电源系统用直流绝缘监测仪的制作方法

1.本实用新型涉及电源技术领域，具体的，涉及电源系统用直流绝缘监测仪。


背景技术：

2.为了给安全自动装置、通信系统、断路器跳合闸等子系统以及继电保护提供工作电源，在变电站中常使用直流系统。由于直流电源系统的运行环境恶劣，直流系统绝缘故障可能导致保护装置不正确动作，引发电力系统的灾难性后果。因此，要对直流系统设计一个智能管理和实时监测的绝缘监测装置，目前的绝缘监测装置常用的方法是：1、平衡电阻法，该方法接线简单、成本较低，但是不足之处在于，当正负极母线对地绝缘同时降低时，无法监测出故障，使用范围有一定局限性。2、直流发，这种方法易受到现场电磁环境的干扰，在运行期间发生零点漂移时，需要及时调零，以确保测量精度，这就使得维护工作量大大增加。


技术实现要素：

3.本实用新型提出电源系统用直流绝缘监测仪，解决了相关技术中绝缘监测装置可靠性差的问题。
4.本实用新型的技术方案如下：包括母线绝缘监测电路，所述母线绝缘监测电路包括电阻r1、晶闸管scr1、电阻r2和晶闸管scr2，
5.所述电阻r1的第一端与母线正端连接，所述电阻r1的第二端与晶闸管scr1的阳极连接，所述晶闸管scr1的门极与主控芯片的第一输出端连接，所述晶闸管scr1的阴极与电阻r2的第一端连接，所述电阻r2的第二端与晶闸管scr2的阳极连接，所述晶闸管scr2的阴极与母线负端连接，所述晶闸管scr2的门极与主控芯片的第二输出端连接，所述电阻r2的第一端接地，
6.所述母线绝缘监测电路还包括正端电压检测电路和负端电压检测电路，所述正端电压检测电路用于检测母线正端电压，所述负端电压检测电路用于检测母线负端电压，所述正端电压检测电路和负端电压检测电路的输出均与主控芯片连接。
7.进一步，所述正端电压检测电路包括电阻r5、电阻r6和运放u1a，所述电阻r5和所述电阻r6串联，所述电阻r5的一端与所述母线正端连接，所述电阻r6的一端接地，所述电阻r5和所述电阻r6的串联点接入所述运放u1a的同相输入端，所述运放u1a的反相输入端通过电阻r16接地，所述运放u1a的输出端通过电阻r11反馈连接至所述运放u1a的反相输入端，所述运放u1a的输出端作为所述正端电压检测电路的输出，接入所述主控芯片。
8.进一步，所述负端电压检测电路包括电阻r12、电阻r10和运放u1b，所述电阻r12和所述电阻r10串联，所述电阻r12的一端与所述母线负端连接，所述电阻r10的一端接地，所述电阻r12和所述电阻r10的串联点接入所述运放u1b的反相输入端，所述运放u1b的同相输入端通过电阻r8接地，所述运放u1b的输出端通过电阻r7反馈连接至所述运放u1b的反相输入端，所述运放u1b的输出端作为所述负端电压检测电路的输出，接入所述主控芯片。
9.进一步，还包括支线绝缘检测电路，所述支线绝缘检测电路包括模数转换芯片u3和多路漏电流检测电路，其中一路漏电流检测电路包括依次连接的漏电流传感器和绝对值检测电路，所述漏电流传感器用于检测支路漏电流，所述绝对值传感器的输出接入所述模数转换芯片u3的ain0端，所述模数转换芯片u3的scl端接入所述主控芯片的i2c2_scl端，所述模数转换芯片u3的sda端接入所述主控芯片的i2c2_sda端。
10.进一步，所述绝对值检测电路包括运放u5a和运放u5b，所述运放u5a的反相输入端通过电阻r20与所述漏电流传感器的输出端连接，所述运放u5a的同相输入端接地，所述运放u5a的输出端与二极管d21的阳极连接，所述二极管d21的阴极通过电阻r15反馈连接至所述运放u5a的反相输入端，所述二极管d21的阴极接入所述运放u5b的同相输入端，所述运放u5b的输出端反馈连接至所述运放u5b的反相输入端，所述运放u5b的输出端接入所述模数转换芯片u3的ain0端。
11.进一步，所述模数转换芯片u3和所述主控芯片之间还设置有隔离芯片u4，所述隔离芯片u4的scl1端与所述模数转换芯片u3的scl端连接，所述隔离芯片u4的sda1端与所述模数转换芯片u3的sda端连接，所述隔离芯片u4的scl2端与所述主控芯片的i2c2_scl端连接，所述隔离芯片u4的sda2端与所述主控芯片的i2c2_sda端连接。
12.本实用新型的工作原理及有益效果为：
13.本实用新型在进行母线绝缘监测时，首先由主控芯片控制晶闸管scr1导通、晶闸管scr2断开，电阻r1、母线正端对地电阻rx和母线负端对地电阻ry三个支路的电流符合kcl定律，
[0014][0015]
其中，v1为母线正端电压，v2为母线负端电压；v1通过正端电压检测电路采集得到，v2通过负端电压检测电路采集得到。
[0016]
然后，由主控芯片控制晶闸管scr1断开、晶闸管scr2导通，此时电阻r2、母线正端对地电阻rx和母线负端对地电阻ry三个支路的电流符合kcl定律，
[0017][0018]
其中，v1’
为母线正端电压，v2’
为母线负端电压；v1’
通过正端电压检测电路采集得到，v2’
通过负端电压检测电路采集得到。
[0019]
通过上述公式(1)和(2)，可得到母线正端对地电阻rx和母线负端对地电阻ry，母线正端对地电阻rx和母线负端对地电阻ry能够反映母线对地绝缘情况。
[0020]
本实用新型通过切换晶闸管scr1和晶闸管scr2的导通或关断，实现母线正端对地电阻rx和母线负端对地电阻ry的准确检测，而且操作简单。
附图说明
[0021]
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
[0022]
图1为本实用新型中母线绝缘监测电路原理图；
[0023]
图2为本实用新型中支线绝缘监测电路原理图；
[0024]
图中：1母线绝缘监测电路，2支线绝缘监测电路。
具体实施方式
[0025]
下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本实用新型保护的范围。
[0026]
如图1所示，本实施例电源系统用直流绝缘监测仪包括母线绝缘监测电路，母线绝缘监测电路包括电阻r1、晶闸管scr1、电阻r2和晶闸管scr2，
[0027]
电阻r1的第一端与母线正端连接，电阻r1的第二端与晶闸管scr1的阳极连接，晶闸管scr1的门极与主控芯片的第一输出端连接，晶闸管scr1的阴极与电阻r2的第一端连接，电阻r2的第二端与晶闸管scr2的阳极连接，晶闸管scr2的阴极与母线负端连接，晶闸管scr2的门极与主控芯片的第二输出端连接，电阻r2的第一端接地，
[0028]
母线绝缘监测电路还包括正端电压检测电路和负端电压检测电路，正端电压检测电路用于检测母线正端电压，负端电压检测电路用于检测母线负端电压，正端电压检测电路和负端电压检测电路的输出均与主控芯片连接。
[0029]
本实施例在进行母线绝缘监测时，首先由主控芯片控制晶闸管scr1导通、晶闸管scr2断开，电阻r1、母线正端对地电阻rx和母线负端对地电阻ry三个支路的电流符合kcl定律，
[0030][0031]
其中，v1为母线正端电压，v2为母线负端电压；v1通过正端电压检测电路采集得到，v2通过负端电压检测电路采集得到。
[0032]
然后，由主控芯片控制晶闸管scr1断开、晶闸管scr2导通，此时电阻r2、母线正端对地电阻rx和母线负端对地电阻ry三个支路的电流符合kcl定律，
[0033][0034]
其中，v1’
为母线正端电压，v2’
为母线负端电压；v1’
通过正端电压检测电路采集得到，v2’
通过负端电压检测电路采集得到。
[0035]
通过上述公式(1)和(2)，可得到母线正端对地电阻rx和母线负端对地电阻ry，母线正端对地电阻rx和母线负端对地电阻ry能够反映母线对地绝缘情况。
[0036]
本实施例通过切换晶闸管scr1和晶闸管scr2的导通或关断，实现母线正端对地电阻rx和母线负端对地电阻ry的准确检测，而且操作简单。
[0037]
主控芯片可以选用市场上通用的单片机、dsp、arm等控制芯片，本实施例中具体采用arm芯片stm32f103。
[0038]
进一步，如图1所示，正端电压检测电路包括电阻r5、电阻r6和运放u1a，电阻r5和电阻r6串联，电阻r5的一端与母线正端连接，电阻r6的一端接地，电阻r5和电阻r6的串联点接入运放u1a的同相输入端，运放u1a的反相输入端通过电阻r16接地，运放u1a的输出端通过电阻r11反馈连接至运放u1a的反相输入端，运放u1a的输出端作为正端电压检测电路的输出，接入主控芯片。
[0039]
电阻r5和电阻r6组成串联分压电路，电阻r6的端电压与母线正端电压成比例，电
阻r6的端电压接入运放u1a的同相输入端，运放u1a构成同相比例放大电路，对电阻r6的端电压进行同比例放大后，送入主控芯片的模拟通道adcin0，便于主控芯片对母线正端电压v1或v1’
的准确读取。
[0040]
进一步，如图1所示，负端电压检测电路包括电阻r12、电阻r10和运放u1b，电阻r12和电阻r10串联，电阻r12的一端与母线负端连接，电阻r10的一端接地，电阻r12和电阻r10的串联点接入运放u1b的反相输入端，运放u1b的同相输入端通过电阻r8接地，运放u1b的输出端通过电阻r7反馈连接至运放u1b的反相输入端，运放u1b的输出端作为负端电压检测电路的输出，接入主控芯片。
[0041]
电阻r12和电阻r10组成串联分压电路，电阻r10的端电压与母线负端电压成比例，电阻r10的端电压接入运放u1b的反相输入端，运放u1b构成反相比例放大电路，对电阻r6的端电压进行反相比例放大后，送入主控芯片的模拟通道adcin1，便于主控芯片对母线负端电压v2或v2’
的准确读取。
[0042]
进一步，还包括支线绝缘检测电路，如图2所示，支线绝缘检测电路包括模数转换芯片u3和多路漏电流检测电路，其中一路漏电流检测电路包括依次连接的漏电流传感器和绝对值检测电路，漏电流传感器用于检测支路漏电流，绝对值传感器的输出接入模数转换芯片u3的ain0端，模数转换芯片u3的scl端接入主控芯片的i2c2_scl端，模数转换芯片u3的sda端接入主控芯片的i2c2_sda端。
[0043]
多个漏电流传感器的输出电压分别接入模数转换芯片u3的多路模拟输入端，进行模数转换，转换完毕后通过i2c总线发送至主控芯片，有利于节约主控芯片的io资源。模数转换芯片u3只能识别正电压信号，当漏电流传感器的输出电压为负时，绝对值检测电路将该电压反相，得到正的电压信号，送入模数转换芯片u3的模拟输入端。
[0044]
进一步，如图2所示，绝对值检测电路包括运放u5a和运放u5b，运放u5a的反相输入端通过电阻r20与漏电流传感器的输出端连接，运放u5a的同相输入端接地，运放u5a的输出端与二极管d21的阳极连接，二极管d21的阴极通过电阻r15反馈连接至运放u5a的反相输入端，二极管d21的阴极接入运放u5b的同相输入端，运放u5b的输出端反馈连接至运放u5b的反相输入端，运放u5b的输出端接入模数转换芯片u3的ain0端。
[0045]
绝对值检测电路的工作原理为：以其中一路为例，端子h1用于接入漏电流传感器，漏电流传感器输出的电压信号l0为正时，运放u5a的输出电压为负，二极管d21截止，电压信号l0依次通过电阻r20、电阻r15接入运放u5b的同相输入端，运放u5b构成电压跟随器，运放u5b的输出电压与电压信号l0相等；当漏电流传感器输出的电压信号l0为负时，运放u5a的输出电压为正，二极管d21导通，运放u5a和电阻r20、电阻r15构成反相比例放大电路，设置电阻r20和电阻r15的阻值相等，运放u5a的输出端为-l0，运放u5b构成电压跟随器，运放u5b的输出电压与电压信号-l0相等。
[0046]
进一步，如图2所示，模数转换芯片u3和主控芯片之间还设置有隔离芯片u4，隔离芯片u4的scl1端与模数转换芯片u3的scl端连接，隔离芯片u4的sda1端与模数转换芯片u3的sda端连接，隔离芯片u4的scl2端与主控芯片的i2c2_scl端连接，隔离芯片u4的sda2端与主控芯片的i2c2_sda端连接。
[0047]
模数转换芯片u3起到电气隔离的作用，避免支路干扰信号进入主控芯片，保证主控芯片的可靠工作。
[0048]
以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。