直流绝缘系统原理

直流绝缘监察装置原理分析及直流系统接地异常处理的技术工作报告

撰稿人：姚蓉

盐都供电公司

直流绝缘监察装置原理分析及直流系统接地异常处理的技术工作报告盐都供电公司姚蓉发电厂和变电所的直流系统比较复杂，而且通过电缆线路与屋外配电装置的端子箱、操作机构等相连接，发生接地的机会较多。直流系统发生一点接地时，由于没有短路电流流过，熔断器不会熔断，仍能继续运行。但是这种接地故障必须及早发现，否则当发生另一点接地时，有可能引起信号回路、控制回路、继电保护回路和自动装置回路的不正确动作。例如在图1所示的控制回路图中，当A点存在一点接地故障，而后又在B点发生一点接地时，断路器的跳闸线圈中就会有电流流过，而引起误跳闸。可见装设经常性的直流系统绝缘监察装置是十分必要的。

图1两点接地所引起的误跳闸情况

目前在发电厂和变电所中广泛采用的直流系统绝缘监

察装置的原理图如2(C)所示，这种装置能在绝缘电阻低于规

定值时，自动的发出灯光和音响信号，并且可以利用它分辨 出哪一极的绝缘电阻降低，还可以测出对地的总的绝缘电阻 值，然后通过换算可以确定出正负极的绝缘电阻值。

+ XJJ 发信号

---------- " ------------- ►

图2（ a ）信号部分

申+ f 发信号出

XJJ I

图2（ b ）测量部分

图2 (c )整组原理接线图

图2绝缘监察装置原理图

整个装置可分为信号和测量两部分，都是根据直流电桥 的工作原理构成的。图 2( a )为信号部分的原理图，其主要 组成元件为电阻 R1、R2和信号继电器 XJJ 。电阻R1与R2 数值相等，并与直流系统正、负极对地绝缘电阻 R+和R-组 成电桥的四个臂，继电器 XJJ 则接于电桥的对角线上，相当 于直流电桥中检流计的位置。正常状态下直流母线正、负极 的对地绝缘电阻 R+与R-相等，继电器 XJJ 线圈中只有微小 的不平衡电流流过，继电器不动作。当某一极的绝缘电阻下 降时，电桥失去平衡，继电器的线圈中即有电流通过，当此 电流足够大时，继电器 XJJ 动作，其常开触点闭合，发出预 告信号。下面用具体计算说明：

当电桥失去平衡时，加在继电器

XJJ 上的电压可利用电

桥对角线上电压的计算公式求得。即 1 0 2 1 0 2 .

r ~~I

Uj= U[R+/（R++R-）-R1/（R1+R2）]Rj/

[R+R-/（R++R-）+Rj+R1R2/ （R1+R2）]

（1）

式中U—直流母线电压

Rj —继电器线圈的电阻

由于R仁R2=R，所以上式可化简为

Uj= U[R +/（R++R-）-0.5]Rj/

[R+R-/（R++R-）+Rj+0.5R]

（2）

于是，流过继电器XJJ线圈中的电流为

Ij= U[R+/（R++R-）-0.5]/

[R+R -/（R++R-）+Rj+0.5R]

（3）

或改写成

Ij= U（R + - R-）/[2R+R-+（R++R-）（2Rj+R）]

（4

）

可见，当R+=R-时,Ij=0。

由于在这种绝缘监察装置中有一个人工的接地点，这样当直流网络中其它任何地方发生一点接地时，将形成电流通路，如图3所示。为了防止电流足以引起其它继电器误动作，要求绝缘监察继电器

XJJ的线圈具有足够大的电阻值，对

220kV直流系统一般选用Rj=30千欧，其启动电流为1.4毫安。于是为了安全起见，其它继电器的起动电流都应选择大于1.4毫安的数值，在220V直流系统中当任一极的绝缘电

阻下降到15-20千欧时，这种绝缘监察装置可立即发出信号

+

- R1 R2

XJJ

R+^r^ R-

j ......... i r"~ . (i)

XJJ/ 1

I _ --------------- ►

:Z7Z

*声

图3当直流系统发生一点接地时通过

绝缘监察装置形成的电流通路

测量部分由三个数值相等的电阻、一个电压表和一个切换开关

所组成，见图2（b），三个电阻中有一个是带有滑动触头的电位计，平时切换开关ZK是断开的，电位计的滑动

触头放在中间位置上。如果直流系统两极对地的绝缘电阻相等，则电桥处于平衡状态，电压表V上的指示为零。当某一极的绝缘遭到破坏，信号部分发出预告后，值班人员可根据发生故障部分的极性，将转换开关投至1或2的位置，假设

负极绝缘电阻R-降低，则在测量之前，应先将切换开关ZK 放在2的位置上，使与负极连接的电阻R短路，然后调节

电位计的滑动触头，使电压表的指示为零。此时电桥处于一个新的平衡状态，即

于是得

R+/(R++R-) =(R+xR)/[(R+xR)+(1 -x)R]=(1+x)/2 (6)式中x----电位计电阻刻度的百分值

如何保持电位计滑动触头的位置不变，而将ZK切换至

1的位置，则加在电压表上的电压可利用式( 1)求出。此时

Rj应该用电压表的内阻Rv代替，并且R1=xR，R2=(2-x)R，

R1+R2=2R,可得

Uv= U[R +/( R++R-)-xR/2R]Rv/

[R+R-/( R++R-) +Rv+xR(2-x)R/2R] ( 7)考虑到，R+R-/ ( R++R-)为直流系统对地的总绝缘电阻，并用R艺表示。将式(6)代入，则得

(R+xR)/R+ = (1-x) R/R- (5) Uv= 0.5URv/[ R ”+Rv+ (1-0.5x)xR] (8)

R数值比R”及Rv小得多，可以略去不计。故可简化为

Uv= 0.5URv/(R ”+Rv) (9)因为U和Rv都是长常数，所以Uv的数值与R”成反比关系，在电压表上可直接按下式

Rv= 0.5Rv/(U/Uv - 2) (10)刻成欧姆数。通常在绝缘监察电压表盘面上画有电压和电阻两种刻度，其中电阻刻度应与直流母线的额定电压相对应。

由于电压表V测量的是直流系统正负母线对的总绝缘

电阻R.为了知道每极的对地电阻需要进行换算: