直流電源絕緣檢測技術(shù)研究

【摘要】為了保障直流系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，絕緣監(jiān)測裝置是必不可少的。對直流系統(tǒng)絕緣檢測常用的幾種方法進(jìn)行了分析比較，指出了它們在使用時(shí)的優(yōu)缺點(diǎn)。并在此基礎(chǔ)上提出了一種新的改進(jìn)后的絕緣檢測方法。

【關(guān)鍵詞】絕緣監(jiān)測；直流系統(tǒng)；外施電壓電橋法

Abstract：In order to protect the security and reliable operation of the DC system，insulation monitoring device is essential.The paper has analyzed and compared several commonly used methods of the insulation detect of DC system，and pointed out the advantages and disadvantages of them. And then，the paper proposes a new and improved method to detect insulation based on that.

Key words：Insulation monitoring；DC system；Applied voltage bridge method

1.引言

直流電源在電力系統(tǒng)中多作為電氣設(shè)備的保護(hù)電源和控制信號的主要電源，其運(yùn)行狀況的好壞直接關(guān)系到電力系統(tǒng)能否正常運(yùn)行[1]。接地故障是直流系統(tǒng)中最常見的故障，若不能做到及時(shí)的排除，就可能引起信號回路、控制回路、繼電保護(hù)裝置等的誤動作，從而破壞電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，甚至造成大范圍的停電事故。

現(xiàn)有的直流系統(tǒng)絕緣檢測方法主要有電橋法，信號注入法和漏電流檢測法[2]。但這些方法在實(shí)際應(yīng)用中都存在著很大的不足，慢慢跟不上實(shí)際的需要?，F(xiàn)有的絕緣檢測裝置多存在著檢測精度低，檢測速度慢，甚至有些裝置還存在誤報(bào)警及報(bào)警動作死去等問題，所以一種新型的直流系統(tǒng)絕緣檢測方法及裝置的研制是非常必要的。為了克服現(xiàn)有絕緣檢測方法的不足，筆者對電橋法和信號注入法進(jìn)行改進(jìn)，一種外施電壓電橋法在一定程度上實(shí)現(xiàn)了對直流系統(tǒng)接地故障的準(zhǔn)備測量。

2.現(xiàn)有幾種絕緣檢測方法分析比較

電橋法，就是通過設(shè)置兩個(gè)電阻和直流系統(tǒng)正負(fù)極對地電阻組成電橋，系統(tǒng)正常時(shí)，電橋平衡。而系統(tǒng)出現(xiàn)某一點(diǎn)接地時(shí)，電橋?qū)⑹テ胶?，產(chǎn)生報(bào)警信號。

信號注入法，就是通過向系統(tǒng)直流母線注入一個(gè)低頻交變信號，當(dāng)某條支路發(fā)生接地故障，用鉗型電流探頭來檢測出流過故障點(diǎn)的電流大小，從而計(jì)算出故障支路接地電阻。

漏電流檢測法，利用霍爾效應(yīng)的直流傳感器檢測出每條支路的直流電流信號，根據(jù)磁平衡原理，無接地的支路傳感器輸出為零，而故障支路輸出不為零[3]。

如表1所示，對電橋法、信號注入法、漏電流檢測法進(jìn)行了分析比較。

3.外施電壓電橋法

3.1 原理

是直流系統(tǒng)正、負(fù)母線對地絕緣電阻，其能夠反映直流系統(tǒng)的對地絕緣狀況?？梢酝ㄟ^測得采樣電壓UJ1，UJ2并利用公式（8）來對直流系統(tǒng)的對地絕緣狀況做定量檢測。利用此方法可以在不測量直流系統(tǒng)母線電壓的情況下，對單母線接地，正負(fù)母線絕緣均勻下降還是不均勻下降做到正確反映。

3.2 對采樣電阻兩端電壓UJ的測量

考慮到，在實(shí)際電路中或大或小的存在著對地電容，通常情況下其對地電容是很小的，可以忽略不計(jì)。但當(dāng)系統(tǒng)對地電容達(dá)到一定的程度時(shí)，將會影響到絕緣檢測儀的測量，從而會引起保護(hù)誤動的風(fēng)險(xiǎn)。

當(dāng)系統(tǒng)對地電容較大不能忽略時(shí)就得考慮其所帶來的影響了。由于電容兩端的電壓不能突變，這將使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定需要一個(gè)過程。要能正確采樣RJ兩端電壓UJ就可能需要較長時(shí)間，這樣將會嚴(yán)重增加儀器的測量時(shí)間，降低檢測速度?；蛘邥?dǎo)致測量到的UJ是系統(tǒng)還未穩(wěn)定時(shí)的值，這樣將測量不到正確的電壓值，從而使檢測不正確將可能導(dǎo)致保護(hù)裝置誤動作等風(fēng)險(xiǎn)。

我們可以將系統(tǒng)看成是一個(gè)一階電路系統(tǒng)，則通過三要素法可以得到：

圖4 硬件電路框架圖

4.硬件電路設(shè)計(jì)

如圖4所示為硬件電路結(jié)構(gòu)框架圖。通過采樣電路采集RJ兩端的電壓UJ，通過信號處理并A/D轉(zhuǎn)換傳送到DSP，DSP分析A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)是不是達(dá)到要求，否則繼續(xù)信號處理，直到達(dá)到要求。同時(shí)通過DSP控制UI（±US）的輸出值。再由DSP處理計(jì)算數(shù)據(jù)得到正負(fù)母線對地絕緣電阻的并聯(lián)值。

5.仿真測試

通過仿真實(shí)驗(yàn)得知，改變母線電壓或正負(fù)母線對地絕緣電阻公示（10）都能得到驗(yàn)證。

圖5 仿真電路圖

圖6 采樣電壓暫態(tài)圖

如圖5所示對節(jié)點(diǎn)3（采樣電壓）進(jìn)行暫態(tài)分析，得到圖6。由圖6可知，當(dāng)直流系統(tǒng)存在分布電容時(shí)，采樣電壓達(dá)到穩(wěn)定值需要一個(gè)過程。當(dāng)分布電容比較大時(shí)，采樣電壓達(dá)到穩(wěn)定值的時(shí)間可能會比較長，從而影響對RJ的正確測量。

6.結(jié)論

本文提出了一種外施電壓電橋法，該方法在一定程度上較準(zhǔn)確的反映了直流系統(tǒng)對地的絕緣情況。此方法不受直流系統(tǒng)母線電壓的影響，對單母線接地，正負(fù)母線絕緣均勻下降或不均勻下降均能做到正確反映。并首次考慮到了系統(tǒng)對地分布電容對絕緣檢測的影響，且提出了處理的方法，這是一種較大的突破。但同時(shí)也有其不足，此方法只得到了系統(tǒng)對地的并聯(lián)電阻，而不能分別測量出正負(fù)母線對地的絕緣情況，有待進(jìn)一步的改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

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