专利名称：一种平衡双投切电路及基于该电路的绝缘检测装置和方法
技术领域：
本发明属于电气设备测量测试领域，涉及直流电源系统绝缘状况实时检测的技术。
背景技术：
直流电源系统现已在各类机房对服务器供电中的得到广泛应用，用电设备或配电柜本身发生接地故障是一种常见的故障。准确的发现接地故障点对电力维护抢修单位快速修复消除故障起着很大的作用。目前直流电源系统绝缘检测常用的方法是不平衡投切法。在正负母线与地之间连接一对平衡电阻，将平衡电阻两端的电压值做为被采样值，同时在正负母线与地之间分别串联一个投切开关和投切电阻。通过切换投切开关的通断，改变平衡电阻两端的电压值，分别针对不同投切状态下的平衡电阻两端电压进行采样，获得先后两组电压值，通过两组电压值计算获得正负母线与地之间的等效电阻，以该等效电阻值与门限值对比，即可判断线路中是否发生接地。在这个过程中，采样到的两组电压值的准确度，直接决定判断结果。为了提高电压采样准确度，需要选择与平衡电阻同级的投切电阻，以防止在双投切过程中，平衡电阻两端的电压出现过小的情况。然而，当平衡电阻选择为千欧级小电阻时，会导致母线对地绝缘电阻过小，存在安全隐患。当投切电阻选择为兆欧级大电阻时，会导致漏电流数值过小，影响支流电阻的计算准确度。此外，现有绝缘检测系统一般都采用固定检测周期进行绝缘检测，当系统出现接地状况时，该方法可能不会立刻进行绝缘检测，以致不能实现实时检测系统绝缘状况。第三，绝缘检测需要一定的时间，在检测的过程中系统的接地状况可能会发生变化，一旦发生变化，如果还是按原来的检测步骤继续检测，则最后检测出的结果就不是当前系统的绝缘状况，出现误检测。第四，目前的漏电传感器存在零点漂移的缺点，直接读取漏电传感器的值作为支路的漏电数据进行支路绝缘电阻的计算会导致计算结果的不准确。
发明内容
本发明为了解决上述现有技术的不足，提供了一种用于直流供电系统绝缘检测的平衡双投切电路，包括等效阻值相等的两组等效阻值为兆欧级的平衡电阻、等效阻值相等的两组等效阻值为千欧级的可控平衡电阻、等效阻值相等的两组等效阻值为千欧级的投切电阻、两个平衡开关、两个投切开关组成；所述两组兆欧级平衡电阻分别连接在正/负母线与地之间，所述两组可控平衡电阻分别串联一个平衡开关后接在正/负母线与地之间，所述两组投切电阻分别串联一个投切开关后接在正/负母线与地之间。每组兆欧级平衡电阻两端，或该组中一个电阻的两端为该组兆欧级平衡电阻所边母线到地之间的电压采样端。所述各组电阻均至少包括一个电阻。当两组兆欧级的平衡电阻，均为一个电阻时，两个电阻的两端，分别为一对电压采样端。此时，电压采样电路的分压电阻应相等。
本发明所述电路，通过设置两个或两组等效阻值为兆欧级的平衡电阻，来保证正/负母线对地绝缘电阻够大，以保障设备在一般情况时的安全性。又通过与兆欧级平衡电阻并联一个或一组串联有平衡开关的千欧级平衡电阻的方式，实现可选择性地降低平衡电阻的总阻值，以达到更准确地采样电压的目的。将该电路用于绝缘检测，可以在基本保证设备对地绝缘的前题下，有效提高绝缘检测的准确度。针对上述平衡双投切电路，本发明还提出一种直流供电系统绝缘检测装置。该装置包括平衡双投切电路、电压采样电路、开关控制装置、支路漏电流检测装置、检测处理器。所述电压采样电路两对电压信号输入端分别连接平衡双投切电路的两对电压采样端，电压采样电路的两个信号输出端连接检测处理器的AD转换模块的两个信号输入接□。所述开关控制装置的控制信号输入端连接检测处理器，四个控制信号输出端分别接平衡双投切电路的两个平衡开关控制端和两个投切开关的控制端。所述支路漏电流检测装置用于检测各支路对地漏电流大小。包括分别对应各支路的漏电流传感器线圈和检测电路，每个漏电流传感器线圈接检测电路的一对电流信号输入接口，检测电路输出端与检测处理器连接。所述平衡双投切电路采用前述平衡双投切电路，其优选结构具体包括:两个串联于正母线和负母线之间的电阻RI和R2、两个串联于正母线和地之间的电阻R3和R4、两个串联于负母线和地之间的电阻R5和R6、两个用于降低正负母线和地之间电阻值以提高检测精度的平衡电阻Rb+和Rb-、一对偏置正负对地电压的投切电阻Rf和&_、四个开关S1、S2、S3和S4。其中R1>R2 ，通过检测电阻Rl和R2之间的电压大小来检测母线的电压。R3+R4=R5+R6，R5>R6，通过检测电阻R5和R6之间的电压大小来检测负母线对地电压。正母线对地电压等于母线电压减去负母线对地电压。平衡电阻Rb+和开关SI串联于正母线和地之间，平衡电阻Rb-和开关S2串联于负母线和地之间。投切电阻R,和开关S3串联于正母线和地之间，投切电阻和开关S4串联于负母线和地之间。所述检测处理器按预设步骤通过开关控制装置控制各开关闭合与断开，通过电压采样电路采样不同开关组合状态下平衡双投切电路的电压采样端电压值，通过支路漏电流检测装置采样各支路漏电流值，根据采样获得的电压值及电流值计算并判断漏电与否。本发明中以负母线为整个检测装置的参考零电平，地处于正母线和负母线之间，处于中间电平。正常情况时开关S1、S2、S3和S4都处于断开状态。根据电阻分压原理可得方程式:
权利要求
1.种用于直流供电系统绝缘检测的平衡双投切电路，其特征在于，包括等效阻值相等的两组等效阻值为兆欧级的平衡电阻、等效阻值相等的两组等效阻值为千欧级的可控平衡电阻、等效阻值相等的两组等效阻值为千欧级的投切电阻、两个平衡电阻开关、两个投切电阻开关组成；所述两组兆欧级平衡电阻分别连接在正/负母线与地之间，所述两组可控平衡电阻分别串一个平衡电阻开关后接在正/负母线与地之间，所述两组投切电阻分别串联一个投切电阻开关后接在正/负母线与地之间；每组兆欧级平衡电阻两端，或该组中一个电阻的两端为该组兆欧级平衡电阻所边母线到地之间的电压采样端。
2.据权利要求1所述的平衡双投切电路，其特征在于，包括两个兆欧级平衡电阻Ra+和Ra_、两个千欧级平衡电阻Rb+和Rb_、两个千欧级的投切电阻Rj+和Rj-、两个平衡电阻开关SI和S2、两个投切电阻开关S3和S4组成；电阻Ra+、Ra-分别连接在正/负母线与地之间，平衡电阻Rb+和开关SI串联于正母线和地之间，平衡电阻Rb-和开关S2串联于负母线和地之间。投切电阻Rj+和开关S3串联于正母线和地之间，投切电阻Rj-和开关S4串联于负母线和地之间。
3.据权利要求1所述的平衡双投切电路，其特征在于，包括两个串联于正母线和负母线之间的电阻Rl和R2、两个串联于正母线和地之间的电阻R3和R4、两个串联于负母线和地之间的电阻R5和R6、两个用于降低正负母线和地之间电阻值以提高检测精度的平衡电阻Rb+和Rb_、一对偏置正负对地电压的投切电阻Rj+和R」-、四个开关S1、S2、S3和S4 ;其中R1>R2，通过检测电阻Rl和R2之间的电压大小来检测母线的电压；R3+R4=R5+R6，R5>R6，通过检测电阻R5和R6之间的电压大小来检测负母线对地电压；正母线对地电压等于母线电压减去负母线对地电压；平衡电阻Rb+和开关SI串联于正母线和地之间，平衡电阻Rb-和开关S2串联于负母线和地之间。投切电阻Rf和开关S3串联于正母线和地之间，投切电阻Rr和开关S4串联于负母线和地之间。
4.种直流供电系统绝缘检测装置，其特征在于，该装置包括平衡双投切电路、电压采样电路、开关控制装置、支路漏电流检测装置、检测处理器， 所述电压采样电路两对 电压信号输入端分别连接平衡双投切电路的两对电压采样端，电压采样电路的两个信号输出端连接检测处理器的AD转换模块的两个信号输入接口 ； 所述开关控制装置的控制信号输入端连接检测处理器，四个控制信号输出端分别接平衡双投切电路的两个平衡开关控制端和两个投切开关的控制端； 所述支路漏电流检测装置包括分别对应各支路的漏电流传感器线圈和检测电路，每个漏电流传感器线圈接检测电路的一对电流信号输入接口，检测电路输出端与检测处理器连接; 检测处理器按预设步骤通过开关控制装置控制各开关闭合与断开，通过电压采样电路采样不同开关组合状态下平衡双投切电路的电压采样端电压值，通过支路漏电流检测装置采样各支路漏电流值，根据采样获得的电压值及电流值计算并判断漏电与否； 平衡双投切电路包括等效阻值相等的两组等效阻值为兆欧级的平衡电阻、等效阻值相等的两组等效阻值为千欧级的可控平衡电阻、等效阻值相等的两组等效阻值为千欧级的投切电阻、两个平衡电阻开关、两个投切电阻开关组成；所述两组兆欧级平衡电阻分别连接在正/负母线与地之间，所述两组可控平衡电阻分别串联一个平衡电阻开关后接在正/负母线与地之间，所述两组投切电阻分别串联一个投切电阻开关后接在正/负母线与地之间；每组兆欧级平衡电阻两端，或该组中一个电阻的两端为该组兆欧级平衡电阻所边母线到地之间的电压采样端。
5.据权利要求4所述的直流供电系统绝缘检测装置，其特征在于，所述平衡双投切电路包括两个兆欧级平衡电阻Ra+和Ra_、两个千欧级平衡电阻Rb+和Rb_、两个千欧级的投切电阻R,和&_、两个平衡开关SI和S2、两个投切开关S3和S4组成；电阻Ra+、Ra-分别连接在正/负母线与地之间，平衡电阻Rb+和开关SI串联于正母线和地之间，平衡电阻Rb-和开关S2串联于负母线和地之间。投切电阻Rf和开关S3串联于正母线和地之间，投切电阻Rr和开关S4串联于负母线和地之间。
6.据权利要求4所述的直流供电系统绝缘检测装置，其特征在于，所述平衡双投切电路包括两个串联于正母线和负母线之间的电阻Rl和R2、两个串联于正母线和地之间的电阻R3和R4、两个串联于负母线和地之间的电阻R5和R6、两个用于降低正负母线和地之间电阻值以提高检测精度的平衡电阻Rb+和Rb-、一对偏置正负对地电压的投切电阻1^_+和Rj_、四个开关S1、S2、S3和S4 ;其中R1>R2，通过检测电阻Rl和R2之间的电压大小来检测母线的电压；R3+R4=R5+R6，R5>R6，通过检测电阻R5和R6之间的电压大小来检测负母线对地电压；正母线对地电压等于母线电压减去负母线对地电压；平衡电阻Rb+和开关SI串联于正母线和地之间，平衡电阻Rb-和开关S2串联于负母线和地之间。投切电阻Rf和开关S3串联于正母线和地之间，投切电阻Rj-和开关S4串联于负母线和地之间。
7.种基于权利要求4所述装置的直流供电系统实时绝缘检测方法，其特征在于，绝缘检测装置的电压采样电路在开关S1、S2、S3和S4均断开的状态下实时测量正负母线对地电压U+和U-。当U+和U-的差值大于设定差值的时候，绝缘检测装置开始进行绝缘电阻计算。当U+和U-的差值不大于设定差值的时候，检测处理器读取并记录各个支路漏电流传感器的“零点”漏电流值Intl,同时计时器累计，当累计达到固定时间时绝缘检测装置开始进行绝缘电阻计算。绝缘电阻计 算包括如下步骤: 步骤A:闭合开关SI和开关S2，测量并记录正母线对地电压Utl+和负母线对地电压％-。
步骤B:闭合开关S3，将投切电阻Rj+并联在正母线和地之间，测量并记录正投切状态下正母线对地电压U1+和负母线对地电压U1-,然后读取并记录各个支路漏电流数据In115根据电阻分压原理可得方程式:
全文摘要
本发明属于电气设备测量测试技术领域，公开一种用于直流供电系统绝缘检测的平衡双投切电路，该电路采用兆欧级的大阻值电阻做为常用平衡电阻，并通过与常用平衡电阻并联的可断开的千欧级小阻值电阻，以备需要高准确度检测时接通，以降低母线与地之间的电阻值，使之与投切电阻阻值相差减少，进而避免电压采样端出现过小等影响检测准确度的极端情况。采用本电路进行绝缘检测，可在基本保证设备对地绝缘要求的前提下，有效提高绝缘检测的准确度，减少误告警。
文档编号G01R27/08GK103091596SQ20131000996
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月10日 优先权日2013年1月10日
发明者沈亚斌 申请人:浙江中碳科技有限公司