劉細(xì)鳳

安科瑞電氣股份限公司 上海嘉定201801

摘要 :文章提出一種常態(tài)下利用不對(duì)稱(chēng)電橋?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)直流系統(tǒng)絕緣的方法建立了測(cè)定絕緣電阻的數(shù)學(xué)模型在此基礎(chǔ)上研制出微機(jī)直流絕緣監(jiān)測(cè)及故障點(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。

主題詞 :發(fā)電廠 ;直流系統(tǒng) ;絕緣 ;故障接地 ;監(jiān)測(cè)

1 引言

　　發(fā)電廠、變電所的直流系統(tǒng)是二次設(shè)備的電源。為保證二次設(shè)備可靠工作需要對(duì)直流系統(tǒng)的絕緣狀況實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)對(duì)直流系統(tǒng)絕緣薄弱環(huán)節(jié)作出預(yù)測(cè)。當(dāng)直流電源系統(tǒng)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(fèi)時(shí)費(fèi)力而且不安全且有可能使繼電保護(hù)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(yù)測(cè)直流系統(tǒng)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(fù)對(duì)地絕緣的監(jiān)測(cè)方法

目前發(fā)電廠、變電所廣泛使用的直流絕緣監(jiān)視裝置是利用一種對(duì)稱(chēng)的電橋當(dāng)直流系統(tǒng)某種絕緣下降時(shí)破壞了電橋的平衡通過(guò)檢測(cè)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(dāng)遇到正負(fù)絕緣均勻下降時(shí)這種裝置失靈并且也不能自動(dòng)檢測(cè)電網(wǎng)的對(duì)地絕緣電阻值。為此需要探索一種新的檢測(cè)方法。

將一星形電阻電路接入直流系統(tǒng)正負(fù)母線(xiàn)及大地之間 ,構(gòu)成圖1所示的不對(duì)稱(chēng)橋形電壓取樣電路。

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

　　R1≠R2。應(yīng)用戴維南定律可得到圖1的等值電路圖2。圖2中 :

　　根據(jù)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(fù)母線(xiàn)對(duì)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(fù)母線(xiàn)對(duì)地電壓。

　　RZ//RF反應(yīng)了直流系統(tǒng)對(duì)地絕緣狀況,通過(guò)采樣UJ、U及U′F,可以利用(4)式連續(xù)實(shí)時(shí)檢測(cè)直流系統(tǒng)對(duì)地絕緣。對(duì)于正負(fù)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(cè)及故障定位方法

當(dāng)直流系統(tǒng)對(duì)地絕緣電阻 RZ/ / R F 下降至25kΩ以下時(shí)認(rèn)為系統(tǒng)出現(xiàn)了接地故障裝置將一低頻信號(hào)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(hào)。由于每一條支路都存在對(duì)地電容和對(duì)地電阻所以該信號(hào)中包含容性電流分量 IC和阻性電流分流量 IR兩部分。可利用相敏電路檢測(cè)出其中反應(yīng)絕緣狀況的阻性電流 IR。依次檢測(cè)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(rèn)為故障發(fā)生在母線(xiàn)上。

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

3 裝置的研制及其應(yīng)用

根據(jù)上述原理研制出微機(jī)直流絕緣監(jiān)視及故障點(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 3 部分組成系統(tǒng)構(gòu)成如圖 3 所示。裝置由 80C196 單片機(jī)實(shí)施控制及數(shù)據(jù)處理任務(wù)。常態(tài)下單片機(jī)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(shù)學(xué)模型計(jì)算電網(wǎng)正負(fù)對(duì)地絕緣電阻經(jīng)數(shù)碼顯示器顯示阻值及正負(fù)母線(xiàn)間電壓。

當(dāng)電網(wǎng)正或負(fù)上出現(xiàn)電阻小于25kΩ的單點(diǎn)接地故障或正負(fù)絕緣均勻下降至80kΩ以下時(shí)單片機(jī)控制繼電器動(dòng)作切除 RJ 并將低頻信號(hào)源投入。這一信號(hào)經(jīng)隔離變壓器及電容器耦合到正負(fù)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(hào)。單片機(jī)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(hào)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(shù)碼顯示器顯示接地支路號(hào)及接地電阻值報(bào)警器發(fā)出較長(zhǎng)節(jié)奏的報(bào)警聲 ;如是母線(xiàn)故障數(shù)碼顯示器只顯示接地電阻值報(bào)警器發(fā)出短促的報(bào)警聲。通過(guò)比較正負(fù)母線(xiàn)對(duì)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(fù)接地。接地支路找到后利用檢測(cè)器查找接地點(diǎn)。檢測(cè)器首端采用鉗形磁路后端經(jīng)信號(hào)處理電路、放大及靈敏度調(diào)整電路驅(qū)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(fù)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(jiān)測(cè)選型

隨著工業(yè)科技的發(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，許多重要生產(chǎn)場(chǎng)所采用了不接地供電系統(tǒng)。安科瑞AIM-T系列工業(yè)用絕緣監(jiān)測(cè)儀主要應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域如礦井、玻璃廠、電爐和試驗(yàn)設(shè)備、冶金廠、化工廠、爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所、計(jì)算機(jī)中心及應(yīng)急電源等的交流不接地系統(tǒng)中，用來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)地的絕緣狀況，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)人員排查故障。產(chǎn)品的設(shè)計(jì)嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行。安科瑞AIM-T系列絕緣監(jiān)測(cè)儀主要應(yīng)用在工業(yè)場(chǎng)所IT配電系統(tǒng)中，用來(lái)監(jiān)測(cè)IT系統(tǒng)對(duì)地的絕緣狀況，在系統(tǒng)出現(xiàn)絕緣故障時(shí)及時(shí)報(bào)警，以提醒電氣維護(hù)人員對(duì)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(jiān)測(cè)裝置除去適用電壓等級(jí)不同以外，均適用于純交流、純直流以及交直流混合的系統(tǒng)。

符合標(biāo)準(zhǔn)：IEC61557-8-2007《交流1000V和直流1500V以下低壓配電系統(tǒng)電氣安全防護(hù)檢測(cè)的試驗(yàn)、測(cè)量或監(jiān)控設(shè)備：IT系統(tǒng)中的絕緣監(jiān)控裝置》

GB/T18268.24-2010《測(cè)量、控制和試驗(yàn)室用的電設(shè)備電磁兼容性要求24部分：特殊要求符合IEC61557-8的絕緣監(jiān)控置和符合IEC61557-9的絕緣故障定位設(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)儀是用于監(jiān)測(cè)IT配電系統(tǒng)（不接地系統(tǒng)）對(duì)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(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化于一身。具有測(cè)量范圍廣、反應(yīng)速度快、允許系統(tǒng)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(yù)警、故障報(bào)警、事件記錄、互聯(lián)、參數(shù)自由設(shè)置。可用于礦井、玻璃廠、電爐和試驗(yàn)設(shè)備、冶金廠、化工廠、爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所、計(jì)算機(jī)中心以及應(yīng)急電源等工業(yè)場(chǎng)所的IT配電系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)IT配電系統(tǒng)對(duì)地的絕緣狀況，當(dāng)發(fā)生絕緣故障時(shí)，及時(shí)報(bào)警，提醒工作人員排查故障。

(2)測(cè)試信號(hào)發(fā)生器和絕緣故障定位儀

(3)工業(yè)IT絕緣監(jiān)測(cè)用耦合儀

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

5結(jié)論

　　本文提出一種常態(tài)下利用不對(duì)稱(chēng)電橋?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)直流系統(tǒng)絕緣的新方法有效地解決了正負(fù)絕緣均勻下降時(shí)不能正確監(jiān)視系統(tǒng)絕緣的問(wèn)題。提出了測(cè)定絕緣電阻的數(shù)學(xué)模型。當(dāng)出現(xiàn)接地故障后利用短時(shí)附加低頻信號(hào)確定故障點(diǎn)應(yīng)用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.

作者簡(jiǎn)介：

劉細(xì)鳳，女，現(xiàn)供職于江蘇安科瑞電器制造有限公司，主要從事醫(yī)療IT和工業(yè)絕緣的研究與開(kāi)發(fā)。