摘要：本文提出了利用不對(duì)稱電橋?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)DC系統(tǒng)絕緣的正常方法，建立了測(cè)量絕緣電阻的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上開發(fā)了微機(jī)DC絕緣監(jiān)測(cè)和故障點(diǎn)定位綜合裝置。實(shí)際應(yīng)用表明，該裝置工作可靠，運(yùn)行準(zhǔn)確。

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠；DC系統(tǒng)；絕緣；故障接地；監(jiān)測(cè)；

1引言

發(fā)電廠和變電站的DC系統(tǒng)是二次設(shè)備的電源。為了保證二次設(shè)備的可靠運(yùn)行，需要對(duì)DC系統(tǒng)的絕緣狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，預(yù)測(cè)DC系統(tǒng)的絕緣薄弱環(huán)節(jié)。當(dāng)DC電源系統(tǒng)出現(xiàn)一點(diǎn)接地故障時(shí)，應(yīng)立即排除，否則再次接地可能會(huì)導(dǎo)致重大事故。目前，尋找接地故障的方法是依次拉合DC饋線，手動(dòng)查找接地線路。這種方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且不安全，可能導(dǎo)致繼電保護(hù)或自動(dòng)裝置誤動(dòng)或拒絕。因此，需要開發(fā)一種安全自動(dòng)裝置，既能預(yù)測(cè)DC系統(tǒng)的絕緣狀況，又能找到接地故障點(diǎn)。

2裝置的基本工作原理

2.1正常情況下，電網(wǎng)正負(fù)絕緣的監(jiān)測(cè)方法

目前，發(fā)電廠和變電站廣泛使用的DC絕緣監(jiān)測(cè)裝置是利用對(duì)稱的電橋。當(dāng)DC系統(tǒng)的絕緣下降時(shí)，它會(huì)破壞電橋的平衡。通過檢測(cè)電橋的不平衡程度，可以反映DC電網(wǎng)的絕緣狀況。但當(dāng)正負(fù)絕緣均勻下降時(shí)，該裝置失效，電網(wǎng)對(duì)地絕緣電阻值無法自動(dòng)檢測(cè)。因此，有必要探索一種新的檢測(cè)方法。

將星形電阻電路連接到DC系統(tǒng)的正負(fù)母線和地面之間，形成圖1所示的不對(duì)稱橋式電壓取樣電路。

圖中RZ、RF分別代表直流系統(tǒng)正負(fù)極絕緣電阻，U為正負(fù)極間電壓，R1、R2和RJ是取樣電阻，

R1≠R2。戴維南定律的應(yīng)用可以得到圖1的等值電路圖2。圖2：

公式：UJ為橋梁電阻RJ上的電壓；U′F為電阻斷開后負(fù)母線對(duì)地電壓。

RZ//RF反映了DC系統(tǒng)的地面絕緣狀態(tài)，采樣UJUJ、U及U′F,直流系統(tǒng)對(duì)地絕緣可采用(4)連續(xù)實(shí)時(shí)檢測(cè)。(4)型對(duì)正負(fù)極絕緣均勻下降仍有效。

2.2故障后接地電阻檢測(cè)及故障定位方法

RZ//RF將直流系統(tǒng)對(duì)地絕緣電阻降至25kkkkΩ當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障時(shí)，系統(tǒng)將低頻信號(hào)注入DC母線與地球之間穿過DC饋線支路的弱電流傳感器傳回信號(hào)。由于每個(gè)支路都有對(duì)地電容和對(duì)地電阻，信號(hào)包括容性電流分量IC和阻性電流分流量IR。相敏電路可用于檢測(cè)反映絕緣情況的電阻電流IR。依次檢測(cè)每個(gè)電路的電阻電流，找出大值IRM與整定值IRdz的比較。如果IRm>IRdz，則該支路為接地支路，否則認(rèn)為故障發(fā)生在母線上。

當(dāng)電網(wǎng)正上出現(xiàn)接地故障時(shí)，同步電壓信號(hào)UT應(yīng)從正母線引出；負(fù)接地時(shí)，UT應(yīng)從負(fù)母線引出；當(dāng)正負(fù)均勻故障時(shí)，UT可從正母線或負(fù)母線引出。低頻信號(hào)投入電網(wǎng)前橋電阻RJ切除。接地性的判斷可以根據(jù)正對(duì)地電壓和負(fù)對(duì)地電壓的大小來確定。接地電阻R0≈RZ//RF的值可以在低頻信號(hào)投入前根據(jù)(4)類型確定。由于接地故障支路上存在較大的低頻電流信號(hào)，且該電流信號(hào)流入接地點(diǎn)并消失，因此可以通過檢測(cè)該低頻電流信號(hào)是否存在來確定接地點(diǎn)的具體位置。

3設(shè)備的開發(fā)及其應(yīng)用

根據(jù)上述原理，開發(fā)了微機(jī)DC絕緣監(jiān)測(cè)和故障點(diǎn)定位綜合裝置。該裝置由主機(jī)、弱電流傳感器和檢測(cè)器組成，如圖3所示。該裝置由80C196單片機(jī)控制和數(shù)據(jù)處理。正常情況下，單片機(jī)控制橋電阻RJ的切割，并通過電壓取樣電路取樣UJ、U和U′F利用數(shù)學(xué)模型計(jì)算電網(wǎng)的正負(fù)絕緣電阻，通過數(shù)字顯示器顯示電阻值和正負(fù)母線之間的電壓。

電網(wǎng)正上或負(fù)上的電阻小于25kkΩ單點(diǎn)接地故障或正負(fù)絕緣均勻降至80kΩ單片機(jī)控制繼電器動(dòng)作切除RJ，并投入低頻信號(hào)源。該信號(hào)通過隔離變壓器和電容器與正負(fù)母線和地球之間的同步電壓形成電路，以產(chǎn)生相敏電路所需的同步信號(hào)。單片機(jī)控制多路開關(guān)依次處理各直流饋線上弱電流傳感器返回的信號(hào)，根據(jù)2.2中提到的原理找出故障支路或母線。如果支路故障數(shù)字顯示顯示接地支路號(hào)和接地電阻值報(bào)警發(fā)出長(zhǎng)節(jié)奏報(bào)警；如果母線故障數(shù)字顯示只顯示接地電阻值報(bào)警發(fā)出短報(bào)警。通過比較正負(fù)母線對(duì)地電壓的大小來確定接地線的性紅燈，表示正接地綠燈表示負(fù)接地。找到接地支路后，用檢測(cè)器找到接地點(diǎn)。發(fā)光二管和蜂鳴器由鉗形磁路后端通過信號(hào)處理電路、放大和靈敏度調(diào)節(jié)電路驅(qū)動(dòng)。鉗形磁路夾住接地支路，發(fā)光二管從母線端移動(dòng)到負(fù)荷端，音響消失，發(fā)光二管燈滅處即接地點(diǎn)。

4安科瑞絕緣監(jiān)測(cè)選型

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，漏電流對(duì)工業(yè)生產(chǎn)安全構(gòu)成了很大的威脅。為了提高供電的連續(xù)性和可靠性，許多重要的生產(chǎn)場(chǎng)所都采用了不接地供電系統(tǒng)。安科瑞AIM-T系列工業(yè)絕緣監(jiān)測(cè)儀主要用于礦山、玻璃廠、電爐、試驗(yàn)設(shè)備、冶金廠、化工廠、爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所、計(jì)算機(jī)中心、應(yīng)急電源等工業(yè)領(lǐng)域的交流不接地系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的絕緣情況。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障時(shí)，及時(shí)報(bào)警，提醒相關(guān)人員檢查故障。嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。安科瑞AIM-T系列絕緣監(jiān)控器主要用于工業(yè)場(chǎng)所的IT配電系統(tǒng)，用于監(jiān)控IT系統(tǒng)的絕緣狀態(tài)，并在系統(tǒng)絕緣故障時(shí)及時(shí)報(bào)警，提醒電氣維護(hù)人員及時(shí)調(diào)查故障。主要包括AIM-T3000、AIM-T500兩個(gè)系列，其中兩個(gè)絕緣監(jiān)測(cè)裝置除了不同的電壓等級(jí)外，都適用于純交流、純直流和交直流混合系統(tǒng)。

符合標(biāo)準(zhǔn)：IEC6157-8-2007《交流1000V及直流1500V以下低壓配電系統(tǒng)電氣安全防護(hù)檢測(cè)試驗(yàn)、測(cè)量或監(jiān)測(cè)設(shè)備：IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)裝置》

GB/T18268.24-2010《測(cè)量、控制和實(shí)驗(yàn)室電氣設(shè)備電磁兼容性要求》24部分：特殊要求符合IEC6157-8絕緣監(jiān)測(cè)定位和IEC6157-9絕緣故障定位設(shè)備的試驗(yàn)配置、工作條件和性能判據(jù)

（1）工業(yè)IT絕緣監(jiān)測(cè)儀

安科瑞絕緣監(jiān)測(cè)儀是一種用于監(jiān)測(cè)IT配電系統(tǒng)（非接地系統(tǒng)）地面絕緣狀態(tài)的儀器。產(chǎn)品采用微控制器技術(shù)，集成度高、體積小、安裝方便、智能、數(shù)字、網(wǎng)絡(luò)于一體。具有測(cè)量范圍廣、響應(yīng)速度快、允許系統(tǒng)泄漏電容大等特點(diǎn)。同時(shí)，它具有功能豐富、絕緣故障預(yù)警、故障報(bào)警、事件記錄、互聯(lián)、參數(shù)自由設(shè)置等功能?？捎糜诘V山、玻璃廠、電爐、試驗(yàn)設(shè)備、冶金廠、化工廠、爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所、計(jì)算機(jī)中心、應(yīng)急電源等工業(yè)場(chǎng)所的IT配電系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控IT配電系統(tǒng)的絕緣情況。當(dāng)絕緣故障發(fā)生時(shí)，及時(shí)報(bào)警，提醒工作人員檢查故障。

5結(jié)論

本文提出了采用不對(duì)稱電橋?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)DC系統(tǒng)絕緣的新方法，有效解決了正負(fù)絕緣均勻下降時(shí)無法正確監(jiān)測(cè)系統(tǒng)絕緣的問題。提出了測(cè)量絕緣電阻的數(shù)學(xué)模型。當(dāng)接地故障發(fā)生時(shí)，使用短期低頻信號(hào)確定故障點(diǎn)，表明該裝置工作可靠、準(zhǔn)確。

參考文獻(xiàn)

[1]李剛.蔡旭.一種新型的直流絕緣監(jiān)測(cè)及接地點(diǎn)定位綜合裝置[J].江蘇：煤礦自動(dòng)化，2001.

[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.6版.