一种自适应绝缘检测装置

技术领域

本发明涉及绝缘检测技术领域，具体涉及一种自适应绝缘检测装置。

背景技术

随着经济的快速发展，电力需求日益迫切，电网系统运行的电压等级不断提高，然而随着电网规模的不断扩大，电力设备的容量也在不断增加，大力发展新能源，加快建设新型电力系统。积极发展“新能源+储能”、源网荷储一体化和多能互补，支持分布式新能源合理配置储能系统。电网系统对电力设备的安全运行、供电可靠性提出了更加苛刻的要求。为确保整个电网系统的稳定、安全、经济运行，对电力设备进行绝缘监测和诊断技术的研究具有十分重要的理论价值和实际价值。

电力可靠性主要取决于绝缘状况，而通常用泄露电流和设备的电容值、介质损耗角正切值等参数来表征高压电气设备的绝缘状态。电力部门要定期的对这些电器参数做预防性试验。但是这种措施存在着固有缺陷，表现为：(1)定期停电对设备进行检查，要花费大量的人力、物力和财力，不利于电力系统的经济运行；(2)在离线条件下对设备进行预防性试验及检测时，很难实时地预见和预测电气设备的突发性事故，更不可能发现高压电气设备的潜伏性缺陷。随着发展的需求，电网配合组件的绝缘检测也是十分重要的一个组成部分。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的绝缘检测效率差的缺陷，从而提供一种自适应绝缘检测装置。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明实施例提供一种自适应绝缘检测装置，包括：信号调理电路、参考点接入电路、驱动模块、控制模块；信号调理电路的输入端与检测点连接；参考点接入电路的第一控制端与控制模块连接，参考点接入电路的第二控制端与控制模块连接，参考点接入电路的输出端与参考点连接；控制模块用于基于检测信号发出使能信号至参考点接入电路，并控制驱动模块输出测试脉冲至参考点接入电路；控制模块还基于信号调理电路输出的检测结果，调整测试脉冲的电压幅值及方向；参考点接入电路基于使能信号以及测试脉冲，检测检测点的高压及其对地偏置量；控制模块基于检测点的高压及其对地偏置量，判断检测点是否绝缘失效。

在一实施例中，信号调理电路包括：第一信号调理子电路、第二信号调理子电路、第三信号调理子电路及第四信号调理子电路；第一信号调理子电路的第一端与检测点的正极连接，第一信号调理子电路的第二端与第一接地端连接；第二信号调理子电路的第一端与检测点的负极连接，第二信号调理子电路的第二端与第一接地端连接；第三信号调理子电路的第一输入端与第一信号调理子电路的输出端连接，第三信号调理子电路的第二输入端与第二信号调理子电路的输出端连接，第三信号调理子电路的输出端与控制模块连接；第四信号调理子电路的第一输入端与第一信号调理子电路的输出端连接，第四信号调理子电路的第二输入端与第二信号调理子电路的输出端连接，第四信号调理子电路的输出端与控制模块连接；第三信号调理子电路对第一信号调理子电路的输出信号做减法，得到差值电压，计算出检测点的高压值；第四信号调理子电路对第一信号调理子电路的输出信号做加法，得到叠加电压，计算出检测点的高压的对地偏执量。

在一实施例中，第一信号调理子电路包括：第一电阻、第二电阻、第一运放；第一运放的正相输入端通过第一电阻与检测点的正极连接，第一运放的正相输入端还通过第二电阻与第一接地端连接，第一运放的反相输入端与其输出端连接，第一运放的输出端分别与第三信号调理子电路的第一输入端、第四信号调理子电路的第一输入端连接。

在一实施例中，第二信号调理子电路包括：第三电阻、第四电阻及第二运放；第二运放的正相输入端通过第三电阻与第一接地端连接，第二运放的正相输入端还通过第四电阻与检测点的负极连接，第二运放的反相输入端与其输出端连接，第二运放的输出端分别与第三信号调理子电路的第二输入端、第四信号调理子电路的第二输入端连接。

在一实施例中，第三信号调理子电路包括：第三运放；第三运放的正相输入端与第一信号调理子电路的输出端连接，第三运放的正相输入端还与第二接地端连接，第三运放的反相输入端分别与第二信号调理子电路的输出端连接，第三运放的反相输入端还与其输出端连接，第三运放的输出端与控制模块连接。

在一实施例中，第四信号调理子电路包括：第五电阻、第六电阻、第七电阻及第四运放；第四运放的正相输入端通过第五电阻与第一信号调理子电路的输出端连接，第四运放的正相输入端还通过第六电阻与第二信号调理子电路的输出端连接，第四运放的正相输入端还通过第七电阻接入参考电压，第四运放的反相输入端还与其输出端连接，第四运放的输出端与控制模块连接。

在一实施例中，参考点接入电路包括：光耦隔离芯片及继电器；光耦隔离芯片的第一端接入使能信号，光耦隔离芯片的第二端接地，光耦隔离芯片的第三端接入测试脉冲，光耦隔离芯片的第四端通过继电器与参考点连接。

在一实施例中，控制模块包括：模数转换电路、通讯隔离电路及控制器；模数转换电路的输入端与信号调理电路的输出端连接，模数转换电路的输出端通过通讯隔离电路与控制器连接；控制器与参考点接入电路及驱动模块连接。

在一实施例中，控制模块包括：MCU模块、通讯隔离电路及控制器；MCU模块的输入端与信号调理电路的输出端连接，MCU模块的输出端通过通讯隔离电路与控制器连接；MCU模块的输出端还与参考点接入电路及驱动模块连接。

在一实施例中，自适应绝缘检测装置还包括：电源模块；电源模块的输入端输入外接电压，电源模块的输出端与信号调理电路、参考点接入电路、驱动模块连接，电源模块的控制端与控制模块连接。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明提供的自适应绝缘检测装置，控制模块用于基于检测信号发出使能信号至参考点接入电路，并控制驱动模块输出测试脉冲至参考点接入电路；控制模块还基于信号调理电路输出的检测结果，调整测试脉冲的电压幅值及方向；参考点接入电路基于使能信号以及测试脉冲，检测检测点的高压及其对地偏置量；控制模块基于检测点的高压及其对地偏置量，判断检测点是否绝缘失效，为系统安全保驾护航。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的检测装置的一个具体示例的组成图；

图2为本发明实施例提供的检测装置的另一个具体示例的组成图；

图3为本发明实施例提供的检测装置的第一信号调理子电路、第二信号调理子电路的具体电路拓扑图；

图4为本发明实施例提供的检测装置的第三信号调理子电路、第四信号调理子电路的具体电路拓扑图；

图5为本发明实施例提供的光耦隔离芯片的具体电路拓扑图；

图6～8为本发明实施例提供的电路简化演算模型图；

图9为本发明实施例提供的检测流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例

本发明实施例提供一种自适应绝缘检测装置，如图1所示，包括：信号调理电路1、参考点接入电路2、驱动模块3、控制模块4。

具体地，如图1所示，信号调理电路1的输入端与检测点连接；参考点接入电路2的第一控制端与控制模块4连接，参考点接入电路2的第二控制端与控制模块4连接，参考点接入电路2的输出端与参考点连接。

具体地，控制模块4用于基于检测信号发出使能信号至参考点接入电路2，并控制驱动模块3输出测试脉冲至参考点接入电路2；控制模块4还基于信号调理电路1输出的检测结果，调整测试脉冲的电压幅值及方向。

具体地，参考点接入电路2基于使能信号以及测试脉冲，检测检测点的高压及其对地偏置量；控制模块4基于检测点的高压及其对地偏置量，判断检测点是否绝缘失效。

具体地，本发明实施例基于多种基础元件搭建的检测装置，同时集成高压检测与绝缘检测。接收到检测需求之后，接入外部参考点，开始检测检测点的电压，根据检测结果，适当调整输出脉冲的电压幅度以及方向，实现检测功能(电路部分涉及电阻分压，电压叠加，差分放大，加法电路，DCDC调整，脉冲源输出控制，信号隔离等)，可以实现全检测范围的精度要求，实时确认当前系统的绝缘状态，为系统安全保驾护航。

在一具体实施例中，如图2所示，信号调理电路1包括：第一信号调理子电路11、第二信号调理子电路12、第三信号调理子电路13及第四信号调理子电路14。

具体地，如图2所示，第一信号调理子电路11的第一端与检测点的正极连接，第一信号调理子电路11的第二端与第一接地端连接；第二信号调理子电路12的第一端与检测点的负极连接，第二信号调理子电路12的第二端与第一接地端连接；第三信号调理子电路13的第一输入端与第一信号调理子电路11的输出端连接，第三信号调理子电路13的第二输入端与第二信号调理子电路12的输出端连接，第三信号调理子电路13的输出端与控制模块4连接；第四信号调理子电路14的第一输入端与第一信号调理子电路11的输出端连接，第四信号调理子电路14的第二输入端与第二信号调理子电路12的输出端连接，第四信号调理子电路14的输出端与控制模块4连接；第三信号调理子电路13对第一信号调理子电路11的输出信号做减法，得到差值电压，计算出检测点的高压值；第四信号调理子电路14对第一信号调理子电路11的输出信号做加法，得到叠加电压，计算出检测点的高压的对地偏执量。

在一具体实施例中，如图3所示，第一信号调理子电路11包括：第一电阻R22、第二电阻R25、第一运放U2A；第一运放U2A的正相输入端通过第一电阻R22与检测点的正极连接，第一运放U2A的正相输入端还通过第二电阻R25与第一接地端(即HV_AGND端)连接，第一运放U2A的反相输入端与其输出端连接，第一运放U2A的输出端分别与第三信号调理子电路13的第一输入端、第四信号调理子电路14的第一输入端连接。

在一具体实施例中，如图3所示，第二信号调理子电路12包括：第三电阻R31、第四电阻R32及第二运放U4B；第二运放U4B的正相输入端通过第三电阻R31与第一接地端连接，第二运放U4B的正相输入端还通过第四电阻R32与检测点的负极连接，第二运放U4B的反相输入端与其输出端连接，第二运放U4B的输出端分别与第三信号调理子电路13的第二输入端、第四信号调理子电路14的第二输入端连接。

在一具体实施例中，如图4所示，第三信号调理子电路13包括：第三运放U3B；第三运放U3B的正相输入端与第一信号调理子电路11的输出端连接，第三运放U3B的正相输入端还与第二接地端(即ISO_AGND端)连接，第三运放U3B的反相输入端分别与第二信号调理子电路12的输出端连接，第三运放U3B的反相输入端还与其输出端连接，第三运放U3B的输出端与控制模块4连接。

在一具体实施例中，如图4所示，第四信号调理子电路14包括：第五电阻R37、第六电阻R40、第七电阻R33及第四运放U3A；第四运放U3A的正相输入端通过第五电阻R37与第一信号调理子电路11的输出端连接，第四运放U3A的正相输入端还通过第六电阻R40与第二信号调理子电路12的输出端连接，第四运放U3A的正相输入端还通过第七电阻R33接入参考电压，第四运放U3A的反相输入端还与其输出端连接，第四运放U3A的输出端与控制模块4连接。

在一具体实施例中，参考点接入电路2包括：光耦隔离芯片及继电器。光耦隔离芯片的第一端接入使能信号，光耦隔离芯片的第二端接地，光耦隔离芯片的第三端接入测试脉冲，光耦隔离芯片的第四端通过继电器与参考点连接。

如图5所示，光耦隔离芯片U1的PE_EN端与控制模块4连接，PE端连接继电器。

本发明实施例的信号调理电路1可以检测检测点的高压及其对地偏置量，现在基于图3～图5所示电路拓扑进行说明。首先将图3的拓扑进行简化，得到图6所示拓扑，图6中可以得到第一信号调理信号输出电压V+、第一信号调理信号输出电压V-计算公式如下：

当继电器导通时，即参考点接入时，将此状态记为状态1，状态1下的电路如图7所示，图7中R1设为0.1Ω，则在状态1下有以下公式：

式中，I1为状态1下节点电流，并且R＝R0+R，P＝Rp//R，N＝Rn//R。

当继电器关断时，即参考点未接入时，将此状态记为状态2，状态2下的电路如图8所示，则在状态2下有以下公式：

式中，I2为状态2下节点电流，并且R＝R0+R，Q＝Rp//Rn。

将状态1及状态2叠加，得到

基于上述结构，本发明实施例提供的检测装置的检测流程如图9所示，图9中，PE信号用于控制继电器闭合，PWM+及PWM-为测试脉冲信号。

在一具体实施例中，控制模块4包括：模数转换电路、通讯隔离电路及控制器；模数转换电路的输入端与信号调理电路1的输出端连接，模数转换电路的输出端通过通讯隔离电路与控制器连接；控制器与参考点接入电路2及驱动模块3连接。

在一具体实施例中，控制模块4包括：MCU模块、通讯隔离电路及控制器；MCU模块的输入端与信号调理电路1的输出端连接，MCU模块的输出端通过通讯隔离电路与控制器连接；MCU模块的输出端还与参考点接入电路2及驱动模块3连接。

在一具体实施例中，自适应绝缘检测装置还包括：电源模块；电源模块的输入端输入外接电压，电源模块的输出端与信号调理电路1、参考点接入电路2、驱动模块3连接，电源模块的控制端与控制模块4连接。

具体地，本发明实施例的电源模块包括降压电路、隔离电路、第一调压电路及第二调压电路，其中降压电路输入外接电压并对其降压后输入至驱动模块3及调压模块，第一调压电路的输出电压的幅值由控制模块4控制，第一调压电路的输出电压为驱动模块3的激励电压以及为参考点接入电路2供电电压，第二调压模块输出电压用于为信号调理电路1供电。

具体地，降压电路，为适配不同的输入电压，做出相应的设计调整，输出供电到--隔离DC-Y和通讯和隔离器件Z；包括但不限于电压模块，定压模块，分立元件搭建。隔离电路，为满足系统高压采集的隔离需求调整；包括但不限于电压模块，定压模块，分立元件搭建。第一调压电路，随检测的需求，调整输出的电压幅度；包括但不限于电压模块，定压模块，分立元件搭建。第二调压电路，固定电压输出给到运算放大器；包括但不限于电压模块，定压模块，分立元件搭建。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。