直流系统绝缘监测装置的软件设计分析

直流系统绝缘监测装置的软件设计分析

高童

（国网青海省电力公司检修公司青海格尔木816000）

摘要：虽然目前在运行的直流电源绝缘监测装置大多存在着各种各样的缺陷，不能真正使直流系统处于有效的监控之下。但是微机直流绝缘监测装置的发展已经成为直流系统绝缘监测的必经之路。我们希望安全自动装置厂家能够深入生产现场实地考察，制造出符合实际要求的设备；同时有关部门尽快出台相关规定，规范安全自动装置市场，规范运行维护规程，从设备的来源上保证产品的合格。相信随着电力系统和电力装备制造业的发展，优质的直流系统绝缘监测装置会得到大力发展，使直流系统绝缘监测不再成为难事，真正处于有效地监控之下。

关键词：直流系统；绝缘监测；软件设计

1系统整体设计

绝缘检测装置采用高性能8位C8051F040单片机作为CPU，用来在线检测直流系统的接地故障。通过测量三种状态下的采样电阻的电压，计算直流母线对地电阻阻值，检测母线是否存在接地故障；通过漏电流传感器测量各支路漏电流的值，计算出各支路接地电阻，检测各支路是否存在接地故障。本设计采用模块化设计思想，主要有母线绝缘检测部分和支路绝缘检测部分组成。母线绝缘检测部分称为绝缘主机，支路绝缘检测部分称为绝缘从机。

2系统软件设计

传感器模块的软件主要包括：支路实时检测和与绝缘主机进行通信。

支路实时检测：检测各直流支路漏电流传感器的输出信号，判定各支路是否出现接地故障或传感器是否自身故障。

与绝缘主机进行通信：采用CAN总线通信，通过中断接收绝缘主机的命令，根据动作命令进行相应检测步骤，并将检测的结果通过CAN总线发送给绝缘主机。传感器模块的主程序流程。

初始化包括开全局中断、标志赋初值、端口初始化、看门狗初始化等。

传感器模块负责测量各支路的漏电流传感器的输出信号，检测传感器是否有故障，同时计算出各支路回路中的电流值，以此来判断支路是否出现接地故障。

3#3机组110V直流系统绝缘监测装置的现场测试结果

3.1现场测试背景

设备型号：HY-DC2000，2009年4月正式投运。基建期间直流系统带少量负荷时，采用直接用电阻模拟接地故障，绝缘监测装置可准确报出接地电阻及接地分支。A修前未发现绝缘监测装置有任何异常情况，测试时直流系统带几乎全部负荷。

3.2测试结果

1）Ⅰ段正母线、负母线分别通过8kΩ电阻接地：

两段绝缘监测装置显示接地电阻值分别为6.9kΩ、9.5kΩ，分支选线正确。

2）正、负母线同时通过电阻接地：

在正负母线同时接地的情况下，接地电阻检测结果不正确，如正、负母线的接地电阻分别为下表1数值时，绝缘监测仪不能正确反映实际绝缘电阻；

电阻值（kΩ）绝缘监测仪测量值（kΩ）

Ⅰ段母线+Ⅰ段母线-R+R-

810258.7999.99

83053.76999.99

85034.3999.99

8709.7999.99

表1正负母线同时接地绝缘监测仪的测量数据

3）正母线不同分支单独通过电阻接地：

接地电阻检测结果正确，大部分接地支路选线正确，少数分支接地后只报出正母线接地，具体分支未准确报出。

4）正、负母线均接入支路电容的情况下，正母线经不同阻值的电阻接地：

接地电阻检试结果正确，接地回路选线正确，但非接地支路也同时误报接地，致使无法选定正确的接地分支。

5）负母线多点接地：

接地电阻检测结果为多点接地电阻的并联值，接地分支选线大多数正确，有少数非接地支路同时误报接地。

3.3现场测试结果小结

现场试验结果表明，目前在线运行绝缘监测装置存在很多不足之处，有的属于产品设计考虑不足，如：支路接地时误选线、正负母线同时接地或多点接地时绝缘监测仪不能正确反映实际绝缘电阻等；也有的属于运行维护不到位，如装置运行指示灯不亮，运行人员没有及时发现并进行更换，不能使直流系统的绝缘处于有效的监控状态。

4探讨直流系统在线绝缘监测装置的设计

4.1系统的组成与工作原理

根据直流供电系统的复杂结构，我们可以采用由繁化简的原则，将复杂的拓扑关系变简单。这就需要我们在直流系统支路上面安装隔离电源，之后再在其支路上分别安装直流接地检测子机，这样以来各检测子机分工不同，共同完成检测任务后，通过总线输送到检测主机中。该分布式直流接地监测系统的构成如图2所示，检测子机从1到5检测的范围各不同，其中检测子机1主要是用来检测直流母线的。这种分布式监测系统相对于以往的集中式监测系统来说，实现了系统支路电源的分离，避免了支路误动问题的发生，有利于电力系统的安全运行。在检测子机进行工作时，检测方法相对简单，一旦检测到直流接地问题，不需要通过注入信号或者利用传感器就能够对故障支路进行定位，这主要是由系统分布式结构决定的，受外界环境的干扰性较小，采用不平衡电桥法即可完成检测工作。

分布式直流接地监测系统的研究依赖于先进的科学技术，包括分布式隔离电源技术、485总线通讯技术等，通过采用先进的控制以及数据处理芯片，增强了装置的安全性，为电力系统的运行提供了有效的保障。该监测装置相对轻便，安装操作较简单，具有很好的经济性和实用性。

4.2检测子机的工作原理

检测子机在工作时，是通过RS485总线进行数据传输的，其工作原理如图3所示，它的工作电源组则是通过直流母线电压转换的，我们可以选择隔离放大器或者光耦进行隔离。在分布式直流监测系统中，检测子机与隔离电源之间既可以合为一体，也可以相互分开。隔离电源对检测子机来说尤为重要，它除了能够产生隔离的直流母线电压，还能够为检测子机提供工作电压，一旦将检测子机作为分体，就需要利用另一种形式产生工作电源。如果系统存在接地故障时，可以通过状态指示电路检测，也可以通过隔离RS485口进行传输。

5结语

直流系统在线绝缘装置采用模块化设计思路，主要有母线绝缘检测部分和支路绝缘检测部分组成。选择C8051F040作为核心控制器，充分利用其处理能力强、运行速度快等优点。采用CAN总线通信技术，实现了绝缘主机与绝缘从机间的通信，实现了整个绝缘检测系统的网络化。

参考文献：

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[2]李秀卿，崔实.电站直流系统接地故障监测与诊断[J].电测与仪表，1999，12（9）：23-24.

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