与二极管D17并联后接电阻R66，电阻R66接+I，+I接至从机机箱的后盖板接线端子，U22接-I，-I接至从机机箱的后盖板接线端子，IC14的37脚接电阻R68，电阻R68接发光二极管D18，IC14的35脚接电阻R69，电阻R69接发光二极管D19，IC14的34脚接电阻R70，电阻R70接发光二极管D20，IC14的7脚接电阻R71、R72，电阻R71接发光二极管D21，电阻R72接发光二极管D22，IC14的5脚接电阻R73、R74，电阻R73接发光二极管D23，电阻R74接发光二极管D24，发光二极管D18-D24并联后接公共端地，IC15的27、3、1、25、2、24、26、4脚与数码管LED1-LED8的1-8脚相连，IC15的15、16、23、20、17、22、21、18脚分别与数码管LED1-LED8的9脚相连；由IC14、IC18构成从机部分的串行通讯电路，IC14的25脚接IC18的4脚，IC14的26脚接IC18的1脚，IC14的15脚接IC18的2、3脚。IC18的6、7脚，接至从机机箱的后盖板接线端子。
专利摘要本实用新型是一种用于发电厂、变电站中直流系统的分布式绝缘监测和接地故障自动定位仪,由主机和从机两部分构成,两部分经传输线相连,主机外壳前面板上有指示灯区、键盘输入区、显示器、后背板上有接线端子及开关,内装有由中央处理、A/D转换、键盘输入、显示及报警指示、串行通讯、电源几部分电路构成的主机电路,从机由外壳及内部由中央处理、A/D转换、键盘输入、显示报警、串行通讯、电源几部分电路构成的从机电路,其结构新颖独特,装配使用方便,故障定位快速准确,确保电力运行安全。
文档编号G01R31/02GK2479512SQ0124016
公开日2002年2月27日 申请日期2001年5月25日 优先权日2001年5月25日
发明者娄生, 刘殿红, 蒋大龙 申请人:许昌市许继仪器仪表有限公司