直流絕緣檢測(cè)原理

1、直流絕緣檢測(cè)原理1 引言發(fā)電廠和變電站的直流電源作為主要電氣設(shè)備的保安電源及控制信號(hào)電源，是一個(gè)十分龐大的多分支供電網(wǎng)絡(luò)。在一般情況下，一點(diǎn)接地并不影響直流系統(tǒng)的運(yùn)行， 但如果不能迅速找到接地故障點(diǎn)并予以修復(fù)，又發(fā)生另一點(diǎn)接地故障，就可能引起重大故障的發(fā)生?，F(xiàn)有檢測(cè)直流系統(tǒng)絕緣的方法主要有電橋平衡原理和低頻探測(cè)原理。 根據(jù)電橋平衡原理實(shí)現(xiàn)的絕緣監(jiān)測(cè)裝置被廣泛使用， 但它不能檢測(cè)直流系統(tǒng)正、 負(fù)極絕緣同等下降時(shí)的情況； 絕緣監(jiān)測(cè)裝置即使報(bào)警， 也不能直接得到系統(tǒng)對(duì)地的絕緣電阻大小。 用低頻探測(cè)原理檢測(cè)接地故障是近幾年采用的一種新方法， 但它所能檢測(cè)的接地電阻受直流系統(tǒng)對(duì)地分布電容的制約，而且低頻

2、交流信號(hào)容易受外界的干擾，另外注入的低頻交流信號(hào)增大直流系統(tǒng)的電壓紋波系數(shù)。 可見(jiàn)， 電橋平衡原理和低頻探測(cè)原理均存在若干難以克服的缺陷。 本文提出一種新的檢測(cè)方法， 即主回路用不平衡電橋檢測(cè)總的絕緣電阻， 而支路用直流互感器來(lái)檢測(cè)到底是哪一路出現(xiàn)了絕緣降低。 同時(shí)用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)這種檢測(cè)方法。2主回路的絕緣電阻的測(cè)量傳統(tǒng)的平衡電橋檢測(cè)原理如下圖-1,通過(guò)檢測(cè)電壓Uj和Um再加上給定的電阻R 來(lái)算出R+、R- ，但當(dāng)正負(fù)絕緣都出現(xiàn)降低的情況下，檢測(cè)的結(jié)果將與實(shí)際情況不符合。CM+個(gè)1IIrkr11R加 I IriDD（火地）Um 個(gè) IIJL r115 r " R-I Iu 丁圖-1為

3、了能檢測(cè)正負(fù)都絕緣降低的情況，下文設(shè)計(jì)一種不平衡電橋測(cè) 量法。并用MCS 196Ko片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖-2所示。首先我們先說(shuō) 明一下電子繼電器 AQW214用法，當(dāng)AQW214 1、2腳導(dǎo)通時(shí)，7、8 腳也導(dǎo)通；而且導(dǎo)通的內(nèi)阻很小。同理，3, 4腳導(dǎo)通時(shí)，5、6腳也導(dǎo)通。而且，AQW214勺耐壓值可以達(dá)到 400V,即當(dāng)7、8,或5、6 不導(dǎo)通時(shí)，它們兩端可以承受 400V的電壓。所以我們可以通過(guò)控制 P10的電平，來(lái)控制1、2腳的導(dǎo)通而達(dá)到控制JK1的導(dǎo)通與關(guān)斷。 同理，通過(guò)控制P11的電平來(lái)控制JK2的導(dǎo)通與關(guān)斷。第一步，JK1、 JK2都斷開(kāi)，我們通過(guò)196單片機(jī)的A/D 口的AC4通道采

4、集C4兩端 的電壓，從而測(cè)得Um第二步，JK1斷開(kāi)、JK2閉合，通過(guò)A/D 口的 AC5通道采集C2兩端的電壓，從而測(cè)算得 Uj,記此時(shí)測(cè)得的電壓Uj 為Uj1。第三步，JK1閉合、JK2斷開(kāi)，記此時(shí)測(cè)得的電壓Uj為Uj2。 很明顯的Uj1與R+, R-有關(guān)系，Uj2也與R+, R-有關(guān)系。從而可以 得到一個(gè)二元方程。在此，因?yàn)?R與R3之和等于R與RW2之和，故將R與R3之和稱為R,將R與RW之和也稱為R。從而可以得到公式1-1 和 1-2。Un-Uj_Rgl!R!fR +Uj " RHR-公式11公式1-2聯(lián)立公式1-1 , 1-2可解出:公式12公式1-34*JKlM ! JK

5、1? :UKi-L2M£75AQW21412 3 4R251。R3iKWiKM30K lu <D1口口。加5tJK2+JK2-CM-D2 4007PIO PHAC4即 18KJ1WRW2C2Q00&RQ-I 270AC580C196直流絕緣檢測(cè)原理-2以上的分析， 我們得到理論上的實(shí)現(xiàn)， 但真正用到實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中去，我們需要注意幾個(gè)問(wèn)題。首先，就電路中所給的參數(shù)只適合100V-300V的直流電壓，低于100V,則測(cè)量精度下降；高于 300V,則電子繼電器的耐壓不夠。 對(duì)于直流電壓比較低的情況， 我們可以通過(guò)改變相關(guān)電阻值而使測(cè)量精度提高。但對(duì)于直流電壓高于 300V 的

6、情況，我們要重新選擇電子繼電器或者別的繼電器。其次，實(shí)際測(cè)量時(shí)，應(yīng)先判斷|Uj1-Uj2|的大小，如果其值太小，由于AD轉(zhuǎn)換器的精度造成的影響將比較大， 上述公式計(jì)算結(jié)果偏差較大。 這種情況發(fā)生在正負(fù)絕緣均勻下降且絕緣阻值較小時(shí)，比如R= R-=1K, Un 220V時(shí)，由公式 1-1、公式 1-2 可得：Uj1 = 110.55V, Uj2 = 109.95V, |Uj1-Uj2| = 0.6V,設(shè)AD轉(zhuǎn)換器的量程為0300Vl精度為千分之一(10位AD ,則其最小測(cè)量精度為0.3V,因此|Uj1-Uj2|可能等于零，所以R+= R-=0,與實(shí)際相差很大。根據(jù)我們的實(shí)測(cè)，絕緣電阻在5K至U

7、50K之間時(shí)，測(cè)量精度可達(dá)到5%當(dāng)發(fā)生2K以內(nèi)正負(fù)絕緣 均勻下降時(shí)，測(cè)量精度較差。對(duì)于實(shí)際中的一般情況，我們最關(guān)心的就是當(dāng)絕緣電阻在15K 25K 之間波動(dòng)。所以可以達(dá)到要求。但如果在特殊的場(chǎng)合， 要求精度更高一些， 我們可以選擇精度更高的 A/D 轉(zhuǎn) 換器。3支路絕緣降低的判斷在引言里，我們已經(jīng)提到，用低頻探測(cè)原理檢測(cè)容易受直流系統(tǒng) 對(duì)地分布電容的制約，容易受外界的干擾，而且注入的低頻交流信號(hào) 增大直流系統(tǒng)的電壓紋波系數(shù)。在這里，我們用電流互感器來(lái)檢測(cè)漏 電流的大小。我們先根據(jù)圖-3來(lái)說(shuō)明一下電流互感器的用法。在這 里我們選擇DC10E眼的電流互感器，額定輸入電流為 10mA輸出電 壓為0+

8、/-2.5V 。當(dāng)出現(xiàn)正絕緣降低時(shí)，正母線和負(fù)母線上的電流 差值為12(單位為mA),則此時(shí)電流互感器的輸出U =12/10 )*2.5 (v), 當(dāng)出現(xiàn)負(fù)絕緣降低，此時(shí)電流互感器的輸出U=- (I2/10 ) *2.5 (v)。 我們通過(guò)采集電流互感器的輸出電壓，便可以計(jì)算漏電流I2的大小, 從而得到絕緣降低的的程度。un圖-3因?yàn)楫?dāng)出現(xiàn)正負(fù)絕緣都降低的時(shí)候，絕緣降低的程度與漏電流不 xx。所以我們采用前面講到的不平衡電橋來(lái)計(jì)算主回路的絕緣電阻的 具體大小。如果到了報(bào)警線，便通過(guò)通訊向支路絕緣檢測(cè)模塊獲取各 個(gè)支路絕緣降低的程度。下面圖-4給出了支路絕緣檢測(cè)模塊的大致原理圖。單片機(jī)通過(guò)多路開(kāi)關(guān)將不同支路的電流互感器的輸出電壓采集進(jìn)來(lái)。在絕緣主模塊需要的時(shí)候?qū)⒉杉臄?shù)據(jù)發(fā)給主模塊。CM+ CWI-24VSG1GNGND直流互感器1負(fù)載支路n負(fù)載SG1支路1COMINDBGNDGND圖-4Im-并 莒4.結(jié)束語(yǔ)本文利用不平衡電橋法給出了一個(gè)較為精