直流系统绝缘监测装置对保护误动作的影响

的灵敏度和安全性考虑分析了平衡桥电阻和切换桥电阻的选取原则。通过继电器动作电压的理论计算和变电
站现场电容测试、安全性试验，得出当绝缘监测装置引起直流对地电压偏移至10%时，发生直流一点接地可引起
保护继电器误动作并导致开关跳闸的结论。最后提出通过降低直流对地电压偏移和提高二次回路抗干扰能力
等措施以避免保护误动作。
极②处接地，继电器线圈正极接地③三种接地情况时
的继电器电压。
正极接地时，电容电压变化过程为：
t －
VC －t －=VC －∞ －+ －VC －0 －%－VC －∞ －% －×e τ =
t －
E+ －－V－ －0 －%－E －×e － RJ－ C
其中：
VC －0 －=－V－ －0 －；VC －∞ －=－VC －∞ －=E；τ=RJC
其中：
VC－
－0 －=V－
－0 －=
R－ R++R－
×E
VC－
－∞
－=V－
－∞
－=
R－//RJ R++R－//RJ
×E
τ= －R+//R－//RJ －× －C++C－ －
继电器电压为：
VJ －t －=VC－ －t － =V－ －∞ －+ －V－ －0 －%－V－ －∞ －% －×e－t/－ － R+//R－//RJ－ %×－ C++C－－ %－
参考文献
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总第 47 卷 第 536 期 2010 年 第 08 期
电测与仪表 Electrical Measurement & Instrumentation
Vol.47 No.536 Aug. 2010
直流系统绝缘监测装置对保护误动作的影响
李秉宇，陈晓东，郝晓光
（河北省电力研究院，石家庄 050021）
摘要：通过分析相关电网事故，阐述了微机绝缘监测装置的工作原理及对直流电压波动和偏移的影响，从检测
在直流正负极电压偏移到一定程度时，分别模拟 直流正极接地、重瓦斯节点负端接地、保护出口压板 接地等接地故障，观察继电器动作情况，要求保护装 置不动作和断路器无跳闸。 5 结束语
根据以上研究试验，为避免绝缘监测装置对保护 误动作的影响，应进一步加强对绝缘监测装置性能的 研究，规范其设计及运行，研究其校验方法和校验项 目。在变电站或电厂验收时，应进行直流网络系统电 容测试，并进行直流系统安全性试验。
关键词：绝缘监测；一点接地；平衡桥；偏移；防跳回路
中图分类号：TM771
文献标识码:A
文章编号:1001-1390 (2010)08-0045-03
Influence of DC System Insulation Detection to Protection Action
LI Bing-yu,CHEN Xiao-dong，HAO Xiao-guang (Hebei Electric Power Research Institute，Shijiazhuang 050011,China)
目前国内大部分变电站直流系统装有绝缘监测 装置，其中绝缘电阻的计算大部分采用平衡桥及不平 衡桥电阻相结合的方法，当绝缘检测装置进行不平衡 检测时，不平衡桥电阻的投切使得直流母线对地电压 在较大的范围内变化。在直流系统对地电压偏移较大
时，如发生直流一点接地，由于直流系统对地电容放 电作用，保护装置中的继电器动作，继而引起跳闸事 故。如2008年河北南网某220kV变电站线路进行保护 改定值工作，在使用万用表测试压板电位操作过程 中，万用表档位短时切过至“低电阻”档位，造成A相 跳闸回路一点接地，引起线路开关单相跳闸。经检测 一点接地时，绝缘监测装置导致直流母线对地电压 110V~0V~220V范围变化。 2 微机绝缘监测装置对直流电压的影响
在不平衡桥检测过程中由于配置了切换电阻，直 流系统正、负极对地电压产生波动。直流绝缘电阻越 大，切换桥电阻产生的电压波动越大。从绝缘电阻测 量准确度考虑，切换桥电阻越小，电压波动越大，准确 度越高；从安全性考虑，为减小电压波动，切换桥电阻 越大越好[3]。 3 绝缘监测装置对二次回路保护误动作的影响 3.1 直流网络对地电容分析
继电器电压为：
t
t
－
－
VJ－t －=E－VC－t －=－V－－0 －%+E －×e
=V － RJ－ C +
－0 －×e
－ RJ － C
负极接地时，电容电压为：
VC
－t －=VC
－
－0 －×e
t τ
=－V－
－
－0 －×e
源自文库
t － RJ － C
其中：
VC －0 －=－V－ －0 －；VC －∞ －=0；τ=RJC
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大，正、负极对地电压差也越大。绝缘电阻一定时，平 衡桥电阻值越大造成的正、负极对地电压差也越大。 从绝缘监测装置灵敏度考虑，平衡桥电阻越大，电压 偏移越大，灵敏度越高；从功耗、安全性考虑平衡桥电 阻越小越好，可以减小电压偏移。 2.2 不平衡桥电阻对直流电压波动的影响
（3）现场测试结果分析
(a)正极接地时，初始电压无偏移时，继电器电压
小于其动作电压不动作；正极电压偏移为64%，长电
缆电容延至13μF时，继电器动作。
(b)负极接地时，继电器不动作。表明继电器对所
加电压有极性要求。
(c) 继电器线圈正极接地时，正极电压偏移为
60%，系统电容延至30μF时，继电器动作。
0引言 目前直流系统微机绝缘监测装置广泛用于国内
各电厂和变电站直流电源系统的绝缘监测，给直流绝 缘破坏的监测和接地故障的查找带来了方便和快速。 但由于该装置的制造和运行在国内没有统一的技术 标准，造成生产厂家众多、质量不一，运行方式多样， 近年来国内出现了多起由于绝缘监察装置故障引起 的保护误动和开关误跳闸故障[1]，给电网的运行造成 了安全隐患，因此需要分析微机绝缘监测装置对直流 电压和保护误动作的影响，以减少电网类似事故的发 生。 1 绝缘监测装置引起电网事故介绍
Abstract: Through analyzing the correlated grid accident, the paper researches the principle of insulation detection and the influence to fluctuation and excursion for DC voltage. It also analyzes the choosing principle of balance bridge resistance and switch bridge resistance. Through calculating relay voltage and testing capacitance and safety of DC system, it finds out when the DC voltage excurse to 10%, a point-grounding can lead relay mis-action and breaker-tripping. The reasonable measures such as reducing the excursion of DC voltage and enhancing the ability of con-disturb are put forward to avoid protection missing-action in the end. Key words: insulation detection, a point-grounding, balance bridge, excursion, avoid-jumping loop
直流网络对地电容的主要来源：（1） 保护装置的 电源进线抗干扰电容盒；（2） 保护等装置用开关电源 输入滤波元件；（3） 屏蔽电缆芯线对接地屏蔽层构成 的电容；（4）个别绝缘监测装置内置抗干扰电容。
根据实测变电站结果，在通常情况下，110kV变 电站直流系统分布电容为2~10μF；220kV变电站直流 系统分布电容为8~20μF；500kV变电站大于15μF。个 别厂家的绝缘监测仪 （交流注入式） 内置电容大于 100μF。 3.2 对重瓦斯保护出口继电器动作的影响
微机绝缘监测装置的工作原理分为交流注入式 和电桥式，电桥式又分为平衡桥和不平衡桥两种。电 桥式是利用各种平衡桥及不平衡桥电路，求解出绝缘 电阻值。交流注入法是在母线上施加一低频交流信 号，主要用于对支线电阻进行检测[2]。 2.1 平衡桥电阻对直流电压偏移的影响
直流系统正极或负极绝缘下降时，直流系统正、 负极对地电压会偏离50%U，绝缘越低，电压偏移越
（1）继电器回路接线原理 如图1为保护装置中重瓦斯保护出口中间继电器 J的回路接线图，其中R+，R-为绝缘监测装置内部正、 负极平衡桥电阻，R'为切换桥电阻，RJ为继电器线圈 电阻，C为继电器线圈正极长电缆对地电容。继电器J 为电压型，动作电压为55%~70%直流电压，动作时间 约为20ms，动作功率大于5W。 （2）动作电压的计算 利用电工理论和拉普拉斯变换法，计算在不同直 流电压偏移及系统电容时，当发生正极①处接地，负
3.3 对操作箱防跳继电器动作的影响
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图2 防跳回路原理图 Fig.2 Principle of jump-avoiding loop （1）防跳回路原理 防跳回路原理如图2所示。当防跳继电器的线圈 正极接地时，直流系统分布电容对防跳继电器TBJ电 流线圈放电，尽管跳闸线圈TQ启动电流较大，但放电 电流若满足 TBJ电流线圈动作电流要求，则会导致跳 闸回路接通，发生事故跳闸。 （2）现场测试结果分析 由于防跳继电器的动作功率较小，当直流对地电 压偏移为55%时，直流系统电容达到11μF，在继电器 线圈正极接地时，电流型继电器TBJ上的电流满足其 电流动作值和动作时间的要求而动作。 4 避免保护误动作采取的措施 为避免绝缘监测装置工作中引起直流电压偏移， 继而在直流一点接地时发生保护装置误动作，可以采 取以下防范措施[4,5]。 （1）减小因绝缘监测装置不平衡桥的投切或其它 原因引起直流电压波动的范围。规范绝缘监测装置不 平衡桥电阻的大小。 （2）降低直流系统电容，防止电容过大对继电器 放电。避免采用滤波电容过大的保护装置和隔直电容 较大的交流注入式绝缘监测装置。 （3）提高直流系统二次回路的抗干扰能力[6]。 (a)适当提高防跳继电器的动作电压或动作功率， 或在线圈回路并联适当电阻。 (b)提高重要回路中继电器或光耦的动作功率（一 般考虑大于5 W），在允许的范围内降低继电器的动 作速度。 (c)对于重要光耦隔离开入回路，严禁采用长电缆 直接带光耦隔离开入，应采用大功率中间继电器隔离 措施。 (d)设计时应考虑重要回路尽量避免使用长电缆。 (e)研究操作箱内跳、合闸回路的抗干扰措施,如 在继电器线圈回路并联反向二极管。 （4）进行直流系统安全性试验
继电器电压为：
t －
VJ －t －=－VC －t －=V－ －0 －×e － RJ－ C
继电器线圈正极接地时，负极对地电压即为继电
器线圈电压，为：
VC－ －t －=VC－ －∞ －+ －VC－ －0 －%－VC－ －∞ －% －×e－t/τ =V－ －∞ －+ －V－ －0 －%－V－ －∞ －% －×e－t/－ － R+//R－//RJ－ %×－ C++C－－ %－