微机选线式直流系统绝缘监察装置的研究

1、 收稿日期:19991121微机选线式直流系统绝缘监察装置的研究杨伟,张俊芳(南京理工大学动力学院,江苏南京210094摘要:通过对发电厂、变电所直流系统及其绝缘监察装置的分析研究和实际应用调查发现,该装置存在两个自身无法克服的缺陷,从而提出运用计算机技术和信号检测技术在直流系统中加低频交流小信号并跟踪其变化的微机选线式直流系统绝缘监察装置,以克服现有装置的致命缺陷。关键词:直流系统;绝缘;接地;监察装置中图分类号:T M 621171文献标识码:A 文章编号:10066047(200004001903为了保证直流操作电源的可靠性,发电厂和大中型变电所中均采用110(220V 蓄电池组并接到直

2、流母线上,采用浮充电运行方式,在交流系统停电、整流装置不工作的情况下,由蓄电池暂时工作,保证系统的正常操作。除此之外,还须采用一系列保护装置,防止直流系统中断供电,绝缘检查装置就是保护装置的一种。根据运行经验和原理分析,现有直流系统绝缘监察装置存在着缺陷,因而迫切需要研制新一代装置取代原装置。1直流系统分析与现有绝缘监察装置缺陷分析111直流系统分析按浮充电运行方式的直流系统示意如图1 。图1直流系统示意图该系统采用两套硅整流装置,一套容量较大的作充电用,另一套容量较小的作浮充电用。当两套装置均不工作时(交流系统停电,则由蓄电池供电。系统的等值电路如图2所示 。图2直流系统等值电路图图中的R

3、+与R -分别为正负母线的对地绝缘电阻,C +与C -分别为正负母线的对地电容,Z f h 为正负母线间的负载。当直流系统中单点接地时,不影响Z f h 的电压大小,因而负载的正常工作不受影响,但发生两点接地时,可能造成装置的误动或拒动。图3 为装置误动示意图。图3两点接地造成继电保护误动作分析可知,在保护装置的起动元件电流继电器K A 未动作的情况下,由于直流系统中的两点接地,造成时间继电器K J 和出口中间继电器K M 动作,起动跳闸线圈Y R ,造成断路器QR 误跳。因此,直流系统中决不允许有两个接地点。从理论上分析,一点接地不会影响直流系统的正常工作,但长期一点接地是一个隐患,极易形成

4、两点接地,因而要及时发现并进行处理,消除隐患。这就是直流系统绝缘监察装置的任务。112现有装置缺陷分析目前,发电厂和变电所普遍采用的直流系统绝缘监察装置如图4,由1R 与2R 及继电器X JJ 构成第20卷第4期2000年8月电力自动化设备E lectric P ower Automation Equipment V ol.20N o.4Aug.2000 了绝缘监察装置的起动部分 。图4绝缘监察装置直流系统中绝缘监察装置的等值电路如图5,由于系统中完全是直流信号,因而忽略了电容的影响。其工作原理是:图5所示的电路实际上是一个电桥,可以画成图6的形式 。图5等值电路图6等值电桥在正常运行时,1R

5、 =2R ,若正负对地绝缘均良好,则R +=R -,此时电桥平衡,X JJ 中无电流流过,整个信号装置不起动。若某一极绝缘下降,则X JJ 中将有电流I 0存在。若取1R =2R =1000,则I 0=U (R +-R -(2R 0+1000(R +R -+2R +R -(1从上式可见,系统正常时R +=R -,I 0=0,X JJ 不动作;若某极绝缘下降,则I 00,X JJ 动作,起动信号继电器报警;若系统正负极绝缘同时下降,仍保持R +=R -,则X JJ 不起动。由以上分析可知:该装置不能无条件地满足“系统中任一极对地绝缘电阻<20k(220V 系统中时,信号继电器可靠动作”的要

6、求。对于系统绝缘自然老化,或因同一因素(如受潮而引起的绝缘下降,均为两极绝缘同时下降,该装置将无法反应。因此,目前采用的直流系统绝缘监察装置是有缺陷的,它取决于两极对地绝缘电阻的比值,以至于可以认为它基本上仅能可靠地监察金属性单极接地,这是该装置的一个致命缺陷。除此之外,该装置还存在另一个缺陷,就是它的动作没有选择性,当X JJ 起动信号继电器发出警报信号后,寻找故障线路及故障点仍是一件棘手的事。目前,查找故障支路的方法仍然是采用拉路法,这不仅费时费力,而且有时还会降低直流系统的可靠性,造成装置误动或拒动。若在拉掉某条回路时,该回路正需要操作电源工作(比如故障跳闸,则会使继电保护装置拒动,从而

7、延长了故障切除时间,危及一次系统设备安全及供电可靠性。2微机选线式直流系统绝缘监察装置为克服这两个致命缺陷,研究一种全新的装置取代原装置很有必要。211基本原理直流系统发生单点接地的等值电路如图7所示,正常运行时,通过支路1负极的泄漏电流为I 01-=U R 1+R 1-;支路1发生负极接地时,其电流为I f 01-=UR 1+R 2+R n +。若支路数较多,则I f 01-µI 01-,可以利用这种现象进行选线,但由于反映直流的传感器复杂且价格昂贵,因而在该系统中不实用 。图7单点接地等值电路根据前述分析,设想在此直流系统中加入一个低频交流小信号后,交流小信号不会影响直流系统的正

8、常工作。而交流小信号在系统中的电流流向与前述直流电流一致,只是除流过电阻以外,还流过对地电容,对其进一步分析如下:正常运行时,流过支路1负极的交流电流为I 01-=U Z 1+Z 1-式中Z 1+=R 1+12fC 1+;Z 1-=R 1-12fC 1-;U 为交流小信号电压。当支路一负极单点接地后I f 01-=U Z 1+Z 2+Z n +因而流过支路一负极的交流电流骤增,通过监测此02电力自动化设备2000年 交流信号的变化,就可以进行绝缘下降判断及正确选线;又由于检测交流信号的传感器非常简单,用一个灵敏度较高的交流互感器就可以了,造价较低,故这种方法是可行的。212微机选线式直流系统绝

9、缘监察装置采用前述原理,在直流系统中加入交流低频小信号,再利用计算机采样系统跟踪小信号的变化,进行必要的运算,就可以计算出接地电阻,并根据是否越限进行报警显示和打印,原理框图如图8所示,此装置可以完成如下几个方面的功能:直流电压监视功能,当电压异常时报警;绝缘电阻测量功能,在线测量绝缘电阻值;绝缘异常监视功能,当绝缘电阻下降到一定值时报警;具有选择性,当绝缘电阻下降报警后,能显示或打印出绝缘下降的支路号;故障记录功能,发生电压异常和绝缘异常时, 打印出异常的起始时间;信号远传功能,可以把信号远传,进行远方图8选线装置的原理框图监测,使得该装置可应用在无人值守变电所。3结论a.目前采用的直流系统

10、绝缘监察装置不仅灵敏度不高,而且没有选择性,故障线路定位相当困难;b.采用在直流系统中加入低频交流小信号,并采用微机检测技术的微机选线式绝缘监察装置不仅灵敏度远远高于目前采用的装置,而且可以在不影响供电可靠性的前提下定位接地线路。因此,该装置具有很高的推广使用价值。参考文献:1汪建.微机检测信号的两种算法J .微型机与应用,1993(9:26-27.2陈邦达.直流绝缘监察回路分析及改进J .华东电力,1992(6:19-21.3李骏年.电力系统继电保护M.北京:水利电力出版社,1993.(责任编辑:韦宁作者简介:杨伟(1965,男,讲师,硕士,现从事计算机在电力系统中的应用研究及教学工作;张俊

11、芳(1966,女,讲师,硕士,现从事电力系统规划方面的研究及教学工作。R esearch on Direct Current System I nsulation Supervisory Devicewith Microcomputer Line DetectionY ANG Wei ,ZH ANGJun 2fang(Nanjing University of Science &T echnology P ower Engineering Institute ,Nanjing 210094,China Abstract :Based on the analysis and applic

12、ation investment of direct current system insulation supervis ory de 2vice of power station and substation ,tw o defects has been found which can t be res olved by itself.In order to rem ove the fatal defects ,a direct current system insulation supervis ory device with microcom puter line detection is proposed ,which injects small AC signal with low frequency into direct current system and follows up its change by com puter technique and signal 2detection technique.K eyw ords :direct current system ;insulation ;grounding ;supervis ory device电力