直流绝缘监测及接地点定位综合装置的设计与应用

时间：2023-08-02

摘要 :文章提出一种常态下利用不对称电桥实时监测直流系统绝缘的方法建立了测定绝缘电阻的数学模型在此基础上研制出微机直流绝缘监测及故障点定位综合装置。实际应用表明该装置工作可靠运行准确。

主题词 :发电厂 ;直流系统 ;绝缘 ;故障接地 ;监测

1 引言

发电厂、变电所的直流系统是二次设备的电源。为保二次设备可靠工作需要对直流系统的绝缘状况实时在线监测对直流系统绝缘薄弱环节作出预测。当直流电源系统发生一点接地故障时需立即排除否则再次发生接地可能会酿成大事故。目前寻找接地故障的办法是依次拉合直流馈线人工查找接地线路。这种方法不仅费时费力而且不安全且有可能使继电保护或自动装置误动或拒动造成事故。所以需要研制一种既能预测直流系统绝缘状况又能查找接地故障点的安全自动装置。

2 装置的基本工作原理

1 常态下电网正负对地绝缘的监测方法

目前发电厂、变电所广泛使用的直流绝缘监视装置是利用一种对称的电桥当直流系统某一绝缘下降时破坏了电桥的平衡通过检测电桥的不平衡程度来反映直流电网的绝缘状况。但是当遇到正负绝缘均匀下降时这种装置失灵并且也不能自动检测电网的对地绝缘电阻值。为此需要探索一种新的检测方法。

将一星形电阻电路接入直流系统正负母线及大地之间 ,构成图1所示的不对称桥形电压取样电路。

图中RZ、RF分别代表直流系统正负极对地绝缘电阻,U为正负极间电压, R1、R2和RJ为取样电阻 ,

R1≠R2。应用戴维南定律可得到图1的等值电路图2。图2中 :

根据等值电路图2可以得到:

在图1中 ,如果将RJ的接地端断开,则负母线对地电压U′F为:

式中:UJ为桥电阻RJ上的电压;U′F为电阻断开后负母线对地电压。

RZ//RF反应了直流系统对地绝缘状况,通过采样UJ、U及U′F,可以利用(4)式连续实时检测直流系统对地绝缘。对于正负极绝缘均匀下降的情况,(4)式依然有效。

2. 2 故障后接地电阻检测及故障定位方法

当直流系统对地绝缘电阻 RZ/ / R F 下降至25kΩ以下时认为系统出现了接地故障装置将一低频信号注入直流母线与大地之间穿套在各直流馈线支路上的弱电流传感器传回信号。由于每一条支路都存在对地电容和对地电阻所以该信号中包含容性电流分量 IC和阻性电流分流量 IR两部分。可利用相敏电路出其中反应绝缘状况的阻性电流 IR。依次检测各电路阻性电流找出大值 IRm同整定值 IRdz比较。如果 IRm > IRdz则该支路为接地支路否则认为故障发生在母线上。

当电网正上出现接地故障时同步电压信号 U T需从正母线上引出;负出现接地时 U T从负母线引出;正负均匀故障时 U T从正母线或负母线引出均可。在低频信号投入电网前桥电阻 RJ切除。接地性的判断可以根据正对地电压和负对地电压的大小确定。接地电阻 R0≈ RZ/ / RF其数值可在低频信号投入前依据(4) 式确定。由于接地故障支路上存在较大的低频电流信号并且这一电流信号在接地点处流入大地而消失所以可以通过检测这一低频电流信号存在与否确定接地点的具体位置。

3 装置的研制及其应用

根据上述原理研制出微机直流绝缘监视及故障点定位综合装置。该装置由主机、弱电流传感器和检测器 3 部分组成系统构成如图 3 所示。装置由 80C196 单片机实施控制及数据处理任务。常态下单片机控制桥电阻 RJ 的投切并经电压取样电路采样 UJ 、U 和 U′F利用数学模型计算电网正负对地绝缘电阻经数码显示器显示阻值及正负母线间电压。

当电网正或负上出现电阻小于25kΩ的单点接地故障或正负绝缘均匀下降至80kΩ以下时单片机控制继电器动作切除 RJ 并将低频信号源投入。这一信号经隔离变压器及电容器耦合到正负母线与大地之间同步电压形成电路用来产生相敏电路所需的同步信号。单片机控制多路开关依次处理各直流馈线上弱电流传感器传回的信号采用 2. 2 中所述原理找出故障支路或母线。如是支路故障数码显示器显示接地支路号及接地电阻值报警器发出较长节奏的报警声 ;如是母线故障数码显示器只显示接地电阻值报警器发出短促的报警声。通过比较正负母线对地电压的大小确定接地线路的性红灯亮表示正接地绿灯亮表示负接地。接地支路找到后利用检测器查找接地点。检测器首端采用钳形磁路后端经信号处理电路、放大及灵敏度调整电路驱动发光二管及蜂鸣器。将钳形磁路钳住接地支路从母线端向负荷端移动发光二管发光并有音响音响消失及发光二管灯灭处即接地点。

4 安科瑞绝缘监测选型

随着工业科技的发展，漏电流对工业生产安全构成了很大的威胁。为了提高供电的连续性和可靠性，许多重要生产场所采用了不接地供电系统。安科瑞AIM-T系列工业用绝缘监测仪主要应用于工业领域如矿井、玻璃厂、电炉和试验设备、冶金厂、化工厂、爆炸危险场所、计算机中心及应急电源等的交流不接地系统中，用来实时监测系统对地的绝缘状况，当系统出现接地故障时，及时报警，提醒相关人员排查故障。产品的设计严格按照国家标准和规范进行。安科瑞AIM-T系列绝缘监测仪主要应用在工业场所IT配电系统中，用来监测IT系统对地的绝缘状况，在系统出现绝缘故障时及时报警，以提醒电气维护人员对故障及时排查。产品主要包括AIM-T300、AIM-T500两大系列，其中两款绝缘监测装置除去适用电压等级不同以外，均适用于纯交流、纯直流以及交直流混合的系统。

符合标准：IEC61557-8-2007《交流1000V和直流1500V以下低压配电系统电气安全防护检测的试验、测量或监控设备：IT系统中的绝缘监控装置》

GB/T18268.24-2010《测量、控制和试验室用的电设备电磁兼容性要求24部分：特殊要求符合IEC61557-8的绝缘监控置和符合IEC61557-9的绝缘故障设备的试验配置、工作条件和性能判据》

(1)工业IT绝缘监测仪

安科瑞绝缘监测仪是用于监测IT配电系统（不接地系统）对地绝缘状况的仪表。产品采用微控制器技术，集成度高，体积小巧，安装方便，集智能化、数字化、网络化于一身。具有测量范围广、反应速度快、允许系统泄漏电容大等特点。同时其拥有丰富的功能，绝缘故障预警、故障报警、事件记录、互联、参数自由设置。可用于矿井、玻璃厂、电炉和试验设备、冶金厂、化工厂、爆炸危险场所、计算机中心以及应急电源等工业场所的IT配电系统中，实时监测IT配电系统对地的绝缘状况，当发生绝缘故障时，及时报警，提醒工作人员排查故障。

AIM-T300	AIM-T500	AIM-T500L
450V以下单/三相交流,直流，交直流混合系统	690V以下单/三相交流，800V以下直流，交直流混合系统绝缘监测，故障定位
0-5MΩ	0-10MΩ
150uF，能实时测量系统电容	500uF，能实时测量系统电容
1路通讯、2路继电器输出、20条事件记录、自检功能、PE、KE断线监测	1路通讯、3路继电器输出、20条事件记录、自检功能、PE、KE断线监测、多系统互联	2路通讯、3路继电器输出、20条事件记录、自检功能、PE、KE断线监测、多系统互联、故障定位功能

(2)测试信号发生器和绝缘故障定位仪

ASG200	AIL200-12
绝缘故障时向系统注入定位信号，指示系统故障相线	绝缘故障时启动监测并指示故障所在支路；
1路CAN通讯	1路CAN通讯、1路继电器输出、LED显示，12路互感器接入

(3)工业IT绝缘监测用耦合仪

对于800V以上的不接地系统，AIM-T500型绝缘监测仪要配合耦合仪才能进行绝缘监测。ACPD系列绝缘监测用耦合仪目前包括ACPD100和ACPD200两个型号。其中ACPD100应用于单相交流0-1150V，直流0-1760V的不接地系统的绝缘监测，ACPD200应用于交流三相0-1650V，或交流系统带直流元件（如整流）的0-1300V不接地系统的绝缘监测。

ACPD100	ACPD200
用于扩展AIM-T500使用的系统电压；	用于扩展AIM-T500使用的系统电压；
单相交流，直流不接地系统	三相交流，直流不接地系统
单相交流系统0~1150V，直流系统0~1760V	三相交流系统0~1650V，三相带整流系统0~1300V
≥160kΩ	AK1>225kΩ

5结论

本文提出一种常态下利用不对称电桥实时监测直流系统绝缘的新方法有效地解决了正负绝缘均匀下降时不能正确监视系统绝缘的问题。提出了测定绝缘电阻的数学模型。当出现接地故障后利用短时附加低频信号确定故障点应用表明该装置工作可靠、准确。

参考文献

[1]李刚.蔡旭.一种新型的直流绝缘监测及接地点定位综合装置[J].江苏：煤矿自动化，2001.

[2]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.6版.

15000353138

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