在線式高壓直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置的研究

陳建平

摘要：高壓直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置采用信號(hào)相位鎖定、超前校正及跟蹤積木式結(jié)構(gòu)等技術(shù)，從根本上解決判斷數(shù)據(jù)不全、選線不準(zhǔn)等弊??；同時(shí)裝置采用實(shí)時(shí)跟蹤信息零處理技術(shù)，解決交流竄入直流故障的測(cè)記和報(bào)警。本文主要對(duì)在線式高壓直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置技術(shù)解決方案進(jìn)行了論述。

Abstract： High-voltage DC insulation monitoring device adopts the technology of signal phase locking， advanced correction and tracking building block structure to fundamentally solve the defects such as incomplete judgment data and line selection. Meanwhile， the device adopts real-time tracking information zero processing technology to realize detection and alarm of AC channeling into DC fault. In this paper， the technical solutions of on-line high-voltage DC insulation monitoring device are discussed.

關(guān)鍵詞：絕緣監(jiān)測(cè)；電壓補(bǔ)償；分布式結(jié)構(gòu)；絕緣分級(jí)管理；多CPU并行處理

Key words： insulation monitoring；voltage compensation；distributed structure；insulation hierarchical management；multi-CPU parallel processing

中圖分類號(hào)：TM855 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）07-0143-02

0 引言

隨著我國(guó)通信、電力事業(yè)的發(fā)展，通信機(jī)房，發(fā)電廠、變電站種類繁多，而且大容量發(fā)電廠、變電站、通信電源越來(lái)越多，通信安全、安全發(fā)電、輸電關(guān)系著整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人們正常生活?，F(xiàn)電網(wǎng)直流系統(tǒng)比較復(fù)雜，且與繼電保護(hù)、信號(hào)裝置、自動(dòng)裝置以及屋內(nèi)、外配電裝置的端子箱、操作機(jī)構(gòu)等連接，發(fā)生接地故障較多，無(wú)法解決交流竄直流故障的測(cè)記和報(bào)警功能。根據(jù)2011年12月國(guó)家電網(wǎng)公司制定的《國(guó)家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》中的第五項(xiàng)“防止變電站全停及重要客戶停電事故”中明確提出了原有的直流電源系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)裝置，要求增加交流竄入直流故障的測(cè)記和報(bào)警功能。高壓直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置采用信號(hào)相位鎖定、超前校正及跟蹤積木式結(jié)構(gòu)等技術(shù)，從根本上解決判斷數(shù)據(jù)不全、選線不準(zhǔn)等弊??；同時(shí)本裝置采用實(shí)時(shí)跟蹤信息零處理技術(shù)，解決交流竄入直流故障的測(cè)記和報(bào)警。

1 項(xiàng)目提出的必要性

直流系統(tǒng)是電信運(yùn)營(yíng)商云數(shù)據(jù)通信機(jī)房重要的組成部分，直流系統(tǒng)的安全可靠性影響著云數(shù)據(jù)通信機(jī)房的安全運(yùn)行，關(guān)系到整個(gè)電網(wǎng)的安全生產(chǎn)。云數(shù)據(jù)通信機(jī)房的直流系統(tǒng)比較復(fù)雜，且與繼電保護(hù)、信號(hào)裝置、自動(dòng)裝置以及屋內(nèi)、外配電裝置的端子箱、操作機(jī)構(gòu)等連接，因此，發(fā)生接地故障機(jī)會(huì)較多。當(dāng)發(fā)生一點(diǎn)接地故障時(shí)，由于沒有短路電流流過(guò)，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成危害，所以系統(tǒng)仍能繼續(xù)運(yùn)行。但是這種接地故障必須及早發(fā)現(xiàn)，否則當(dāng)發(fā)生另一點(diǎn)接地故障時(shí)，有可能引起信號(hào)號(hào)回路、控制回路、繼電保護(hù)等的不正確動(dòng)作，從而造成重大損失。

高壓直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置能夠精確測(cè)量交流竄入電壓值、母線電壓、正負(fù)母線對(duì)地電壓，準(zhǔn)確計(jì)算出正、負(fù)母線絕緣電阻、各饋線支路絕緣電阻，能夠快速選出絕緣降低或接地故障的饋線支路，具有交流竄入告警功能，并能選出交流竄入故障支路，具有直流互竄告警功能，并能選出直流互竄支路，具有傳感器零點(diǎn)校正功能并能兼容多種傳感器接口。且具有交流竄入、絕緣告警、壓差告警、定時(shí)、電阻變化等多種自動(dòng)啟動(dòng)選線功能，故障消失告警信號(hào)能夠自動(dòng)復(fù)歸。

2 在線式高壓直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置的技術(shù)方案

高壓直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置采用高性能總線式智能漏電流傳感器測(cè)量絕緣漏電流，母線對(duì)地電壓測(cè)量采用高精度隔離變送器完成，同時(shí)在對(duì)地電阻的測(cè)量與計(jì)算上考慮了現(xiàn)場(chǎng)各種復(fù)雜情況，以準(zhǔn)確可靠的控制與獨(dú)特算法保證了母線對(duì)地電阻的測(cè)量迅速與精確，可檢測(cè)一段母線對(duì)地電阻、對(duì)地電壓及每段64個(gè)支路的對(duì)地電阻，可多單元并機(jī)實(shí)現(xiàn)100條支路對(duì)地電阻檢測(cè)。具有交流竄入、絕緣告警、壓差告警、定時(shí)、電阻變化等多種自動(dòng)啟動(dòng)選線功能，故障消失告警信號(hào)能夠自動(dòng)復(fù)歸。技術(shù)特點(diǎn)如下：

①采用分布式結(jié)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)采用主機(jī)—子機(jī)分布式架構(gòu)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行系統(tǒng)配置，無(wú)限擴(kuò)充。

②高壓直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置可直接檢測(cè)接地漏電流，不發(fā)檢測(cè)信號(hào)，保證系統(tǒng)安全，不受分布電容影響。

③絕緣監(jiān)測(cè)裝置采用絕緣分級(jí)管理，基于極高的阻抗檢測(cè)，對(duì)地絕緣分級(jí)管理，可自行定義絕緣分級(jí)門限。

④絕緣監(jiān)測(cè)裝置引入環(huán)路指數(shù)，能有效對(duì)系統(tǒng)的各類環(huán)路準(zhǔn)確診斷分析。

⑤絕緣監(jiān)測(cè)裝置引入信息實(shí)時(shí)性與同時(shí)性，解決直流系統(tǒng)絕緣瞬態(tài)變化的檢測(cè)。

⑥絕緣監(jiān)測(cè)裝置采用中斷采樣方式，摒棄了傳統(tǒng)的巡檢采樣，數(shù)百條直流回路接地檢測(cè)在數(shù)秒鐘內(nèi)完成。

⑦絕緣監(jiān)測(cè)裝置采用多CPU并行處理的SynSystem（自動(dòng)同步系統(tǒng)）智慧式算法，準(zhǔn)確判斷系統(tǒng)絕緣故障并進(jìn)行系統(tǒng)缺陷診斷分析。

3 在線式高壓直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置的工作原理

在線式高壓直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)出有絕緣下降狀況發(fā)生時(shí)，裝置通過(guò)漏電流傳感器采集支路漏電流，可選出絕緣下降的具體支路。該裝置同時(shí)具有電壓監(jiān)測(cè)功能，當(dāng)母線電壓和對(duì)地電壓超出設(shè)定值時(shí)，裝置給出報(bào)警信號(hào)。具體工作原理如下：

①實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)直流母線電壓、正負(fù)母線對(duì)地電壓、正負(fù)母線對(duì)地交流電壓、正負(fù)母線對(duì)地絕緣電阻及支路對(duì)地絕緣電阻等數(shù)據(jù)，并直觀顯示到裝置顯示屏。

②當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生單極或多極一點(diǎn)接地及絕緣降低故障，兩極同支路或不同支路同阻值或不同阻值接地及絕緣降低故障時(shí)，絕緣監(jiān)測(cè)裝置可迅速、準(zhǔn)確、可靠動(dòng)作，發(fā)出絕緣故障報(bào)警信息。

③絕緣監(jiān)測(cè)裝置具有創(chuàng)新的單臂電橋測(cè)試，其特點(diǎn)在于檢測(cè)電橋電路僅由負(fù)極對(duì)地檢測(cè)電阻、負(fù)極對(duì)地檢測(cè)電阻切換開關(guān)構(gòu)成，在檢測(cè)電橋工作時(shí)，由于檢測(cè)電橋電阻并聯(lián)在負(fù)極和大地之間，所以不僅不會(huì)造成直流母線負(fù)極對(duì)地電壓的增高，反而使其降低，控制了負(fù)極對(duì)地電壓的增高，能夠降低由于一點(diǎn)接地引發(fā)的繼電保護(hù)誤動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。

④母線對(duì)地電壓補(bǔ)償：高壓直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置除了用于維持直流系統(tǒng)對(duì)地電壓平衡的平衡電橋、用于絕緣電阻測(cè)量的檢測(cè)電橋外，還設(shè)有一個(gè)臨時(shí)修正電橋，用于補(bǔ)償直流系統(tǒng)正負(fù)極電壓的不均衡。

⑤基于系統(tǒng)電容分析的可變檢測(cè)電橋通過(guò)對(duì)直流系統(tǒng)的電壓、對(duì)地電容和絕緣電阻的綜合分析，能自適應(yīng)地改變檢測(cè)電橋的阻值，在完成絕緣監(jiān)測(cè)任務(wù)的同時(shí)最大限度地保證直流系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

⑥實(shí)現(xiàn)兩組直流互竄的監(jiān)控方案，通過(guò)對(duì)兩組直流系統(tǒng)正負(fù)極對(duì)地電壓的波動(dòng)情況及變化趨勢(shì)來(lái)判斷兩組直流系統(tǒng)是否發(fā)生非正常的電氣連接。

⑦當(dāng)直流系統(tǒng)對(duì)地絕緣電阻小于等于預(yù)警值時(shí)，絕緣監(jiān)測(cè)裝置可準(zhǔn)確預(yù)警并自行啟動(dòng)支路選線功能。

⑧當(dāng)直流系統(tǒng)母線電壓異常，正負(fù)母線對(duì)地電壓偏差過(guò)大時(shí)，可準(zhǔn)確報(bào)警。

⑨直流互竄告警：當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生直流互竄故障時(shí)，絕緣監(jiān)測(cè)裝置能發(fā)出直流互竄故障告警信息，并準(zhǔn)確選出故障支路。

⑩交流竄電告警：絕緣監(jiān)測(cè)裝置可監(jiān)測(cè)交流竄入，設(shè)定交流竄入門限報(bào)警值。

{11}電壓偏差補(bǔ)償功能：當(dāng)直流系統(tǒng)正負(fù)母線對(duì)地電壓比值超出保護(hù)誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)因數(shù)1.2時(shí)，通過(guò)對(duì)地電壓偏差補(bǔ)償橋使直流系統(tǒng)對(duì)地電壓恢復(fù)到平衡狀態(tài)。

4 在線式高壓直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置的技術(shù)參數(shù)

①可監(jiān)測(cè)對(duì)地絕緣阻抗值范圍和精度：

接地阻抗：0-999.9K，母線接地電阻：≤2%±1kΩ，路接地電阻：≤5%±1kΩ；

②可監(jiān)測(cè)電壓范圍及電壓精度：

正對(duì)地電壓：0-300V，負(fù)對(duì)地電壓：0-300V，系統(tǒng)總電壓：0-300V；

③交流竄電電壓：0-300V；

④電壓精度≤0.5%；

⑤抗直流系統(tǒng)分布電容干擾：大于10000uF；

⑥適用直流系統(tǒng)電壓等級(jí)：300V，240V，48V，24V或用戶提出其它電壓等級(jí)；

⑦可監(jiān)測(cè)直流回路數(shù)：0-50路；

⑧工作環(huán)境溫度：-30℃-+50℃；

⑨相對(duì)濕度：≤96%；

⑩直流電壓允許紋波電壓系數(shù)2%。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)在線式高壓直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置采用的技術(shù)方案進(jìn)行了分析，從裝置的工作、功能、技術(shù)參數(shù)等方面進(jìn)行了闡述，并設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)框架及主控板的原理圖。本裝置可提高電網(wǎng)自動(dòng)化管理水平，是確保電網(wǎng)安全運(yùn)行及故障準(zhǔn)確定位的理想監(jiān)測(cè)設(shè)備。本裝置具有較強(qiáng)的實(shí)用性和可擴(kuò)展性，穩(wěn)定可靠且易于實(shí)現(xiàn)，對(duì)電網(wǎng)有一定的應(yīng)用價(jià)值，對(duì)電源系統(tǒng)的在線絕緣監(jiān)測(cè)具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

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[2]YD/T 2555-2013，通信用240V直流系統(tǒng)配電設(shè)備.

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