摘要 :文(wen)章提出一(yi)種常態下利(li)用不對稱電橋實時監測直流(liu)系(xi)統絕緣(yuan)(yuan)的方法建立了(le)測定(ding)(ding)絕緣(yuan)(yuan)電阻(zu)的數學模(mo)型在(zai)此基礎上(shang)研(yan)制(zhi)出微機直流(liu)絕緣(yuan)(yuan)監測及故障點定(ding)(ding)位綜合裝置(zhi)(zhi)。實際應用表(biao)明該裝置(zhi)(zhi)工作(zuo)可靠(kao)運行準確(que)。

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

1 引言

　　發(fa)電(dian)(dian)廠(chang)、變電(dian)(dian)所的(de)直流(liu)(liu)系(xi)統是二次設備的(de)電(dian)(dian)源。為保(bao)(bao)證二次設備可靠工作需(xu)(xu)要對直流(liu)(liu)系(xi)統的(de)絕(jue)(jue)緣狀(zhuang)況實時(shi)在線監測(ce)對直流(liu)(liu)系(xi)統絕(jue)(jue)緣薄弱環(huan)節作出預測(ce)。當直流(liu)(liu)電(dian)(dian)源系(xi)統發(fa)生一(yi)點接地(di)(di)故(gu)障(zhang)時(shi)需(xu)(xu)立即排除否則再次發(fa)生接地(di)(di)可能會釀(niang)成大事故(gu)。目前(qian)尋找接地(di)(di)故(gu)障(zhang)的(de)辦(ban)法是依(yi)次拉合直流(liu)(liu)饋線人工查找接地(di)(di)線路。這種方法不僅費(fei)(fei)時(shi)費(fei)(fei)力(li)而且不安全且有可能使繼電(dian)(dian)保(bao)(bao)護(hu)或自動(dong)裝(zhuang)置誤動(dong)或拒動(dong)造(zao)成事故(gu)。所以需(xu)(xu)要研(yan)制一(yi)種既能預測(ce)直流(liu)(liu)系(xi)統絕(jue)(jue)緣狀(zhuang)況又能查找接地(di)(di)故(gu)障(zhang)點的(de)安全自動(dong)裝(zhuang)置。

2 裝置的基本(ben)工(gong)作(zuo)原理

1. 1 常態下電網(wang)正負對地絕緣的監測方法(fa)

目前發電(dian)廠、變電(dian)所廣泛使用(yong)的(de)直(zhi)流絕(jue)緣監視裝置是利用(yong)一種(zhong)(zhong)對(dui)稱的(de)電(dian)橋當(dang)直(zhi)流系統某緣下(xia)降時破壞(huai)了(le)電(dian)橋的(de)平(ping)衡通過檢測電(dian)橋的(de)不平(ping)衡程度(du)來反(fan)映直(zhi)流電(dian)網的(de)絕(jue)緣狀況。但是當(dang)遇到正負絕(jue)緣均勻下(xia)降時這種(zhong)(zhong)裝置失(shi)靈并且也不能自動檢測電(dian)網的(de)對(dui)地絕(jue)緣電(dian)阻值。為此需要探索一種(zhong)(zhong)新的(de)檢測方法(fa)。

將一(yi)星(xing)形(xing)電(dian)阻(zu)電(dian)路(lu)(lu)接入(ru)直流系統正負母(mu)線(xian)及大地(di)之(zhi)間(jian) ,構成圖1所示(shi)的不對(dui)稱(cheng)橋形(xing)電(dian)壓取樣電(dian)路(lu)(lu)。

　　圖中RZ、RF分別代表(biao)直流(liu)系統正負極對地絕緣電阻,U為(wei)正負極間電壓, R1、R2和RJ為(wei)取樣電阻 ,

　　R1≠R2。應用戴維(wei)南定(ding)律可得到圖(tu)1的等值(zhi)電路圖(tu)2。圖(tu)2中 :

　　根據(ju)等值電路圖2可以得到:

　　在圖1中 ,如果將RJ的接(jie)地(di)端斷開,則負母線(xian)對地(di)電壓U′F為:

　　式中:UJ為橋電(dian)(dian)阻RJ上的電(dian)(dian)壓;U′F為電(dian)(dian)阻斷開后負母線對地電(dian)(dian)壓。

　　RZ//RF反應了直流(liu)系統(tong)對地絕(jue)緣狀況,通過采(cai)樣UJ、U及(ji)U′F,可以利用(4)式(shi)連(lian)續(xu)實時檢測直流(liu)系統(tong)對地絕(jue)緣。對于正負極絕(jue)緣均勻下(xia)降的情況,(4)式(shi)依然有效。

2. 2 故障(zhang)后接地電阻檢測及故障(zhang)定位方法

當直(zhi)(zhi)流(liu)(liu)(liu)系統對(dui)地(di)絕(jue)(jue)緣(yuan)電阻(zu)(zu) RZ/ / R F 下(xia)降至25kΩ以(yi)下(xia)時認為系統出現了接地(di)故(gu)障裝置將一(yi)低(di)頻信(xin)(xin)號注入直(zhi)(zhi)流(liu)(liu)(liu)母線(xian)與大地(di)之間穿套在各直(zhi)(zhi)流(liu)(liu)(liu)饋線(xian)支(zhi)路(lu)(lu)上(shang)的弱電流(liu)(liu)(liu)傳(chuan)感(gan)器傳(chuan)回信(xin)(xin)號。由(you)于每一(yi)條(tiao)支(zhi)路(lu)(lu)都存在對(dui)地(di)電容(rong)(rong)和對(dui)地(di)電阻(zu)(zu)所以(yi)該信(xin)(xin)號中包(bao)含容(rong)(rong)性電流(liu)(liu)(liu)分量(liang) IC和阻(zu)(zu)性電流(liu)(liu)(liu)分流(liu)(liu)(liu)量(liang) IR兩(liang)部分。可利用相敏(min)電路(lu)(lu)檢(jian)測(ce)出其中反應絕(jue)(jue)緣(yuan)狀(zhuang)況(kuang)的阻(zu)(zu)性電流(liu)(liu)(liu) IR。依(yi)次檢(jian)測(ce)各電路(lu)(lu)阻(zu)(zu)性電流(liu)(liu)(liu)找出大值(zhi)(zhi) IRm同整(zheng)定值(zhi)(zhi) IRdz比較。如果 IRm > IRdz則(ze)該支(zhi)路(lu)(lu)為接地(di)支(zhi)路(lu)(lu)否則(ze)認為故(gu)障發生在母線(xian)上(shang)。

當電網正(zheng)上出(chu)現接(jie)地(di)(di)故障(zhang)時同步電壓(ya)信(xin)號(hao) U T需從(cong)正(zheng)母(mu)線上引出(chu);負(fu)出(chu)現接(jie)地(di)(di)時 U T從(cong)負(fu)母(mu)線引出(chu);正(zheng)負(fu)均勻故障(zhang)時 U T從(cong)正(zheng)母(mu)線或負(fu)母(mu)線引出(chu)均可。在低(di)頻(pin)信(xin)號(hao)投入電網前橋電阻 RJ切(qie)除。接(jie)地(di)(di)性的(de)(de)判(pan)斷可以根據(ju)正(zheng)對地(di)(di)電壓(ya)和負(fu)對地(di)(di)電壓(ya)的(de)(de)大(da)小確定(ding)。接(jie)地(di)(di)電阻 R0≈ RZ/ / RF其數值可在低(di)頻(pin)信(xin)號(hao)投入前依據(ju)(4) 式確定(ding)。由于接(jie)地(di)(di)故障(zhang)支路(lu)上存在較大(da)的(de)(de)低(di)頻(pin)電流(liu)(liu)信(xin)號(hao)并且這一電流(liu)(liu)信(xin)號(hao)在接(jie)地(di)(di)點(dian)處(chu)流(liu)(liu)入大(da)地(di)(di)而消(xiao)失所以可以通過(guo)檢測(ce)這一低(di)頻(pin)電流(liu)(liu)信(xin)號(hao)存在與否確定(ding)接(jie)地(di)(di)點(dian)的(de)(de)具體位置。

3 裝置的研(yan)制及其(qi)應用

根據(ju)上述(shu)原理研制出微(wei)機直(zhi)流絕(jue)緣監視及(ji)故障點(dian)定位綜(zong)合裝置(zhi)(zhi)。該裝置(zhi)(zhi)由主機、弱電流傳(chuan)感器和檢測器 3 部分組(zu)成系統構成如圖 3 所示(shi)。裝置(zhi)(zhi)由 80C196 單(dan)片(pian)機實施控制及(ji)數據(ju)處(chu)理任(ren)務(wu)。常(chang)態下單(dan)片(pian)機控制橋(qiao)電阻 RJ 的投切并經電壓取樣電路采(cai)樣 UJ 、U 和 U′F利(li)用(yong)數學模(mo)型計(ji)算(suan)電網正(zheng)負對地(di)絕(jue)緣電阻經數碼(ma)顯示(shi)器顯示(shi)阻值及(ji)正(zheng)負母線(xian)間(jian)電壓。

當電(dian)(dian)(dian)(dian)網(wang)正(zheng)(zheng)或負(fu)上出現電(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)小于25kΩ的(de)單(dan)點(dian)接(jie)(jie)地(di)(di)故(gu)(gu)障(zhang)或正(zheng)(zheng)負(fu)絕緣均勻下降至80kΩ以下時單(dan)片機控(kong)(kong)制繼電(dian)(dian)(dian)(dian)器動作切除 RJ 并將(jiang)(jiang)低頻信(xin)(xin)號(hao)源投入。這一信(xin)(xin)號(hao)經(jing)隔離變壓(ya)器及電(dian)(dian)(dian)(dian)容器耦合到正(zheng)(zheng)負(fu)母線(xian)與大(da)地(di)(di)之間同(tong)步電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)形成電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)用(yong)來產生相(xiang)敏(min)電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)所需的(de)同(tong)步信(xin)(xin)號(hao)。單(dan)片機控(kong)(kong)制多路(lu)開關依次處(chu)(chu)理各直流饋線(xian)上弱電(dian)(dian)(dian)(dian)流傳感器傳回的(de)信(xin)(xin)號(hao)采(cai)用(yong) 2. 2 中所述(shu)原理找出故(gu)(gu)障(zhang)支(zhi)路(lu)或母線(xian)。如(ru)是(shi)支(zhi)路(lu)故(gu)(gu)障(zhang)數(shu)碼顯(xian)示器顯(xian)示接(jie)(jie)地(di)(di)支(zhi)路(lu)號(hao)及接(jie)(jie)地(di)(di)電(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)值報警器發(fa)(fa)出較(jiao)長節奏的(de)報警聲(sheng) ;如(ru)是(shi)母線(xian)故(gu)(gu)障(zhang)數(shu)碼顯(xian)示器只顯(xian)示接(jie)(jie)地(di)(di)電(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)值報警器發(fa)(fa)出短促的(de)報警聲(sheng)。通過比(bi)較(jiao)正(zheng)(zheng)負(fu)母線(xian)對地(di)(di)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)的(de)大(da)小確(que)定接(jie)(jie)地(di)(di)線(xian)路(lu)的(de)性紅燈(deng)(deng)亮(liang)表示正(zheng)(zheng)接(jie)(jie)地(di)(di)綠燈(deng)(deng)亮(liang)表示負(fu)接(jie)(jie)地(di)(di)。接(jie)(jie)地(di)(di)支(zhi)路(lu)找到后利用(yong)檢測器查找接(jie)(jie)地(di)(di)點(dian)。檢測器首(shou)端采(cai)用(yong)鉗(qian)形磁(ci)路(lu)后端經(jing)信(xin)(xin)號(hao)處(chu)(chu)理電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)、放大(da)及靈(ling)敏(min)度調整電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)驅(qu)動發(fa)(fa)光二(er)(er)管及蜂鳴器。將(jiang)(jiang)鉗(qian)形磁(ci)路(lu)鉗(qian)住接(jie)(jie)地(di)(di)支(zhi)路(lu)從(cong)母線(xian)端向負(fu)荷端移動發(fa)(fa)光二(er)(er)管發(fa)(fa)光并有音(yin)(yin)響音(yin)(yin)響消失及發(fa)(fa)光二(er)(er)管燈(deng)(deng)滅處(chu)(chu)即接(jie)(jie)地(di)(di)點(dian)。

4 安科瑞絕緣監測選型

隨著工(gong)(gong)業(ye)(ye)(ye)(ye)科技(ji)的(de)(de)發(fa)展，漏電(dian)流(liu)(liu)對(dui)工(gong)(gong)業(ye)(ye)(ye)(ye)生產(chan)(chan)安(an)全構成了很大的(de)(de)威脅。為了提(ti)高供(gong)電(dian)的(de)(de)連續性(xing)(xing)和(he)可靠性(xing)(xing)，許(xu)多重(zhong)要(yao)生產(chan)(chan)場所(suo)(suo)采用了不接地(di)供(gong)電(dian)系(xi)統(tong)(tong)(tong)。安(an)科瑞(rui)AIM-T系(xi)列工(gong)(gong)業(ye)(ye)(ye)(ye)用絕(jue)緣(yuan)(yuan)監測(ce)儀(yi)主要(yao)應(ying)用于工(gong)(gong)業(ye)(ye)(ye)(ye)領域(yu)如(ru)礦井(jing)、玻璃(li)廠(chang)、電(dian)爐(lu)和(he)試驗設(she)(she)備、冶金(jin)廠(chang)、化工(gong)(gong)廠(chang)、爆(bao)炸(zha)危(wei)險場所(suo)(suo)、計算機(ji)中(zhong)心及應(ying)急電(dian)源等的(de)(de)交流(liu)(liu)不接地(di)系(xi)統(tong)(tong)(tong)中(zhong)，用來實時(shi)(shi)監測(ce)系(xi)統(tong)(tong)(tong)對(dui)地(di)的(de)(de)絕(jue)緣(yuan)(yuan)狀況，當(dang)系(xi)統(tong)(tong)(tong)出(chu)現接地(di)故(gu)(gu)障(zhang)(zhang)時(shi)(shi)，及時(shi)(shi)報警(jing)，提(ti)醒(xing)相關(guan)人(ren)(ren)員(yuan)排查故(gu)(gu)障(zhang)(zhang)。產(chan)(chan)品的(de)(de)設(she)(she)計嚴格(ge)按照(zhao)國(guo)家標準(zhun)和(he)規范進行。安(an)科瑞(rui)AIM-T系(xi)列絕(jue)緣(yuan)(yuan)監測(ce)儀(yi)主要(yao)應(ying)用在工(gong)(gong)業(ye)(ye)(ye)(ye)場所(suo)(suo)IT配電(dian)系(xi)統(tong)(tong)(tong)中(zhong)，用來監測(ce)IT系(xi)統(tong)(tong)(tong)對(dui)地(di)的(de)(de)絕(jue)緣(yuan)(yuan)狀況，在系(xi)統(tong)(tong)(tong)出(chu)現絕(jue)緣(yuan)(yuan)故(gu)(gu)障(zhang)(zhang)時(shi)(shi)及時(shi)(shi)報警(jing)，以提(ti)醒(xing)電(dian)氣維護人(ren)(ren)員(yuan)對(dui)故(gu)(gu)障(zhang)(zhang)及時(shi)(shi)排查。產(chan)(chan)品主要(yao)包括AIM-T300、AIM-T500兩大系(xi)列，其(qi)中(zhong)兩款(kuan)絕(jue)緣(yuan)(yuan)監測(ce)裝(zhuang)置除去適用電(dian)壓等級不同以外，均適用于純(chun)交流(liu)(liu)、純(chun)直流(liu)(liu)以及交直流(liu)(liu)混合的(de)(de)系(xi)統(tong)(tong)(tong)。

符合(he)標(biao)準：IEC61557-8-2007《交流(liu)1000V和直流(liu)1500V以(yi)下低壓配電系統電氣安全防護(hu)檢測(ce)的(de)試驗(yan)、測(ce)量(liang)或(huo)監控(kong)設備(bei)：IT系統中的(de)絕緣(yuan)監控(kong)裝(zhuang)置》

GB/T18268.24-2010《測(ce)量、控制和試驗室用(yong)的(de)電設(she)備(bei)電磁兼容性(xing)要(yao)求24部分：特殊要(yao)求符合IEC61557-8的(de)絕緣監控置和符合IEC61557-9的(de)絕緣故障定位(wei)設(she)備(bei)的(de)試驗配置、工作條(tiao)件和性(xing)能判據》

(1)工業(ye)IT絕緣監測儀

安科瑞絕(jue)(jue)緣(yuan)監(jian)測(ce)儀是用(yong)于監(jian)測(ce)IT配電系統(tong)（不接地系統(tong)）對地絕(jue)(jue)緣(yuan)狀況的儀表。產品采用(yong)微控制器(qi)技術，集成度(du)高，體積小巧，安裝方便，集智能化、數字化、網絡(luo)化于一(yi)身。具(ju)有(you)測(ce)量范(fan)圍廣、反應速(su)度(du)快、允許系統(tong)泄漏電容大等(deng)特點。同時(shi)其擁(yong)有(you)豐富的功能，絕(jue)(jue)緣(yuan)故障(zhang)(zhang)(zhang)預(yu)警(jing)(jing)、故障(zhang)(zhang)(zhang)報(bao)警(jing)(jing)、事件記錄、互聯、參數自由設置(zhi)。可用(yong)于礦井、玻璃廠(chang)、電爐和試(shi)驗設備、冶(ye)金廠(chang)、化工廠(chang)、爆(bao)炸危險場所、計(ji)算(suan)機中(zhong)心以及(ji)應急(ji)電源等(deng)工業場所的IT配電系統(tong)中(zhong)，實時(shi)監(jian)測(ce)IT配電系統(tong)對地的絕(jue)(jue)緣(yuan)狀況，當(dang)發生(sheng)絕(jue)(jue)緣(yuan)故障(zhang)(zhang)(zhang)時(shi)，及(ji)時(shi)報(bao)警(jing)(jing)，提(ti)醒工作人(ren)員排查故障(zhang)(zhang)(zhang)。

(2)測試信號發生器(qi)和絕緣故障定位儀

(3)工業IT絕(jue)緣監測用耦合儀

對于(yu)(yu)800V以上(shang)的(de)(de)不(bu)接(jie)地(di)系(xi)統(tong)，AIM-T500型絕緣(yuan)(yuan)(yuan)監(jian)(jian)測(ce)儀(yi)要配(pei)合耦(ou)合儀(yi)才能進行絕緣(yuan)(yuan)(yuan)監(jian)(jian)測(ce)。ACPD系(xi)列絕緣(yuan)(yuan)(yuan)監(jian)(jian)測(ce)用耦(ou)合儀(yi)目前(qian)包括ACPD100和ACPD200兩個型號。其中ACPD100應用于(yu)(yu)單相交流(liu)0-1150V，直流(liu)0-1760V的(de)(de)不(bu)接(jie)地(di)系(xi)統(tong)的(de)(de)絕緣(yuan)(yuan)(yuan)監(jian)(jian)測(ce)，ACPD200應用于(yu)(yu)交流(liu)三(san)相0-1650V，或交流(liu)系(xi)統(tong)帶(dai)直流(liu)元件（如整流(liu)）的(de)(de)0-1300V不(bu)接(jie)地(di)系(xi)統(tong)的(de)(de)絕緣(yuan)(yuan)(yuan)監(jian)(jian)測(ce)。

5結論

　　本文提出(chu)一種常(chang)態(tai)下(xia)利(li)用(yong)不對稱電橋(qiao)實(shi)時監測(ce)直流系統(tong)絕(jue)緣(yuan)的新方(fang)法有(you)效地解決了正負絕(jue)緣(yuan)均(jun)勻下(xia)降時不能正確監視(shi)系統(tong)絕(jue)緣(yuan)的問題。提出(chu)了測(ce)定絕(jue)緣(yuan)電阻的數(shu)學模型。當出(chu)現接地故障后利(li)用(yong)短時附加(jia)低頻信號確定故障點(dian)應用(yong)表明該裝置工作可靠、準確。

安科瑞侯文莉