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摘要 支路接地是直流系统最常见的绝缘破坏故障，若不能及时发现并排除接地点，会引起严重后果。本文在直流漏电流检测法的基础上提出了可控电阻值的开关状态组合法，给出了系统设计方案。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。
关键词 直流系统；绝缘监测；C8051F040；CAN总线
A 文章编号 1674-6708（2012）81-0099-02
0 引言
发电厂、变电站的控制及信号系统、继电保护及自动装置、电气测量仪表、操作电源等统称为二次设备。它负责厂站全部供电设备的控制、保护、测量、事故判断、发出相应信号。直流电源作为二次设备的供电电源，是一个十分庞大的多分支供电网络，其常见的故障是一点接地故障。在一般情况下，一点接地并不影响直流系统的运行，但如果不能迅速找到接地故障点并予以修复，又发生另一点接地故障，就可能引起信号回路、控制回路、继电保护装置等的误动作[1-4]。
图1系统的总体结构框图
绝缘从机模块的设计中采用了C8051F040单片机，C8051F040内带CAN总线控制器，节省了独立元件的数量和其它外
图2 CAN通讯接口原理图
图3传感器原理图
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[11]。
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图如图4所示。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。
图4 传感器模块的主程序流程图
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。
图5 传感器测试原理图
测试结果如表1所示：规定K1闭合、K2打开时，流过传感器的电流值为正。
表1 传感器测试结果
根据测试结果，本设计研制的传感器可以准确的测出0.1mA的小电流，即能检测出直流系统支路绝缘电阻200千欧以上。且检测误差小于10%，完全满足设计要求[14]。
5 结论
本课题主要针对发电厂直流系统进行在线绝缘监测。在进行现场调研和消化吸收国内外相关技术的基础上，在认真论证设计方案的前提下，研制了一种自动化监测装置：它集检测、显示、记录于一体，无需在直流系统中注入任何信号，因此对直流系统无任何影响。
参考文献
袁乃志.发电厂和变电站电气二次回路技术[M].北京：中国电力出版社，2004：15-30.
许珉.发电厂电气主系统[M].机械工业出版社，2011（2）：30-60.
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[9]贾秀芳，赵成勇.直流系统绝缘监测综合判据[J].电力系统自动化，1999，23（16）.
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[11]WU Ping-an，ZHANG Shao-hai，YI Zhi-ming. Comparison of methods for detecting grounding faults of DC system. North China Electric Power，2003（2） ：52-54.
[12]Ji Tao，TAN Si-yuan，XU Bing-yin，et al.New method based on weform analysis to detect earth fault in DC systems.Automation of Electric Power Systems，2004，28（22）：69-72.
[13]Li Xiaoming，Liang Jun，Zhang Peiyun，etal.A new method of detecting grounding point in DC system.Automation of Electric Power System，2000，24（13）：55-56
[14]Zhao Chengyong，Jia Xiufang，Hao Zhifang. The new method of monitoring DC system insulation on-line[A].In：Proceedings of the 27th annual conference of the IEEE industrial electronics society，2001：688-691
关键词 直流系统；绝缘监测；C8051F040；CAN总线
A 文章编号 1674-6708（2012）81-0099-02
0 引言
发电厂、变电站的控制及信号系统、继电保护及自动装置、电气测量仪表、操作电源等统称为二次设备。它负责厂站全部供电设备的控制、保护、测量、事故判断、发出相应信号。直流电源作为二次设备的供电电源，是一个十分庞大的多分支供电网络，其常见的故障是一点接地故障。在一般情况下，一点接地并不影响直流系统的运行，但如果不能迅速找到接地故障点并予以修复，又发生另一点接地故障，就可能引起信号回路、控制回路、继电保护装置等的误动作[1-4]。
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[5-8]。系统结构如图1所示。2 系统硬件设计
2.1 CAN总线通信模块
电厂和变电站的直流系统为所有的二次设备供电，所以它是一个庞大的多分支供电网。为了能准确检测出接地故障所在的支路，必须给每个支路都安装电流传感器，且各支路都带有CPU（形成智能节点），用来检测母线各支路的绝缘电阻。本文采用纠错能力强、造价低、实用性强、通信距离超过10km 的CAN 总线实现数据通讯。图1系统的总体结构框图
绝缘从机模块的设计中采用了C8051F040单片机，C8051F040内带CAN总线控制器，节省了独立元件的数量和其它外
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围电路的开销，只需外加CAN收发器即可实现CAN通信。通讯接口电路原理图如图2所示。图2 CAN通讯接口原理图
2.2 传感器模块
传感器电路主要用来检测支路的漏电流[9]。主要有线圈、振荡电路、整形电路组成。传感器电路原理图如图3所示。其工作原理：电线从线圈的中心通过，当有电流流过电线时，振荡电路输出的矩形波的占空比就会发生变化，通过整形电路将波形整定到0V～3V的矩形波，单片机通过捕捉单元来捕捉高、低电平时间，就可以计算出漏电流值[10]。3 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。图3传感器原理图
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[11]。
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图如图4所示。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。
图4 传感器模块的主程序流程图
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。
4 装置测试结果
漏电流传感器是本方案的重要组成部分，由于本设计是工程项目，要对老电厂、变电站的直流系统绝缘装置进行改造[12-13]，所以不能采用闭环式的漏电流传感器。考虑到以上因素，本设计研制出了一种开环式、可拆装、漏电流传感器，并对其进行了详细的研究和测试。测试原理图如图5所示。图5 传感器测试原理图
测试结果如表1所示：规定K1闭合、K2打开时，流过传感器的电流值为正。
表1 传感器测试结果
根据测试结果，本设计研制的传感器可以准确的测出0.1mA的小电流，即能检测出直流系统支路绝缘电阻200千欧以上。且检测误差小于10%，完全满足设计要求[14]。
5 结论
本课题主要针对发电厂直流系统进行在线绝缘监测。在进行现场调研和消化吸收国内外相关技术的基础上，在认真论证设计方案的前提下，研制了一种自动化监测装置：它集检测、显示、记录于一体，无需在直流系统中注入任何信号，因此对直流系统无任何影响。
参考文献
袁乃志.发电厂和变电站电气二次回路技术[M].北京：中国电力出版社，2004：15-30.
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[4]刘秀成.电路原理[M].清华大学出版社，2007（3）：10-13.
[5]基于CAN现场总线技术的分布式直流电源绝缘监测系统[D].山东：山东理工大学.
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[7]沈杰，李乃湖.基于现场总线技术的变电站自动化系统[J].电力系统自动化，2000，24（9） ：57-59.
[8]阳宪慧.现场总线技术及应用[M].北京：清华大学出版社，1999.
[9]贾秀芳，赵成勇.直流系统绝缘监测综合判据[J].电力系统自动化，1999，23（16）.
[10]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.
[11]WU Ping-an，ZHANG Shao-hai，YI Zhi-ming. Comparison of methods for detecting grounding faults of DC system. North China Electric Power，2003（2） ：52-54.
[12]Ji Tao，TAN Si-yuan，XU Bing-yin，et al.New method based on weform analysis to detect earth fault in DC systems.Automation of Electric Power Systems，2004，28（22）：69-72.
[13]Li Xiaoming，Liang Jun，Zhang Peiyun，etal.A new method of detecting grounding point in DC system.Automation of Electric Power System，2000，24（13）：55-56
[14]Zhao Chengyong，Jia Xiufang，Hao Zhifang. The new method of monitoring DC system insulation on-line[A].In：Proceedings of the 27th annual conference of the IEEE industrial electronics society，2001：688-691