基于改进不平衡电桥的直流系统故障检测技术

代表整个直流系统的直流母线电压，U’4为直流系统中的开关K2闭合时，测量直流系统中的正母线两端的电压，U”4为电路中开关K1断开时，而其他开关闭合时，测量直流系统中的正母线两端的对地电压，U’4为直流电路中的开关K1断开时，其它开关闭合时，测量直流系统中的负母线两端的对地电压，U”1为电路中开关K1断开时，而其他开关闭合时，测量直流系统中的负母线两端的对地电压，R+为直流系统中的正母线接地电阻，R-为直流系统中的负母线接地电阻。

这样，通过上面的分析，就可以快速的对不平衡电桥中的正负接地电阻的值进行求解，具体计算方法如下：

直流系统中交流窜入电压的检测。在对直流系统中的交流窜入进行检测时，需要结合表1中设备的步骤5与步骤4之间的直流电路中的开关通断情况，分析隔直电容接入电路中的正、负交流窜入的状态下，对直流系统的电压进行检测，这时，分别测量直流系统中的电阻R5两端交流电压的值为U’2、U”2，然后，根据相应的公式，可以计算出直流系统的正、负母线交流窜入电压值，具体的计算方法如下：

在计算的过程中，式中的U’2为电路中开关K2闭合而其他开关断开时，电路中电阻R5两端的电压值，U”2为电路中开关K闭合而其他开关断开时，电路中电阻R5两端的电压值，UAC+为测量直流系统中的正母线两端的交流窜入对地电压，UAC-为测量直流系统中的负母线两端的交流窜入对地电压。这样，通过直流电路系统中的电流值与窜入电流值进行测量之后，就可以有效的对电路中的电压值的变化情况进行分析。

3 仿真分析

3.1 仿真测试方法

通过对不平衡电桥的直流电路系统检测技术进行改进之后，并确定了接地电阻与窜入电压的计算分析方法，就可以采用MATLAB/Simulink软件，对改进后的直流电路系统的可能产生的故障进行仿真分析，分析。在直流系统正常运行的情况下，如果直流电路系统中的接地电阻值低至30-40kΩ时，就可以认为直流电路系统的接地产生了故障。在进行系统仿真时，为保证不会对整个改进的直流电路造成损害，我们设置直流系统的正母线接地电阻为10kΩ，并将直流系统的负母线接地电阻设置为15kΩ，保证电阻能够满足仿真测试的要求。设定直流系统额定电压分别为48V和110V两种情况，对直流电路中的各个电阻、电容等元件参数的设置如表2所示。

在对不平衡电桥的直流电路系统的各个元件参数进行设定之后，就可以根据上述确定的电阻计算方法，对直流电路中的各个需求电压U’1、U”1、U’2、U”2的值进行测量，当电路中的电压为48V时，对各个需求参数的值测量值如表3所示。其中，“1”代表开关闭合，“0”代表电路开关的闭合。

然后，将表3的测量值，带入到直流电路中的电阻测量公式中，就可以对各个测量的参数值进行计算，进而能够与测量的检测故障参数对比，具体的计算结果与存在的误差情况如表4所示。

采用同样的方法，可以对直流电路中接入110V的电压进行仿真测试，也可以得到相应的测试结果，通过对相应的测量结果进行分析，说明改进不平衡电桥对电路中的检测技术进行测试，可有效应用于直流系统接地故障检测及交流窜入故障的检测，而且检测的效果也十分明显。例如，在采用48V DC接入到直流系统中，通过测量与计算，仿真得到的接地电阻检测误差小于0.250%，交流窜入检测误差小于0.150%，都在实践电路的控制要求之下，说明能够有效的对直流电路中的接地电阻与窜入电流进行测量，在直流系统中接入110V DC电压时，通过仿真测试，得到的接地电阻检测误差小于0.060%，而实际测量的交流窜入检测误差也小于0.160%，说明在电压变化的情况，系统也能够满足相应的要求，进而能够说明在基于不平衡电桥改进直流电路系统的检测技术能够满足要求。

3.2 实际试验验证

根据上述改进不平衡电桥的检测技术与方法，在实验室搭建改进不平衡电桥电路实物模型，并结合相应的实验过程，对相应的电阻值与窜入电流值进行测量，将元件参数设置为表2中48V系统对应参数值，然后通过实际试验对直流系统中接地电阻与窜入电流进行测量，具体的测量结果如表5所示。

然后，将实际实验中表5的测量值，带入到直流电路中的电阻测量公式中，就可以对各个测量的参数值进行计算，并得到相应的计算结果，进而能够与测量的检测故障参数对比分析，判断具体的改进技术的测试效果，具体的计算结果与存在的误差情况如表6所示。

通过表6的实际实验数据可以知道，基于改进不平衡的直流系统检测技术能够满足实际的要求，而且采用该方法检测得到的仿真实验正、负母线接地电阻和交流窜入值与实际实验测量值之间的误差小于5%，在实际应用中，能够准确真实的反应出直流电路系统可能存在的接地电阻与交流窜入的故障。

4 结束语

在对电网中直流电路系统存在的问题进行检测时，往往会存在多种问题，通过改进不平衡电桥的直流电路系统检测技术可以有效的对系统存在的问题进行分析，本研究就是基于不平衡电桥和隔直电容原理，通过电路的接地电阻与交流窜入等情况进行分析，提出了改进不平衡电桥法的检测技术，并通过MATLAB/Simulink软件仿真进行测试，并在实验室中通过硬件平台进行研究，接地电阻和交流窜入的检测精度满足直流系统运行要求，实验的结果表明改进不平衡电桥的直流电路系统检测技术能够有效的对电路进行检测。

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作者簡介：罗志强（1969-），男，广东中山人，本科，讲师，电工高级技师，研究方向：电气运行与控制智能化。