直流電源絕緣檢測技術研究

【摘要】為了保障直流系統的安全可靠運行，絕緣監測裝置是必不可少的。對直流系統絕緣檢測常用的幾種方法進行了分析比較，指出了它們在使用時的優缺點。并在此基礎上提出了一種新的改進后的絕緣檢測方法。

【關鍵詞】絕緣監測；直流系統；外施電壓電橋法

Abstract：In order to protect the security and reliable operation of the DC system，insulation monitoring device is essential.The paper has analyzed and compared several commonly used methods of the insulation detect of DC system，and pointed out the advantages and disadvantages of them. And then，the paper proposes a new and improved method to detect insulation based on that.

Key words：Insulation monitoring；DC system；Applied voltage bridge method

1.引言

直流電源在電力系統中多作為電氣設備的保護電源和控制信號的主要電源，其運行狀況的好壞直接關系到電力系統能否正常運行[1]。接地故障是直流系統中最常見的故障，若不能做到及時的排除，就可能引起信號回路、控制回路、繼電保護裝置等的誤動作，從而破壞電力系統的安全運行，甚至造成大范圍的停電事故。

現有的直流系統絕緣檢測方法主要有電橋法，信號注入法和漏電流檢測法[2]。但這些方法在實際應用中都存在著很大的不足，慢慢跟不上實際的需要。現有的絕緣檢測裝置多存在著檢測精度低，檢測速度慢，甚至有些裝置還存在誤報警及報警動作死去等問題，所以一種新型的直流系統絕緣檢測方法及裝置的研制是非常必要的。為了克服現有絕緣檢測方法的不足，筆者對電橋法和信號注入法進行改進，一種外施電壓電橋法在一定程度上實現了對直流系統接地故障的準備測量。

2.現有幾種絕緣檢測方法分析比較

電橋法，就是通過設置兩個電阻和直流系統正負極對地電阻組成電橋，系統正常時，電橋平衡。而系統出現某一點接地時，電橋將失去平衡，產生報警信號。

信號注入法，就是通過向系統直流母線注入一個低頻交變信號，當某條支路發生接地故障，用鉗型電流探頭來檢測出流過故障點的電流大小，從而計算出故障支路接地電阻。

漏電流檢測法，利用霍爾效應的直流傳感器檢測出每條支路的直流電流信號，根據磁平衡原理，無接地的支路傳感器輸出為零，而故障支路輸出不為零[3]。

如表1所示，對電橋法、信號注入法、漏電流檢測法進行了分析比較。

3.外施電壓電橋法

3.1 原理

是直流系統正、負母線對地絕緣電阻，其能夠反映直流系統的對地絕緣狀況。可以通過測得采樣電壓UJ1，UJ2并利用公式（8）來對直流系統的對地絕緣狀況做定量檢測。利用此方法可以在不測量直流系統母線電壓的情況下，對單母線接地，正負母線絕緣均勻下降還是不均勻下降做到正確反映。

3.2 對采樣電阻兩端電壓UJ的測量

考慮到，在實際電路中或大或小的存在著對地電容，通常情況下其對地電容是很小的，可以忽略不計。但當系統對地電容達到一定的程度時，將會影響到絕緣檢測儀的測量，從而會引起保護誤動的風險。

當系統對地電容較大不能忽略時就得考慮其所帶來的影響了。由于電容兩端的電壓不能突變，這將使系統達到穩定需要一個過程。要能正確采樣RJ兩端電壓UJ就可能需要較長時間，這樣將會嚴重增加儀器的測量時間，降低檢測速度。或者會導致測量到的UJ是系統還未穩定時的值，這樣將測量不到正確的電壓值，從而使檢測不正確將可能導致保護裝置誤動作等風險。

我們可以將系統看成是一個一階電路系統，則通過三要素法可以得到：

圖4 硬件電路框架圖

4.硬件電路設計

如圖4所示為硬件電路結構框架圖。通過采樣電路采集RJ兩端的電壓UJ，通過信號處理并A/D轉換傳送到DSP，DSP分析A/D轉換后的數據是不是達到要求，否則繼續信號處理，直到達到要求。同時通過DSP控制UI（±US）的輸出值。再由DSP處理計算數據得到正負母線對地絕緣電阻的并聯值。

5.仿真測試

通過仿真實驗得知，改變母線電壓或正負母線對地絕緣電阻公示（10）都能得到驗證。

圖5 仿真電路圖

圖6 采樣電壓暫態圖

如圖5所示對節點3（采樣電壓）進行暫態分析，得到圖6。由圖6可知，當直流系統存在分布電容時，采樣電壓達到穩定值需要一個過程。當分布電容比較大時，采樣電壓達到穩定值的時間可能會比較長，從而影響對RJ的正確測量。

6.結論

本文提出了一種外施電壓電橋法，該方法在一定程度上較準確的反映了直流系統對地的絕緣情況。此方法不受直流系統母線電壓的影響，對單母線接地，正負母線絕緣均勻下降或不均勻下降均能做到正確反映。并首次考慮到了系統對地分布電容對絕緣檢測的影響，且提出了處理的方法，這是一種較大的突破。但同時也有其不足，此方法只得到了系統對地的并聯電阻，而不能分別測量出正負母線對地的絕緣情況，有待進一步的改進。

參考文獻

[1]于海.直流系統接地問題的研究[D].杭州：浙江大學， 2011.

[2]楊波，張寶生.直流系統在線絕緣檢測裝置的研制[J].繼電器，2006，34（17）：42-46.

[3]Jishun J.，Hua J.Study of insulation monitoring device for DC system based on multi-switch combination[C].// Second International Symposium on Computational Intelligence and Design（ISCID）.Changsha，China：[s.n.].2009：429-433.

[4]李立偉，陳偉斌，馬平.新型直流系統絕緣監測裝置及其實現[J].高電壓技術，2008，34（11）：2322-2325.

[5]江濤.直流系統漏電流絕緣監測裝置應用中的問題[J].云南電力技術，2009，37（1）：18-20.