CN103149406B

CN103149406B - 一种用于直流绝缘监测装置的电桥及其运行方法

Info

Publication number: CN103149406B
Application number: CN201310039435.2A
Authority: CN
Inventors: 王雪楠; 南寅; 李明波; 姜龙
Original assignee: Beijing Peoples Electric Plant Co Ltd
Current assignee: Beijing Peoples Electric Plant Co Ltd
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2033-01-31
Also published as: CN103149406A

Abstract

本发明提供一种用于直流绝缘监测装置的电桥及其运行方法，包括平衡电桥和检测电桥，其中平衡电桥由接在母线正极与地之间的平衡电阻以及接在母线负极与地之间的平衡电阻组成，检测电桥由接在母线正极与地之间的检测电阻、检测电阻切换开关和/或接在母线负极与地之间的检测电阻、检测电阻切换开关组成，接在母线正极与地之间的检测电阻和接在母线负极与地之间的检测电阻，至少有一个是可变且可控的；本发明的有益效果是采用具有可变电阻的检测电桥进行绝缘监测，根据直流系统的对地电容和绝缘电阻，能自适应地改变检测电桥的阻值，兼顾了直流系统的安全与绝缘电阻测量的准确。

Description

一种用于直流绝缘监测装置的电桥及其运行方法

技术领域

本发明属于直流IT系统绝缘监测领域，具体涉及一种用于直流绝缘监测的电桥及其运行方法。

背景技术

应用于变电站或发电厂的直流绝缘监测装置，一般是通过平衡电桥与检测电桥相结合的方法进行绝缘监测，通过投入检测电桥使电桥处于不平衡状态，测量在不平衡状态时正负极对地的电压值，利用测量得到的正负极对地电压值计算直流系统正极对地绝缘电阻和负极对地绝缘电阻。

图1为目前常用的直流绝缘监测技术原理，其中，电阻R1和电阻R2构成平衡电桥，其阻值大小相等，开关元件K1、开关元件K2、电阻R3和电阻R4共同构成检测电桥，一般来讲，电阻R3和电阻R4阻值大小也相等，其工作过程为：

闭合开关元件K1、断开开关元件K2，采集直流系统正极对地电压U₁₊和负极对地电压U_1-；

断开开关元件K1、闭合开关元件K2，采集直流系统正极对地电压U₂₊和负极对地电压U_2-；

则直流系统正极对地绝缘电阻和负极对地绝缘电阻分别为：

R₊＝f₁(U₁₊,U_1-,U₂₊,U_2-)，

R_-＝f₂(U₁₊,U_1-,U₂₊,U_2-)。

其中f₁、f₂为函数。由于直流绝缘监测装置的引入，尤其是检测电桥的运行会引起直流母线正极对地电压和直流母线负极对地电压的波动，从而引入电力系统继电保护误动的风险。检测电桥电阻的阻值与平衡电桥电阻的阻值的比值决定着检测电桥运行时造成的电压波动率，设检测电桥电阻阻值与平衡电桥电阻阻值的比值为K，检测电桥运行时造成的对地电压波动率为：

r_{w} = \frac{| U_{2 +} - U_{1 +} |}{U_{n}} = \frac{| U_{2 -} - U_{1 -} |}{U_{n}} = \frac{1}{2 + 4 K}

不同K值下的波动率及电压波动值(按直流系统电压220V计算)见表1：

表1

倍率K	1	2	3	4	5
						最大波动率	16.7％	10％	7.14％	5.56％	4.55％
波动电压(V)	36.7	22.0	15.7	12.2	10.0

近年来，由于直流回路一点接地造成保护出口继电器误动的事故频发，经过运行单位、科研院校以及专业生产厂家对系统运行现场多起保护出口继电器误动案例的调查统计、理论分析和模拟试验，得出造成保护出口继电器误动的三个主要因素：

(1)直流系统负极对地电压超过继电器的动作电压；

(2)直流系统对地电容超过某一定值；

(3)继电器线圈正极发生单点接地。

根据国家电网的反事故措施要求，继电器的动作电压一般为额定工作电压的55％～70％，为了克服由于检测电桥运行导致的继电保护误动作，一般需保证在系统平衡状态下检测电桥运行造成的负极对地电压不超过直流电源电压的55％，也就是控制在系统平衡状态下的波动率不大于5％，这样，控制了上述三个因素中的第一个因素，保护继电器因无法达到动作电压而不会误动作。所以，在电桥设计时，一般将检测电桥电阻阻值与平衡电桥电阻阻值的比值K设计为4～5。

但是，由于波动电压低，会造成绝缘电阻计算准确度大大降低，从而影响监控动作性能，进而影响运行维护人员正确的故障判断。

现有技术均使用固定阻值的检测电桥进行直流系统绝缘电阻的检测，若检测电桥阻值与平衡电桥的阻值之比较大，则绝缘电阻测量的精度较低；若检测电桥阻值与平衡电桥的阻值之比较小，则在检测电桥运行过程中造成的母线对地电压的波动较大，难以满足直流系统的安全性要求。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中直流系统安全性与绝缘电阻测量准确性的矛盾而提供的一种电桥技术及其运行方法，它的检测电桥电阻值可变，能够根据系统的运行状况投切不同阻值的检测电桥，兼顾直流系统安全性与绝缘电阻测量准确性。

本发明提供一种用于直流绝缘监测装置的电桥，包括平衡电桥和检测电桥，其中平衡电桥由接在母线正极与地之间的平衡电阻以及接在母线负极与地之间的平衡电阻组成，检测电桥由接在母线正极与地之间的检测电阻、检测电阻切换开关和/或接在母线负极与地之间的检测电阻、检测电阻切换开关组成，接在母线正极与地之间的检测电阻和接在母线负极与地之间的检测电阻，至少有一个是可变且可控的；

进一步地，所述接在母线正极与地之间的检测电阻和接在母线负极与地之间的检测电阻是单个电阻；

进一步地，所述接在母线正极与地之间的检测电阻和接在母线负极与地之间的检测电阻是由若干个电阻经串联、或并联或串并联构成。

本发明还提供一种直流绝缘监测装置电桥运行方法，所述方法根据直流系统的正极对地电压U₊、负极对地电压值U_-，以及直流系统对地电容值C_m，对检测电阻进行自动或手动调节。

进一步地，所述方法包括以下步骤：

(1)将检测电阻R_j阻值设置为a，启动检测电桥，计算直流系统对地绝缘电阻R₊、R_-，以及直流系统对地电容C_m；

(2)根据步骤(1)所得的直流系统状态和输入的继电器参数计算可能导致继电保护误动的电容值C_g；

(3)将步骤(1)所得的直流系统对地电容C_m与步骤(2)所得的可能导致继电保护误动的电容值C_g进行比较，判断是否可能导致继电保护误动，若C_m<C_g,进入步骤(4)，若C_m≥C_g，则输出步骤(1)所得的R₊、R_-；

(4)根据步骤(1)所得的直流系统对地电容C_m确定允许的检测电阻R_j的阻值b；

(5)将检测电阻R_j阻值设置为b，启动检测电桥，计算并输出直流系统对地绝缘电阻R₊、R_-。

本发明的有益效果是采用上述具有可变电阻的检测电桥进行绝缘监测，根据直流系统的电压、对地电容和绝缘电阻，能自适应地改变检测电桥的阻值，兼顾了直流系统的安全与绝缘电阻测量的准确。

附图说明

图1为现有技术中的直流绝缘监测原理图；

图2为本发明中的电桥原理图；

图3为本发明的实施例1的原理图；

图4为本发明的实施例2的原理图；

图5为本发明的实施例3的原理图；

图6为本发明的实施例1-3中可变电阻实施原理图；

图7为本发明的实施例1-3中可变电阻另一实施原理图；

图8为本发明的电桥的运行方法的流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明作详细说明：

如图2所示，一种用于直流绝缘监测装置的电桥，包括平衡电桥和检测电桥，其中平衡电桥由接在母线正极与地之间的平衡电阻以及接在母线负极与地之间的平衡电阻组成。

【实施例1】

如图3所示，为本发明用于直流绝缘监测装置的电桥的第一实施例，电阻R1连接到直流母线正极KM+与大地之间，电阻R2连接到支路母线负极KM-与大地之间，一般来讲，电阻R1与电阻R2阻值相等，共同构成平衡电桥；电阻R3与开关K1串接后，连接到直流母线正极KM+与大地之间，电阻R4与开关K2串接后，连接到直流母线负极KM-与大地之间，电阻R3、电阻R4、开关K1、开关K2共同构成检测电桥，其中，电阻R3与电阻R4至少有一个是可变的、可控的。

【实施例2】

如图4所示，为本发明用于直流绝缘监测装置的电桥的第二实施例，电阻R1连接到直流母线正极KM+与大地之间，电阻R2连接到支路母线负极KM-与大地之间，一般来讲，电阻R1与电阻R2阻值相等，共同构成平衡电桥；电阻R3与开关K1串接后，连接到直流母线正极KM+与大地之间，电阻R3与开关K1共同构成检测电桥，其中，电阻R3是可变的、可控的。与实施实例1不同的是，该实施实例的检测电桥仅在直流母线正极与大地之间施加。

【实施例3】

如图5所示，为本发明用于直流绝缘监测装置的电桥的第三实施例，电阻R1连接到直流母线正极KM+与大地之间，电阻R2连接到支路母线负极KM-与大地之间，一般来讲，电阻R1与电阻R2阻值相等，共同构成平衡电桥；电阻R3与开关K1串接后，连接到直流母线负极KM-与大地之间，电阻R3与开关K1共同构成检测电桥，其中，电阻R3是可变的、可控的。与实施实例1和实施实例2不同的是，该实施实例的检测电桥仅在直流母线负极与大地之间施加。

在上述三个实施例中，可变电阻R3或可变电阻R4的实施方案有如下两种：

图6为可变电阻R3或可变电阻R4的实施方案一：

如图6所示，该实施方案包括n个电阻R1’…Rn’和(n+1)个开关K0、K1’…Kn’，其中，R1’与K1’并联，R2’与K2’并联……Rn’与Kn’并联，然后R1’至Rn’依次串联，并与K0串联，串联后的两点连接到直流母线负极(或正极)和地之间(其中KM可为直流母线正极或负极)。R1’-Rn’具有相同或不同的阻值，通过断开或闭合K0实现检测电桥电阻的退出与投入，通过控制K1-Kn实现检测电桥电阻的调节。

图7为可变电阻R3或可变电阻R4的实施方案二：

如图7所示，该实施方案包括n个电阻R1’…Rn’和n个开关K1’…Kn’，其中，R1’与K1’串联，R2’与K2’串联……Rn’与Kn’串联，各串联后的支路连接到直流母线负极(或正极)和地之间。R1’-Rn’具有相同或不同的阻值，通过断开或闭合Ki’(I为1-n)实现检测电桥的退出与投入以及检测点桥电阻的调节。

图8为本发明的电桥的运行方法的流程图：

本发明的直流绝缘监测装置电桥运行方法，包括以下步骤：

以实施例1为例，设R₁＝R₂＝R₀，R₃＝R₄＝R_c。开关K₁闭合，开关K₂断开，测量正极对地电压U₁₊和负极对地电压U_1-；开关K₂闭合，开关K₁断开，测量正极对地电压U₂₊和负极对地电压U_2-，可根据下式进行R₊、R_-的计算：

R_{+} = \frac{R_{0} R_{C} (U_{1 -} - U_{2 -})}{R_{0} U_{2 -} - R_{C} (U_{1 -} - U_{2 -})}; R_{-} = \frac{R_{0} R_{c} (U_{2 +} - U_{1 +})}{R_{0} U_{1 +} - R_{c} (U_{2 +} - U_{1 +})}

该过程在投入检测电桥时同时进行，检测电桥投入前，测量电压U₀，检测电桥投入后，测量t₁时刻的电压U_t1，检测电桥稳定运行后，测量稳态电压U_∞。则：

C_{m} = \frac{- t_{1}}{R_{Z} \times 1 n \frac{U_{t 1} - U_{\infty}}{U_{0} - U_{\infty}}}

R_Z＝R₀//R₀//R₊//R_-//R_X

其中t₁：电容放电过程中的时间点；U_t1：t₁时刻的电压值；U_∞：放电完成后的电压值；U₀：放电前电压值；R₀：平衡电桥电阻阻值；Rx：继电器内阻阻值。

其中直流系统状态，是指R₊、R_-以及直流系统电压；输入的继电器参数为：

继电器动作时间：t_a；继电器动作电压：U_a；继电器线圈内阻：R_x

C_{g} = \frac{- t_{a}}{1 n (U_{a} - U_{\infty}) - 1 n (U_{0} - U_{\infty})} \cdot \frac{1}{R_{0} / / R_{0} / / R_{+} / / R_{-} / / R_{x}}

(5)将检测电阻R_j阻值设置为b，启动检测电桥，计算并输出直流系统对地绝缘电阻。

在步骤(1)中，直流系统对地电容C_m可以通过所述的启动检测电桥测得，也可以通过专用工具测得。

本发明采用上述具有可变电阻的检测电桥进行绝缘监测，根据直流系统的电压、对地电容和绝缘电阻，自适应地改变检测电桥的阻值，兼顾了直流系统的安全与绝缘电阻测量的准确。

Claims

1.一种用于直流绝缘监测装置的电桥运行方法，所述方法运用在用于直流绝缘检测装置的电桥上，所述用于直流绝缘检测装置的电桥包括平衡电桥和检测电桥，所述检测电桥为可变、可控的直流电桥，其特征在于，所述方法根据直流系统的正极对地电压U₊、负极对地电压值U-，以及直流系统对地电容值C_m，对检测电阻R_j进行自动或手动调节；

所述方法包括以下步骤：

(3)将步骤(1)所得的直流系统对地电容C_m与步骤(2)所得的可能导致继电保护误动的电容值C_g进行比较，判断是否可能导致继电保护误动，若C_m＜C_g,进入步骤(4)，若C_m≥C_g，则输出步骤(1)所得的R₊、R_-；

(5)将检测电阻R_j阻值设置为b，启动检测电桥，计算并输出直流系统对地绝缘电阻R₊、R_-；

所述步骤(1)中直流系统对地电容C_m的计算公式为：

C_{m} = \frac{- t_{1}}{R_{Z} \times l n \frac{U_{t 1} - U_{\infty}}{U_{0} - U_{\infty}}}

R_Z＝R₁//R₂//R₊//R_-//R_X

其中t₁：电容放电过程中的时间点；U_t1：t₁时刻的电压值；U_∞：放电完成后的电压值；U₀：放电前电压值；R₁＝R₂＝R₀，R₀：平衡电桥电阻阻值；Rx：继电器内阻阻值。

2.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的直流系统状态是指R₊、R_-以及直流系统电压；输入的继电器参数为：继电器动作时间、继电器动作电压和继电器线圈内阻。

3.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，所述平衡电桥由接在母线正极与地之间的平衡电阻以及接在母线负极与地之间的平衡电阻组成，所述检测电桥由接在母线正极与地之间的检测电阻、检测电阻切换开关和/或接在母线负极与地之间的检测电阻、检测电阻切换开关组成，接在母线正极与地之间的检测电阻和接在母线负极与地之间的检测电阻，至少有一个是可变且可控的。

4.根据权利要求3中所述的方法，其特征在于，所述接在母线正极与地之间的检测电阻和接在母线负极与地之间的检测电阻是单个电阻。

5.根据权利要求3中所述的方法，其特征在于，所述接在母线正极与地之间的检测电阻和接在母线负极与地之间的检测电阻是由若干个电阻经串联、或并联或串并联构成。