淺談直流絕緣監測及接地點定位綜合裝置的設計與應用

文章更新時間：2023-08-01　點擊量：695

摘要：本文提出了利用不對稱電橋實時監測DC系統絕緣的正常方法，建立了測量絕緣電阻的數學模型，在此基礎上開發了微機DC絕緣監測和故障點定位綜合裝置。實際應用表明，該裝置工作可靠，運行準確。

關鍵詞：發電廠；DC系統；絕緣；故障接地；監測；

1引言

發電廠和變電站的DC系統是二次設備的電源。為了保證二次設備的可靠運行，需要對DC系統的絕緣狀況進行實時在線監測，預測DC系統的絕緣薄弱環節。當DC電源系統出現一點接地故障時，應立即排除，否則再次接地可能會導致重大事故。目前，尋找接地故障的方法是依次拉合DC饋線，手動查找接地線路。這種方法不僅費時費力，而且不安全，可能導致繼電保護或自動裝置誤動或拒絕。因此，需要開發一種安全自動裝置，既能預測DC系統的絕緣狀況，又能找到接地故障點。

2裝置的基本工作原理

2.1正常情況下，電網正負絕緣的監測方法

目前，發電廠和變電站廣泛使用的DC絕緣監測裝置是利用對稱的電橋。當DC系統的絕緣下降時，它會破壞電橋的平衡。通過檢測電橋的不平衡程度，可以反映DC電網的絕緣狀況。但當正負絕緣均勻下降時，該裝置失效，電網對地絕緣電阻值無法自動檢測。因此，有必要探索一種新的檢測方法。

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

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

R1≠R2。戴維南定律的應用可以得到圖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為電阻斷開后負母線對地電壓。

RZ//RF反映了DC系統的地面絕緣狀態，采樣UJUJ、U及U′F,直流系統對地絕緣可采用(4)連續實時檢測。(4)型對正負極絕緣均勻下降仍有效。

2.2故障后接地電阻檢測及故障定位方法

RZ//RF將直流系統對地絕緣電阻降至25kkkkΩ當系統出現接地故障時，系統將低頻信號注入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。由于每個支路都有對地電容和對地電阻，信號包括容性電流分量IC和阻性電流分流量IR。相敏電路可用于檢測反映絕緣情況的電阻電流IR。依次檢測每個電路的電阻電流，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，否則認為故障發生在母線上。

當電網正上出現接地故障時，同步電壓信號UT應從正母線引出；負接地時，UT應從負母線引出；當正負均勻故障時，UT可從正母線或負母線引出。低頻信號投入電網前橋電阻RJ切除。接地性的判斷可以根據正對地電壓和負對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投入前根據(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，且該電流信號流入接地點并消失，因此可以通過檢測該低頻電流信號是否存在來確定接地點的具體位置。

3設備的開發及其應用

根據上述原理，開發了微機DC絕緣監測和故障點定位綜合裝置。該裝置由主機、弱電流傳感器和檢測器組成，如圖3所示。該裝置由80C196單片機控制和數據處理。正常情況下，單片機控制橋電阻RJ的切割，并通過電壓取樣電路取樣UJ、U和U′F利用數學模型計算電網的正負絕緣電阻，通過數字顯示器顯示電阻值和正負母線之間的電壓。

電網正上或負上的電阻小于25kkΩ單點接地故障或正負絕緣均勻降至80kΩ單片機控制繼電器動作切除RJ，并投入低頻信號源。該信號通過隔離變壓器和電容器與正負母線和地球之間的同步電壓形成電路，以產生相敏電路所需的同步信號。單片機控制多路開關依次處理各直流饋線上弱電流傳感器返回的信號，根據2.2中提到的原理找出故障支路或母線。如果支路故障數字顯示顯示接地支路號和接地電阻值報警發出長節奏報警；如果母線故障數字顯示只顯示接地電阻值報警發出短報警。通過比較正負母線對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接地。找到接地支路后，用檢測器找到接地點。發光二管和蜂鳴器由鉗形磁路后端通過信號處理電路、放大和靈敏度調節電路驅動。鉗形磁路夾住接地支路，發光二管從母線端移動到負荷端，音響消失，發光二管燈滅處即接地點。

4安科瑞絕緣監測選型

隨著工業技術的發展，漏電流對工業生產安全構成了很大的威脅。為了提高供電的連續性和可靠性，許多重要的生產場所都采用了不接地供電系統。安科瑞AIM-T系列工業絕緣監測儀主要用于礦山、玻璃廠、電爐、試驗設備、冶金廠、化工廠、爆炸危險場所、計算機中心、應急電源等工業領域的交流不接地系統，實時監控系統的絕緣情況。當系統出現接地故障時，及時報警，提醒相關人員檢查故障。嚴格按照國家標準和規范進行產品設計。安科瑞AIM-T系列絕緣監控器主要用于工業場所的IT配電系統，用于監控IT系統的絕緣狀態，并在系統絕緣故障時及時報警，提醒電氣維護人員及時調查故障。主要包括AIM-T3000、AIM-T500兩個系列，其中兩個絕緣監測裝置除了不同的電壓等級外，都適用于純交流、純直流和交直流混合系統。

符合標準：IEC6157-8-2007《交流1000V及直流1500V以下低壓配電系統電氣安全防護檢測試驗、測量或監測設備：IT系統絕緣監測裝置》

GB/T18268.24-2010《測量、控制和實驗室電氣設備電磁兼容性要求》24部分：特殊要求符合IEC6157-8絕緣監測定位和IEC6157-9絕緣故障定位設備的試驗配置、工作條件和性能判據

（1）工業IT絕緣監測儀

安科瑞絕緣監測儀是一種用于監測IT配電系統（非接地系統）地面絕緣狀態的儀器。產品采用微控制器技術，集成度高、體積小、安裝方便、智能、數字、網絡于一體。具有測量范圍廣、響應速度快、允許系統泄漏電容大等特點。同時，它具有功能豐富、絕緣故障預警、故障報警、事件記錄、互聯、參數自由設置等功能。可用于礦山、玻璃廠、電爐、試驗設備、冶金廠、化工廠、爆炸危險場所、計算機中心、應急電源等工業場所的IT配電系統，實時監控IT配電系統的絕緣情況。當絕緣故障發生時，及時報警，提醒工作人員檢查故障。