絕緣監(jiān)測(cè)裝置在直流系統(tǒng)中的應(yīng)用

林森　孟青春　孫帥　趙立婷

【摘 要】絕緣監(jiān)測(cè)裝置主要用于對(duì)直流母線和各支路的絕緣狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。本文介紹了海南核電廠直流系統(tǒng)中所應(yīng)用的兩種絕緣監(jiān)測(cè)裝置，重點(diǎn)對(duì)這兩種絕緣監(jiān)測(cè)裝置的母線監(jiān)測(cè)原理和支路檢測(cè)原理進(jìn)行解析和比較，最后舉例海南核電廠絕緣監(jiān)測(cè)裝置部件故障及處理。

【關(guān)鍵詞】直流系統(tǒng)；絕緣監(jiān)測(cè)裝置；母線監(jiān)測(cè)；支路檢測(cè)

海南核電廠直流系統(tǒng)主要分為兩大部分：核島廠房，充電器采用了瑞士GUTOR公司設(shè)備，配電盤為ABB設(shè)備，絕緣監(jiān)測(cè)儀是溫州星炬WZJD-6A型產(chǎn)品；常規(guī)島和BOP廠房，充電器采用克勞瑞德和奧特迅公司設(shè)備，絕緣監(jiān)測(cè)儀是奧特迅WJY-3000A型產(chǎn)品。

1 WZJD-6A型絕緣監(jiān)測(cè)儀原理解析

WZJD-6A型絕緣監(jiān)測(cè)儀具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)直流系統(tǒng)母線電壓、正負(fù)母線對(duì)地電壓、正負(fù)母線對(duì)地絕緣電阻以及巡檢支路接地電阻等功能。

1.1 母線監(jiān)測(cè)原理

在直流系統(tǒng)中，直流母線對(duì)地的絕緣電阻分為正極母線對(duì)地絕緣電阻R+和負(fù)極母線對(duì)地絕緣電阻R-。按電路基本原理分析可知，要求取R+與R-兩個(gè)未知數(shù)，必須建立兩組獨(dú)立的回路方程式，再將其聯(lián)立求解，方可求得R+與R-的電阻值。為此，該監(jiān)測(cè)儀設(shè)計(jì)了兩個(gè)不平衡電橋電路，如圖1所示：

聯(lián)立以上兩個(gè)方程式即可求解正極母線對(duì)地絕緣電阻R+和負(fù)極母線對(duì)地絕緣電阻R-。

1.2 支路檢測(cè)原理

該監(jiān)測(cè)儀在主機(jī)中裝有超低頻信號(hào)源，該信號(hào)源將4Hz的超低頻信號(hào)由母線對(duì)地注入直流系統(tǒng)。如果某支路經(jīng)電阻接地，則裝在該支路上的傳感器會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的大小與接地電阻的大小成反比。感應(yīng)電流經(jīng)過一系列處理之后送入CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再通過RS485接口送入主機(jī)。主機(jī)一方面控制信號(hào)采集模塊有序地采集各支路傳感信號(hào)，另一方面又接收信號(hào)采集模塊送來的數(shù)據(jù)。主機(jī)接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后，一方面送液晶顯示器顯示與輸出報(bào)警，另一方面通過通訊接口電路傳送給上位機(jī)。

設(shè)計(jì)時(shí)將各支路編號(hào)，每個(gè)信號(hào)采集模塊能采集16個(gè)支路信號(hào)，支路數(shù)量較多時(shí)可擴(kuò)展多個(gè)信號(hào)采集模塊，信號(hào)采集模塊通過地址撥碼進(jìn)行編號(hào)。某個(gè)支路發(fā)生接地故障時(shí)，最終會(huì)在液晶顯示屏上顯示出故障支路的編號(hào)以及接地電阻阻值，根據(jù)支路編號(hào)能夠很快確定故障支路。

2 WJY-3000A型絕緣監(jiān)測(cè)儀原理解析

WJY-3000A微機(jī)型絕緣監(jiān)測(cè)儀的基本配置包括主機(jī)、顯示器、支路絕緣監(jiān)測(cè)用的電流變送器（CT）組成。主機(jī)檢測(cè)正負(fù)直流母線對(duì)地電壓，通過對(duì)地電壓計(jì)算正負(fù)母線對(duì)地絕緣電阻，當(dāng)絕緣電阻值低于報(bào)警設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)支路巡檢功能。

2.1 母線監(jiān)測(cè)原理

WJY-3000型絕緣監(jiān)測(cè)裝置的母線對(duì)地絕緣電阻測(cè)量有平衡電橋法和不平衡電橋法兩種方法，可手動(dòng)選擇。

如圖2所示，R1、R2為絕緣監(jiān)測(cè)裝置內(nèi)設(shè)電阻，U+、U-為正負(fù)直流母線對(duì)地電壓，R+、R-為正負(fù)母線的接地電阻，Ur為直流系統(tǒng)電壓。

2.1.1 平衡電橋法

當(dāng)開關(guān)K1、K2同時(shí)閉合時(shí)，即為平衡橋法。

R

當(dāng)發(fā)生雙端不平衡接地，且R+≠R-時(shí)，存在兩個(gè)未知數(shù)通過一個(gè)方程無法求解接地電阻?？梢酝ㄟ^將R+、R-中較大的一個(gè)假設(shè)為無窮大，按單端接地的情況求解，但是計(jì)算值跟實(shí)際值會(huì)存在較大偏差。

2.1.2 不平衡橋法

一個(gè)檢測(cè)周期內(nèi)，開關(guān)K1、K2 按照一定的順序開合即形成不平衡電橋。

根據(jù)以上兩個(gè)方程式聯(lián)立方程組，即可求得正負(fù)直流母線接地電阻R+、R-。

2.1.3 平衡電橋和不平衡橋檢測(cè)方法性能對(duì)比

1）平衡電橋法

優(yōu)點(diǎn)：平衡電橋法屬于靜態(tài)測(cè)量，即測(cè)量正負(fù)直流母線對(duì)地的靜態(tài)直流電壓，因此母線對(duì)地電容的大小不影響測(cè)量精度；由于不受接地電容的影響，因此檢測(cè)速度快。

缺點(diǎn)：雙端接地時(shí)，測(cè)量誤差較大；不能檢測(cè)平衡接地。

2）不平衡電橋法

優(yōu)點(diǎn)：任何接地方式均能準(zhǔn)確檢測(cè)。

缺點(diǎn)：在測(cè)量過程中，需要通過正負(fù)直流母線分別對(duì)地投電阻，因此母線對(duì)地電壓是變化的。為了獲得準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，每次投入電阻后需要延時(shí)，待母線對(duì)地電壓穩(wěn)定后再測(cè)量，因此檢測(cè)速度比平衡電橋法慢；受母線對(duì)地電容的影響。

2.2 支路檢測(cè)原理

與WZJD-6A型絕緣監(jiān)測(cè)儀相比，WJY-3000A型絕緣監(jiān)測(cè)儀對(duì)支路漏電流的檢測(cè)采用直流有源CT，每個(gè)直流有源CT內(nèi)置了CPU，漏電流信號(hào)直接在CT內(nèi)部轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過通訊接口傳至絕緣監(jiān)測(cè)儀主機(jī)。

使用直流有源CT的優(yōu)點(diǎn)：無需向母線注入交流信號(hào)、受接地電容的影響小、能識(shí)別接地母線的極性、能測(cè)量雙端接地。缺點(diǎn)則是成本高于交流CT、環(huán)境溫度和工作電壓的波動(dòng)影響測(cè)量精度。

3 絕緣監(jiān)測(cè)裝置部件故障及處理事例

3.1 網(wǎng)控樓區(qū)域直流系統(tǒng)饋線盒通訊缺陷

網(wǎng)控樓區(qū)域的直流系統(tǒng)，經(jīng)常觸發(fā)“饋線盒故障”的報(bào)警，最初以為是饋線盒損壞或是接線存在斷線、虛接等情況導(dǎo)致，后來經(jīng)過反復(fù)排除確定是由于饋線盒功率不足導(dǎo)致通訊間斷引起的。

網(wǎng)控樓區(qū)域的直流配電屏分布較為分散，分別布置在TC樓1樓、TC樓3樓、JX廠房、TD廠房和TB廠房，每個(gè)分配電屏與主屏之間的饋線盒通訊是通過跨接并聯(lián)通訊線的方式連接。由于直流配電屏分布較為分散，導(dǎo)線安裝竣工后通訊線較長，電阻過大，信號(hào)傳輸能力下降。最后這個(gè)故障是通過更換大功率饋線盒得以解決。

3.2 有源直流CT故障

奧特迅的直流配電柜所用傳感器型號(hào)為CT-2000AH，該有源直流CT接口為MB312-508-5P型，當(dāng)有源直流CT正常工作時(shí)本體的指示燈會(huì)常亮，上傳數(shù)據(jù)與主機(jī)通訊時(shí)指示燈閃爍。

在日常巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)，正常運(yùn)行回路上的傳感器指示燈不亮。經(jīng)查看，并無系統(tǒng)報(bào)警信息。排查后確認(rèn)是傳感器損壞，更換備件后恢復(fù)正常。

從上例故障消缺反饋來看，有源直流CT故障后并沒有故障信號(hào)送出，無法通過系統(tǒng)報(bào)警來得知是否存在CT損壞。在回路CT損壞情況下，如果支路存在絕緣故障將無法及時(shí)定位。

為了避免該類故障發(fā)生，一方面需要加強(qiáng)日常巡檢；另一方面，可以用專用的CT校驗(yàn)儀定期對(duì)有源直流CT進(jìn)行校驗(yàn)。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]