微機(jī)選線式直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)察裝置的研究

1、 收稿日期:19991121微機(jī)選線式直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)察裝置的研究楊偉,張俊芳(南京理工大學(xué)動(dòng)力學(xué)院,江蘇南京210094摘要:通過對(duì)發(fā)電廠、變電所直流系統(tǒng)及其絕緣監(jiān)察裝置的分析研究和實(shí)際應(yīng)用調(diào)查發(fā)現(xiàn),該裝置存在兩個(gè)自身無法克服的缺陷,從而提出運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和信號(hào)檢測(cè)技術(shù)在直流系統(tǒng)中加低頻交流小信號(hào)并跟蹤其變化的微機(jī)選線式直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)察裝置,以克服現(xiàn)有裝置的致命缺陷。關(guān)鍵詞:直流系統(tǒng);絕緣;接地;監(jiān)察裝置中圖分類號(hào):T M 621171文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):10066047(200004001903為了保證直流操作電源的可靠性,發(fā)電廠和大中型變電所中均采用110(220V 蓄電池組并接到直

2、流母線上,采用浮充電運(yùn)行方式,在交流系統(tǒng)停電、整流裝置不工作的情況下,由蓄電池暫時(shí)工作,保證系統(tǒng)的正常操作。除此之外,還須采用一系列保護(hù)裝置,防止直流系統(tǒng)中斷供電,絕緣檢查裝置就是保護(hù)裝置的一種。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和原理分析,現(xiàn)有直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)察裝置存在著缺陷,因而迫切需要研制新一代裝置取代原裝置。1直流系統(tǒng)分析與現(xiàn)有絕緣監(jiān)察裝置缺陷分析111直流系統(tǒng)分析按浮充電運(yùn)行方式的直流系統(tǒng)示意如圖1 。圖1直流系統(tǒng)示意圖該系統(tǒng)采用兩套硅整流裝置,一套容量較大的作充電用,另一套容量較小的作浮充電用。當(dāng)兩套裝置均不工作時(shí)(交流系統(tǒng)停電,則由蓄電池供電。系統(tǒng)的等值電路如圖2所示 。圖2直流系統(tǒng)等值電路圖圖中的R

3、+與R -分別為正負(fù)母線的對(duì)地絕緣電阻,C +與C -分別為正負(fù)母線的對(duì)地電容,Z f h 為正負(fù)母線間的負(fù)載。當(dāng)直流系統(tǒng)中單點(diǎn)接地時(shí),不影響Z f h 的電壓大小,因而負(fù)載的正常工作不受影響,但發(fā)生兩點(diǎn)接地時(shí),可能造成裝置的誤動(dòng)或拒動(dòng)。圖3 為裝置誤動(dòng)示意圖。圖3兩點(diǎn)接地造成繼電保護(hù)誤動(dòng)作分析可知,在保護(hù)裝置的起動(dòng)元件電流繼電器K A 未動(dòng)作的情況下,由于直流系統(tǒng)中的兩點(diǎn)接地,造成時(shí)間繼電器K J 和出口中間繼電器K M 動(dòng)作,起動(dòng)跳閘線圈Y R ,造成斷路器QR 誤跳。因此,直流系統(tǒng)中決不允許有兩個(gè)接地點(diǎn)。從理論上分析,一點(diǎn)接地不會(huì)影響直流系統(tǒng)的正常工作,但長(zhǎng)期一點(diǎn)接地是一個(gè)隱患,極易形成

4、兩點(diǎn)接地,因而要及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行處理,消除隱患。這就是直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)察裝置的任務(wù)。112現(xiàn)有裝置缺陷分析目前,發(fā)電廠和變電所普遍采用的直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)察裝置如圖4,由1R 與2R 及繼電器X JJ 構(gòu)成第20卷第4期2000年8月電力自動(dòng)化設(shè)備E lectric P ower Automation Equipment V ol.20N o.4Aug.2000 了絕緣監(jiān)察裝置的起動(dòng)部分 。圖4絕緣監(jiān)察裝置直流系統(tǒng)中絕緣監(jiān)察裝置的等值電路如圖5,由于系統(tǒng)中完全是直流信號(hào),因而忽略了電容的影響。其工作原理是:圖5所示的電路實(shí)際上是一個(gè)電橋,可以畫成圖6的形式 。圖5等值電路圖6等值電橋在正常運(yùn)行時(shí),1R

5、 =2R ,若正負(fù)對(duì)地絕緣均良好,則R +=R -,此時(shí)電橋平衡,X JJ 中無電流流過,整個(gè)信號(hào)裝置不起動(dòng)。若某一極絕緣下降,則X JJ 中將有電流I 0存在。若取1R =2R =1000,則I 0=U (R +-R -(2R 0+1000(R +R -+2R +R -(1從上式可見,系統(tǒng)正常時(shí)R +=R -,I 0=0,X JJ 不動(dòng)作;若某極絕緣下降,則I 00,X JJ 動(dòng)作,起動(dòng)信號(hào)繼電器報(bào)警;若系統(tǒng)正負(fù)極絕緣同時(shí)下降,仍保持R +=R -,則X JJ 不起動(dòng)。由以上分析可知:該裝置不能無條件地滿足“系統(tǒng)中任一極對(duì)地絕緣電阻<20k(220V 系統(tǒng)中時(shí),信號(hào)繼電器可靠動(dòng)作”的要

6、求。對(duì)于系統(tǒng)絕緣自然老化,或因同一因素(如受潮而引起的絕緣下降,均為兩極絕緣同時(shí)下降,該裝置將無法反應(yīng)。因此,目前采用的直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)察裝置是有缺陷的,它取決于兩極對(duì)地絕緣電阻的比值,以至于可以認(rèn)為它基本上僅能可靠地監(jiān)察金屬性單極接地,這是該裝置的一個(gè)致命缺陷。除此之外,該裝置還存在另一個(gè)缺陷,就是它的動(dòng)作沒有選擇性,當(dāng)X JJ 起動(dòng)信號(hào)繼電器發(fā)出警報(bào)信號(hào)后,尋找故障線路及故障點(diǎn)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,這不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力,而且有時(shí)還會(huì)降低直流系統(tǒng)的可靠性,造成裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)。若在拉掉某條回路時(shí),該回路正需要操作電源工作(比如故障跳閘,則會(huì)使繼電保護(hù)裝置拒動(dòng),從而

7、延長(zhǎng)了故障切除時(shí)間,危及一次系統(tǒng)設(shè)備安全及供電可靠性。2微機(jī)選線式直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)察裝置為克服這兩個(gè)致命缺陷,研究一種全新的裝置取代原裝置很有必要。211基本原理直流系統(tǒng)發(fā)生單點(diǎn)接地的等值電路如圖7所示,正常運(yùn)行時(shí),通過支路1負(fù)極的泄漏電流為I 01-=U R 1+R 1-;支路1發(fā)生負(fù)極接地時(shí),其電流為I f 01-=UR 1+R 2+R n +。若支路數(shù)較多,則I f 01-µI 01-,可以利用這種現(xiàn)象進(jìn)行選線,但由于反映直流的傳感器復(fù)雜且價(jià)格昂貴,因而在該系統(tǒng)中不實(shí)用 。圖7單點(diǎn)接地等值電路根據(jù)前述分析,設(shè)想在此直流系統(tǒng)中加入一個(gè)低頻交流小信號(hào)后,交流小信號(hào)不會(huì)影響直流系統(tǒng)的正

8、常工作。而交流小信號(hào)在系統(tǒng)中的電流流向與前述直流電流一致,只是除流過電阻以外,還流過對(duì)地電容,對(duì)其進(jìn)一步分析如下:正常運(yùn)行時(shí),流過支路1負(fù)極的交流電流為I 01-=U Z 1+Z 1-式中Z 1+=R 1+12fC 1+;Z 1-=R 1-12fC 1-;U 為交流小信號(hào)電壓。當(dāng)支路一負(fù)極單點(diǎn)接地后I f 01-=U Z 1+Z 2+Z n +因而流過支路一負(fù)極的交流電流驟增,通過監(jiān)測(cè)此02電力自動(dòng)化設(shè)備2000年 交流信號(hào)的變化,就可以進(jìn)行絕緣下降判斷及正確選線;又由于檢測(cè)交流信號(hào)的傳感器非常簡(jiǎn)單,用一個(gè)靈敏度較高的交流互感器就可以了,造價(jià)較低,故這種方法是可行的。212微機(jī)選線式直流系統(tǒng)絕

9、緣監(jiān)察裝置采用前述原理,在直流系統(tǒng)中加入交流低頻小信號(hào),再利用計(jì)算機(jī)采樣系統(tǒng)跟蹤小信號(hào)的變化,進(jìn)行必要的運(yùn)算,就可以計(jì)算出接地電阻,并根據(jù)是否越限進(jìn)行報(bào)警顯示和打印,原理框圖如圖8所示,此裝置可以完成如下幾個(gè)方面的功能:直流電壓監(jiān)視功能,當(dāng)電壓異常時(shí)報(bào)警;絕緣電阻測(cè)量功能,在線測(cè)量絕緣電阻值;絕緣異常監(jiān)視功能,當(dāng)絕緣電阻下降到一定值時(shí)報(bào)警;具有選擇性,當(dāng)絕緣電阻下降報(bào)警后,能顯示或打印出絕緣下降的支路號(hào);故障記錄功能,發(fā)生電壓異常和絕緣異常時(shí), 打印出異常的起始時(shí)間;信號(hào)遠(yuǎn)傳功能,可以把信號(hào)遠(yuǎn)傳,進(jìn)行遠(yuǎn)方圖8選線裝置的原理框圖監(jiān)測(cè),使得該裝置可應(yīng)用在無人值守變電所。3結(jié)論a.目前采用的直流系統(tǒng)

10、絕緣監(jiān)察裝置不僅靈敏度不高,而且沒有選擇性,故障線路定位相當(dāng)困難;b.采用在直流系統(tǒng)中加入低頻交流小信號(hào),并采用微機(jī)檢測(cè)技術(shù)的微機(jī)選線式絕緣監(jiān)察裝置不僅靈敏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前采用的裝置,而且可以在不影響供電可靠性的前提下定位接地線路。因此,該裝置具有很高的推廣使用價(jià)值。參考文獻(xiàn):1汪建.微機(jī)檢測(cè)信號(hào)的兩種算法J .微型機(jī)與應(yīng)用,1993(9:26-27.2陳邦達(dá).直流絕緣監(jiān)察回路分析及改進(jìn)J .華東電力,1992(6:19-21.3李駿年.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)M.北京:水利電力出版社,1993.(責(zé)任編輯:韋寧作者簡(jiǎn)介:楊偉(1965,男,講師,碩士,現(xiàn)從事計(jì)算機(jī)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究及教學(xué)工作;張俊

11、芳(1966,女,講師,碩士,現(xiàn)從事電力系統(tǒng)規(guī)劃方面的研究及教學(xué)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電力