CN105717426A - 一种具有防止母线误动功能的绝缘监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有防止母线误动功能的绝缘监测装置及方法，直流系统电源的两端分别与对应的直流系统正母线及直流系统负母线相连，直流系统正母线及直流系统负母线之间还依次连接有平衡桥电阻电路、不平衡桥电阻电路及母线补偿电阻投切电路，所述母线补偿电阻投切电路还与至少一个直流系统馈出线负载相连；本发明通过检测直流系统正负母线对地电压比值及偏差，通过计算得到的正负母线对地电阻，选择合适的电阻投入，可以很好的达到平抑母线电压比值的效果。

Description

一种具有防止母线误动功能的绝缘监测装置及方法

技术领域

本发明涉及电力系统的电压变电站的直流电源系统范畴，涉及直流系统的绝缘监测装置及方法。

背景技术

直流电源是发电厂、变电站、换流站的重要组成部分，为其信号装置、继电保护装置、测控装置等提供可靠的工作电源。其可靠性直接影响电力系统安全、可靠性。直流系统整个供电网络涉及点多，面广、线长，发生接地交流窜入直流、直流互窜等故障机率很高，一旦有故障发生，就可能造成巨大的损失。因此直流电源的绝缘检测功能显得尤为重要。

在电网的一些规范及标准中要求直流系统母线对地电压应小于额定电压的55％，当超出此值时，产品应当告警。同时还要求为防止直流系统一点接地引发保护误动，直流系统正负母线对地电压比值不得超出1.22，超出时应发出告警信息。

多数厂家的装置都可以满足上述要求，但是随着智能变电站及无人值守变电站的建设，即便装置检测到母线对地电压超出允许范围发出报警，等工作人员获取信息到现场排查仍需要一段时间，如果在此时间段接地故障未自动消失，且状况继续加剧的话，则极有可能导致保护装置误动，带来不必要的损失。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种具有防止母线误动功能的绝缘监测装置及方法，本发明通过检测直流系统正负母线对地电压比值及偏差，通过计算得到的正负母线对地电阻，选择合适的电阻投入，可以很好的达到平抑母线电压比值的效果。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

一种具有防止母线误动功能的绝缘监测装置，包括：直流系统电源，直流系统电源的两端分别与对应的直流系统正母线及直流系统负母线相连，直流系统正母线及直流系统负母线之间还依次连接有平衡桥电阻电路、不平衡桥电阻电路及母线补偿电阻投切电路，所述母线补偿电阻投切电路还与至少一个直流系统馈出线负载相连；

实时采集直流系统正母线对地电压及直流系统负母线对地电压，根据采集的电压值计算母线对地接地电阻等效值，当测量等效电阻达到设定门槛时，启动不平衡桥电阻电路的投切，进行实际绝缘电阻的检测，从而选择需要投切的补偿电阻的大小。

进一步的，所述平衡桥电阻电路包括相串联的平衡桥电阻R1及R2且R1＝R2。

进一步的，所述不平衡桥电阻电路包括相串联的不平衡桥电阻R3及R4且R3＝R4，不平衡桥电阻R3所在的桥臂上串联有不平衡桥投切开关S1，不平衡桥电阻R4所在的桥臂上串联有不平衡桥投切开关S2。

进一步的，母线补偿电阻投切电路包括与正母线对应的三个上桥臂及与负母线对应的三个下桥臂，每个上桥臂均包括正母线补偿电阻及与正母线补偿电阻相串联的正母线补偿电阻投切开关，每个下桥臂均包括负母线补偿电阻及与负母线补偿电阻相串联的负母线补偿电阻投切开关。

进一步的，正母线补偿电阻投切开关及负母线补偿电阻投切开关的控制信号均由控制器控制。

一种具有防止母线误动功能的绝缘监测方法，包括：

实时采集直流系统正母线对地电压及直流系统负母线对地电压；

根据采集的直流系统正母线对地电压及直流系统负母线对地电压计算母线对地接地电阻等效值；

当测量等效电阻R达到预报警值时，启动不平衡桥的投切，进行实际绝缘电阻的检测得到直流系统正负极对地电阻；

设定报警信息发出条件并根据所计算出的直流系统正负极对地电阻的值，选择需要投切的补偿电阻的大小；

控制系统发出控制信号使对应的正负母线补偿电阻开关闭合，实现平抑正负母线对地电压；

当故障消失或切除故障支路后，断开对应补偿电阻的开关，恢复到正常工作状态。

进一步的，计算母线对地接地电阻等效值时，其计算方式为：

当V₊＞V_-时： $R=\frac{a*V_{-}}{V_{+}-V_{-}}$

当V₊＜V_-时： $R=\frac{a*V_{+}}{V_{-}-V_{+}}$

其中，R>＝本极实际接地电阻，V₊为直流系统正母线对地电压，V_-为直流系统负母线对地电压，R1为平衡桥电阻，R3为不平衡桥电阻。

进一步的，进行实际绝缘电阻的检测，具体为：当S1合上，S2分开，采集此时的直流系统正母线对地电压及直流系统负母线对地电压V₁₊，V_1-，可得到如下公式：

$\frac{R1\left|\right|R3\left|\right|R_{+}}{R1\left|\right|R_{-}}=\frac{V_{1+}}{V_{1-}}=A$ ①

当S2合上，S1分开，采集此时的直流系统正母线对地电压及直流系统负母线对地电压V₂₊，V_2-，可得到如下公式：

$\frac{R1\left|\right|R_{+}}{R1\left|\right|R3\left|\right|R_{-}}=\frac{V_{2+}}{V_{2-}}=B$ ②

由①②式联立解得：直流系统正负极对地电阻R₊，R_-。

报警信息发出条件为，实时判断是否小于T1或是否小于T2，T1小于T2。

本发明的有益效果：

本发明检测直流系统正负母线对地电压比值及偏差，通过计算得到的正负母线对地电阻，选择合适的电阻投入，可以很好的达到平抑母线电压比值的效果,直流系统接地一般是一个渐变的过程，检测到有接地时及时将报警信息上送，通知维护人员，在故障排除之前，使直流系统正负母线对地电压保持在相对平衡的状态，降低保护装置误动或拒动对的风险，提高直流系统的可靠性、稳定性，提高电网运行的安全。

附图说明

图1本发明的整体电路结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

在直流系统的工作过程中，绝缘降低多数是由于线路老化、潮湿等原因导致，其变化过程是一个相对比较缓慢的过程，实施检测直流系统正负母线对地电压比值及偏差，通过计算得到的正负母线对地电阻，选择合适的电阻投入，可以很好的达到平抑母线电压比值的效果。

如图1所示，一种具有防止母线误动功能的绝缘监测装置的电路图，其中：

V1为直流系统正负极电压；V+为直流系统正母线对地电压；V-为直流系统负母线对地电压；R1R2为平衡桥电阻且R1＝R2；R3R4为不平衡桥电阻且R3＝R4；S1、S2为不平衡桥投切开关；S3为正常负载开关，正常情况下此开关闭合，为直流负载提供电源，RP1RP2RP3为正母线补偿电阻；RN1RN2RN3为负母线补偿电阻；SPK1SPK2SPK3为正母线补偿电阻投切开关；SNK1SNK2SNK3为负母线补偿电阻投切开关；SP1SP2SP3为正母线补偿电阻投切开关控制信号；SN1SN2SN3为负母线补偿电阻投切开关控制信号；虚线框内为装置功能实现原理图；虚线框外为系统接线示意图；r为直流系统接地等效电阻；RL……RLn为直流系统馈出线负载。

一种具有防止母线误动功能的绝缘监测装置的工作过程为：

1、实时采集直流系统正母线对地电压V₊，直流系统负母线对地电压V_-，此时开关都处于打开状态；

2、计算母线对地接地电阻等效值，其计算方式为：

当V₊＞V_-时： $R=\frac{a*V_{-}}{V_{+}-V_{-}}$

当V₊＜V_-时：当V+＝V-的状态，两者相等时，通过平衡桥是无法判断出直流

系统是否有接地，要想正确计算就需要步骤3的不平衡桥的投切。

其中R>＝本极实际接地电阻，本极指的的正极或负极，在此处当V+>V-时，本极指负

极，反之为正极。

3、当测量等效电阻R达到一定门槛(预报警值)时，启动不平衡桥的投切，进行实际绝缘电阻的检测，实际绝缘电阻指的是正极对地接地电阻R+和负极对地接地电阻R-,两个电阻可以准确计算。当S1合上，S2分开，采集V₁₊，V_1-，此处指当S1合上S2断开时正极对地电压和负极对地电压，得到如下公式：

$\frac{R1\left|\right|R3\left|\right|R_{+}}{R1\left|\right|R_{-}}=\frac{V_{1+}}{V_{1-}}=A$ ①

当S2合上，S1分开,采集V₂₊，V_2-，此处指S2合上S1分开时正极对地电压和负极对地电压，得到如下公式

$\frac{R1\left|\right|R_{+}}{R1\left|\right|R3\left|\right|R_{-}}=\frac{V_{2+}}{V_{2-}}=B$ ②

由①②式联立解得：直流系统正负极对地电阻R₊,R_-。

4、实时判断是否小于0.55，及是否小于1.22；

5、当判断超出4所描述的其中一个范围时就发出报警信息，并根据所计算出的R₊,R_-的值，选择需要投切的补偿电阻的大小，比如计算出R+＝100K,R_＝0，则在负极与地之间投入一个与R+相近的电阻值，如计算出R+＝100K,R_＝20K,则需投入一个电阻Rx，使得的Rx//R+(电阻并联)的值接近R-，原则是使整个直流系统的正极对地电阻与负极对地电阻相近，以保证满足4的条件。

6、控制系统发出控制信号控制SP1SP2SP3或SN1SN2SN3，使对应的正负母线补偿电阻开关SPK1SPK2SPK3或SNK1SNK2SNK3闭合，开关的闭合是根据5计算出的电阻值，合理选择是闭合一个开关还是多个开关，原则是使整个直流系统的正极对地电阻与负极对地电阻相近，以保证满足4的条件，已达到平抑正负母线对地电压的目的。

7、当故障消失或切除故障支路后，断开对应补偿电阻的开关，回复到正常工作状态。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种具有防止母线误动功能的绝缘监测装置，其特征是，包括：直流系统电源，直流系统电源的两端分别与对应的直流系统正母线及直流系统负母线相连，直流系统正母线及直流系统负母线之间还依次连接有平衡桥电阻电路、不平衡桥电阻电路及母线补偿电阻投切电路，所述母线补偿电阻投切电路还与至少一个直流系统馈出线负载相连；

实时采集直流系统正母线对地电压及直流系统负母线对地电压，根据采集的电压值计算母线对地接地电阻等效值，当测量等效电阻达到设定门槛时，启动不平衡桥电阻电路的投切，进行实际绝缘电阻的检测，从而选择需要投切的补偿电阻的大小。

2.如权利要求1所述的一种具有防止母线误动功能的绝缘监测装置，其特征是，所述平衡桥电阻电路包括相串联的平衡桥电阻R1及R2且R1＝R2。

3.如权利要求1所述的一种具有防止母线误动功能的绝缘监测装置，其特征是，所述不平衡桥电阻电路包括相串联的不平衡桥电阻R3及R4且R3＝R4，不平衡桥电阻R3所在的桥臂上串联有不平衡桥投切开关S1，不平衡桥电阻R4所在的桥臂上串联有不平衡桥投切开关S2。

4.如权利要求1所述的一种具有防止母线误动功能的绝缘监测装置，其特征是，母线补偿电阻投切电路包括与正母线对应的三个上桥臂及与负母线对应的三个下桥臂，每个上桥臂均包括正母线补偿电阻及与正母线补偿电阻相串联的正母线补偿电阻投切开关，每个下桥臂均包括负母线补偿电阻及与负母线补偿电阻相串联的负母线补偿电阻投切开关。

5.如权利要求1所述的一种具有防止母线误动功能的绝缘监测装置，其特征是，正母线补偿电阻投切开关及负母线补偿电阻投切开关的控制信号均由控制器控制。

6.一种具有防止母线误动功能的绝缘监测方法，其特征是，包括：

实时采集直流系统正母线对地电压及直流系统负母线对地电压；

根据采集的直流系统正母线对地电压及直流系统负母线对地电压计算母线对地接地电阻等效值；

当测量等效电阻R达到预报警值时，启动不平衡桥的投切，进行实际绝缘电阻的检测得到直流系统正负极对地电阻；

设定报警信息发出条件并根据所计算出的直流系统正负极对地电阻的值，选择需要投切的补偿电阻的大小；

控制系统发出控制信号使对应的正负母线补偿电阻开关闭合，实现平抑正负母线对地电压；

当故障消失或切除故障支路后，断开对应补偿电阻的开关，恢复到正常工作状态。

7.如权利要求6所述的一种具有防止母线误动功能的绝缘监测方法，其特征是，计算母线对地接地电阻等效值时，其计算方式为：

当V₊＞V_-时：

当V₊＜V_-时：

其中，R>＝本极实际接地电阻，V₊为直流系统正母线对地电压，V_-为直流系

统负母线对地电压，R1为平衡桥电阻，R3为不平衡桥电阻。

8.如权利要求6所述的一种具有防止母线误动功能的绝缘监测方法，其特征是，进行实际绝缘电阻的检测，具体为：当S1合上，S2分开，采集此时的直流系统正母线对地电压及直流系统负母线对地电压V₁₊，V_1-，可得到如下公式：

$\frac{R1||R3||R_{+}}{R1||R_{-}}=\frac{v_{1+}}{v_{1-}}=A$ ①

当S2合上，S1分开，采集此时的直流系统正母线对地电压及直流系统负母线对地电压V₂₊，V_2-，可得到如下公式：

$\frac{R1||R_{+}}{R1||R3||R_{-}}=\frac{v_{2+}}{v_{2-}}=B$ ②

由①②式联立解得：直流系统正负极对地电阻R₊，R_-。

9.如权利要求6所述的一种具有防止母线误动功能的绝缘监测方法，其特征是，报警信息发出条件为，实时判断是否小于T1或是否小于T2,T1小于T2。

10.如权利要求6所述的一种具有防止母线误动功能的绝缘监测方法，其特征是，控制系统发出控制信号SP1SP2SP3或SN1SN2SN3，使对应的正负母线补偿电阻开关SPK1SPK2SPK3或SNK1SNK2SNK3闭合。