直流母線電壓監(jiān)視裝置原理圖

1、直流母線電壓監(jiān)視裝置原理圖直流母線電壓監(jiān)視裝置主要是反映直流電源電壓的高低。KV1是低電壓監(jiān)視繼電器，正常電壓KV1勵磁，其常閉觸點斷開，當電壓降低到整定值時，KV1失磁，其常閉觸點閉合，HP1光字牌亮，發(fā)出音響信號。 KV2是過電壓繼電器，正常電壓時KV2失磁，其常開觸點在斷開位置，當電壓過高超過整定值時KV2勵磁，其常開觸點閉合，HP2光字牌亮,發(fā)出音響信號直流絕緣監(jiān)視裝置原理圖常用的絕緣監(jiān)察裝置接線圖，正常時，電壓表1PV開路，而使ST1的觸點5-7、9-11（ ST1的1-3、2-4斷開）與ST2的觸點9-11接通，投入接地繼電器KA。當正極或負極絕緣下降到一定值時，電橋不平衡使KA動

2、作，經KM而發(fā)出信號（若正、負極對地的絕緣電阻相等時，不管絕緣下降多少，KA不可能動作，就不能發(fā)出信號，這是其缺點） 。此時，可用2PV進行檢查，確定是哪一極的絕緣下降（測“ + 對地時，ST2的2-1、6-5接通；測“”對地時，ST2的1-4、5-8接通。正常時，母線電壓表轉換開關ST2的2-1、5-8、9-11接通，電壓表2PV可測正、負母線間電壓，指示為220V。），若正極對地絕緣下降，則投ST1 I檔，其觸點1-3、13-14接通，調節(jié)R3至電橋平衡電壓表1PV指示為零伏；再將ST1投至II檔， 此時其觸點2-4、14-15接通，即可從1PV上讀出直流系統(tǒng)的對地總絕緣電阻值。若為負極

3、對地絕緣下降，則先將ST1放在II檔，調節(jié)3R至電橋平衡，再將 ST1投至I檔，讀出直流 系統(tǒng)的對地總絕緣電阻值。假如正極發(fā)生接地，則正極對地電壓等于零。而負極對地指示為 220V，反之當負極發(fā)生接地時，情況與之相反。電壓表 1PV用作測量直流系統(tǒng)的總絕緣電 阻，盤面上畫有電阻刻度。由于在這種絕緣監(jiān)察裝置中有一個人工接地點，為防其它繼電器誤動， 要求電流繼電器KA有足夠大的電阻值，一般選30k Q,而其啟動電流為 1.4mA，當任一極絕緣電阻下降到20 k 0時，即能發(fā)出信號。對地絕緣下降和發(fā)生接地是兩種情況。直流系統(tǒng)不同地點接地的危害直流系統(tǒng)在發(fā)電廠及變電站中具有重要的位置。要保證一個發(fā)電廠

4、及變電站長期安全運 行，其因素是多方面的， 其中直流系統(tǒng)的絕緣問題是不容忽視的。發(fā)電廠及變電站的直流系統(tǒng)比較復雜，通過電纜溝與室外配電裝置的端子排、端子箱、操作機構箱等相連接，因電纜破損、絕緣老化、受潮等原因發(fā)生接地的可能性較多，發(fā)生一極接地時，由于沒有短路電流，熔斷器不會熔斷，仍可繼續(xù)運行，但也必須及時發(fā)現(xiàn)、及時消除。通常，要求直流系統(tǒng)的各 種小母線、端子回路、二次電纜對地的絕緣電阻值，用500V搖表測量其值不得小于 0.5MQ。 直流回路絕緣的好壞必須經常地進行監(jiān)視。否則，會給運行帶來許多不安全因素。現(xiàn)以上圖為例說明直流不同地點接地的危害。當圖中A點與C點同時有接地出現(xiàn)時， 等于+WC、-

5、WC通過大地形成短路回路，可能會使熔斷器FU1和FU2熔斷而失去保護電源；當B點與C點同時有接地出現(xiàn)時， 等于將跳閘線圈短路，即使保護正常動作，YT跳閘線圈短路，即使保護正常動作，YT跳閘線圈也不會起動，斷路器就不會跳閘，因此在有故障的情況下就要越級跳閘；當 A點與B點或A點與D點，同時接地時，就會使保護誤動作而造 成斷路器跳閘。直流接地的危害不僅僅是以上所談的幾點，還有許多，在此不一一作介紹了。因為發(fā)生直流接地將產生許多害處，所以對直流系統(tǒng)專門設計一套監(jiān)視其絕緣狀況的 裝置，讓它及時地將直流系統(tǒng)的故障提示給值班人員，以便迅速檢查處理。典型事故照明及原理AC380V1C：1,匚葉7_i” 堪-

6、 A1旦理I 二Lr問上厚i匚Tf1 1<*£： 匚 NDC220Vrus if' Ezz3原理分析：” W1 |4 M, h$ z! v0 T正常運行時，事故照明各饋線支路由 AC380V供電。此時KA1、KA2、KA3得 電，1C得電常開觸點閉合，KA1常閉觸點斷開，2C失電常開觸點打開斷開DC220V 回路。AC380V任一相失電將自動切至 DC220V供電。A相失電，KA1失電常閉觸點閉合，2C得電常開觸點閉合接通DC220V回路,2C常閉觸點打開，1C失電常開觸點打開斷開 AC380V回路；# A5 D# T8 x/ Y) tB或C相失電，KA2或KA3失電其

7、常開觸點打開，1C失電斷開AC380V回 路，常閉閉合，2C得電其常開觸點接通DC220V回路。切換試驗：斷開QF18開關模擬AC380V失電，看其能否正確動作實驗10用交直流電橋測RLC電橋線路在電磁測量技術中得到了極其廣泛的應用。電橋測量法是常用的測量電阻方法之一。平衡電橋是用比較法進行測量的，即在平衡條件下，將待測電阻與標準電阻進行比較，以便確定其阻值。電橋分為直流電橋和交流電橋兩類。直流電橋又分為單臂電橋和雙臂電橋，前者稱為惠斯登電橋， 主要用于精確測量中值電阻；后者稱為凱爾文電橋， 適用于測量低值電阻。交流電橋還可以測量電阻、電容、電感、頻率、溫度、壓力等許多物理量。電橋測量 法具有

8、測試靈敏、精確、方便等特點。被廣泛的應用在近代工業(yè)生產、自動控制和自動化儀 器中。一. 實驗目的1. 學習用惠斯登電橋測量電阻的原理和方法。2. 了解交流電橋的平衡原理。3. 學會用交流電橋測量電容和電感。二. 實驗儀器惠斯登電橋、信號源（或交流降壓變壓器）、電阻箱、電容箱、標準電感、待測電阻、待 測電感、待測電容、示波器 （作平衡指示用）等。三. 實驗原理1. 用惠斯登電橋測電阻測量電阻的方法很多，其中最常用的是伏安法、萬用表和電橋法。用伏安法測電阻時,除了因使用的電流表和電壓表準確度不高帶來的誤差外，還存在著線路本身不可避免的誤 差。用電橋法測電阻時，由于它不用電壓表和電流表（因而與電表的

9、準確度無關），而是將待測電阻和標準電阻進行比較，以確定待測電阻是標準電阻的多少倍。由于標準電阻的誤差 很小，電橋法測電阻可達到很高的準確度?；菟沟请姌虻脑韴D如圖 3-10-1所示。圖中的標準電阻 艮、甩、R 及待測電阻R（構成四邊形，每一邊稱作電橋的一個臂。對角點A、C與B D分別接電源E支路和檢流計G支路，將接有檢流計的對角線 BD稱 之為“橋”。當接通電源開關 K和檢流計支路開關 G時，檢流計中有電 流流過，但當調節(jié)四個橋臂到適當值時，檢流計中就無電流通過，此時稱為“電橋平衡”。于是，B、D兩點的電勢相等，即流過電阻R.和R的電流相同，流過Fb和Rx的電流也相同，從而有如下關系式：UA=

10、Uab即i1Ra=i 2R>（3-10-1）U?（=UBc即i1R=i 2Rx（3-10-2）將式（3-10-1）除以式（:3-10-2 ）得Ra _ RbRRx圖3-10-1惠斯登電橋原理圖（3-10-3）式（3-10-3 ）就是電橋的平衡條件。它說明電橋平衡時，電橋的四個橋臂成比例。因此，待1 0. 9 99HK 0. qHS. 9 0281. 0J8| 40?,09109MlOO (si. mxlOOl| 8. S 02匚翌J 一-0 B1x1000圖3-10-3 QJ23 型電橋面板圖® 3-10-2 QJ23型電橋電路圖測電阻Rx的阻值為RXR = MRRa(3-10

11、-4 )式中M=R/Ra稱為倍率。這樣，就把待測電阻的阻值用三個標準電阻的阻值表示出來?？梢?，電橋的平衡與通過電阻的電流大小無關。(3-10-4 )式是在電橋平衡條件下推導出來的，也就是說，只有電橋平衡時，(3-10-4 )式才成立。實驗中，電橋是否平衡，實際上是靠觀察檢流計指針指零來判斷的，而檢流計本身具有一定的靈敏度，且這個靈敏度總是有限圖3-10-4交流電橋原理的。因此，電橋平衡與檢流計的靈敏度有關。一般用電橋 測電阻時，應保證較高的電橋靈敏度。調節(jié)電橋達到平衡有兩種方法：一是取倍率M為某一值，調節(jié)比較臂 R;二是保持比較臂 R不變，調節(jié)倍率 M 的值。后一種方法準確度很低，幾乎已不使用

12、。惠斯登電 橋具有特定倍率值，調節(jié)電橋平衡時使用前一種方法。本 實驗所用的QJ23型惠斯登電橋，其電路如圖3-10-2所示， 面板布局如圖3-10-3所示。1.交流電橋交流電橋的構成和直流惠斯登電橋類似，四個橋臂，電源，平衡指示器，其中四個橋臂為復阻抗乙、Z2、Z3、乙。如圖3-10-4所示。圖中E為交流信號源。交流電橋的平衡指示器可選擇示波器。當交流平衡指示器最小時，交流電橋平衡，其平衡方程為：(3-10-5)Z4Z3 或 Z1Z3 =Z2Z4復阻抗Z由實部R和虛部(X = Xl -Xc)構成Z = R + jX所以，電橋的平衡為(R1 jXJR jX3)=(R2 jX2)(RjX4)化簡得

13、：(R1R3 -X) j(RX3 R3X1) =RR4 "2X4) jRX4 R4X2)可見，交流電橋得平衡實際上是實部的平衡和虛部的平衡。也就是說，交流電橋的平衡 方程是兩個，一個是實部平衡，一個是虛部平衡亦3 -XX = R2R4 -X2X4(3-10-6)最理想的交流電橋調節(jié)方屮梯3 +R3X1 =R2R4 +R4X2在交流電橋的平衡調節(jié)中，應設法調節(jié)實部和虛部分別平衡。 案是實部和虛部調節(jié)時互不影響。把復阻抗寫成指數(shù)形式：Z=|Z |e呷則（3-10-6 ）式可表達為：|Zi |Z3|ejX)=|Z2|Z4|e網(wǎng)珈；|Zi |#3日 Z2HZ4 |則有：1% +°3

14、 = °2 +°4( 3-10-7 )其中I Z|是Z的模，（3-10-7 ）式表明：要使交流電橋平衡， 必須使電橋相對臂上的阻抗模的積相等，使相對臂上的阻抗相角之和相等。臂上的元件布置。例如，當比較電容與電容時，它們必須放置在相鄰臂上, 感時，則電容和電感應放在相對臂上。否則交流電橋就不可能平衡。A.電容電橋測量電容器電容量及其串聯(lián)電阻阻值的電路。如圖3-10-5所示，由于實際電容器存在介質損耗，則實際電容器可等效一 個理想電容和一個電阻串聯(lián)（或并聯(lián)）組成（圖3-10-6所示）。電橋平衡時有：阻抗相角的和相等的條件決定了交流電橋各 而比較電容與電圖3-10-5 電容電橋*

15、1 |1 I0Ci 慝橋）圖 3-10-6實際電容器等效電路Ri (Rsj Cs)二 R4(Rxj CX(3-10-8)Rx -R4R1Rs由實部和虛部分別相等，有B.電容電感電橋圖3-10-7的電橋稱為麥克斯韋一一維恩電橋，圖中 測量電感。Lx是待測電感，Rx是待測電感的等效電阻。c _CXcsRi(3-10-9)C為標準電容（或電容箱），常用來Ri、R2、R是無感電阻。當電橋平衡時有:1RX"X=R2R4怙C1)(3-10-10)則有LX = Ci R2 R4 ；電容電感橋有時也用來測電容。交流電橋平衡調節(jié):由于交流電橋的平衡條件是實部和虛部兩個條件同時滿足，因此，在各臂的參量至

16、少要兩個是可調的，例如麥克斯韋一一維恩電橋中，R2和R4對實部和虛部都起作用，C1只對虛部起作用，R1只對實部起作用，可分別調節(jié)。在調節(jié)平衡過程中，每次只能使平衡指示器 的指示最小，也就是說，固定一個，調另一個使指示最小。再調固定的那一個使指示最小。一般稱為二次調節(jié)。 如果使用毫伏表作為平衡指示器， 則開始應使用大量程檔， 再選用小量 程檔。交流電橋的收斂性交流電橋的平衡調節(jié)是一個逐次逼近平衡的過程。 這里就有兩個問題， 一是經反復調節(jié) 兩個事先選定的參量， 能否最終使電橋平衡， 二是減少反復調節(jié)的次數(shù)， 使電橋很快達到平 衡。前一個問題是交流電橋的是否收斂問題，后一個問題是收斂性好壞的問題。

17、平衡調節(jié)過程實際上是調節(jié)平衡指示器兩端的電壓其實部和虛部分別為零的過程， 從復 平面上看， 是一個復矢量經調節(jié)最后到零的過程， 調節(jié)中最好是實部虛部分開調節(jié)， 如果實 虛部不能分開，調節(jié)次數(shù)要多幾次。電橋的收斂性請參考交流電橋的有關書籍。四. 實驗內容1. 用惠斯登電橋測電阻用 QJ23 電橋，分別測量幾十歐姆、幾百歐姆和幾千歐姆的電阻。2. 自組交流電容電橋測電容按照圖3-10-5的電路，組成電容電橋。其中，交流電源E選50HZ低壓交流電源，平衡指示器D選示波器。R是待測電容的漏電阻，一般來說FX的數(shù)值很小，在調節(jié)前可以置電阻箱FS=0,示波器的靈敏度置于最低。調節(jié)Ri、艮、Cs,到示波器顯

18、示的波形幅度最小時，逐漸升高示波器的靈敏度，反復調節(jié)Ri、艮、懇、Cs,直到示波器靈敏度最高時，示波器顯示的波形幅度最小為止,即達到電橋平衡。3. 麥克斯韋一一維恩電橋測電感按 3-i0-7 電路圖組成電感測量電橋,反復調節(jié)電橋各臂,使示波器在較高靈敏度下波 幅最小。此時電橋平衡。按（3-10-10 ）式計算出Lx和FX。直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測的綜合判據(jù)摘 要 分析了現(xiàn)有的檢測直流系統(tǒng)接地故障方法存在的死區(qū),包括絕緣監(jiān)測裝置發(fā)出接地報警信號時最大接地 電阻值,以及直流系統(tǒng)分布電容對變頻探測原理查找接地故障的影響。建議用綜合判據(jù),即通過檢測正負極母線 電壓、 檢測正負極絕緣電阻、 檢測支路漏電流來監(jiān)視

19、及查找直流系統(tǒng)接地故障。 基于該判據(jù)的樣機經現(xiàn)場試運行, 性能良好。關鍵詞 直流系統(tǒng) 絕緣檢測 綜合判據(jù)分類號 TM 934.310 引言 發(fā)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(wǎng)絡,其常見的故障是一點接地故障。在一般情況下,一點接地并不影響直流系統(tǒng)的運行,但如果不能迅速找到接 地故障點并予以修復,又發(fā)生另一點接地故障,就可能引起信號回路、控制回路、繼電保護裝置等的誤動作。現(xiàn)有檢測直流系統(tǒng)絕緣的方法主要有電橋平衡原理和變頻探測原理。根據(jù)電橋平衡原理實現(xiàn)的絕緣監(jiān)測裝置被廣泛使用，但它不能檢測直流系統(tǒng)正、負極絕緣同等下降時的情況；絕緣監(jiān)測裝置即

20、使報警，也不能直接得到系統(tǒng)對地的絕緣電阻大小。經分析，當絕緣監(jiān)測裝置信號繼電器的內阻為30 kQ時，人為造成直流系統(tǒng)正極或負極對地有61 k Q接地電阻，并降低了檢測接地電阻的靈敏度。用變頻探測原理檢測接地故障是近幾年采用的 一種新方法，它所能檢測的接地電阻受直流系統(tǒng)對地分布電容的制約1，2，且注入的低頻交流信號增大直流系統(tǒng)的電壓紋波系數(shù)?？梢?，電橋平衡原理和變頻探測原理均存在若干難以克服的缺陷3。本文提岀一種新的檢測方法，可以克服以上兩種方法存在的問題，運用多重判據(jù)，可以在線檢測直流系統(tǒng)的絕緣狀況及各支路 的漏電流。1絕緣監(jiān)測裝置存在的問題直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置原理如圖1所示，當絕緣良好時，正

21、極與負極對地絕緣電阻R+與R-相等，XJJ中僅有微小的不平衡電流流過，且小于整定值(1.4 mA)，裝置不發(fā)岀報警信號。設負極經R-接地，系統(tǒng)等值電路如圖2所示。流為1.4 mA，使絕緣監(jiān)測裝置發(fā)出報警信號時，負極或正極對地絕緣電阻已為48 k Q。直流系統(tǒng)在正常運行時,-_-T-T- 12M流為1.4 mA，使絕緣監(jiān)測裝置發(fā)出報警信號時，負極或正極對地絕緣電阻已為48 k Q。直流系統(tǒng)在正常運行時,流為1.4 mA，使絕緣監(jiān)測裝置發(fā)出報警信號時，負極或正極對地絕緣電阻已為48 k Q。直流系統(tǒng)在正常運行時,虬醫(yī)專堆電總W覚恆一毆如斗E4| MJ為轉圖1 直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置原理圖叭曷幣號欄電

22、豊曲溝如UL 址境址伸號鼻科哥柵琳ML h是疋.負職耐電圧"為汕沖*流為1.4 mA，使絕緣監(jiān)測裝置發(fā)出報警信號時，負極或正極對地絕緣電阻已為48 k Q。直流系統(tǒng)在正常運行時,流為1.4 mA，使絕緣監(jiān)測裝置發(fā)出報警信號時，負極或正極對地絕緣電阻已為48 k Q。直流系統(tǒng)在正常運行時,圖2負極經R-接地時的系統(tǒng)等值電路當漏電流為1.4 mA 時，裝置發(fā)出報警信號，則:(1)流為1.4 mA，使絕緣監(jiān)測裝置發(fā)出報警信號時，負極或正極對地絕緣電阻已為48 k Q。直流系統(tǒng)在正常運行時,流為1.4 mA，使絕緣監(jiān)測裝置發(fā)出報警信號時，負極或正極對地絕緣電阻已為48 k Q。直流系統(tǒng)在正常

23、運行時,將 IX=1.4 mA,U=220 V,RX=30 k Q，R仁R2=1 kQ代入式(1)得：R-=48 k Q。即當直流系統(tǒng)對地漏電流為1.4 mA，使絕緣監(jiān)測裝置發(fā)出報警信號時，負極或正極對地絕緣電阻已為48 k Q。直流系統(tǒng)在正常運行時,要求其絕緣電阻不小于 100 k Q。從以上分析可知，在直流系統(tǒng)的絕緣電阻為48 k Q100 k Q范圍內時，絕緣水平已不滿足火力發(fā)電廠、變電所直流系統(tǒng)設計技術規(guī)定(DL/T5044 95 )的要求，但此時漏電流小于1.4 mA，絕緣監(jiān)測裝置不發(fā)岀報警信號。根據(jù)電橋平衡原理，當直流系統(tǒng)正、負極絕緣電阻同等下降時，電橋未失去平衡，絕緣監(jiān)測裝置也不

24、發(fā)岀報警信號。當絕緣監(jiān)測裝置發(fā)岀報警信號后，運行人員需通過拉路的方法確定接地支路，費時、費力且存在安全隱患。因此用絕緣監(jiān)測裝置監(jiān)視直流系統(tǒng)絕緣性能，靈敏度低，有檢測死區(qū)，存在不安全因素。2變頻探測原理的缺陷利用變頻探測原理研制的直流系統(tǒng)絕緣檢測儀需向直流母線交替注入兩個同幅值不同頻率的低頻交流信號，因此與直流系統(tǒng)有電氣聯(lián)系，并存在以下不足：a. 所能檢測到的接地電阻與支路對地分布電容有關。若設交替注入直流系統(tǒng)的信號的頻率為fl ,f2( f1<f2 )，則經推導，所檢測到的接地電阻與分布電容的關系為：其中 R是接地電阻；C是支路對地分布電容；f1/f2< a<1 ; k=f2

25、/f1 ?？梢?，隨著支路對地分布電容的增大，所能檢測絕緣電阻的最大值將逐步減少。b. 當系統(tǒng)對地分布電容很大時，該方法找不到接地支路或誤判斷接地支路。因為對地分布電容大， 其容抗小,流過分布電容的電流可能比流過接地電阻所在支路中的電流大得多2。按照變頻探測原理就無法正確檢測接地支路。c. 注入的低頻交流信號增大直流系統(tǒng)的電壓紋波系數(shù)，影響直流系統(tǒng)的安全運行。通常所加低頻信號的幅值在20 V30 V，頻率有12 Hz及35 Hz，也有10 Hz及20 Hz，電壓紋波系數(shù)約為 10%，不滿足火力發(fā) 電廠、變電所直流系統(tǒng)設計技術規(guī)定的要求。因此，該類檢測儀只宜在自動化水平較低的小變電站應用。3綜合判

26、據(jù)針對目前檢測原理及方法的不足，本課題組提岀用綜合判據(jù)檢測直流系統(tǒng)絕緣狀況，樣機已進行了現(xiàn)場試運 行，性能良好。綜合判據(jù)包括檢測正、負極母線電壓，檢測正、負極對地絕緣電阻。上述兩個條件，其中一個條 件不滿足整定值要求，裝置就檢測各個支路漏電流，并顯示支路號，漏電流值及正、負極母線電壓值。3.1 檢測正、負極母線電壓在線檢測并由液晶屏顯示正、負極母線電壓。設U+ ,U-分別代表正極、負極電壓，Uz為電壓整定值，Uz>0當 |U+|<Uz,|U-|>Uz，正極絕緣下降；當 |U-|<Uz,|U+|>Uz，負極絕緣下降；當 |U+|<Uz,|U-|<Uz，正

27、、負極絕緣都下降。通過檢測電壓判斷絕緣下降后，裝置即報警并啟動檢測電流單元，以確定哪條支路絕緣下降。3.2 檢測正、負極對地絕緣電阻在保證不對系統(tǒng)產生影響的情況下，裝置分別向正、負極母線自動投入一個檢測電阻，見圖3|J Lv1圖3 給直流母線投入檢測電阻示意圖Fig.3 Putting a resistance into DC bus投入電阻的目的是：提高檢測靈敏度；克服絕緣監(jiān)測裝置的檢測死區(qū)。a.當S-閉合、S+斷開時，檢測電阻 R投入負極母線,由微機測岀此時負極母線電壓b.當S+閉合、S-斷開時，檢測電阻 R投入正極母線,由微機測岀此時正極母線電壓U- OU+，則正、負極對地絕緣電阻由式(3)、式(4)求出:Zi_i_ 其中 U=|U+|+|U-|，是直流系統(tǒng)總電壓。3.3 檢