淺談直流絕緣監測及接地點(diǎn)定位綜合裝置的設計與應用

摘要 :文章提出一種常態(tài)下利用不對稱(chēng)電橋實(shí)時(shí)監測直流系統絕緣的方法建立了測定絕緣電阻的數學(xué)模型在此基礎上研制出微機直流絕緣監測及故障點(diǎn)定位綜合裝置。實(shí)際應用表明該裝置工作可靠運行準確。

主題詞 :發(fā)電廠(chǎng) ;直流系統 ;絕緣 ;故障接地 ;監測

1 引言

　　發(fā)電廠(chǎng)、變電所的直流系統是二次設備的電源。為保證二次設備可靠工作需要對直流系統的絕緣狀況實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測對直流系統絕緣薄弱環(huán)節作出預測。當直流電源系統發(fā)生一點(diǎn)接地故障時(shí)需立即排除否則再次發(fā)生接地可能會(huì )釀成大事故。目前尋找接地故障的辦法是依次拉合直流饋線(xiàn)人工查找接地線(xiàn)路。這種方法不僅費時(shí)費力而且不安全且有可能使繼電保護或自動(dòng)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)造成事故。所以需要研制一種既能預測直流系統絕緣狀況又能查找接地故障點(diǎn)的安全自動(dòng)裝置。

2 裝置的基本工作原理

1. 1 常態(tài)下電網(wǎng)正負對地絕緣的監測方法

目前發(fā)電廠(chǎng)、變電所廣泛使用的直流絕緣監視裝置是利用一種對稱(chēng)的電橋當直流系統絕緣下降時(shí)破壞了電橋的平衡通過(guò)檢測電橋的不平衡程度來(lái)反映直流電網(wǎng)的絕緣狀況。但是當遇到正負絕緣均勻下降時(shí)這種裝置失靈并且也不能自動(dòng)檢測電網(wǎng)的對地絕緣電阻值。為此需要探索一種新的檢測方法。

將一星形電阻電路接入直流系統正負母線(xiàn)及大地之間 ,構成圖1所示的不對稱(chēng)橋形電壓取樣電路。

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

　　R1≠R2。應用戴維南定律可得到圖1的等值電路圖2。圖2中 :

　　根據等值電路圖2可以得到:

　　在圖1中 ,如果將RJ的接地端斷開(kāi),則負母線(xiàn)對地電壓U′F為:

　　式中:UJ為橋電阻RJ上的電壓;U′F為電阻斷開(kāi)后負母線(xiàn)對地電壓。

　　RZ//RF反應了直流系統對地絕緣狀況,通過(guò)采樣UJ、U及U′F,可以利用(4)式連續實(shí)時(shí)檢測直流系統對地絕緣。對于正負極絕緣均勻下降的情況,(4)式依然有效。

2. 2 故障后接地電阻檢測及故障定位方法

當直流系統對地絕緣電阻 RZ/ / R F 下降至25kΩ以下時(shí)認為系統出現了接地故障裝置將一低頻信號注入直流母線(xiàn)與大地之間穿套在各直流饋線(xiàn)支路上的弱電流傳感器傳回信號。由于每一條支路都存在對地電容和對地電阻所以該信號中包含容性電流分量 IC和阻性電流分流量 IR兩部分?？衫孟嗝綦娐窓z測出其中反應絕緣狀況的阻性電流 IR。依次檢測各電路阻性電流找出大值 IRm同整定值 IRdz比較。如果 IRm > IRdz則該支路為接地支路否則認為故障發(fā)生在母線(xiàn)上。

當電網(wǎng)正上出現接地故障時(shí)同步電壓信號 U T需從正母線(xiàn)上引出;負出現接地時(shí) U T從負母線(xiàn)引出;正負均勻故障時(shí) U T從正母線(xiàn)或負母線(xiàn)引出均可。在低頻信號投入電網(wǎng)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確定。接地電阻 R0≈ RZ/ / RF其數值可在低頻信號投入前依據(4) 式確定。由于接地故障支路上存在較大的低頻電流信號并且這一電流信號在接地點(diǎn)處流入大地而消失所以可以通過(guò)檢測這一低頻電流信號存在與否確定接地點(diǎn)的具體位置。

3 裝置的研制及其應用

根據上述原理研制出微機直流絕緣監視及故障點(diǎn)定位綜合裝置。該裝置由主機、弱電流傳感器和檢測器 3 部分組成系統構成如圖 3 所示。裝置由 80C196 單片機實(shí)施控制及數據處理任務(wù)。常態(tài)下單片機控制橋電阻 RJ 的投切并經(jīng)電壓取樣電路采樣 UJ 、U 和 U′F利用數學(xué)模型計算電網(wǎng)正負對地絕緣電阻經(jīng)數碼顯示器顯示阻值及正負母線(xiàn)間電壓。

當電網(wǎng)正或負上出現電阻小于25kΩ的單點(diǎn)接地故障或正負絕緣均勻下降至80kΩ以下時(shí)單片機控制繼電器動(dòng)作切除 RJ 并將低頻信號源投入。這一信號經(jīng)隔離變壓器及電容器耦合到正負母線(xiàn)與大地之間同步電壓形成電路用來(lái)產(chǎn)生相敏電路所需的同步信號。單片機控制多路開(kāi)關(guān)依次處理各直流饋線(xiàn)上弱電流傳感器傳回的信號采用 2. 2 中所述原理找出故障支路或母線(xiàn)。如是支路故障數碼顯示器顯示接地支路號及接地電阻值報警器發(fā)出較長(cháng)節奏的報警聲 ;如是母線(xiàn)故障數碼顯示器只顯示接地電阻值報警器發(fā)出短促的報警聲。通過(guò)比較正負母線(xiàn)對地電壓的大小確定接地線(xiàn)路的性紅燈亮表示正接地綠燈亮表示負接地。接地支路找到后利用檢測器查找接地點(diǎn)。檢測器首端采用鉗形磁路后端經(jīng)信號處理電路、放大及靈敏度調整電路驅動(dòng)發(fā)光二管及蜂鳴器。將鉗形磁路鉗住接地支路從母線(xiàn)端向負荷端移動(dòng)發(fā)光二管發(fā)光并有音響音響消失及發(fā)光二管燈滅處即接地點(diǎn)。

4 安科瑞絕緣監測選型

隨著(zhù)工業(yè)科技的發(fā)展，漏電流對工業(yè)生產(chǎn)安全構成了很大的威脅。為了提高供電的連續性和可靠性，許多重要生產(chǎn)場(chǎng)所采用了不接地供電系統。安科瑞AIM-T系列工業(yè)用絕緣監測儀主要應用于工業(yè)領(lǐng)域如礦井、玻璃廠(chǎng)、電爐和試驗設備、冶金廠(chǎng)、化工廠(chǎng)、爆炸危險場(chǎng)所、計算機中心及應急電源等的交流不接地系統中，用來(lái)實(shí)時(shí)監測系統對地的絕緣狀況，當系統出現接地故障時(shí)，及時(shí)報警，提醒相關(guān)人員排查故障。產(chǎn)品的設計嚴格按照國家標準和規范進(jìn)行。安科瑞AIM-T系列絕緣監測儀主要應用在工業(yè)場(chǎng)所IT配電系統中，用來(lái)監測IT系統對地的絕緣狀況，在系統出現絕緣故障時(shí)及時(shí)報警，以提醒電氣維護人員對故障及時(shí)排查。產(chǎn)品主要包括AIM-T300、AIM-T500兩大系列，其中兩款絕緣監測裝置除去適用電壓等級不同以外，均適用于純交流、純直流以及交直流混合的系統。

符合標準：IEC61557-8-2007《交流1000V和直流1500V以下低壓配電系統電氣安全防護檢測的試驗、測量或監控設備：IT系統中的絕緣監控裝置》

GB/T18268.24-2010《測量、控制和試驗室用的電設備電磁兼容性要求24部分：特殊要求符合IEC61557-8的絕緣監控置和符合IEC61557-9的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(yè)IT絕緣監測儀

安科瑞絕緣監測儀是用于監測IT配電系統（不接地系統）對地絕緣狀況的儀表。產(chǎn)品采用微控制器技術(shù)，集成度高，體積小巧，安裝方便，集智能化、數字化、網(wǎng)絡(luò )化于一身。具有測量范圍廣、反應速度快、允許系統泄漏電容大等特點(diǎn)。同時(shí)其擁有豐富的功能，絕緣故障預警、故障報警、事件記錄、互聯(lián)、參數自由設置?？捎糜诘V井、玻璃廠(chǎng)、電爐和試驗設備、冶金廠(chǎng)、化工廠(chǎng)、爆炸危險場(chǎng)所、計算機中心以及應急電源等工業(yè)場(chǎng)所的IT配電系統中，實(shí)時(shí)監測IT配電系統對地的絕緣狀況，當發(fā)生絕緣故障時(shí)，及時(shí)報警，提醒工作人員排查故障。

(2)測試信號發(fā)生器和絕緣故障定位儀

(3)工業(yè)IT絕緣監測用耦合儀

對于800V以上的不接地系統，AIM-T500型絕緣監測儀要配合耦合儀才能進(jìn)行絕緣監測。ACPD系列絕緣監測用耦合儀目前包括ACPD100和ACPD200兩個(gè)型號。其中ACPD100應用于單相交流0-1150V，直流0-1760V的不接地系統的絕緣監測，ACPD200應用于交流三相0-1650V，或交流系統帶直流元件（如整流）的0-1300V不接地系統的絕緣監測。

5結論

　　本文提出一種常態(tài)下利用不對稱(chēng)電橋實(shí)時(shí)監測直流系統絕緣的新方法有效地解決了正負絕緣均勻下降時(shí)不能正確監視系統絕緣的問(wèn)題。提出了測定絕緣電阻的數學(xué)模型。當出現接地故障后利用短時(shí)附加低頻信號確定故障點(diǎn)應用表明該裝置工作可靠、準確。

參考文獻

[1]李剛.蔡旭.一種新型的直流絕緣監測及接地點(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)設計與應用手冊.2020.6版.