在線式高壓直流絕緣監測裝置的研究

陳建平

摘要：高壓直流絕緣監測裝置采用信號相位鎖定、超前校正及跟蹤積木式結構等技術，從根本上解決判斷數據不全、選線不準等弊病；同時裝置采用實時跟蹤信息零處理技術，解決交流竄入直流故障的測記和報警。本文主要對在線式高壓直流絕緣監測裝置技術解決方案進行了論述。

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.

關鍵詞：絕緣監測；電壓補償；分布式結構；絕緣分級管理；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：TM855 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）07-0143-02

0 引言

隨著我國通信、電力事業的發展，通信機房，發電廠、變電站種類繁多，而且大容量發電廠、變電站、通信電源越來越多，通信安全、安全發電、輸電關系著整個國民經濟和人們正常生活。現電網直流系統比較復雜，且與繼電保護、信號裝置、自動裝置以及屋內、外配電裝置的端子箱、操作機構等連接，發生接地故障較多，無法解決交流竄直流故障的測記和報警功能。根據2011年12月國家電網公司制定的《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》中的第五項“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絕緣監測裝置，要求增加交流竄入直流故障的測記和報警功能。高壓直流絕緣監測裝置采用信號相位鎖定、超前校正及跟蹤積木式結構等技術，從根本上解決判斷數據不全、選線不準等弊病；同時本裝置采用實時跟蹤信息零處理技術，解決交流竄入直流故障的測記和報警。

1 項目提出的必要性

直流系統是電信運營商云數據通信機房重要的組成部分，直流系統的安全可靠性影響著云數據通信機房的安全運行，關系到整個電網的安全生產。云數據通信機房的直流系統比較復雜，且與繼電保護、信號裝置、自動裝置以及屋內、外配電裝置的端子箱、操作機構等連接，因此，發生接地故障機會較多。當發生一點接地故障時，由于沒有短路電流流過，不會對系統造成危害，所以系統仍能繼續運行。但是這種接地故障必須及早發現，否則當發生另一點接地故障時，有可能引起信號號回路、控制回路、繼電保護等的不正確動作，從而造成重大損失。

高壓直流絕緣監測裝置能夠精確測量交流竄入電壓值、母線電壓、正負母線對地電壓，準確計算出正、負母線絕緣電阻、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、電阻變化等多種自動啟動選線功能，故障消失告警信號能夠自動復歸。

2 在線式高壓直流絕緣監測裝置的技術方案

高壓直流絕緣監測裝置采用高性能總線式智能漏電流傳感器測量絕緣漏電流，母線對地電壓測量采用高精度隔離變送器完成，同時在對地電阻的測量與計算上考慮了現場各種復雜情況，以準確可靠的控制與獨特算法保證了母線對地電阻的測量迅速與精確，可檢測一段母線對地電阻、對地電壓及每段64個支路的對地電阻，可多單元并機實現100條支路對地電阻檢測。具有交流竄入、絕緣告警、壓差告警、定時、電阻變化等多種自動啟動選線功能，故障消失告警信號能夠自動復歸。技術特點如下：

①采用分布式結構，整個系統采用主機—子機分布式架構，根據現場實際情況進行系統配置，無限擴充。

②高壓直流絕緣監測裝置可直接檢測接地漏電流，不發檢測信號，保證系統安全，不受分布電容影響。

③絕緣監測裝置采用絕緣分級管理，基于極高的阻抗檢測，對地絕緣分級管理，可自行定義絕緣分級門限。

④絕緣監測裝置引入環路指數，能有效對系統的各類環路準確診斷分析。

⑤絕緣監測裝置引入信息實時性與同時性，解決直流系統絕緣瞬態變化的檢測。

⑥絕緣監測裝置采用中斷采樣方式，摒棄了傳統的巡檢采樣，數百條直流回路接地檢測在數秒鐘內完成。

⑦絕緣監測裝置采用多CPU并行處理的SynSystem（自動同步系統）智慧式算法，準確判斷系統絕緣故障并進行系統缺陷診斷分析。

3 在線式高壓直流絕緣監測裝置的工作原理

在線式高壓直流絕緣監測裝置監測出有絕緣下降狀況發生時，裝置通過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。該裝置同時具有電壓監測功能，當母線電壓和對地電壓超出設定值時，裝置給出報警信號。具體工作原理如下：

①實時監測直流母線電壓、正負母線對地電壓、正負母線對地交流電壓、正負母線對地絕緣電阻及支路對地絕緣電阻等數據，并直觀顯示到裝置顯示屏。

②當直流系統發生單極或多極一點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，絕緣監測裝置可迅速、準確、可靠動作，發出絕緣故障報警信息。

③絕緣監測裝置具有創新的單臂電橋測試，其特點在于檢測電橋電路僅由負極對地檢測電阻、負極對地檢測電阻切換開關構成，在檢測電橋工作時，由于檢測電橋電阻并聯在負極和大地之間，所以不僅不會造成直流母線負極對地電壓的增高，反而使其降低，控制了負極對地電壓的增高，能夠降低由于一點接地引發的繼電保護誤動的風險。

④母線對地電壓補償：高壓直流絕緣監測裝置除了用于維持直流系統對地電壓平衡的平衡電橋、用于絕緣電阻測量的檢測電橋外，還設有一個臨時修正電橋，用于補償直流系統正負極電壓的不均衡。

⑤基于系統電容分析的可變檢測電橋通過對直流系統的電壓、對地電容和絕緣電阻的綜合分析，能自適應地改變檢測電橋的阻值，在完成絕緣監測任務的同時最大限度地保證直流系統的安全運行。

⑥實現兩組直流互竄的監控方案，通過對兩組直流系統正負極對地電壓的波動情況及變化趨勢來判斷兩組直流系統是否發生非正常的電氣連接。

⑦當直流系統對地絕緣電阻小于等于預警值時，絕緣監測裝置可準確預警并自行啟動支路選線功能。

⑧當直流系統母線電壓異常，正負母線對地電壓偏差過大時，可準確報警。

⑨直流互竄告警：當直流系統發生直流互竄故障時，絕緣監測裝置能發出直流互竄故障告警信息，并準確選出故障支路。

⑩交流竄電告警：絕緣監測裝置可監測交流竄入，設定交流竄入門限報警值。

{11}電壓偏差補償功能：當直流系統正負母線對地電壓比值超出保護誤動風險因數1.2時，通過對地電壓偏差補償橋使直流系統對地電壓恢復到平衡狀態。

4 在線式高壓直流絕緣監測裝置的技術參數

①可監測對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可監測電壓范圍及電壓精度：

正對地電壓：0-300V，負對地電壓：0-300V，系統總電壓：0-300V；

③交流竄電電壓：0-300V；

④電壓精度≤0.5%；

⑤抗直流系統分布電容干擾：大于10000uF；

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

⑦可監測直流回路數：0-50路；

⑧工作環境溫度：-30℃-+50℃；

⑨相對濕度：≤96%；

⑩直流電壓允許紋波電壓系數2%。

5 結束語

本文對在線式高壓直流絕緣監測裝置采用的技術方案進行了分析，從裝置的工作、功能、技術參數等方面進行了闡述，并設計了結構框架及主控板的原理圖。本裝置可提高電網自動化管理水平，是確保電網安全運行及故障準確定位的理想監測設備。本裝置具有較強的實用性和可擴展性，穩定可靠且易于實現，對電網有一定的應用價值，對電源系統的在線絕緣監測具有重要意義。

參考文獻：

[1]國家電網公司十八項電網重大反事故措施，2012修訂版.

[2]YD/T 2555-2013，通信用240V直流系統配電設備.

[3]YD/T 2378-2011，通信用240V直流供電系統.