淺談直流絕緣監(jiān)測及接地點(diǎn)定位綜合裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要 :文章提出一種常態(tài)下利用不對稱電橋?qū)崟r監(jiān)測直流系統(tǒng)絕緣的方法建立了測定絕緣電阻的數(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

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)備可靠工作需要對直流系統(tǒng)的絕緣狀況實(shí)時在線監(jiān)測對直流系統(tǒng)絕緣薄弱環(huán)節(jié)作出預(yù)測。當(dāng)直流電源系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地故障時需立即排除否則再次發(fā)生接地可能會釀成大事故。目前尋找接地故障的辦法是依次拉合直流饋線人工查找接地線路。這種方法不僅費(fèi)時費(fèi)力而且不安全且有可能使繼電保護(hù)或自動裝置誤動或拒動造成事故。所以需要研制一種既能預(yù)測直流系統(tǒng)絕緣狀況又能查找接地故障點(diǎn)的安全自動裝置。

2 裝置的基本工作原理

1. 1 常態(tài)下電網(wǎng)正負(fù)對地絕緣的監(jiān)測方法

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稱的電橋當(dāng)直流系統(tǒng)某絕緣下降時破壞了電橋的平衡通過檢測電橋的不平衡程度來反映直流電網(wǎng)的絕緣狀況。但是當(dāng)遇到正負(fù)絕緣均勻下降時這種裝置失靈并且也不能自動檢測電網(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(tǒng)正負(fù)母線及大地之間 ,構(gòu)成圖1所示的不對稱橋形電壓取樣電路。

　　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,則負(fù)母線對地電壓U′F為:

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

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

當(dāng)直流系統(tǒng)對地絕緣電阻 RZ/ / R F 下降至25kΩ以下時認(rèn)為系統(tǒng)出現(xiàn)了接地故障裝置將一低頻信號注入直流母線與大地之間穿套在各直流饋線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。可利用相敏電路檢測出其中反應(yīng)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(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 U T需從正母線上引出;負(fù)出現(xiàn)接地時 U T從負(fù)母線引出;正負(fù)均勻故障時 U T從正母線或負(fù)母線引出均可。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(jù)正對地電壓和負(fù)對地電壓的大小確定。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(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)對地絕緣電阻經(jīng)數(shù)碼顯示器顯示阻值及正負(fù)母線間電壓。

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以下時單片機(jī)控制繼電器動作切除 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(fù)母線與大地之間同步電壓形成電路用來產(chǎn)生相敏電路所需的同步信號。單片機(jī)控制多路開關(guān)依次處理各直流饋線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。如是支路故障數(shù)碼顯示器顯示接地支路號及接地電阻值報(bào)警器發(fā)出較長節(jié)奏的報(bào)警聲 ;如是母線故障數(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。通過比較正負(fù)母線對地電壓的大小確定接地線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(diào)整電路驅(qū)動發(fā)光二管及蜂鳴器。將鉗形磁路鉗住接地支路從母線端向負(fù)荷端移動發(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)測選型

隨著工業(yè)科技的發(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，許多重要生產(chǎn)場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，用來實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)對地的絕緣狀況，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障時，及時報(bào)警，提醒相關(guān)人員排查故障。產(chǎn)品的設(shè)計(jì)嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行。安科瑞AIM-T系列絕緣監(jiān)測儀主要應(yīng)用在工業(yè)場所IT配電系統(tǒng)中，用來監(jiān)測IT系統(tǒng)對地的絕緣狀況，在系統(tǒng)出現(xiàn)絕緣故障時及時報(bào)警，以提醒電氣維護(hù)人員對故障及時排查。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(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)檢測的試驗(yàn)、測量或監(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)測儀

安科瑞絕緣監(jiān)測儀是用于監(jiān)測IT配電系統(tǒng)（不接地系統(tǒng)）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(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化于一身。具有測量范圍廣、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)場所、計(jì)算機(jī)中心以及應(yīng)急電源等工業(yè)場所的IT配電系統(tǒng)中，實(shí)時監(jiān)測IT配電系統(tǒng)對地的絕緣狀況，當(dāng)發(fā)生絕緣故障時，及時報(bào)警，提醒工作人員排查故障。

測試信號發(fā)生器和絕緣故障定位儀

工業(yè)IT絕緣監(jiān)測用耦合儀

對于800V以上的不接地系統(tǒng)，AIM-T500型絕緣監(jiān)測儀要配合耦合儀才能進(jìn)行絕緣監(jiān)測。ACPD系列絕緣監(jiān)測用耦合儀目前包括ACPD100和ACPD200兩個型號。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，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。

結(jié)論

　　本文提出一種常態(tài)下利用不對稱電橋?qū)崟r監(jiān)測直流系統(tǒng)絕緣的新方法有效地解決了正負(fù)絕緣均勻下降時不能正確監(jiān)視系統(tǒng)絕緣的問題。提出了測定絕緣電阻的數(shù)學(xué)模型。當(dāng)出現(xiàn)接地故障后利用短時附加低頻信號確定故障點(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)測及接地點(diǎn)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(jì)與應(yīng)用手冊.2020.6版.

作者簡介：

任運(yùn)業(yè)，男，現(xiàn)供職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事醫(yī)療IT和工業(yè)絕緣的研究與開發(fā)。