摘要：在发电厂、变电站正常运行情况下，采用直流220V或110V对开关等设备进行控制并采集相关信息。直流主要由交流电隔离整流器与变压器产生，需要和蓄电池系统连接，直流正极与负极不会直接接地，正负母线对地电势也是悬浮的，在直流系统回路中某点接地时，其他的设备不会受到影响，为了提高控制可靠性和信息准确性，需要对直流绝缘情况进行监察。基于此，本文主要对直流绝缘监察装置的设计与应用进行分析探讨。
关键词：直流绝缘；监察装置；设计；应用
1、前言
就现阶段来看，我国常用的直流绝缘监察设备监测电路主要使用传感器，通过不平衡电流来计算出系统的绝缘电阻，如果绝缘电阻未达到相关的标准，那么设备就会报警，但是，该种监察设备体积大、结构复杂，使用起来并不方便。为了保证设备与系统运行的安全性与稳定性，可以在系统中采取电源屏直流电源供电，使用试验电源屏直流系统直流绝缘监察装置，下面就针对这一装置的设计与应用进行深入的分析。
2、绝缘监察装置的原理
绝缘监察功能主要包括两方面：一是及时发现系统直流回路中的绝缘度下降和故障；二是对出现绝缘度下降和故障的位置进行定位。目前，采用的技术主要有以下几种方式：
2.1平衡桥电阻检测法
平衡桥电阻检测法主要用于母线绝缘的检测，是在系统分别对正负极接入一个高阻（约１００ｋΩ），两个电阻阻值相等，如图1所示。在正常情况下，ＲＸ＝ＲＹ＝∞，Ｖ１＝Ｖ２。当系统发生一极接地故障时，比如正极接地，即ＲＸ≠∞，ＲＹ＝∞。此时，Ｖ１、Ｖ２的电压将发生改变，系统根据两个电压变化的幅值，即可判断系统发生了绝缘故障。
图1 平衡桥电阻检测法示意图
平衡桥电阻检测方式优点：由于仅检测电压，只要Ｖ１和Ｖ２一出超过预设的压差，即可判断系统的绝缘出现故障了，因此可以快速检测直流回路中非对称性的正负极绝缘状况。
平衡桥电阻检测方式缺点：当正负极绝缘度同时下降，且接地电阻相差不大时，由于此时Ｖ１≈Ｖ２，压差达不到告警值，系统将不能发现绝缘出现故障。
2.2投切电阻检测法
为了解决平衡桥电阻检测法的不足，我们可以采用投切电阻检测法。具体原理如图2所示，增加了Ｒ３、Ｒ４，通过Ｋ１与Ｋ２轮流分断。
图2 投切电阻检测法原理示意图
工作过程：Ｋ１和Ｋ２定期轮流导通，分别记录Ｖ１、Ｖ２，然后计算出ＲＸ及ＲＹ，当发现ＲＸ及ＲＹ小于预设告警值，一般设置为２０ｋΩ～３０ｋΩ，即发出告警。该方法可以解决平衡电桥的缺点，当正负极同时发生接地故障也能发现。但缺点是由于正负极轮流接入电阻，正负极对地电压不断变化，因此，每次投入后，都需一定的时间待电压稳定再进行计算。同时，由于频繁对正负极投切电阻，投切频率不能太高，因此该方式的告警时间比平衡电桥的告警时间长，不能做到立即告警，一般需要几分钟。
2.3支路漏电流检测法
以上两种方法只能发现系统有接地故障，但不能发现是哪个支路发生的，因为不管在系统哪个分支路发生了接地故障，都会在系统正负极母排反映出来。为了解决判断是哪个分路，我们需要在每个分支路安装电流互感器（ＣＴ），通过测量出该支路有对地漏电流，则判断该支路后端发生了接地故障。电流互感器安装在每个支路上，正负极都穿过互感器。在正常情况下，由于正负极电流相等，因此流经该互感器的合成电流为零。当互感器后端的支路发生了接地故障，对地出现了漏电流，则流过该互感器的电流出现不平衡，由于该种方式需要系统先接一次地，因此需要和上述两种方式配合使用。
3、直流绝缘监察装置的组成
直流绝缘监察装置包括A/D采样MCU数据处理器、DC-DC电源、RC钳制接地电路与声光报警电路几个部分。其中，RC钳制接地电路负责电路绝缘系统的检查，检查完成之后会将直流电源对地电势差从悬浮状态钳制转化为对地电势差；A/D采样MCU数据处理器负责将电压模拟量转化成为数字量；MCU数据处理器可以在短时间内计算出电压数值，如果出现绝缘故障，那么系统就会将MCU信号发送至声光报警电路，并发出报警声。
3.1RC钳制接地电路
RC钳制接地电路由整流二极管D1、电压采集线L1（L2）、熔断器FU1（FU2）、电阻桥、电容桥与接地点几个部分构成，电容桥由能够分成电容C1、电容C2两个部分，电阻桥则可以分为R1与R2两个部分。电容桥、整流二极管、电阻桥采取分别连接的方式，整流二极管、熔断器与电压采集线使用串联方式，接地点则连接在电阻桥与电容桥中点上。
3.2声光报警电路
声光报警电路由限流电阻R7，R8，R9、扬声器、功率放大器、发光二极管LED3，LED4，LED5组成。MCU数据处理器会将系统的故障信息与装置的工作状态经过限流电阻与发光二极管显示出来，MCU则负责声音信号的处理。
3.3A/D采样MCU数据处理器A/D采样
MCU数据处理器由分压电阻桥R3，R4、数据处理器、分压电阻桥R5，R6组成，分压电阻桥是由两个不同的电阻串联组成。
3.4DC-DC电源模块
DC-DC电源能够将DC220V转化成DC5V，其电源是由MCU数据处理器以及功率放大器共同提供。直流绝缘监察装置电路图详见图3。
图 3 直流绝缘监察装置电路图
4、直流绝缘监察装置的实施方式
根据上图可以得知，在RC钳制接地电路的影响下，电源正极与电源负极对地电势差是相同的，电源在电容器与整流二极管的双重作用下，能够直接过滤其中的干扰量，将进入DC-DC电源与A/D转换的电力转化成为纯净直流量。DC-DC电源能够为电力的转化提供稳定的电源，A/D转换电路能够降低±110V电压信号，将其送入到A/D转换器中，MCU在接受到信号之后，会判断电压数值的变化情况，将其发送到声光报警电路中，一旦出现故障，声光报警电路就会发出灯光告警或者声音报警。
在系统正常工作的情况下，在电阻器R1、R2与电容器C1、C2的共同作用下，R1与R2两端会产生相同的电势差，在经过转换之后，其电势差依然相同，数据经过MCU处理后，就会将LED3点亮，此时，并不会发生生硬信号。如果系统电源的正极绝缘出现故障，在电阻器R1、R2与电容器C1、C2的共同作用下，R1两端电势差会小于R2，电压经过分压处理后会进入到A/D转换器中，并将模拟信号转为数字量，MCU会对两个电压数字量进行比较，点亮LED4，发出声音信号，经过功率放大器处理后就会发出报警声。
如果系统电源的负极绝缘出现故障，在电阻器R1、R2与电容器C1、C2的共同作用下，R1两端电势差会大于R2，电压经过分压处理后会进入到A/D转换器中，并将模拟信号转为数字量，MCU会对两个电压数字量进行比较，点亮LED5，发出声音信号，经过功率放大器处理后就会发出报警声。
5、直流绝缘监察装置的应用
将该种直流绝缘监察装置应用在变电站扩建工程中，起到了十分积极的作用，多次帮助工作人员及时检查出电流绝缘装置的异常情况，挽回了经济损失，在直流绝缘监察装置的帮助下，将复杂多点直流混接现象彻底的分离开来。
6、结语
总而言之，传统直流绝缘监察装置选择性差、灵敏度不高，故障定位困难，使用本文的新型直流绝缘监察装置就能够有效提升监察的灵敏度，也可以在不对供电可靠性产生影响的前提下定位线路，有着良好的经济效益，因此，该种装置是值得进行推广和使用的。
参考文献：
［1］李军，郅啸，张晓波等.直流绝缘监察装置.实用新型专利.CN201828604U，2011.05.11
［2］漆志佳.一种直流电网绝缘监测仪.实用新型专利.200820184234，2009.10.28
作者简介：
张江红 (1981-05）女 汉族 河北石家庄 从事电力系统交直流工作
论文作者:张江红
论文发表刊物:《电力设备》2017年第23期
论文发表时间:2017/11/29
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