浅谈直流绝缘监测及接地点定位综合装置的设计与应用

摘要：本文提出了利用不对称电桥实时监测DC系统绝缘的正常方法，建立了测量绝缘电阻的数学模型，在此基础上开发了微机DC绝缘监测和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。

关键词：发电厂；DC系统；绝缘；故障接地；监测；

1引言

发电厂和变电站的DC系统是二次设备的电源。为了保证二次设备的可靠运行，需要对DC系统的绝缘状况进行实时在线监测，预测DC系统的绝缘薄弱环节。当DC电源系统出现一点接地故障时，应立即排除，否则再次接地可能会导致重大事故。目前，寻找接地故障的方法是依次拉合DC馈线，手动查找接地线路。这种方法不仅费时费力，而且不安全，可能导致继电保护或自动装置误动或拒绝。因此，需要开发一种安全自动装置，既能预测DC系统的绝缘状况，又能找到接地故障点。

2装置的基本工作原理

2.1正常情况下，电网正负绝缘的监测方法

目前，发电厂和变电站广泛使用的DC绝缘监测装置是利用对称的电桥。当DC系统的绝缘下降时，它会破坏电桥的平衡。通过检测电桥的不平衡程度，可以反映DC电网的绝缘状况。但当正负绝缘均匀下降时，该装置失效，电网对地绝缘电阻值无法自动检测。因此，有必要探索一种新的检测方法。

将星形电阻电路连接到DC系统的正负母线和地面之间，形成图1所示的不对称桥式电压取样电路。

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

R1≠R2。戴维南定律的应用可以得到图1的等值电路图2。图2：

公式：UJ为桥梁电阻RJ上的电压；U′F为电阻断开后负母线对地电压。

RZ//RF反映了DC系统的地面绝缘状态，采样UJUJ、U及U′F,直流系统对地绝缘可采用(4)连续实时检测。(4)型对正负极绝缘均匀下降仍有效。

2.2故障后接地电阻检测及故障定位方法

RZ//RF将直流系统对地绝缘电阻降至25kkkkΩ当系统出现接地故障时，系统将低频信号注入DC母线与地球之间穿过DC馈线支路的弱电流传感器传回信号。由于每个支路都有对地电容和对地电阻，信号包括容性电流分量IC和阻性电流分流量IR。相敏电路可用于检测反映绝缘情况的电阻电流IR。依次检测每个电路的电阻电流，找出大值IRM与整定值IRdz的比较。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UT应从正母线引出；负接地时，UT应从负母线引出；当正负均匀故障时，UT可从正母线或负母线引出。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来确定。接地电阻R0≈RZ//RF的值可以在低频信号投入前根据(4)类型确定。由于接地故障支路上存在较大的低频电流信号，且该电流信号流入接地点并消失，因此可以通过检测该低频电流信号是否存在来确定接地点的具体位置。

3设备的开发及其应用

根据上述原理，开发了微机DC绝缘监测和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组成，如图3所示。该装置由80C196单片机控制和数据处理。正常情况下，单片机控制桥电阻RJ的切割，并通过电压取样电路取样UJ、U和U′F利用数学模型计算电网的正负绝缘电阻，通过数字显示器显示电阻值和正负母线之间的电压。

电网正上或负上的电阻小于25kkΩ单点接地故障或正负绝缘均匀降至80kΩ单片机控制继电器动作切除RJ，并投入低频信号源。该信号通过隔离变压器和电容器与正负母线和地球之间的同步电压形成电路，以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返回的信号，根据2.2中提到的原理找出故障支路或母线。如果支路故障数字显示显示接地支路号和接地电阻值报警发出长节奏报警；如果母线故障数字显示只显示接地电阻值报警发出短报警。通过比较正负母线对地电压的大小来确定接地线的性红灯，表示正接地绿灯表示负接地。找到接地支路后，用检测器找到接地点。发光二管和蜂鸣器由钳形磁路后端通过信号处理电路、放大和灵敏度调节电路驱动。钳形磁路夹住接地支路，发光二管从母线端移动到负荷端，音响消失，发光二管灯灭处即接地点。

4安科瑞绝缘监测选型

随着工业技术的发展，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，许多重要的生产场所都采用了不接地供电系统。安科瑞AIM-T系列工业绝缘监测仪主要用于矿山、玻璃厂、电炉、试验设备、冶金厂、化工厂、爆炸危险场所、计算机中心、应急电源等工业领域的交流不接地系统，实时监控系统的绝缘情况。当系统出现接地故障时，及时报警，提醒相关人员检查故障。严格按照国家标准和规范进行产品设计。安科瑞AIM-T系列绝缘监控器主要用于工业场所的IT配电系统，用于监控IT系统的绝缘状态，并在系统绝缘故障时及时报警，提醒电气维护人员及时调查故障。主要包括AIM-T3000、AIM-T500两个系列，其中两个绝缘监测装置除了不同的电压等级外，都适用于纯交流、纯直流和交直流混合系统。

符合标准：IEC6157-8-2007《交流1000V及直流1500V以下低压配电系统电气安全防护检测试验、测量或监测设备：IT系统绝缘监测装置》

GB/T18268.24-2010《测量、控制和实验室电气设备电磁兼容性要求》24部分：特殊要求符合IEC6157-8绝缘监测定位和IEC6157-9绝缘故障定位设备的试验配置、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一种用于监测IT配电系统（非接地系统）地面绝缘状态的仪器。产品采用微控制器技术，集成度高、体积小、安装方便、智能、数字、网络于一体。具有测量范围广、响应速度快、允许系统泄漏电容大等特点。同时，它具有功能丰富、绝缘故障预警、故障报警、事件记录、互联、参数自由设置等功能。可用于矿山、玻璃厂、电炉、试验设备、冶金厂、化工厂、爆炸危险场所、计算机中心、应急电源等工业场所的IT配电系统，实时监控IT配电系统的绝缘情况。当绝缘故障发生时，及时报警，提醒工作人员检查故障。

5结论

本文提出了采用不对称电桥实时监测DC系统绝缘的新方法，有效解决了正负绝缘均匀下降时无法正确监测系统绝缘的问题。提出了测量绝缘电阻的数学模型。当接地故障发生时，使用短期低频信号确定故障点，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.