絕緣監測裝置在直流系統中的應用

林森　孟青春　孫帥　趙立婷

【摘 要】絕緣監測裝置主要用于對直流母線和各支路的絕緣狀況進行實時在線監測。本文介紹了海南核電廠直流系統中所應用的兩種絕緣監測裝置，重點對這兩種絕緣監測裝置的母線監測原理和支路檢測原理進行解析和比較，最后舉例海南核電廠絕緣監測裝置部件故障及處理。

【關鍵詞】直流系統；絕緣監測裝置；母線監測；支路檢測

海南核電廠直流系統主要分為兩大部分：核島廠房，充電器采用了瑞士GUTOR公司設備，配電盤為ABB設備，絕緣監測儀是溫州星炬WZJD-6A型產品；常規島和BOP廠房，充電器采用克勞瑞德和奧特迅公司設備，絕緣監測儀是奧特迅WJY-3000A型產品。

1 WZJD-6A型絕緣監測儀原理解析

WZJD-6A型絕緣監測儀具有實時監測直流系統母線電壓、正負母線對地電壓、正負母線對地絕緣電阻以及巡檢支路接地電阻等功能。

1.1 母線監測原理

在直流系統中，直流母線對地的絕緣電阻分為正極母線對地絕緣電阻R+和負極母線對地絕緣電阻R-。按電路基本原理分析可知，要求取R+與R-兩個未知數，必須建立兩組獨立的回路方程式，再將其聯立求解，方可求得R+與R-的電阻值。為此，該監測儀設計了兩個不平衡電橋電路，如圖1所示：

聯立以上兩個方程式即可求解正極母線對地絕緣電阻R+和負極母線對地絕緣電阻R-。

1.2 支路檢測原理

該監測儀在主機中裝有超低頻信號源，該信號源將4Hz的超低頻信號由母線對地注入直流系統。如果某支路經電阻接地，則裝在該支路上的傳感器會產生感應電流，感應電流的大小與接地電阻的大小成反比。感應電流經過一系列處理之后送入CPU進行數據處理，再通過RS485接口送入主機。主機一方面控制信號采集模塊有序地采集各支路傳感信號，另一方面又接收信號采集模塊送來的數據。主機接收到的數據經過處理后，一方面送液晶顯示器顯示與輸出報警，另一方面通過通訊接口電路傳送給上位機。

設計時將各支路編號，每個信號采集模塊能采集16個支路信號，支路數量較多時可擴展多個信號采集模塊，信號采集模塊通過地址撥碼進行編號。某個支路發生接地故障時，最終會在液晶顯示屏上顯示出故障支路的編號以及接地電阻阻值，根據支路編號能夠很快確定故障支路。

2 WJY-3000A型絕緣監測儀原理解析

WJY-3000A微機型絕緣監測儀的基本配置包括主機、顯示器、支路絕緣監測用的電流變送器（CT）組成。主機檢測正負直流母線對地電壓，通過對地電壓計算正負母線對地絕緣電阻，當絕緣電阻值低于報警設定值時，自動啟動支路巡檢功能。

2.1 母線監測原理

WJY-3000型絕緣監測裝置的母線對地絕緣電阻測量有平衡電橋法和不平衡電橋法兩種方法，可手動選擇。

如圖2所示，R1、R2為絕緣監測裝置內設電阻，U+、U-為正負直流母線對地電壓，R+、R-為正負母線的接地電阻，Ur為直流系統電壓。

2.1.1 平衡電橋法

當開關K1、K2同時閉合時，即為平衡橋法。

R

當發生雙端不平衡接地，且R+≠R-時，存在兩個未知數通過一個方程無法求解接地電阻。可以通過將R+、R-中較大的一個假設為無窮大，按單端接地的情況求解，但是計算值跟實際值會存在較大偏差。

2.1.2 不平衡橋法

一個檢測周期內，開關K1、K2 按照一定的順序開合即形成不平衡電橋。

根據以上兩個方程式聯立方程組，即可求得正負直流母線接地電阻R+、R-。

2.1.3 平衡電橋和不平衡橋檢測方法性能對比

1）平衡電橋法

優點：平衡電橋法屬于靜態測量，即測量正負直流母線對地的靜態直流電壓，因此母線對地電容的大小不影響測量精度；由于不受接地電容的影響，因此檢測速度快。

缺點：雙端接地時，測量誤差較大；不能檢測平衡接地。

2）不平衡電橋法

優點：任何接地方式均能準確檢測。

缺點：在測量過程中，需要通過正負直流母線分別對地投電阻，因此母線對地電壓是變化的。為了獲得準確的測量結果，每次投入電阻后需要延時，待母線對地電壓穩定后再測量，因此檢測速度比平衡電橋法慢；受母線對地電容的影響。

2.2 支路檢測原理

與WZJD-6A型絕緣監測儀相比，WJY-3000A型絕緣監測儀對支路漏電流的檢測采用直流有源CT，每個直流有源CT內置了CPU，漏電流信號直接在CT內部轉換成數字信號，通過通訊接口傳至絕緣監測儀主機。

使用直流有源CT的優點：無需向母線注入交流信號、受接地電容的影響小、能識別接地母線的極性、能測量雙端接地。缺點則是成本高于交流CT、環境溫度和工作電壓的波動影響測量精度。

3 絕緣監測裝置部件故障及處理事例

3.1 網控樓區域直流系統饋線盒通訊缺陷

網控樓區域的直流系統，經常觸發“饋線盒故障”的報警，最初以為是饋線盒損壞或是接線存在斷線、虛接等情況導致，后來經過反復排除確定是由于饋線盒功率不足導致通訊間斷引起的。

網控樓區域的直流配電屏分布較為分散，分別布置在TC樓1樓、TC樓3樓、JX廠房、TD廠房和TB廠房，每個分配電屏與主屏之間的饋線盒通訊是通過跨接并聯通訊線的方式連接。由于直流配電屏分布較為分散，導線安裝竣工后通訊線較長，電阻過大，信號傳輸能力下降。最后這個故障是通過更換大功率饋線盒得以解決。

3.2 有源直流CT故障

奧特迅的直流配電柜所用傳感器型號為CT-2000AH，該有源直流CT接口為MB312-508-5P型，當有源直流CT正常工作時本體的指示燈會常亮，上傳數據與主機通訊時指示燈閃爍。

在日常巡檢時發現，正常運行回路上的傳感器指示燈不亮。經查看，并無系統報警信息。排查后確認是傳感器損壞，更換備件后恢復正常。

從上例故障消缺反饋來看，有源直流CT故障后并沒有故障信號送出，無法通過系統報警來得知是否存在CT損壞。在回路CT損壞情況下，如果支路存在絕緣故障將無法及時定位。

為了避免該類故障發生，一方面需要加強日常巡檢；另一方面，可以用專用的CT校驗儀定期對有源直流CT進行校驗。

【參考文獻】

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[責任編輯：楊玉潔]