直流電源系統絕緣監測裝置性能
發布時(shí)間：2016-07-08 09:09 來(lái)源：華電國威
直流系統絕緣監測裝置是在原有産品的(de)基礎上進行技術創新和(hé)提升，進一步提高(gāo)裝置的(de)測量精度，完全消除現場(chǎng)分(fēn)布電容幹擾的(de)影(yǐng)響。在性能指标的(de)适應性、安裝調試的(de)快(kuài)捷性及運行的(de)可(kě)靠性和(hé)穩定性方面均處于國内領先水(shuǐ)平。裝置首次利用(yòng)了(le)信号相位鎖定、超前校正及跟蹤積木(mù)式結構等技術，從根本上解決了(le)判斷數據不全、誤報漏報等弊病。且根據2012年12月(yuè)國家電網公司制定的(de) 《國家電網公司十八項電網重大(dà)反事故措施》中的(de)第五項“防止變電站全停及重要客戶停電事故”中明(míng)确提出了(le)原有的(de)直流系統絕緣監測裝置，要求增加交流竄直流故障的(de)測記和(hé)報警功能。本裝置采用(yòng)實時(shí)跟蹤信息零處理(lǐ)技術，解決了(le)交流信号竄入直流故障的(de)測記和(hé)報警，是作爲直流系統逐步改造提升的(de)理(lǐ)想監察設備。本産品完全符合國家能源局發布的(de)《防止電力生産故障的(de)25項待處理(lǐ)重點要求》。本産品廣泛适用(yòng)于電力、石化(huà)、冶金、郵電、鐵路等行業發電廠及變電站，是一種提高(gāo)電網自動化(huà)管理(lǐ)水(shuǐ)平、确保安全運行及故障準确定位的(de)理(lǐ)想智能儀器。
基于國家電網公司專門針對(duì)交流竄直流接地故障測記、直流與直流互竄故障測試等故障的(de)監測要求，本公司在全國範圍内率先推出了(le)完全附合國家電網公司 Q/GDW1969-2013《變電站直流系統絕緣監測裝置技術規範》的(de)儀器。該标準也(yě)是由我公司主導起草(cǎo)，對(duì)于這(zhè)款産品我公司具有絕對(duì)的(de)技術優勢。全國電力行業标準DL/T1392-2014《直流電源系統絕緣監測裝置技術條件》。目前我公司已對(duì)全國原有老的(de)直流系統絕緣監測裝置改造超過1000台，受到用(yòng)戶的(de)廣泛好評，對(duì)于各廠站的(de)老的(de)絕緣監測采用(yòng)的(de)開口式傳感器，不停電、不對(duì)運行有任何影(yǐng)響，改造方便、安全可(kě)靠、實施便捷。在蒙東公司檢修公司與上都發電廠、通(tōng)遼電廠等單位都有良好的(de)運行記錄，深得(de)用(yòng)戶好評。
整機測量原理(lǐ)說明(míng)
根據直流系統的(de)特殊性，本裝置從測量内容區(qū)分(fēn)，可(kě)分(fēn)爲六大(dà)部分(fēn)：直流母線信息監測、直流分(fēn)支回路查巡、直流紋波監測與報警、交流竄直流監測與保護、直流電源互竄監測與報警、防止繼電保護誤動處理(lǐ)監測。
1）直流母線信息監測
直流系統是不接地系統，利用(yòng)了(le)電橋平衡測量，分(fēn)别從橋網絡A和(hé)橋網絡B讀取X和(hé)Y兩個(gè)直流中心對(duì)地電壓值。如圖1
◎ U 爲直流系統母線電壓 ◎ U+爲直流系統母線正極對(duì)地電壓
◎ U－爲直流系統母線負極對(duì)地電壓 ◎ R+爲直流系統母線正極對(duì)地電阻
◎ R－爲直流系統母線負極對(duì)地電阻 ◎ X爲電橋網絡A直流中點對(duì)地電壓
◎ Y爲電橋網絡B直流中點對(duì)地電壓
根據電路基本原理(lǐ)分(fēn)析，要準确求出正對(duì)地電阻R+和(hé)負對(duì)地電阻R－，必建立兩組獨立的(de)電橋網絡方程，将其聯立求解，才能真正求出兩個(gè)電阻R+和(hé)R－的(de)電阻值。R1、R2、R分(fēn)别組成電橋網絡，R1≠R2爲常量，我們充分(fēn)利用(yòng)兩個(gè)不平衡橋網絡A和(hé)網絡橋B。可(kě)以導出絕緣電阻R+和(hé)R－僅與母線電壓及測量值“X”與“Y”有關。經電腦(nǎo)編程分(fēn)别計算(suàn)出R+與R－的(de)數值，同時(shí)也(yě)可(kě)以計算(suàn)出母線正端對(duì)地電壓U+與母線對(duì)地電壓U－值。結構原理(lǐ)如圖一所示。
還(hái)自動測量到：單極一點接地及絕緣降低；單極多(duō)點接地及絕緣降低；兩極同支路同阻值接地及絕緣降低；兩極同支路不同阻值接地及絕緣降低；兩極不同支路同阻值接地及絕緣降低；兩極不同支路不同阻值接地及絕緣降低等。
2）直流分(fēn)支回路查巡，各直流支路狀态的(de)測量
主機中配有大(dà)功率電阻做(zuò)爲電橋，檢測支路時(shí)定時(shí)啓動電橋電阻信号接至直流系統的(de)正負極與地之間。利用(yòng)電阻電橋之間的(de)轉換，不同的(de)接地電阻與投入的(de)電橋電阻之間的(de)并聯，産生不同對(duì)地電壓，産生了(le)不同的(de)接地漏電流，安裝于各支路的(de)傳感器檢測每個(gè)支路漏電流。工作原理(lǐ)見（圖2）所示。如果支路有電阻接地、交流竄入故障、直流互竄故障的(de)支信号，對(duì)于故障回路則該支路上的(de)漏電流傳感器産生感應電壓，感應電壓的(de)大(dà)小與支路電阻成反比。感應電壓信号經模拟選擇開關、濾波、A/D轉換、送CPU進行數據處理(lǐ)，再通(tōng)過RS485接口轉入主機。
随著(zhe)電網容量的(de)不斷擴大(dà)，電壓等級的(de)不斷提高(gāo)，分(fēn)支回路也(yě)相應的(de)增多(duō)，有的(de)變電站已多(duō)達500分(fēn)支回路以上。爲了(le)滿足這(zhè)方面的(de)需求，本裝置利用(yòng)了(le)總線技術，采用(yòng)分(fēn)層分(fēn)布式設計。将每16回路增加一個(gè)采集模塊，這(zhè)種分(fēn)層分(fēn)布式的(de)分(fēn)散結構不需改變原有的(de)主機結構。并可(kě)以拓展到512個(gè)回路。采樣模塊和(hé)主機之間利用(yòng)RS485接口實現并接。每個(gè)模塊地址碼可(kě)以在現場(chǎng)任意設定，大(dà)大(dà)提高(gāo)了(le)産品的(de)适用(yòng)性和(hé)裝置的(de)靈活性。
3）直流系統中交流成份（紋波）的(de)監測
電路采用(yòng)耦合、交直流分(fēn)解等特殊電路處理(lǐ)，能實時(shí)準确地監測直流電源紋波含量即紋波電壓值，并計算(suàn)直流中的(de)紋波系數，超過設定值報警，如圖3
4）交流竄直流監測與保護
主機配置母線交流電壓檢測電路，母線通(tōng)過電容隔直流、差分(fēn)運放、快(kuài)速整流、濾波、高(gāo)速AD等，實時(shí)檢測母線上的(de)交流信号，并反饋至主芯片，若外部交流竄入電壓大(dà)于所設定的(de)信号保護門限值，則主芯片立即開啓信号保護。典型案例：2011年8月(yuè)陝西省延安市朱家330W千伏變電站因雨(yǔ)水(shuǐ)進入斷路器操作機構引起了(le)220V交流電源竄入直流系統，造成330千伏朱家變電站3332、3330、3311、3310開關跳閘，1、2号主變壓器及110千伏母線失壓， 15座110kV變電站全停，減供負荷14.7萬千瓦。直流電源發生直流接地故障、交流竄入直流故障、紋波過大(dà)故障等問題造成了(le)繼電保護的(de)誤動。現有的(de)直流系統接地故障查找儀無法全面滿足數字化(huà)變電站的(de)要求。
本機内置抗幹擾電路确保本機信号源及自身測量電路不受外界影(yǐng)響，同時(shí)通(tōng)過聲光(guāng)報警及幹接點輸出報警相關信息，并記錄保存本次報警相關信息；若交流竄入值小于其門限值，本機還(hái)原相關功能。大(dà)大(dà)提高(gāo)産品的(de)安全性和(hé)可(kě)靠性。
随著(zhe)微機保護大(dà)量抗幹擾電容的(de)安裝使用(yòng)，直流系統開環輻射供電運行方式的(de)采用(yòng)使直流系統的(de)對(duì)地電容電流增大(dà)。現國内廣泛使用(yòng)向系統注入信号方式的(de)微機型絕緣支路選線裝置，實際上已無法實現對(duì)接地支路的(de)有效查找。當電容電流大(dà)于檢測裝置對(duì)絕緣電阻洩漏電流的(de)整定值時(shí)，将造成誤發信号，影(yǐng)響裝置的(de)正确判斷。
5）直流電源直流互竄故障監測與報警
本機内置快(kuài)速高(gāo)精度檢測電路，實時(shí)檢測現場(chǎng)兩段母線之間的(de)直流互竄故障，并準确查找互竄支路，大(dà)大(dà)提高(gāo)系統的(de)安全性和(hé)可(kě)靠性。爲了(le)保證直流電源對(duì)變電站安全運行需要。常常設有兩段獨立的(de)直流電源，同一變電站兩段直流是要求分(fēn)開獨立運行，由于接線錯誤、設備老化(huà)等原因通(tōng)常會造成兩段母線發生了(le)電氣上的(de)連接，出現了(le)兩段母線手拉手現象。現有的(de)直流系統是采用(yòng)兩個(gè)電橋監測各自的(de)母線，兩段母線出現了(le)電氣上的(de)連接會出現我們常說的(de)“兩點接地現象”。兩點接地現象常常會對(duì)變電站的(de)繼電保護正常運行造成一定的(de)危險。我們利用(yòng)了(le)現有直流接地裝置的(de)技術升級，将電橋電路的(de)智能化(huà)技術與支路巡查電路進行充分(fēn)的(de)結合，成功解決了(le)直流系統兩段母線出現了(le)電氣上的(de)連接，也(yě)就是發生了(le)手接手的(de)兩點接地進行了(le)告警，并通(tōng)過支路巡查定位，準确地查找發生兩段直流母線互竄的(de)回路。我們将兩台獨立測量的(de)直流絕緣監察裝置通(tōng)過測量與通(tōng)迅技術，進行數據分(fēn)析，進行故障定位，有效準确地查找發生直流互竄接地的(de)回路。
發生直流互竄故障主要歸納爲有四種方式：
現象一： 第一段母線負端與第二段母線負端互竄。
現象二： 第一段母線正端和(hé)第二段母線正端互竄.
現象三： 第一段母線正端和(hé)第二段母線正端及第一段母線負端和(hé)第二段母線負端
同時(shí)互竄
現象四： 第一段母線負端和(hé)第二段母線正端互竄，或第一段母線正端和(hé)第二段母
線負端互竄。
6）防止繼電保護裝置誤動
近年來(lái)發生在全國電網安全事故中，不完全統計，10年來(lái)直流系統一點接地造成保護誤動的(de)事故達100多(duō)次。有“一點接地”導緻電容放電引起繼電保誤動的(de)發生。多(duō)次的(de)試驗表明(míng)，直流電源系統中的(de)分(fēn)布電容在發生一點接地故障時(shí)，電容會通(tōng)過繼電保護回路與接地點對(duì)地放電，本裝置專門采用(yòng)智能監測法，快(kuài)速啓動防誤動保護。
用(yòng)戶最直接的(de)要求就是：直流接地故障除測量與報警功能外就是如何防止繼電保護誤動，真正提高(gāo)電網的(de)安全運行。新的(de)技術發展也(yě)促使了(le)直流系統絕緣監察裝置全面替代傳統的(de)直流接地故障查找儀的(de)要求。本裝置以8421碼補償電橋法，在直流母線監測基礎上，當出現了(le)直流母線對(duì)地5%的(de)電壓偏差就啓動補償電橋，這(zhè)個(gè)電橋的(de)補償使直流系統在發生接地故障、交流竄入時(shí)有效抑制對(duì)地電壓，使對(duì)地電壓處于平衡狀态，不會造成繼電保護誤動，保證電網安全運行。
7）蓄電池接地定位檢測
蓄電池組由于單體電池數量多(duō)，常會出現漏液、爬酸、意外搭線引起的(de)接地等現象，這(zhè)種現象也(yě)成爲直流絕緣故障常見的(de)現象。 蓄電池由于回路電流較大(dà)，電池組接地出現了(le)難以查找的(de)問題。裝置充分(fēn)利用(yòng)平衡電橋與不平衡電橋的(de)完美(měi)組合，通(tōng)過電橋的(de)投切，電位差值計算(suàn)，以及蓄電池接地電壓的(de)特殊性，能夠準确計算(suàn)出接地電池序号。即蓄電池接地後，正對(duì)地電壓和(hé)負對(duì)地電壓受其電池電動勢的(de)影(yǐng)響，對(duì)地電壓不受電橋變換的(de)影(yǐng)響，其電橋的(de)切換電壓不變即可(kě)判定爲電池接地，其電壓差值與電池數相關，利用(yòng)這(zhè)個(gè)對(duì)地電壓就能準确計算(suàn)出蓄電池的(de)接地點。
8）智能電橋測量：
當直流系統出現接地時(shí)，裝置能對(duì)接地方式進行智能分(fēn)析，檢測電橋進行單臂反極性投切。裝置内置了(le)平衡橋、檢測橋、補償橋，還(hái)設有防保護誤動的(de)低阻式電橋，高(gāo)附式補償電橋用(yòng)來(lái)補償直流電源正對(duì)地電壓和(hé)負對(duì)地電壓異常的(de)修複補償電橋避免“一點接地”時(shí)因檢測橋投切造成“誤動”。防電橋開路時(shí)的(de)及時(shí)報警，具有過壓、過流，開路的(de)實時(shí)報警，智能電橋的(de)應用(yòng)更加安全。
9）裝置自檢功能：
七種自動檢測功能，1，平衡橋電阻開路； 2，檢測橋電阻開路；3，支路漏電流采樣回路異常；4，通(tōng)訊中斷；5，裝置本身異常報警，6失壓、失電自檢與記錄，7，裝置防誤動作自檢。
10）裝置與國内的(de)互感器兼容：
裝置完全兼容目前國内所有的(de)直流漏電流傳感器接口，如: 0-1V，4V,0-5V,0-20mA等，以及12V ，24V 的(de)所有電源供電的(de)漏電流傳感器，現場(chǎng)改造可(kě)利用(yòng)原有傳感器，節省現場(chǎng)改造時(shí)間，降低改造工作量。完全附合。除了(le)具有與國内所有漏電流互感器兼容外，儀器與國内主要廠家的(de)傳感器全部兼容，北(běi)京華星、深圳奧特迅、東方電子、浙江星炬、許繼電源、華爲等公司的(de)直流接地漏電流完全兼容。開口式的(de)漏電流模塊監測，在國網蒙檔檢修公司安裝了(le)相關的(de)設備，都是采用(yòng)該方法。
11）裝置自動補償功能：
裝置内置了(le)平衡橋、檢測橋、補償橋，還(hái)設有防保護誤動的(de)低阻式電橋，高(gāo)附式補償電橋用(yòng)來(lái)補償直流電源正對(duì)地電壓和(hé)負對(duì)地電壓異常的(de)修複補償電橋避免“一點接地”時(shí)因檢測橋投切造成“誤動”。設置啓動壓差補償功能，母線壓差符合補償範圍時(shí)，進行補償，并提示補償前的(de)實際壓差。國内的(de)儀器沒有全程補償，我們可(kě)以全程補償。無論是高(gāo)電阻，還(hái)是低電阻接地的(de)都可(kě)以有自動補償。
關鍵技術
3.1、具有不同類型的(de)交流竄直流電源故障報警與測記。完全滿足國網公司新十八項
反措中的(de)要求。
3.2、交流竄直流電源故障時(shí)，具有時(shí)間、幅值、波形等信息的(de)全面記錄，容量大(dà)于
10G，特别是波形記錄的(de)應用(yòng)技術在同類産品中屬國内首創。
3.3、直流與直流互竄或混線故障時(shí)，實現直流混線故障的(de)定位、監測與報警。
3.4、直流電源中的(de)紋波在線監測，大(dà)于預警值可(kě)以自動報警是目前國内同類産品中
領先運用(yòng)。
3.5、出現直流失地、接地、竄電、互竄等故障時(shí)，自動補償、平衡、控制直流對(duì)地
的(de)電壓，有效防止繼電保護誤動，杜絕直流故障引起的(de)繼電保護誤動。
3.6、平衡橋與不平衡橋自動切換時(shí)電壓波動範圍小于10%，對(duì)直流電源安全運行起到
積極作用(yòng)。
3.7、自動巡檢與不平衡橋具有五種啓動方式，完全附合國網相關規定。
3.8、裝置還(hái)具有故障方向和(hé)極性、阻值、時(shí)間、編号的(de)記錄和(hé)報警。
3.9、具備的(de)掉電保護功能，完善的(de)保護和(hé)控制功能。
3.10、通(tōng)訊中斷告警、延時(shí)斷開故障支路、密碼權限管理(lǐ)、适時(shí)報警、自動對(duì)時(shí)、故
障信号解除等功能全面附合Q/GDW 1969—2013 标準規定的(de)全部内容。
技術性能指标
4.1 适應環境溫度：-10℃～+55℃：濕度≤90％
4.2 大(dà)氣壓：80-110KPA；
4.3 直流系統電壓等級：220Vdc、110Vdc、48Vdc、24Vdc；
4.4裝置工作電壓：220VAC±10%、220VDC±10％或110VAC±10％、110VDC±10％；
4.5 母線段數：二段
4.6 繼電器接點電流：DC220V/3A
4.7 母線電壓測量精度：±0.5％
4.8 母線絕緣電阻測量精度： 0-60kΩ誤差≤5％±1kΩ
60-500kΩ誤差≤10％
4.9 繼電器動作報警時(shí)間： ≤1秒
4.10 支路絕緣電阻測量精度：0-50kΩ誤差≤10％±1kΩ
50-100kΩ誤差≤15％
4.11 交流竄入電壓測量範圍：0-300V
4.12 交流竄入電壓測量精度:≤3%
4.13裝置功耗：≤15W
4.14 裝置重量：≤8kg
4.15 外型尺寸：（長(cháng)×高(gāo)×深）：360×135×280mm，
4.16 采集單元外型：155×125×42mm
