CN108375711A - 一种双极不接地hvdc电源系统的绝缘监察方法 - Google Patents

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曾大庆
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熊伟
蒋伟
王博文
高昇
陈亮亮
高双松
林鹏
熊伟新
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Abstract

本发明公开了一种双极不接地HVDC电源系统的绝缘监察方法，其特征在于，包括以下步骤：测量主进正极母线对地电压V+，测量主进负极母线对地电压V‑，若V+、V‑的绝对值的偏差大于V+或者V‑的20％时，判定V+和V‑处于不平衡状态；启动不平衡电桥测量电路，测量正极母线对地绝缘电阻值RL+，测量负极母线对地绝缘电阻RL‑。本发明的有益效果在于，各系统之间不易形成互相干扰，能有效避免测量误差和误报警现象；绝缘故障检出周期短，系统反应灵敏。

Description

一种双极不接地HVDC电源系统的绝缘监察方法
技术领域
本发明涉及通信、数据机房电源配电领域，具体涉及对高压直流(HVDC)配电系统的正、负极与地间的绝缘状况进行实时监察的一种解决方案。
背景技术
通信传输机房或数据中心机房中，为保证不间断供电，传统手段是采用-48V直流备电或者380V/220V低压交流备电，但随着网络发展，电源容量剧增，-48V直流备电存在电流大损耗大的缺点、交流备电所需的UPS效率低的缺点日益显现，目前有效的解决措施是采用240V或336V高压直流电源系统，该系统提升了系统电压，降低了系统电流，使得电力传输损耗大大降低，节能环保。但由于电压升高，加强了对配电系统的绝缘性要求，以确保安全用电。行业标准要求，高压直流系统必须配置绝缘监察装置，该装置具备在线检测电源系统正、负极对地间的绝缘性能，一旦绝缘下降，能产生警告信息并显示绝缘电阻值，以便及时排除故障。由于通信电源系统采用正、负极均不接地的高压直流悬浮供电方式，故所配置的绝缘监察装置需具备正、负极同时监察的能力。
目前现有的绝缘监察方法是，系统按固定时间间隔对主进母线投入检测电桥，监测到绝缘电阻低于设定值时，启动出线支路巡检功能，通过向母线注入低频检测电流(交流法)或投入检测电桥(直流法)，结合各支路的漏电流传感器，计算出各支路的接地电阻值。
上述绝缘监察方法的缺点是，同一配电母线上可能挂接有不同厂家不同设备的绝缘监察系统，各系统之间存在同时注入检测电流或同时投入检测电桥，互相形成干扰的情况，造成检测数据存在误差或者有误报警的状况。同时，出线支路采用巡检方式，当输出支路很多时，巡检一周需花费很长时间，系统反应迟钝。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明提出了一种双极不接地HVDC电源系统的绝缘监察方法。
为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种双极不接地HVDC电源系统的绝缘监察方法，包括以下步骤：测量主进正极母线对地电压V+，测量主进负极母线对地电压V-，若V+、V-的绝对值的偏差大于V+或者V-的20％时，判定V+和V-处于不平衡状态；启动不平衡电桥测量电路，测量正极母线对地绝缘电阻值RL+，测量负极母线对地绝缘电阻RL-。
作为优选方案，不平衡电桥测量电路依次启动开关K1和开关K2，当开关K1闭合、开关K2断开时：
当开关K1断开、开关K2闭合时：
其中，R为不平衡电桥投入的参考电阻，为预先设定值，V+为开关K1闭合、开关K2断开时，主进正极母线对地电压；V-为开关K1闭合、开关K2断开时，主进负极母线对地电压；V+’为开关K1断开、开关K2闭合时，主进正极母线对地电压；V-’为开关K1断开、开关K2闭合时，主进负极母线对地电压；根据公式(1)和(2)计算出正极母线对地绝缘电阻值RL+和负极母线对地绝缘电阻RL-。
作为优选方案，还包括出线支路检测步骤，假设有m条出线支路，测量出线支路n的正极绝缘电阻RLn+值及负极绝缘电阻RLn-值，其中n≤m。
作为优选方案，各支路正极出线和负极出线同时穿过漏电流传感器，当开关K1闭合、开关K2断开时：
当开关K1断开、开关K2闭合时：
其中ILn为开关K1闭合、开关K2断开时测得的出线支路n漏电流值；ILn’为开关K1断开、开关K2闭合时测得的出线支路n漏电流值；根据公式(3)和(4)计算出出线支路n的正极绝缘电阻RLn+值及负极绝缘电阻RLn-值。
作为优选方案，所述漏电流传感器是霍尔传感器。
作为优选方案，所述出线支路同时检测，数据统一发送。
作为优选方案，所述进出线对地绝缘电阻值小于告警阈值将触发告警，告警阈值可在0～30kΩ范围设定。
本发明的有益效果在于，同一HVDC配电母线同时挂接多个厂家不同设备的绝缘监察系统时，各系统之间不易形成互相干扰，能有效避免测量误差和误报警现象；绝缘故障检出周期短，系统反应灵敏。
附图说明
图1是本发明的进线绝缘监测原理框图。
图2是本发明的出线绝缘监测原理框图。
图3是本发明的典型实施案例原理框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，通信机房高压直流电源系统采用336V/240V正负极均不接地的方式，正常情况下，其正负极母线对地绝缘电阻在10兆欧以上，此时测得的正负母线对地电压V+和V-因装置内部电阻(兆欧级)的分压而保持平衡，其绝对值大致相等；绝缘监察装置工作时，绝缘监察装置内部电压比较电路对V+和V-进行实时比对，当两者的绝对值偏差大于设定范围时(一般为20％左右)，说明有绝缘故障产生，CPU依次启动不平衡电桥的开关K1、K2，分别对V+和V-值进行检测。
当K1闭合、K2断开时：
当K1断开、K2闭合时：
其中R为不平衡电桥投入的参考电阻，为固定值，V+、V-、V+’、V-’分别为两次投入后电路稳定时测得的正、负母线对地电压值(非平衡电桥测量电路总投入周期约为5～8秒)，根据以上两方程式，系统可计算出进线端正极绝缘电阻RL+值及负极绝缘电阻RL-值。
紧接着，系统启动出线支路绝缘监测程序，如图2所示，各支路正、负出线同时穿过漏电流传感器CT1～CTn，若支路存在绝缘故障时，漏电流将被支路检测模块检出，与主机内部的不平衡电桥的开关K1、K2配合，即可测算出各支路的绝缘电阻值，具体过程如下(按支路1为例，其余支路相同)：
当K1闭合、K2断开时：
当K1断开、K2闭合时：
其中V+、V-、V+’、V-’分别为两次测得的正、负母线对地电压值，IL1、IL1’为两次测得的漏电流值，根据以上两方程式，系统可计算出支路1正极绝缘电阻RL1+值及负极绝缘电阻RL1-值。同理，支路2、支路3、支路n的正、负极绝缘电阻值可通过支路检测模块测得的漏电流数据一次性算出。这种支路检测方式为准在线方式，即各支路同时检测，数据统一发送、集中运算，与每个支路轮流巡检的方式相比，大大缩短了在各个支路逐次投入电桥后等待电路稳定所花费的时间，检测总时间控制在15秒内，而原有方式每路需花费5～15秒，分支路数较多的话，系统反应十分迟钝。
典型实施案例如图3所示，系统由绝缘监察主机、人机界面、支路绝缘采集模块、上下行通讯接口等组成，绝缘监察主机为系统核心，主要负责系统的调度与交互、人机界面的驱动、下行支路模块数据的读取、数据的存储与备份等等，同时负责主进母线绝缘状态的监测；支路绝缘采集模块连接各支路漏电流互感器，将采集到的漏电流数据通过下行接口送入主机，与主机内的不平衡电桥配合，得出各支路的绝缘电阻数值；人机界面配合主机实现数据显示、报警指示、参数预设等等功能，通过人机界面的输入，系统绝缘电阻告警阈值可在0～30kΩ范围设定。
另外，系统可挂接支路电量采集模块及支路状态采集模块，实现电压、电流、功率、电能等电量参数的测量显示，支路开闭状态的指示等等功能。RS485上行接口可实现与上位机对接，实现后台管理、远程监控等。

Claims (7)

1.一种双极不接地HVDC电源系统的绝缘监察方法，其特征在于，包括以下步骤：测量主进正极母线对地电压V+，测量主进负极母线对地电压V-，若V+、V-的绝对值的偏差大于V+或者V-的20％时，判定V+和V-处于不平衡状态；启动不平衡电桥测量电路，测量正极母线对地绝缘电阻值RL+，测量负极母线对地绝缘电阻RL-。
2.根据权利要求1所述的一种双极不接地HVDC电源系统的绝缘监察方法，其特征在于，不平衡电桥测量电路依次启动开关K1和开关K2，当开关K1闭合、开关K2断开时：
当开关K1断开、开关K2闭合时：
其中，R为不平衡电桥投入的参考电阻，为预先设定值，V+为开关K1闭合、开关K2断开时，主进正极母线对地电压；V-为开关K1闭合、开关K2断开时，主进负极母线对地电压；V+’为开关K1断开、开关K2闭合时，主进正极母线对地电压；V-’为开关K1断开、开关K2闭合时，主进负极母线对地电压；根据公式(1)和公式(2)计算出正极母线对地绝缘电阻值RL+和负极母线对地绝缘电阻RL-。
3.根据权利要求1所述的一种双极不接地HVDC电源系统的绝缘监察方法，其特征在于，还包括出线支路检测步骤，假设有m条出线支路，测量出线支路n的正极绝缘电阻RLn+值及负极绝缘电阻RLn-值，其中n≤m。
4.根据权利要求3所述的一种双极不接地HVDC电源系统的绝缘监察方法，其特征在于，各支路正极出线和负极出线同时穿过漏电流传感器，当开关K1闭合、开关K2断开时：
当开关K1断开、开关K2闭合时：
其中ILn为开关K1闭合、开关K2断开时测得的出线支路n漏电流值；ILn’为开关K1断开、开关K2闭合时测得的出线支路n漏电流值；根据公式(3)和公式(4)计算出出线支路n的正极绝缘电阻RLn+值及负极绝缘电阻RLn-值。
5.根据权利要求4所述的一种双极不接地HVDC电源系统的绝缘监察方法，其特征在于，所述漏电流传感器是霍尔传感器。
6.根据权利要求4所述的一种双极不接地HVDC电源系统的绝缘监察方法，其特征在于，所述出线支路同时检测，数据统一发送。
7.根据权利要求4所述的一种双极不接地HVDC电源系统的绝缘监察方法，其特征在于，所述进出线对地绝缘电阻值小于告警阈值将触发告警，告警阈值可在0～30kΩ范围设定。
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