直流电源绝缘检测技术应用分析

直流电源绝缘检测技术应用分析

作者：张明

来源：《科学与信息化》2017年第28期

摘要直流电源系统的绝缘监测装置作为对直流电源系统正负极接地、系统外电源窜入等故障造成的电压异常进行监测和告警的专用装置，其重要性不言而喻。由于直流电源系统绝缘监测装置技术规范的长期缺失，目前在运的直流电源系统绝缘监测装置与新颁标准的要求存在一定的差距，为避免由此带来的事故隐患，开展装置参数和功能的测评、校验就显得尤为重要。

关键词直流系统；绝缘检测技术；应用

前言

随着我国电力事业的发展，发电厂、变电站的种类越来越多，容量越来越大，安全发电、安全供电关系着整个国民经济和人们的正常生活。直流系统是发电厂、变电站的重要组成部分，直流系统的安全可靠性影响着发电厂、变电站的安全运行，关系着整个电网的安全生产。而直流电源多作为控制电源，为电力和通信系统中的信号装置、控制装置及继电保护装置等提供工作电源。尤其是在火力发电场中，要为发电机密封油泵及汽机润滑油泵中的直流电动机供电。

1 直流电源绝缘检测常用检测方法

1.1 定频法

定频法，就是通过向直流系统正负母线与大地之间注入一个频率固定的低频电压信号，如果某一支路发生接地故障时，则所加低频信号会通过对地电阻产生一个对地电流，检测此对地电流的流向和幅值大小，就可判断出该直流系统的接地支路与接地点。用定频法进行绝缘检测时，要恰当选择所注入信号的频率，一般选择范围为。因为若选择注入频率过高的信号，则系统分布电容会对测量结果造成较大影响，从而影响测量精度；而若选择注入频率过低的信号，会使流过交流电流传感器的信号很小导致不容易检测到此低频信号，从而同样影响检测精度。

1.2 交流信号注入法

交流信号注入法又称为低频信号探测法，其基本思路是通过在直流系统正负母线与大地之间定时注入低频率电压信号，用接在支路中的电流互感器检测出各支路中的互感电流，从而可以判断出注入电压信号的流向，实现对故障支路的查找。交流信号注入法既可应用到在线监测装置上，通过对注入的低频电压信号轨迹的查找来确定接地故障所发生支路；也可应用于同接地故障定位仪的配合中，通过在已经确定的故障支路上寻找所注入的低频电压信号轨迹，信号消失的地方可判定为故障发生点[1]。

2 外施电压电桥法

2.1 原理

通过对电桥法和信号注入法的改进得到一种新型直流系统绝缘检测装置。图1中，R+、R–分别为直流系统正、负母线对地绝缘电阻；Rl、RZ和RJ为桥电阻；UM为正负母线间电压；UJ为RJ上的电压；UI为外施电压，其值为+U。当UI二US时，利用叠加定理可知RJ上的电压U几为UM和UI分别作用得到的UJ0和UJ1之和。

当UI=US时，采样电阻RJ上的电压为UJ1，由等效电压图可知：

同样当U1=US时，采样电阻RJ上的电压为UJ2，可知：

显然UJa1=UJa2，则让式（3）一式（4）可得：

由（5）可得

是直流系统正、负母线对地绝缘电阻，其能够反映直流系统的对地绝缘状况。可以通过测得采样电压UJ1，UJ2并利用公式（8）来对直流系统的对地绝缘状况做定量检测。利用此方法可以在不测量直流系统母线电压的情况下，对单母线接地，正负母线绝缘均匀下降还是不均匀下降做到正确反映。

可以通过采样t1，t2，t3三个时刻的值UJ（t1），UJ（t2），UJ（t3）（其中t3=3tl，

t2=2t1），将三组值分别带入到式（7）中，联立方程求得：

通过式（10）就可以得到正确的UJ值。但在采样时UJ（t1），UJ（t2），UJ（t3）的值都会有一定的误差，将会造成UJ的偏差。所以有待进一步完善此方法，可以通过多采样几组数据，从而通过数据的最小二乘拟合来得到精确的UJ值。

2.2 对采样电阻两端电压UJ的测量

考虑到，在实际电路中或大或小的存在着对地电容，通常情况下其对地电容是很小的，可以忽略不计。但当系统对地电容达到一定的程度时，将会影响到绝缘检测仪的测量，从而会引起保护误动的风险[2]。

3 硬件电路设计

如图4所示为硬件电路结构框架图。通过采样电路采集RJ两端的电压UJ，通过信号处理并A/D转换传送到DSP，DSP分析A/D转换后的数据是不是达到要求，否则继续信号处理，直到达到要求。同时通过DSP控制UI（士US）的输出值。再由DSP处理计算数据得到正负母线对地绝缘电阻的并联值。

4 结束语

本文提出了一种外施电压电桥法，该方法在一定程度上较准确地反映了直流系统对地的绝缘情况。此方法不受直流系统母线电压的影响，对单母线接地，正负母线绝缘均匀下降或不均匀下降均能做到正确反映。但是，此方法只得到了系统对地的并联电阻，而不能分别测量出正负母线对地的绝缘情况，有待进一步的改进。希望本文能为有关人员提供借鉴。

参考文献

[1] 于海.直流系统接地问题的研究[D]杭州：浙江大学，2011.

[2] 杨波，张宝生.直流系统在线绝缘检测装置的研制川继电器，2006，34（17）：42-46.