一种直流母线绝缘电阻检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种直流母线绝缘电阻检测方法，包括快速计算直流母线绝缘电阻检测所需电压稳定值的步骤Sa：Sa.1.将陪测电阻R与桥臂电阻串联导通，并在陪测电阻R两端电压稳定前以时间间隔T测量陪测电阻R的三个测量电压值；Sa.2.根据式(1)所示公式计算陪测电阻R的稳定电压值。本发明具有简单，可快速计算得到陪测电阻R两端的稳定电压值，从而快速计算得到直流母线的绝缘电阻值的优点。
【专利说明】
一种直流母线绝缘电阻检测方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种电力检测领域，尤其涉及一种直流母线绝缘电阻检测方法。
【背景技术】
[0002] 以光伏发电、储能电池发电为代表的连接在直流母线上的电力发生设备，组成一 个十分庞大的多分支供电网络，且通常运行在条件比较恶劣的环境中。其正负极对地绝缘 电阻的劣化，会对人身、设备产生极其严重的后果。因此，必须对发电设备直流母线的绝缘 电阻进行实时监测，并在检测到绝缘劣化时，及时报警并采取必要的保护措施。
[0003] 现有检测直流系统绝缘阻值的方法主要有电桥平衡法、低频探测法和双不平衡电 桥法。基于电桥平衡原理的绝缘监测装置被广泛使用，但这种装置不能检测直流系统正、负 极绝缘同等下降时的情况;绝缘监测装置即使报警，也不能直接得到系统对地绝缘电阻的 阻值。用低频探测原理检测接地故障是近几年采用的一种新方法，但它所能检测的接地电 阻受直流系统对地分布电容的制约，而且低频交流信号容易受外界的干扰，另外注入的低 频交流信号会增大直流系统的电压纹波系数。综上所述，电桥平衡法和低频探测法均存在 若干难以克服的缺陷。
[0004] 如图1所示的双不平衡电桥法测量直流母线绝缘电阻的基本电路原理图，图中，包 括一端并联，另一端分别与直流母线连接的桥臂电阻，和陪测电阻R，桥臂电阻分为第一桥 臂电阻和第二桥臂电阻，第一桥臂电阻包括电阻R 2Q1的电阻R2Q2，第二桥臂电阻包括电阻 R203的电阻R2Q4,电阻R2Q1与电阻R2Q4的阻值相等，电阻R2Q2与电阻R2Q3的阻值相等。图中，Rz为 直流母线正极的等效对地电阻，R f为直流母线负极的等效对地电阻。双不平衡电桥法能够 克服电桥平衡法及低频探测法的缺陷，但实际的直流母线系统中，特别是像光伏电池系统， 正负极与大地间存在不同程度的对地分布电容，其等效电路图如图2所示。C z为直流母线正 极的等效对地分布电容，Cf为直流母线负极的等效对地分布电容。当检测电路的切换开关 切换后，由于分布电容的充放电效应，陪测电阻R两端的电压需要等待足够长的时间，才能 趋向稳定，为了保证检测结果的精确度，因此，在采用双不平衡电桥法检测直流母线的绝缘 电阻时，需要的时间较长，无法快速检测得到直流母线的绝缘电阻值。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题就在于:针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一 种简单、能够快速得到陪测电阻R两端的稳定电压值，从而快速检测得到直流母线的绝缘电 阻值的直流母线绝缘电阻检测方法。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种直流母线绝缘电阻检测方 法，包括快速计算绝缘电阻检测所需电压稳定值的步骤Sa:
[0007] Sa. 1.将陪测电阻R与桥臂电阻串联导通，并以时间间隔T测量陪测电阻R的三个测 量电压值；
[0008] Sa.2.根据式(1)所示公式计算陪测电阻R的稳定电压值，
[0009]
⑴：
[0010] 式（1)中，V(m)为陪测电阻R的稳定电压值，VO为陪测电阻R的第一个测量电压值， V1为与Vo相隔时间为T的陪测电阻R的第二个测量电压值，v2为与V1相隔时间为T的陪测电阻 R的第三个测量电压值。
[0011] 作为本发明的进一步改进，具体包括如下步骤：
[0012] Sl.测量直流母线正极与负极之间的电压值V;
[0013] S2.将陪测电阻R与第一桥臂电阻串联导通，并按照步骤Sa的方法测量计算得到第 一稳定电压值Vi;
[0014] S3.将陪测电阻R与第二桥臂电阻串联导通，并按照步骤Sa的方法测量计算得到第 二稳定电压值V2;
[0015] S4.根据式(2)所示公式计算直流母线正负极的等效并联电阻值，
[0016]
(2；)
[0017] 式(2)中，Rz为直流母线正极的等效对地电阻值，Rf为直流母线负极的等效对地电 阻值，Ro为陪测电阻R的阻值，办为电阻的R 2Q1阻值，此为电阻的R2Q2阻值，V为直流母线正极与 负极之间的电压值，V 1为第一稳定电压值，V2为第二稳定电压值，运算符I I为等效并联电阻。
[0018] 作为本发明的进一步改进，通过电子开关实现所述陪测电阻R与所述第一桥臂电 阻及所述第二桥臂电阻的串联导通。
[0019] 作为本发明的进一步改进，通过智能电压传感器监测实现所述步骤Sa中所述陪测 电阻R的三个测量电压值的测量。
[0020] 与现有技术相比，本发明的优点在于:本发明能够简单、快速的通过测量计算得到 等检测电阻两端的稳定电压值，从而快速的得到直流母线的绝缘电阻值。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明所基于的双不平衡电桥法测量直流母线绝缘电阻的基本电路原理 图。
[0022] 图2为考虑直流母线分布对地电容时的等效电路原理图。
[0023] 图3为双不平衡电桥法检测直流母线绝缘电阻的等效电路图。
[0024]图4为检测电压动态响应波形图。
[0025] 图5为本发明的流程示意图。
【具体实施方式】
[0026] 以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而 限制本发明的保护范围。
[0027] 本实施例一种直流母线绝缘电阻检测方法，包括快速计算绝缘电阻检测所需电压 稳定值的步骤Sa:Sa.l.将陪测电阻R与桥臂电阻串联导通，并以时间间隔T测量陪测电阻R (1) 的三个测量电压值;Sa.2.根据式(1)所示公式计算陪测电阻R的稳定电压值，
[0028]
[0029] 式（1)中，V(~）为陪测电阻R的稳定电压值，VQ为陪测电阻R的第一个测量电压值， V1为与Vo相隔时间为T的陪测电阻R的第二个测量电压值，v2为与V1相隔时间为T的陪测电阻 R的第三个测量电压值。
[0030] 采用双不平衡电桥法检测直流母线绝缘电阻时，将断路器K与桥臂电阻串联连接， 如图2所示的电路可简化为如图3所示的等效电路，其中，R zf = Rz I |Rf，为Rz和Rf的等效并联 对地绝缘电阻，Czf = Cz+Cf，为Cz和Cf的等效对地分布电容，R12 = R2qi I I R2q2，为R2qi和R2q2的等 效并联电阻，E为与直流母线电压、分布电容初始电压、切换开关的开关状态等有关的等效 电压源，R为陪测电阻。
[0031] 由于等效对地分布电容Czf的存在，当断路器K进行开关动作后，陪测电阻R两端的 电压呈一阶动态响应特性，其时间常数为如式(3)所示，
[0032] T = Czf (Rzf I I (R12+R0)) (3)
[0033] 式(3)中，τ为时间常数，Rzf为匕和办的等效并联对地绝缘电阻，Czf为Cz和C f的等效 对地分布电容，Ri2为R2Qi和R2Q2的等效并联电阻，Ro为陪测电阻的阻值。其典型的波型响应特 性如图4所示，当断路器K进行开关动作后，陪测电阻R两端的电压为指数渐近曲线，需要经 过足够长的时间才能收敛于稳定值山或1] 2。如果过早地采样检测电压，检测得到的电压值并 非为最终的稳定值，从而导致依此计算出的直流母线绝缘电阻值存在很大的误差。为此，现 有技术中通常需要设置足够长的等待时间（通常为如式(3)决定的时间常数τ的5倍以上）， 使陪测电阻R两端的电压达到稳定状态，以获得足够的检测精度。然而，由式(3)可知，时间 常数τ与等效对地分布电容C zf成正比，当等效对地分布电容Czf较大时，时间常数τ也将变得 很大，从而导致检测过程中，等待陪测电阻R两端的电压达到稳定状态的时间变得相当长， 导致直流母线绝缘电阻的检测速度特别慢，严重影响检测的性能的效率。
[0034] 通过研究发现，陪测电阻R两端的电压呈一阶动态响应特性，根据微分方程式原 理，陪测电阻R两端的电压随时间的变化特性遵守如式(4)所示的方程，
[0035] 4) L0036」式(4)中，V
(t)为任意时刻t陪测电阻R两端的电压值，V(%)为达到稳定状态时陪 测电阻两端R的电压值，V(tQ)为初始时刻to陪测电阻R两端的电压值，为式⑶所示的时间常 数。
[0037]为了在有限的时间内求得陪测电阻R两端电压的稳定值，本实施例在以下时刻分 别对陪测电阻R两端的电压进行采样，得到在t = to、t = t〇+T、t = t〇+2T时刻的三个采样值V (t〇) = v〇、V(t〇+T) =vi、V(t〇+2T) =V2,其中，T可以为陪测电阻R两端电压稳定周期内的任意 值，将上述采样时间及采样值作为参数代入式(4)中，可得到如式(5)所示的方程， (5) 「00381
[0039] 由式(5)即可推导出式（1)所示公式，从而快速计算出陪测电阻R两端的稳定电压 值。
[0040] 在本实施例中，如图5所示，直流母线绝缘电阻检测方法的具体步骤为:SI.测量直 流母线正极与负极之间的电压值V;S2.将陪测电阻R与第一桥臂电阻串联导通，并按照步骤 Sa的方法测量计算得到第一稳定电压值V1;S3.将陪测电阻R与第二桥臂电阻串联导通，并 按照步骤Sa的方法测量计算得到第二稳定电压值V 2;S4.根据式(2)所示公式计算直流母线 正负极的等效并联电阻值，
[0041]
(2)
[0042]式(2)中，Rz为直流母线正极的等效对地电阻值，Rf为直流母线负极的等效对地电 阻值，Ro为陪测电阻R的阻值，办为电阻的R2Q1阻值，办为电阻的R2Q 2阻值，V为直流母线正极与 负极之间的电压值，V1为第一稳定电压值，V2为第二稳定电压值，运算符I I为等效并联电阻。 在本实施例中，步骤S2和步骤S3中的时间间隔T可根据实际需要灵活设置，可以为不同的 值。
[0043] 在本实施例中，为了进一步提高检测的精度，通过电子开关实现陪测电阻R与第一 桥臂电阻及第二桥臂电阻的串联导通，即断路器K采用电子断路器。并且通过智能电压传感 器监测实现步骤Sa中陪测电阻R的三个测量电压值的测量。即采用高精度高采样率的智能 电压传感器实时获取陪测电阻R两端的任意多个电压值，并从中选择任意具有时间间隔相 等的三个电压值，计算稳定电压。
[0044] 上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明 已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的 内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在 本发明技术方案保护的范围内。
【主权项】
1. 一种直流母线绝缘电阻检测方法，其特征在于，包括快速计算绝缘电阻检测所需电 压稳定值的步骤Sa: Sa.l.将陪测电阻R与桥臂电阻串联导通，并W时间间隔T测量陪测电阻R的Ξ个测量电 压值； Sa. 2.根据式(1)所示公式计算陪测电阻R的稳定电压值，(1) 式（1)中，V(w)为陪测电阻R的稳定电压值，V0为陪测电阻R的第一个测量电压值，VI为 与V0相隔时间为T的陪测电阻R的第二个测量电压值，V2为与VI相隔时间为T的陪测电阻R的 第=个测量电压值。2. 根据权利要求1所述的直流母线绝缘电阻检测方法，其特征在于:包括如下步骤：51. 测量直流母线正极与负极之间的电压值V;52. 将陪测电阻R与第一桥臂电阻串联导通，并按照步骤Sa的方法测量计算得到第一稳 定电压值Vi;53. 将陪测电阻R与第二桥臂电阻串联导通，并按照步骤Sa的方法测量计算得到第二稳 定电压值V2;54. 根据式(2)所示公式计算直流母线正负极的等效并联电阻值，(2) 式(2)中，私为直流母线正极的等效对地电阻值，Rf为直流母线负极的等效对地电阻值， RO为陪测电阻R的阻值，町为电阻的R201阻值，R2为电阻的R202阻值，V为直流母线正极与负极 之间的电压值，Vi为第一稳定电压值，V2为第二稳定电压值，运算符II为等效并联电阻。3. 根据权利要求2所述的直流母线绝缘电阻检测方法，其特征在于:通过电子开关实现 所述陪测电阻R与所述第一桥臂电阻及所述第二桥臂电阻的串联导通。4. 根据权利要求3所述的直流母线绝缘电阻检测检测方法，其特征在于:通过智能电压 传感器监测实现所述步骤Sa中所述陪测电阻R的Ξ个测量电压值的测量。
【文档编号】G01R27/02GK105842540SQ201610167767
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月23日
【发明人】陈艺峰, 唐海燕, 刘昭翼, 朱淇凉, 王南, 任艺, 张蓉, 张洪浩, 赵香桂
【申请人】中车株洲电力机车研究所有限公司