CN105486930B - 带硅链直流系统母线对地电阻的检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于带硅链的不接地直流系统的正负母线对地绝缘电阻检测的装置及方法，通过双平衡桥检测出合闸母线、控制母线两段正负母线对地电压及支路漏电流传感器信号测值，通过对支路漏电流传感器数据的分析,判断出属于哪种绝缘接地情况，再采用相应的计算公式。由于计算方法考虑了硅链压降，解决了带硅链直流系统母线对地绝缘电阻应用现有技术计算偏差太大的问题，达到无硅链直流系统母线对地绝缘电阻同样的检测精度，从而避免了因计算偏差过大大造成的误报、漏报等严重后果。

Description

带硅链直流系统母线对地电阻的检测装置及方法

技术领域

本发明属于不接地直流系统绝缘监测领域，具体涉及一种用于带硅链的不接地直流系统的正负母线对地绝缘电阻检测的装置及方法。

背景技术

发电厂和变电站的直流电源是主要电气设备的操作电源及控制信号电源，它是一个十分庞大的多分支供电网络，其常见故障是一点接地故障。一般情况下，一点接地并不马上影响直流系统的运行，但如果不能迅速找到接地故障点并予以修复，当发生另一点接地时，就可能引起信号回路、控制回路、继电保护装置等误动或拒动，造成严重后果。因此电力系统中必须有绝缘电阻检测装置长期监测直流母线对地的绝缘状况。

电力系统直流电源是一个不接地直流系统，目前普遍采用平衡桥法和不平衡桥法检测正负直流母线对地绝缘电阻。平衡桥法是在检测直流母线对地绝缘电阻时将两个等大的电阻接在正负母线和地之间，通过检测正负直流母线对地电压，列出一个方程，求解对地电压较低的直流母线的对地电阻，该方法检测速度快，但仅适用于单极对地绝缘降低的情况，不适用正负母线对地绝缘性能均降低的情况，无法分别检测出正负母线对地电阻。不平衡桥法是在检测直流母线对地绝缘电阻时在正负母线和地之间分别接两个不相等的电阻，形成两个不平衡桥状态，可列出两个方程，从而求解出正负母线对地绝缘电阻。当正负母线对地绝缘性能均发生下降时，该法能够检测出正负母线对地电阻。

目前大部分中小型变电站直流系统都使用了硅链，硅链将正直流母线分成了合闸母线和控制母线两段。在没有硅链的直流系统中，现有的平衡桥法和不平衡桥法可以准确地检测出正负母线对地电阻。但在包含硅链的直流系统中，由于硅链两端电压的影响，合闸母线或控制母线发生绝缘故障时，采用平衡桥法和不平衡桥法计算出的正负母 线对地电阻值都会产生很大的偏差，且硅链压降越大，偏差越大。

综上，现有的平衡桥法和不平衡桥法应用于带硅链的直流系统时，由于硅链压降的影响，存在正负母线对地绝缘电阻检测值偏差大的问题，甚至造成误报、漏报等严重后果。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种带硅链直流系统母线对地绝缘电阻的

检测装置及方法，用以解决现有的绝缘电阻检测方法应用于带硅

链的直流系统时母线对地绝缘电阻检测偏差大的问题。

为解决上述问题，本发明采取的技术方案为：带硅链直流系统母线对地电阻的检测装置，包括CPU、正负母线对地电压测量电路、平衡桥不平衡桥切换电路、支路漏电流传感器信号检测电路、A/D转换电路、RS485通讯电路、多路转换开关电路、拨码开关地址设置电路、LED显示电路、看门狗电路，所述的正负母线对地电压测量电路为：硅链两侧的合闸母线、控制母线分别经在电气上互锁的第二切换开关和第三切换开关接至第一检测电阻一端，第一检测电阻另一端经第一接地开关接地；负母线经与第一检测电阻等大的第二检测电阻后经第一接地开关接地。

本检测装置采用双平衡桥法对合闸母线、控制母线及负母线的对地电阻进行检测。在检测开始时第一接地开关首先闭合；第一检测电阻、第二检测电阻为两个等大的检测电阻，用于检测正负母线对地电压；第二切换开关和第三切换开关为检测电路接入合闸母线、控制母线的切换开关，这两个切换开关在电气上互锁，即任何时刻最多只能投入一个。

CPU控制第一接地开关、第二切换开关、第三切换开关动作,实现合闸母线、控制母线对地电压检测电路切换，检测电压经整形变换电路处理后送到A/D转换电路；同时CPU控制多路转换开关，将各支路的漏电流传感器信号切换到A/D转换电路的相应通道。CPU采集经AD转换的正负母线对地电压及所有支路漏电流信号的数字量，并对采集到的数字量进行滤波处理后，按一定的方法判断、计算正负母线对地 绝缘电阻。电压整型变换的目的是将母线对地的高电压变换为A/D转换电路能接受的低电压，同时为了保证检测精度通过运算放大器等器件进行必要的阻抗变换。

该检测装置针对带硅链直流系统计算正负母线对地电阻所需要的检测量，对正负母线对地电压测量电路进行了改进，形成了所谓的双平衡桥检测电路，采用该电路检测出电压值，才能计算在各种绝缘故障情况下准确计算出合闸母线、控制母线、负母线的对地电阻。

应用所述的带硅链直流系统母线对地电阻的检测装置进行检测的方法，包括如下步骤：

步骤一、在CPU控制下,应用双平衡桥法依次测得合闸母线、控制母线、负母线对地电压及所有支路直流漏电流传感器的测值；

步骤二、CPU根据所有支路直流漏电流传感器的测值确定正负母线绝缘接地情况，采用相应的公式计算正负母线的对地电阻；

步骤三、CPU控制不平衡桥切换电路投切，按不平衡桥法对合闸母线、控制母线、负母线对地电压及各支路直流漏电流传感器信号进行检测，用于计算各支路正负极对地电阻。

步骤一二用于计算带硅链直流系统正负母线对地电阻，仅凭步骤一二测得的数据不能计算出支路正负极绝缘均降低情况下该支路正负极对地电阻，因此按“不平衡桥法”再次检测，是为了计算各支路正负极对地电阻，“双平衡桥法”是对“不平衡桥法”无法准确计算正负母线对地电阻问题的改进。

本方法通过双平衡桥检测出合闸母线、控制母线两段正负母线对地电压及支路漏电流传感器信号测值，通过对支路漏电流传感器数据的分析,判断出属于哪种绝缘接地情况，再采用相应的计算公式。由于计算方法考虑了硅链压降，解决了带硅链直流系统母线对地绝缘电阻应用现有技术计算偏差太大的问题，达到无硅链直流系统母线对地绝缘电阻同样的检测精度，从而避免了因计算偏差过大大造成的误报、漏 报等严重后果。

附图说明

图1是带硅链直流系统双平衡桥检测原理图；

图2是带硅链直流系统双平衡桥检测等效电路图；

图3是合闸母线绝缘降低时双平衡桥检测等效电路图；

图4是控制母线绝缘降低时双平衡桥检测等效电路图；

图5是负母线绝缘降低时双平衡桥检测等效电路图；

图6是合闸母线、控制母线同时绝缘降低时双平衡桥检测等效电路图；

图7是合闸母线、负母线同时绝缘降低时双平衡桥检测等效电路图；

图8是控制母线、负母线同时绝缘降低时双平衡桥检测等效电路图；

图9是本发明实施例提供的绝缘检测装置硬件示意图；

图10是本发明实施例提供的绝缘电阻检测方法流程图。

具体实施方式

带硅链直流系统母线对地电阻的检测装置，如图9所示，包括CPU、正负母线对地电压测量电路、平衡桥不平衡桥切换电路、支路漏电流传感器信号检测电路、A/D转换电路、RS485通讯电路、多路转换开关电路、拨码开关地址设置电路、LED显示电路、看门狗电路，如图1所示所述的正负母线对地电压测量电路为：硅链两侧的合闸母线HM、控制母线KM分别经在电气上互锁的第二切换开关K2和第三切换开关K3接至第一检测电阻R1一端，第一检测电阻R1另一端经第一接地开关K1接地；负母线FM经与第一检测电阻R1等大的第二检测电阻后经第一接地开关K1接地。

所谓双平衡桥法是指在检测开始时，先将第一接地开关K1闭合，再闭合第二切换开关K2，接着将一对等大的第一检测电阻R1、第二检测电阻R2接入合闸母线HM和负母线FM与地线PE之间，形成第一个平衡桥，测出合闸母线HM与地线PE之间的电压V1及负母线FM与地线PE之间的电压V2，同时测出合闸母线HM所有支路直流漏电流传感器的测值；然后断开第二切换开关K2，闭合第三切换开关K3， 再将第一检测电阻R1、第二检测电阻R2接入控制母线KM和负母线FM与地线PE之间，形成第二个平衡桥，测出控制母线KM与地线PE之间的电压V3及负母线FM与地线PE之间的电压V4，同时测出控制母线所有支路直流漏电流传感器的测值。至此，一个双平衡桥检测过程结束。

为便于分析计算，根据双平衡桥法工作原理，本检测装置的检测电路采用图2所示的等效检测电路表示。图中检测电路I是第二切换开关K2闭合对合闸母线HM段进行检测时的情况，检测电路II是第三切换开关K3闭合对控制母线KM段进行检测时的情况，其中第三、第四检测电阻R3、R4是第一、第二检测电阻R1、R2的等效检测电阻，实际是分时使用的第一、第二检测电阻R1、R2，因此R3＝R4＝R1＝R2。对合闸母线HM段进行检测时第一接地开关K1闭合，对控制母线KM段进行检测时等效接地开关K1’，实际是分时使用的第一接地开关K1闭合。

合闸母线电压Vh是指合闸母线HM与负母线FM之间的电压，控制母线电压Vk是指控制母线KM与负母线FM之间的电压，因此有：

Vh＝V1+V2

Vk＝V3+V4

设硅链压降为Vg，则：Vg＝Vh-Vk

对于带硅链的直流系统，无论是合闸母线发生绝缘故障还是控制母线发生绝缘故障时，硅链两端压降Vg不会因此而改变。绝缘检测装置采用双平衡桥法进行检测时，对电压的检测时间很短，在检测过程中硅链两端电压Vg可以认为不变。因此，就某一次检测而言，可以将硅链等效成一个电压源。

根据运行经验，带硅链直流系统母线对地绝缘故障可分为下面几种情况：

A、合闸母线HM对地绝缘降低。

B、控制母线KM对地绝缘降低。

C、负母线FM对地绝缘降低。

D、合闸母线HM、控制母线KM同时对地绝缘降低。

E、合闸母线HM、负母线FM同时对地绝缘降低。

F、控制母线KM、负母线FM同时对地绝缘降低。

在实际运行中，A、B、C单母线绝缘降低发生概率较高，D、E、F双母线对地绝缘同时降低发生概率很低，并且正负母线同时降低到一定值时会导致相应支路断路器保护动作，切断支路供电。

采用双平衡桥法检测时，可以容易地从支路漏电流传感器的测值判断出支路是正极绝缘下降还是负极绝缘下降，检测装置综合全部直流漏电流传感器的测值可以初步判断出直流系统属于前面A至F六种情况中的哪种情况，以采用相应的计算公式。

设合闸母线HM对地绝缘电阻为Rh，控制母线KM对地绝缘电阻为Rk，负母线FM对地绝缘电阻为Rf,再设检测电阻R1＝R2＝R3＝R4＝R0，通过下面算法，可以由双平衡桥法测得的合闸母线与地线之间的电压V1、负母线与地线之间的电压V2、控制母线与地线之间的电压V3、负母线与地线之间的电压V4计算出前面六种情况正负母线对地电阻。

对于情况A，双平衡桥检测的等效检测电路如图3所示。

由图3，对合闸母线HM侧平衡桥检测时，有：

且R1＝R2＝R0

由此求得：

对控制母线KM侧平衡桥检测时，有：

且R3＝R4＝R0

由此可得：

对于情况B，双平衡桥检测的等效检测电路如图4所示。

由图4,对合闸母线HM侧平衡桥检测时，有：

且R1＝R2＝R0

由此求得：

对控制母线KM侧平衡桥检测时，有：

且R3＝R4＝R0

由此求得：

对于情况C，双平衡桥检测的等效检测电路如图5所示。

由图5,对合闸母线HM侧平衡桥检测时，有：

且R1＝R2＝R0

由此求得：

对控制母线KM侧平衡桥检测时有：

且R3＝R4＝R0

由此求得：

负母线单极接地时,由于V1/V2＝V3/V4,因此上面两式计算结果完全一致。

对于情况D，双平衡桥检测的等效检测电路如图6所示。

由图6,对合闸母线HM侧平衡桥检测时，有：

且R1＝R2＝R0

对控制母线KM侧平衡桥检测时，有：

且R3＝R4＝R0

上面两式联立，求解关于Rh、Rk的方程组，可求得：

对于情况E，双平衡桥检测的等效检测电路如图7所示。

由图7,对合闸母线HM侧平衡桥检测时，有：

且R1＝R2＝R0

对控制母线KM侧平衡桥检测时，有：

且R3＝R4＝R0

上面两式联立，求解关于Rh、Rf的方程组，可求得：

对于情况F，双平衡桥检测的等效检测电路如图8所示。

由图8,对合闸母线HM侧平衡桥检测时，有：

且R1＝R2＝R0

对控制母线KM侧平衡桥检测时，有：

且R3＝R4＝R0

上面两式联立，求解关于Rh、Rf的方程组，可求得：

应用带硅链直流系统母线对地电阻的检测装置进行检测的方法，包括如下步骤：

步骤一、在CPU控制下,应用双平衡桥法依次测得合闸母线、控制母线、负母线对地电压及所有直流配线支路漏电流传感器的测值；

步骤二、CPU根据所有直流输出支路漏电流传感器的测值确定正负母线绝缘接地情况，采用相应的公式计算正负母线的对地电阻；

步骤三、CPU控制不平衡桥切换电路投切，按不平衡桥法对合闸母线、控制母线、负母线对地电压及各支路漏电流传感器信号进行检测，用于计算各支路正负极对地电阻。

步骤二中双平衡桥检测结束后CPU根据所有直流输出支路漏电流传感器信号测值，确定系统正负母线绝缘接地情况属于前述A至F中的哪种类型；

如果是类型A，即：仅合闸母线HM对地绝缘降低，则合闸母线侧采用下面公式计算合闸母线HM对地电阻Rh：

控制母线侧采用下面公式计算合闸母线HM对地电阻Rh：

如果是类型B，即：仅控制母线KM对地绝缘降低，则合闸母线侧采用下面公式计算控制母线KM对地电阻Rk：

控制母线侧采用下面公式计算控制母线KM对地电阻Rk：

如果是类型C，即：仅负母线FM对地绝缘降低，则合闸母线侧及控制母线侧计算结果相同，负母线FM对地电阻Rf计算公式：

或

如果是类型D，即：合闸母线HM与控制母线KM同时对地绝缘降低，则采用下面公式计算合闸母线HM对地电阻Rh及控制母线KM对地电阻Rk：

如果是类型E，即：合闸母线HM与负母线FM同时对地绝缘降低，则采用下面公式计算合闸母线HM对地电阻Rh及负母线FM对地电阻Rf：

如果是类型F，即：控制母线KM与负母线FM同时对地绝缘降低，则采用下面公式计算控制母线KM对地电阻Rk及负母线FM对地电阻Rf：

。

Claims (2)

1.带硅链直流系统母线对地电阻的检测装置，包括CPU、正负母线对地电压测量电路、平衡桥不平衡桥切换电路、支路漏电流传感器信号检测电路、A/D转换电路、RS485通讯电路、多路转换开关电路、拨码开关地址设置电路、LED显示电路和看门狗电路，其中，平衡桥不平衡桥切换电路、RS485通讯电路、多路转换开关电路、拨码开关地址设置电路、LED显示电路和看门狗电路均与CPU连接，正负母线对地电压测量电路和支路漏电流传感器信号检测电路均通过A/D转换电路与CPU连接，平衡桥不平衡桥切换电路与正负母线对地电压测量电路连接，多路转换开关电路与支路漏电流传感器信号检测电路连接，其特征在于：所述的正负母线对地电压测量电路为：硅链两侧的合闸母线、控制母线分别经在电气上互锁的第二切换开关和第三切换开关接至第一检测电阻一端，第一检测电阻另一端经第一接地开关接地；负母线经与第一检测电阻等大的第二检测电阻后经第一接地开关接地。

2.根据权利要求1所述的带硅链直流系统母线对地电阻的检测装置进行检测的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一、在CPU控制下,应用双平衡桥法依次测得合闸母线、控制母线、负母线对地电压及所有支路漏电流传感器的测值；

步骤二、CPU根据所有支路漏电流传感器的测值确定正负母线绝缘接地情况属于下述六种情况的哪一种，所述六种情况分别为：合闸母线接地、控制母线接地、负母线接地、合闸母线和控制母线同时接地、合闸母线和负母线同时接地、控制母线和负母线同时接地；然后通过所确定的绝缘接地情况的双平衡桥检测等效电路计算正负母线的对地电阻；

步骤三、CPU控制不平衡桥切换电路投切，按不平衡桥法对合闸母线、控制母线、负母线对地电压及各支路漏电流传感器信号进行检测，用于计算各支路正负极对地电阻。