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光伏直流绝缘监测装置

引言

光伏直流浮地系统中，电池组件经汇流箱和直流柜汇流后输入到逆变器，线路多、分布广，

易出现绝缘不良的问题。一旦出现两点接地，将可能造成直流电源短路、设备烧毁等故障，

甚至威胁到现场维护人员的人身安全。因此，光伏直流伏地系统必须使用绝缘监测装置来监

测系统的绝缘情况，保证系统的安全运行。

1绝缘监测的方法

目前，国内外绝缘检测装置采用的检测方法主要有以下三种：

1)交流注入法：向直流系统注入低频交流信号，由装设在各分支的电流互感器进行信号检测

实现分支定位，但易受光伏直流分布电容大的干扰。

2)综合判据法：一种人为投入检测电阻来拉偏正负母线对地电压的方法，但不断地接入单侧

探测接地电阻，会导致正负母线对地电压不断变化，波动很大。

3)电桥平衡法：无需注入交流信号，正负母线对地电压波动小，但不能检测正负母线绝缘电

阻同时等值下降的状态，且无法实现故障分支定位。

本文设计了一种基于电桥平衡原理改进型方法的绝缘监测装置，配合直流漏电流传感器能够

实时快速定位故障支路，无需注入交流信号，克服了不能检测等值绝缘下降的问题。

2绝缘监测原理及步骤

电桥平衡改进型监测绝缘方法的基本原理为：通过两次投入平衡电阻来测量正负母线对地

绝缘电阻以及支路绝缘电阻，当出现正负母线对地同时等值绝缘下降时，正负母线对地投入

非等值电阻进行检测。母线、支路绝缘监测等效电路如图1、图2所示，U+、U-分别为直流

正负母线对地电压，RX+、RX-为支路上的正负对地绝缘电阻（x为自然数），R+、R-为正负

母线对地绝缘电阻，R+为各支路正对地绝缘电阻的并联值（R+=R1+//R2+//R3+//……//RX+），

R-各支路负对地绝缘电阻的并联值（R-=R1-//R2-//R3-//……//RX-），R为平衡电阻，K1、K2、

K3、K4为控制平衡电桥投入的继电器，I为直流漏电流传感器测量值。

图1母线绝缘监测等效电路图2支路绝缘电阻监测等效电路

具体绝缘监测步骤如下：

1)将K1、K2、K3、K4均闭合，此时正负母线对地分别投入平衡电阻1R，测得正负母线对

地电压分别记为U1+、U1-，传感器测得漏电流记为I1，由此可列出如下方程组：

1

2

2)将K1、K2闭合，K3、K4断开，此时正负母线对地分别投入平衡电阻2R，测得正负母线

对地电压分别记为U2+、U2-，传感器测得漏电流记为I2，由此可列出如下方程组：

3

4

联立1.3两式可以计算出正负母线对地绝缘电阻R+和R-，

联立2.4两式可以计算出正负支路对地绝缘电阻Rx+和Rx-。

3)当U1+和U1-等值时，将K1、K2、K4闭合，K3断开，此时母线正对地投入电阻2R，母

线负对地投入电阻1R，测得正负母线对地电压分别记为U3+、U3-，传感器测得漏电流记为

I3，由此可列出如下方程：

5

6

联立35两式可以计算出正负母线对地绝缘电阻R+和R-，

联立46两式可以计算出正负支路对地绝缘电阻Rx+和Rx-。

3光伏直流绝缘监测装置的设计

3.1功能结构

光伏直流绝缘监测装置功能结构如图3所示。开关电源给监测装置供电；MCU通过控制平

衡电桥的投切采集母线和支路的相关数据，根据平衡电桥改进型方法进行数据计算得到实际

绝缘阻值；按键及数码管显示实现就地数据显示及参数配置；RS485接口实现后台实时数据

监测；继电器输出实现报警功能。

图3功能结构框图

3.2母线绝缘监测

母线绝缘监测电路如图4所示。MCU控制电子开关K1~K4投入平衡电桥，不同状态下进行

母线电压的线性光耦隔离采样，采样数据输入到MCU内部ADC通道进行计算处理，得出实

际直流母线绝缘电阻值并给出相应报警。

图4母线绝缘监测电路

3.3支路绝缘监测

当母线绝缘不良时进行支路绝缘巡检，同时可进行16条汇流支路绝缘监测。支路绝缘监测

电路如图5所示。光伏汇流箱输出汇流到直流母线，直流漏电流传感器采集汇流箱传输线路

的漏电流，采集数据通过多路开关4051