新型直流系統絕緣在線巡檢裝置

　　一、直流系統接地的危害
　　
　　發電廠和變電站的直流電源作為主要電氣設備的保安電源及控制信號電源，是一個十分龐大的多分支供電網絡，其常見的故障是一點接地故障。電力系統中直流操作系統采用對地絕緣運行方式，當發生一點接地時，并不引起任何危害，但必須及時處理，否則，當發生另一點接地時，有可能使繼電保護設備發生誤動、拒動。甚至會造成采用直流控制的設備誤動、拒動，以至損壞設備，造成大面積停電、系統瓦解的嚴重后果。因此，要減少這種絕緣故障，必須有一個可靠的絕緣監測方法，從而及時發現問題，避免重大事故的發生。
　　
　　二、直流絕緣監測系統的現狀
　　
　　（一）絕緣監察裝置技術原理存在的問題
　　對于生產現場而言，電廠、變電站多年運行后，電纜絕緣普遍下降，各種端子箱、機構箱、刀閘輔助接點箱等生銹損壞，密封性下降，遇雨、雪、濕霧天氣，易發生接地；而且，往往為非金屬性接地（對地阻值高）、多點接地、正負極均有接地以及正、負極絕緣電阻之差較小，形成對稱性接地故障接地性質。
　　（二）支路檢測原理存在的問題
　　隨著微機保護大量抗干擾電容的安裝使用，直流系統開環輻射供電運行方式的采用使直流系統的對地電容電流增大。現國內廣泛使用向系統注入信號方式的微機型絕緣支路選線裝置，實際上已無法實現對接地支路的有效查找。當電容電流大于檢測裝置對絕緣電阻泄漏電流的整定值時，將造成誤發信號，影響裝置的正確判斷。
　　（三）接地支路的分支接地支路的查找，無有效手段
　　目前，隨著繼電保護反事故措施的落實，直流系統中保護、控制熔斷器越分越細，數量越來越多，造成直流屏饋出支路下的分支支路數量越來越多。現有的微機支路檢測裝置采用的加裝檢測互感器的方法從技術上、成本上已難以滿足要求。有的廠家推出了便攜式定點查點設備，原理仍為注入信號式，其缺點前面已述。特別需要指出的是，此型裝置的電流傳感器必須為卡鉗式，有氣隙檢測分散性大。
　　（四）現有的各類絕緣監察裝置不能自動滿足直流系統運行方式變化的要求
　　按照國電公司新下發的反事故技術措施要求，樞紐變電站直流系統廣泛采用雙組蓄電池、單母線分段接線方式。兩段直流的母線在并列運行方式下（如單組蓄電池容量試驗時），要求及時停運某一段母線的直流絕緣監察裝置，以保證直流系統對地絕緣電阻不降低，否則可能造成在直流一點接地時繼電器誤動；在兩段直流母線分列運行方式下，要求及時投運兩段母線的絕緣監察裝置，否則會造成一段直流母線失去絕緣監視。
　　現有的各類直流絕緣裝置均不能自動適應兩段直流母線的分、并列運行方式，一般采用在二次接線上利用手動開關或母線聯絡開關輔助接點切換停運一套裝置的接地方式。有的廠家產品甚至不設手動開關，通過斷開一套裝置的接于直流母線的熔斷器而停運裝置。
　　手動方式受人員因素影響大，而且母線運行方式的變化是較少進行的操作，運行檢修人員容易忽略。利用輔助接點方式原理與上圖相似，只是手動開關換成了聯絡開關的輔助接點。此方式受接點可靠性因素的影響，特別是對于較復雜的接線，兩段母線間有多個聯絡開關以及動控母線分開時，需多個接點組合判別的情況，難以滿足運行可靠性的要求。
　　
　　三、直流系統絕緣在線監測裝置的設計
　　
　　1、硬件電路采用89C196單片機作為主控芯片，管理絕緣電阻測量、接地回路選線和與主機之間的通訊等。測量流過測量電阻的電流值和小電流傳感器的輸出的采樣采用12位的A/D轉換器；小電流傳感器的切換采用電子開關陣列，盡量減小開關的導通電阻，提高測量精度。
　　2、系統軟件設計。該裝置的系統監控軟件是根據設計要求及硬件配置情況編制而成的，程序設計使用單片機高級語言C196語言，采用模塊化的設計方法。全部程序包括主程序以及芯片驅動程序。主程序是直流系統的絕緣監測的核心，用來管理檢查路數、處理數據、調用其它芯片的驅動程序。
　　
　　四、對直流系統運行方式的影響
　　
　　（一）實現分段雙母線并列運行
　　采用將電橋改為分別投入兩段母線的方法，使直流系統的Ⅰ、Ⅱ段母線是否并列運行不影響本裝置的檢測，不影響系統對地絕緣電阻，自動滿足直流系統運行方式變化的要求。
　　采用將電橋改為分別投入兩段母線的方法，這樣在同一時刻，兩段母線上只有一段的平衡電阻，另一段沒有，采集數據根據投入的電橋在哪一段上就記錄哪一段。這樣，系統兩段母線是否并列運行就不會影響到對絕緣的監測，不會降低直流系統對地絕緣電阻，從而實現了自動滿足直流系統運行方式變化的要求。
　　（二）支路檢測不注入信號，采用高靈敏度的直流傳感器
　　我們采用高靈敏度的直流傳感器（精度達0.1mA），結合不平衡電橋可以測出多支路同時接地或同時平衡接地的情況，并可直接顯示接地漏電流數值，不需注入信號。并通過多次實驗，將直流傳感器的抗過載能力提高，過載恢復后能即刻恢復其檢測性能。利用系統在絕緣良好的時候，每月進行一次零點掃描，將傳感器的零點誤差消除。
　　（三）在裝置中設置定檢方式，方便對接地支路的分支支路的查找
　　在裝置中設置定檢方式，通過傳感器對報警支路的漏電流的高速檢測與監視，直接顯示在裝置的液晶屏幕上，配合拉合報警支路的分支路熔斷器，有助于查找具體的接地支路，特別是對于多路、多點接地的情況。
　　（四）采用防誤技術，提高裝置的抗干擾能力
　　對支路電流的采集，因信號小、易受環境的影響，我們采用采集母線對地電壓的辦法。因電壓量是比較強的信號量，且檢測不易受到外界的影響，用母線電壓計算出的阻抗如果正常，則支路就不可能有報警發生。我們在軟件上封鎖支路報警的輸出，但同時計算支路的信號電壓值與零點值的誤差。如果誤差過大，則給出支路檢測元件故障的告警信息，顯示在屏幕上，以便及時排除。
　　
　　五、結論
　　
　　采用本文討論的改進直流電橋法測量直流母線的絕緣電阻，可以達到對合閘母線和控制母線分別檢測，從而避免了控制母線降壓硅鏈對測量精度的影響。與傳統的數字電路相比，自動化程度高，工作性能好，利用計算機豐富的軟件功能，通過采樣、記憶、處理數據，合理實現了巡回監測直流系統各支路的自動化和智能化；能顯示接地支路編號，并報警提示現場工作人員及時處理接地故障。該裝置采用微機技術使裝置具有智能化、自動化以及維修方便等特點。整個裝置可安裝在屏上，也可將其置于平臺上，直流系統絕緣監測裝置經過調試，證明設計方案合理，運行監測可靠，達到指標要求，是直流系統巡回監測較理想的裝置。
　　（作者單位：阿城繼電器股份有限公司）