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

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

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)備的可靠運行，需要對DC系統(tǒng)的絕緣狀況進(jìn)行實時在線監(jiān)測，預(yù)測DC系統(tǒng)的絕緣薄弱環(huán)節(jié)。當(dāng)DC電源系統(tǒng)出現(xiàn)一點接地故障時，應(yīng)立即排除，否則再次接地可能會導(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，手動查找接地線路。這種方法不僅費時費力，而且不安全，可能導(dǎo)致繼電保護(hù)或自動裝置誤動或拒絕。因此，需要開發(fā)一種安全自動裝置，既能預(yù)測DC系統(tǒng)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(wǎng)正負(fù)絕緣的監(jiān)測方法

目前，發(fā)電廠和變電站廣泛使用的DC絕緣監(jiān)測裝置是利用對稱的電橋。當(dāng)DC系統(tǒng)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(wǎng)的絕緣狀況。但當(dāng)正負(fù)絕緣均勻下降時，該裝置失效，電網(wǎng)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(tǒng)的正負(fù)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(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)對地絕緣可采用(4)連續(xù)實時檢測。(4)型對正負(fù)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(tǒng)對地絕緣電阻降至25kkkkΩ當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障時，系統(tǒng)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(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，同步電壓信號UT應(yīng)從正母線引出；負(fù)接地時，UT應(yīng)從負(fù)母線引出；當(dāng)正負(fù)均勻故障時，UT可從正母線或負(fù)母線引出。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(jù)正對地電壓和負(fù)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(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，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(shè)備的開發(fā)及其應(yīng)用

根據(jù)上述原理，開發(fā)了微機DC絕緣監(jiān)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(shù)據(jù)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(shù)學(xué)模型計算電網(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單點接地故障或正負(fù)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(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。單片機控制多路開關(guān)依次處理各直流饋線上弱電流傳感器返回的信號，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和接地電阻值報警發(fā)出長節(jié)奏報警；如果母線故障數(shù)字顯示只顯示接地電阻值報警發(fā)出短報警。通過比較正負(fù)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(fù)接地。找到接地支路后，用檢測器找到接地點。發(fā)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(diào)節(jié)電路驅(qū)動。鉗形磁路夾住接地支路，發(fā)光二管從母線端移動到負(fù)荷端，音響消失，發(fā)光二管燈滅處即接地點。

4安科瑞絕緣監(jiān)測選型

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，漏電流對工業(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)測儀主要用于礦山、玻璃廠、電爐、試驗設(shè)備、冶金廠、化工廠、爆炸危險場所、計算機中心、應(yīng)急電源等工業(yè)領(lǐng)域的交流不接地系統(tǒng)，實時監(jiān)控系統(tǒng)的絕緣情況。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障時，及時報警，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。安科瑞AIM-T系列絕緣監(jiān)控器主要用于工業(yè)場所的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)絕緣故障時及時報警，提醒電氣維護(hù)人員及時調(diào)查故障。主要包括AIM-T3000、AIM-T500兩個系列，其中兩個絕緣監(jiān)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(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)檢測試驗、測量或監(jiān)測設(shè)備：IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置》

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

（1）工業(yè)IT絕緣監(jiān)測儀

安科瑞絕緣監(jiān)測儀是一種用于監(jiān)測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。具有測量范圍廣、響應(yīng)速度快、允許系統(tǒng)泄漏電容大等特點。同時，它具有功能豐富、絕緣故障預(yù)警、故障報警、事件記錄、互聯(lián)、參數(shù)自由設(shè)置等功能。可用于礦山、玻璃廠、電爐、試驗設(shè)備、冶金廠、化工廠、爆炸危險場所、計算機中心、應(yīng)急電源等工業(yè)場所的IT配電系統(tǒng)，實時監(jiān)控IT配電系統(tǒng)的絕緣情況。當(dāng)絕緣故障發(fā)生時，及時報警，提醒工作人員檢查故障。

5結(jié)論

本文提出了采用不對稱電橋?qū)崟r監(jiān)測DC系統(tǒng)絕緣的新方法，有效解決了正負(fù)絕緣均勻下降時無法正確監(jiān)測系統(tǒng)絕緣的問題。提出了測量絕緣電阻的數(shù)學(xué)模型。當(dāng)接地故障發(fā)生時，使用短期低頻信號確定故障點，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)測及接地點定位綜合裝置[J].江蘇：煤礦自動化，2001.

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