一种绝缘故障检测系统及控制方法与流程

1.本发明涉及绝缘故障检测技术领域，特别是涉及一种绝缘故障检测系统及控制方法。


背景技术：

2.在站用交流电网运行的过程中，最常发生、危害最严重的故障是绝缘故障，绝缘故障是指，电网的绝缘性能下降到一定的程度后，其局部电导几局增加，可能在电网比较薄弱的一点或几点发生绝缘击穿，使得电网中的电气设备失去绝缘特性。电网的绝缘故障的检测与维修是一个非常重要的问题。


技术实现要素：

3.为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种绝缘故障检测系统。
4.本发明所采取的一种技术方案是：
5.一种绝缘故障检测系统，应用于站用交流电网，所述站用交流电网包括a相线、b相线和c相线，所述绝缘故障检测系统包括：
6.直流电源模块，用于向所述a相线、所述b相线和所述c相线注入直流电压；
7.电流采集模块，用于获取所述a相线上的a相直流电流、所述b相线上的b相直流电流和所述c相线上的c相直流电流；
8.控制模块，用于根据所述直流电压、所述a相直流电流、所述b相直流电流以及所述c相直流电流确定所述站用交流电网的绝缘故障情况。
9.进一步，所述站用交流电网还包括若干个负载支路，所述负载支路包括a相输入端、b相输入端和c相输入端，所述a相输入端与所述a相线连接，所述b相输入端与所述b相线连接，所述c相输入端与所述c相线连接，所述绝缘故障检测系统包括：
10.电压检测模块，用于获取所述a相输入端上的a相交流电压、所述b相输入端上的b相交流电压以及所述c相输入端上的c相交流电压；
11.所述电流采集模块还用于获取所述a相输入端上的a相对地漏电流、所述b相输入端上的b相对地漏电流以及所述c相输入端上的c相对地漏电流；
12.控制模块还用于根据所述a相交流电压和所述a相对地漏电流确定所述a相输入端的绝缘故障情况；根据所述b相交流电压和所述b相对地漏电流确定所述b相输入端的绝缘故障情况；根据所述c相交流电压和所述c相对地漏电流确定所述c相输入端的绝缘故障情况。
13.进一步，所述绝缘故障检测系统还包括：
14.交流电源输出模块，所述交流电源输出模块包括第一交流信号产生单元、第二交流信号产生单元和第三交流信号产生单元；
15.所述第一交流信号产生单元，用于向所述a相线注入频率为第一频率的第一交流电压信号；
16.所述第二交流信号产生单元，用于向所述b相线注入频率为第二频率的第二交流电压信号；
17.所述第三交流信号产生单元，用于向所述c相线注入频率为第三频率的第三交流电压信号；
18.所述电流采集模块还用于在a相输入端上获取包含所述第一频率的第一交流电流，在b相输入端上获取包含第二频率的第二交流电流，以及在c相输入端上获取包含第三频率的第三交流电流；
19.所述控制模块还用于根据所述第一交流电压信号、所述第二交流电压信号、所述第三交流电压信号、所述第一交流电流、所述第二交流电流和所述第三交流电流确定负载设备的多相绝缘情况。
20.进一步，所述绝缘故障检测系统还包括显示模块，所述显示模块与所述控制模块连接。
21.进一步，所述绝缘故障检测系统还包括声光报警模块，所述声光报警模块与所述控制模块连接。
22.进一步，所述直流电源模块包括整流单元、滤波单元和稳压单元；
23.所述整流单元的输入端与所述a相线、b相线和c相线连接，所述整流单元的输出端与所述滤波单元的输入端连接，所述滤波单元的输出端与所述稳压单元的输入端连接。
24.本发明所采取的另一种技术方案是：
25.一种控制方法，应用于站用交流电网，所述站用交流电网包括a相线、b相线和c相线，所述控制方法包括以下步骤：
26.向所述a相线、所述b相线和所述c相线注入直流电压；
27.获取所述a相线上的a相直流电流、所述b相线上的b相直流电流和所述c相线上的c相直流电流；
28.根据所述直流电压、所述a相直流电流、所述b相直流电流以及所述c相直流电流确定所述站用交流电网的绝缘故障情况。
29.进一步，所述站用交流电网还包括若干个负载支路，所述负载支路包括a相输入端、b相输入端和c相输入端，所述a相输入端与所述a相线连接，所述b相输入端与所述b相线连接，所述c相输入端与所述c相线连接，所述控制方法还包括以下步骤：
30.获取所述a相输入端上的a相交流电压、所述b相输入端上的b相交流电压以及所述c相输入端上的c相交流电压；
31.获取所述a相输入端上的a相对地漏电流、所述b相输入端上的b相对地漏电流以及所述c相输入端上的c相对地漏电流；
32.根据所述a相交流电压和所述a相对地漏电流确定所述a相输入端的绝缘故障情况；根据所述b相交流电压和所述b相对地漏电流确定所述b相输入端的绝缘故障情况；根据所述c相交流电压和所述c相对地漏电流确定所述c相输入端的绝缘故障情况。
33.进一步，所述控制方法还包括以下步骤：
34.向所述a相线注入频率为第一频率的第一交流电压信号；向所述b相线注入频率为第二频率的第二交流电压信号；向所述c相线注入频率为第三频率的第三交流电压信号；
35.根据所述第一交流电压信号、第二交流电压信号、第三交流电压信号、所述第一交
流电流、所述第二交流电流和所述第三交流电流确定负载设备的多相绝缘情况。
36.本发明的有益效果是：本发明通过向站用电流电网的相线中注入直流电压，并利用电流采集模块获取每一相线的直流电流，控制模块根据直流电压和每一相线的直流电流确定每一相的绝缘故障情况，保证站用交流电网的稳定运行，具有实现原理简单的特点。
附图说明
37.图1为本发明的一种绝缘故障检测系统的模块框图；
38.图2为本发明的一种绝缘故障检测系统的一种电路原理图；
39.图3为本发明的一种绝缘故障检测系统的另一种电路原理图；
40.图4为本发明的一种绝缘故障检测系统的另一种电路原理图；
41.图5为本发明的一种控制方法的步骤流程图。
具体实施方式
42.本实施例提供了一种绝缘故障检测系统，应用于站用交流电网，所述站用交流电网包括a相线、b相线和c相线，参照图1和图2，所述绝缘故障检测系统包括：
43.直流电压模块，用于向所述a相线、所述b相线和所述c相线注入直流电压；
44.电流采集模块，用于获取所述a相线上的a相电流、所述b相线上的b相电流和所述c相线上的c相电流；
45.控制模块，用于根据所述直流电压、所述a相电流、所述b相电流以及所述c相电流确定所述站用交流电网的绝缘故障情况。
46.具体地，参照图2，站用交流电网输出的三相交流电(a相线、所述b相线和所述c相线上输出的交流电)，用于为电网中的负载设备或用电设备供电。
47.其中，直流电压模块，用于将高压三相交流电转换为低压直流电，从而向所述a相线、所述b相线和所述c相线注入直流电压。
48.电流采集模块，用于检测站用交流电网中的电流。在一个具体的实施例中，电流采集模块包括若干个电流互感器(图2中的多个ct)，从而获取站用交流电网中的关键位置处的电流。
49.控制模块，主要起到数据处理和控制的作用。在一个具体的实施例中，控制模块可采用现有技术中的微型处理器。
50.图2中，ra为a相线的对地绝缘电阻，rb为b相线的对地绝缘电阻，rc为c相线的对地绝缘电阻，ca为a相线的对地分布电容，cb为b相线的对地分布电容，cc为c相线的对地分布电容。
51.本技术通过直流电压模块向站用电流电网的相线中(指a相线、b相线和c相线)中注入直流电压，并且利用电流采集模块获取每一相线的相电流，控制模块根据欧姆定律，可以确定每一相线的绝缘电阻，根据每一相线的绝缘电阻，判断该交流站用电网的每一相的绝缘故障情况，例如，当a相线的绝缘电阻的阻值低于某一预设阈值时，可以判定该相线发生绝缘故障，保证站用交流电网的稳定运行，具有实现原理简单的特点。
52.进一步作为可选的实施方式，参照图3，所述站用交流电网还包括若干个负载支路，所述负载支路包括a相输入端、b相输入端和c相输入端，所述a相输入端与所述a相线连
接，所述b相输入端与所述b相线连接，所述c相输入端与所述c相线连接，所述绝缘故障检测系统包括：
53.电压检测模块，用于获取所述a相输入端上的a相交流电压、所述b相相输入端上的b相交流电压以及所述c相输入端上的c相交流电压；
54.所述电流采集模块还用于获取所述a相输入端上的a相对地漏电流、所述b相相输入端上的b相对地漏电流以及所述c相输入端上的c相对地漏电流；
55.控制模块还用于根据所述a相交流电压和所述a相对地漏电流确定所述a相输入端的绝缘故障情况；根据所述b相交流电压和所述b相对地漏电流确定所述b相输入端的绝缘故障情况；根据所述c相交流电压和所述c相对地漏电流确定所述c相输入端的绝缘故障情况。
56.具体地，本技术的站用交流电网还包括若干个负载直流，每一个负载支路的末端均连接有负载设备。
57.电压检测模块，用于获取相电压。在一个具体的实施例中，电压检测模块可采用ac/dc电能转换模块。
58.以负载设备1所在的负载支路为例，r1a为a相线到负载设备1之间的对地绝缘电阻，r1b为b相线到负载设备1之间的对地绝缘电阻，r1c为c相线到负载设备1之间的对地绝缘电阻；c1a为a相线到负载设备1之间的对地分布电容，c1b为b相线到负载设备1之间的对地分布电容，c1c为c相线到负载设备1之间的对地分布电容。
59.本实施例用于在站用交流电网包括负载设备的情况下，检测站用交流电网中的负载设备的单相绝缘故障情况。
60.其中，以检测a相线的绝缘故障情况为例，利用电压检测模块获取负载设备1所在的负载支路的a相输入端上的交流电压，并且利用电流采集模块获取该负载支路上的a相对地漏电流，控制模块根据获取的交流电压和对地漏电流，即可计算出a相线到负载设备1之间的对地绝缘电阻，并根据绝缘电阻值判断a相线的绝缘情况。
61.另外，在获取对地漏电流的过程中，如果负载设备所在的负载支路的对地绝缘情况正常，那么电流采集模块依旧能够检测到电流，该电流包括对地分布电容引起的漏电流以及单相绝缘故障引起的对地漏电流，但是二者的相位相差180度，因此，控制模块获取到包括二者的电流时，会对电流进行相位分析，从而确定出有绝缘故障引起的对地漏电流。
62.同样的道理，可以确定其他相线的绝缘故障情况。
63.进一步作为可选的实施方式，参照图1和图4，所述绝缘故障检测系统还包括：
64.交流信号模块，所述交流信号模块包括第一交流信号产生单元、第二交流信号产生单元和第三交流信号产生单元；
65.所述第一交流信号产生单元，用于向所述a相线注入频率为第一频率的第一交流电压信号；
66.所述第二交流信号产生单元，用于向所述b相线注入频率为第二频率的第二交流电压信号；
67.所述第三交流信号产生单元，用于向所述c相线注入频率为第三频率的第三交流电压信号；
68.所述电流采集模块还用于在a相输入端上获取包含所述第一频率的第一交流电
流，包含第二频率的第二交流电流，以及包含第三频率的第三交流电流；
69.所述控制模块还用于根据所述第一交流电压信号、第二交流电压信号、第三交流电压信号、所述第一交流电流、所述第二交流电流和所述第三交流电流确定负载设备的多相绝缘情况。
70.具体地，本实施例用于在站用交流电网包括负载设备的情况下，检测站用交流电网中的负载设备的多相绝缘故障情况。
71.其中，交流信号模块包括若干个交流信号产生单元，向每一个相线输入不同频率交流电压信号，在一个具体的实施例中，交流信号模块可采用dds造波芯片和单片机实现，由单片机控制模块控制dds造波模块输出相应频率和相位的交流信号。工频信号的频率为50hz，本技术的第一频率、第二频率和第三频率均不同于工频信号的频率，例如，第一频率可取值为40hz，第二频率可取值为60hz，第二频率可取值为70hz。
72.由于每一相线与各个负载设备的相对应的相输入端连接，例如，a相线与各个负载设备的a相输入端连接，因此，那么第一交流电压信号便会由a相线依次进入各个负载设备所在的负载支路的a相输入端，以负载设备1所在的负载支路为例，第一交流电压信号进入负载设备1所在的负载支路，利用电流采集模块可以获取负载支路的a相输入端上的包括第一频率的第一交流电流。同样的道理，可以获取负载设备1所在的负载支路的b相输入端上的第二交流电流，以及负载设备1所在的负载支路的c相输入端上的第三交流电流，通过确定负载设备1所在的负载支路上的各个相输入端注入的交流电压和交流电流，确定每一相线的绝缘电阻，若根据a相线的绝缘电阻和b相线的绝缘电阻以及c相线的绝缘电阻，确定负载设备1所在的负载支路的至少两个现象发生绝缘故障(例如，a相线和b相线发生绝缘故障，c相线无绝缘故障；或者a相线、b相线和c相线均发生绝缘故障)，则可以确定负载设备发生多相绝缘故障。
73.同样，按照上述的方式，可以确定其他负载设备所在的负载支路的绝缘情况。
74.进一步作为可选的实施方式，所述绝缘故障检测系统还包括显示模块，所述显示模块与所述控制模块连接。
75.具体地，该显示模块可用于显示相线的故障位置信息，例如，可显示“负载设备1的a相线和b相线存在接地故障”等信息，使得工作人员了解绝缘故障的具体情况。在一个具体的实施例中，显示模块可采用lcd液晶显示屏。
76.进一步作为可选的实施方式，所述绝缘故障检测系统还包括声光报警模块，所述声光报警模块与所述控制模块连接。
77.具体地，本技术还设置了声光报警模块，用于在检测到站用交流电网发生绝缘故障时，提醒工作人员前去查看和维修。在一个具体的实施例中，声光报警模块包括蜂鸣器和指示灯，控制模块可控制蜂鸣器持续发出蜂鸣声以及控制指示灯持续闪烁，起到告警提示的作用。
78.进一步作为可选的实施方式，所述直流电压模块包括整流单元、滤波单元和稳压单元；
79.所述整流单元的输入端与所述a相线、b相线和c相线连接，所述整流单元的输出端与所述滤波单元的输入端连接，所述滤波单元的输出端与所述稳压单元的输入端连接。
80.具体地，本实施例提供了一个直流电压模块的具体实现方式。该直流电压模块包
括整流单元，整流单元可采用现有技术中的三相桥式整流电路，并且该三相桥式整流电路的输入端与站用交流电网的a相线、b相线和c相线连接，从而将输入的三相高压交流电整流为高压直流电。滤波单元用于对输出的高压直流电进行滤波，滤波单元可包括一个电容器，利用该电容器使得整流单元输出的高压直流电更滑平滑。稳压单元，用于将输入的高压直流电转换为低压直流电，稳压单元可包括现有技术中的稳压芯片。
81.另一方面，参照图5，本发明还提供了一种控制方法，应用于站用交流电网，所述站用交流电网包括a相线、b相线和c相线，所述控制方法包括以下步骤：
82.s1、向所述a相线、所述b相线和所述c相线注入直流电压；
83.s2、获取所述a相线的a相电流、所述b相线的b相电流和所述c相线的c相电流；
84.s3、根据所述直流电压、所述a相电流、所述b相电流以及所述c相电流确定所述站用交流电网的绝缘故障情况。
85.具体地，站用交流电网输出的三相交流电(a相线、所述b相线和所述c相线上输出的交流电)，用于为电网中的负载设备或用电设备供电。
86.本技术通过向站用电流电网的相线中(指a相线、b相线和c相线)中注入直流电压，并且获取每一相线的相电流，根据欧姆定律，可以确定每一相线的绝缘电阻，根据每一相线的绝缘电阻，判断该交流站用电网的每一相的绝缘故障情况，例如，当a相线的绝缘电阻的阻值低于某一预设阈值时，可以判定该相线发生绝缘故障，具有实现原理简单的特点。
87.进一步作为可选的实施方式，所述站用交流电网还包括若干个负载支路，所述负载支路包括a相输入端、b相输入端和c相输入端，所述a相输入端与所述a相线连接，所述b相输入端与所述b相线连接，所述c相输入端与所述c相线连接，所述控制方法还包括以下步骤：
88.s4、获取所述a相输入端上的a相交流电压、所述b相输入端上的b相交流电压以及所述c相输入端上的c相交流电压；
89.s5、获取所述a相输入端上的a相对地漏电流、所述b相输入端上的b相对地漏电流以及所述c相输入端上的c相对地漏电流；
90.s6、根据所述a相交流电压和所述a相对地漏电流确定所述a相输入端的绝缘故障情况；根据所述b相交流电压和所述b相对地漏电流确定所述b相输入端的绝缘故障情况；根据所述c相交流电压和所述c相对地漏电流确定所述c相输入端的绝缘故障情况。
91.本实施例用于在站用交流电网包括负载设备的情况下，检测站用交流电网中的负载设备的单相绝缘故障情况。
92.其中，以检测a相线的绝缘故障情况为例，首先获取负载设备1所在的负载支路的a相输入端上的交流电压，接着获取该负载支路上的a相对地漏电流，最后根据获取的交流电压和对地漏电流，即可计算出a相线到负载设备1之间的对地绝缘电阻，并根据绝缘电阻值判断a相线的绝缘情况。
93.另外，在获取对地漏电流的过程中，如果负载设备所在的负载支路的对地绝缘情况正常，那么电流采集模块依旧能够检测到电流，该电流包括对地分布电容引起的漏电流以及单相绝缘故障引起的对地漏电流，但是二者的相位相差180度，因此，获取到包括二者的电流后，还需要对电流进行相位分析，从而确定出有绝缘故障引起的对地漏电流。
94.同样的道理，可以确定其他相线的绝缘故障情况。
95.进一步作为可选的实施方式，所述控制方法还包括以下步骤：
96.s7、向所述a相线注入频率为第一频率的第一交流电压信号；向所述b相线注入频率为第二频率的第二交流电压信号；向所述c相线注入频率为第三频率的第三交流电压信号；
97.s8、在a相输入端上获取包含所述第一频率的第一交流电流，在b相输入端上获取包含第二频率的第二交流电流，以及在c相输入端上获取包含第三频率的第三交流电流；
98.s9、根据所述第一交流电压信号、第二交流电压信号、第三交流电压信号、所述第一交流电流、所述第二交流电流和所述第三交流电流确定负载设备的多相绝缘情况。
99.具体地，本实施例用于在站用交流电网包括负载设备的情况下，检测站用交流电网中的负载设备的多相绝缘故障情况。
100.其中，交流信号模块包括若干个交流信号产生单元，向每一个相线输入不同频率交流电压信号，工频信号的频率为50hz，本技术的第一频率、第二频率和第三频率均不同于工频信号的频率，例如，第一频率可取值为40hz，第二频率可取值为60hz，第二频率可取值为70hz。
101.由于每一相线与各个负载设备的相对应的相输入端连接，例如，a相线与各个负载设备的a相输入端连接，因此，那么第一交流电压信号便会由a相线依次进入各个负载设备所在的负载支路的a相输入端，以负载设备1所在的负载支路为例，第一交流电压信号进入负载设备1所在的负载支路，利用电流采集模块可以获取负载支路的a相输入端上的包括第一频率的第一交流电流。同样的道理，可以获取负载设备1所在的负载支路的b相输入端上的第二交流电流，以及负载设备1所在的负载支路的c相输入端上的第三交流电流，通过确定负载设备1所在的负载支路上的各个相输入端注入的交流电压和交流电流，确定每一相线的绝缘电阻，若根据a相线的绝缘电阻和b相线的绝缘电阻以及c相线的绝缘电阻，确定负载设备1所在的负载支路的至少两个现象发生绝缘故障(例如，a相线和b相线发生绝缘故障，c相线无绝缘故障；或者a相线、b相线和c相线均发生绝缘故障)，则可以确定负载设备发生多相绝缘故障。
102.综上所述，本技术的绝缘故障检测系统及控制方法，通过获取绝缘电阻的方式，来判定相线故障、单相绝缘故障以及多相绝缘故障情况，对存在绝缘故障的设备进行维修检测，从而达到保证站用交流电网的稳定运行的目的。
103.以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。