CN110488146A - 一种直流配电网绝缘监测系统及直流绝缘监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直流配电网绝缘监测系统及直流绝缘监测装置，属于直流配电领域，直流配电网绝缘监测系统包括监控后台，监控后台通过通讯网络连接至少一个直流绝缘监测装置，每个直流绝缘监测装置对应一条直流母线或者直流母线分段，每个直流绝缘监测装置采样连接对应直流母线或者直流母线分段上的支路漏电流传感器。本发明利用多台直流绝缘监测装置的通讯组网方式，能够对配电网进行全面的监测和准确的故障判断。

Description

一种直流配电网绝缘监测系统及直流绝缘监测装置

技术领域

本发明属于直流配电领域，具体的，涉及一种直流配电网绝缘监测系统及直流绝缘监测装置。

背景技术

近年来，随着新能源分布式发电技术、新型储能技术、直流充电技术、直流变频节能技术的迅猛发展，直流配电网又重新得到了青睐，直流配电网是相对于交流配电网而言的，其提供给负荷的是直流母线，直流负荷可以直接由直流母线供电，而交流负荷需要经过逆变设备后供电，如果负荷中直流负荷比例较大，直流配电将会有较大优势。直流配电网线损小，可靠性高、无需相频控制、接纳分布式电源能力强。

直流配电系统省去了大量分散的整流器(AC/DC)和并网逆变器(DC/AC)，简化了配网结构，提高了系统效率和可靠性，降低了成本。以太阳能和风机为代表的可再生能源直流侧并网变得更便捷和经济。目前在规划建设的综合能源、智慧能源、能源互联网示范项目建设过程中均会涉及到直流配电，直流生态体系在未来综合能源电力互联体系中正在逐步生成。直流配电系统根据分布式电源类型、负荷类型的不同存在单极浮地系统，伪双极系统，真双极直接接地系统、真双极高阻接地系统、真双极小电阻接地系统等多种模式和技术路线。

现有技术中，虽然存在绝缘监测装置，但是没有对直流配电网整体进行监控的系统，难以对整个配电网进行全面的监测和准确的故障判断。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直流配电网绝缘监测系统及直流绝缘监测装置，用于解决现有技术无法对整个配电网进行全面的监测和准确的故障判断的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

本发明提供了一种直流配电网绝缘监测系统，包括监控后台，所述监控后台通过通讯网络连接至少一个直流绝缘监测装置，每个直流绝缘监测装置对应一条直流母线或者直流母线分段，每个直流绝缘监测装置采样连接对应直流母线或者直流母线分段上的支路漏电流传感器，每个直流绝缘监测装置采样对应直流母线或者直流母线分段上的电压，所述支路漏电流传感器设置在所在支路的正极、负极和零极上。

有益效果：利用多台直流绝缘监测装置的通讯组网方式对配电网进行全面的监测和准确的故障判断，解决了现有技术无法对整个配电网进行全面的监测和准确的故障判断的问题。

进一步的，所述直流绝缘监测装置采样连接对应直流母线或者直流母线分段上的联络开关的辅助触点。监测联络开关，有利于对配电系统的整体监测。

进一步的，还包括设于接地电阻柜中的直流绝缘监测装置，所述设于接地电阻柜中的直流绝缘监测装置通过通讯网络连接所述监控后台，所述设于接地电阻柜中的直流绝缘监测装置采样连接接地电阻柜中的各支路漏电流传感器。设于接地电阻柜中的直流绝缘监测装置有利于监测接地电阻柜的状态。

进一步的，同一条直流母线或者同一条直流母线分段的各支路上的支路漏电流传感器之间通过级联方式连接。同一条直流母线或者直流母线分段集中采集，有利于数据处理。

进一步的，所述监控后台通过RS485总线连接一个直流绝缘监测装置，各直流绝缘监测装置通过CAN线级联设置。上述通讯网络组网方式有利于数据传输。

本发明还提供了一种直流绝缘监测装置，所述直流绝缘监测装置用于通过通讯网络连接监控后台，所述直流绝缘监测装置采样连接对应直流母线或者直流母线分段上的支路漏电流传感器，所述直流绝缘监测装置采样对应直流母线或者直流母线分段上的电压。

有益效果：直流绝缘监测装置通过采样连接支路漏电流传感器，并且采样对应母线或者母线分段上的电压，利用通讯组网方式对配电网进行全面的监测和准确的故障判断，解决了现有技术无法对整个配电网进行全面的监测和准确的故障判断的问题。

进一步的，所述直流绝缘监测装置采样连接对应直流母线或者直流母线分段上的联络开关的辅助触点。监测联络开关，有利于对配电系统的整体监测。

进一步的，所述通讯网络为串行通讯网络。串行通讯网络连接方便。

附图说明

图1是本发明的直流配电网绝缘监测系统实施例的直流配电网绝缘监测系统示意图；

图2是本发明的直流配电网绝缘监测系统实施例的直流配电网绝缘监测系统通信组网示意图；

图3是本发明的直流配电网绝缘监测系统实施例的直流配电环网运行示意图；

图4是本发明的直流配电网绝缘监测系统实施例的直流绝缘异常类型判断示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明。

本发明的直流配电网绝缘监测系统实施例：

以真双极小电阻接地直流配电系统为例，针对真双极小电阻接地直流配电系统，直流配电网绝缘监测系统如图1所示，图中每个直流绝缘监测装置对应一条直流母线或者直流母线分段，每个直流绝缘监测装置采样连接对应母线或者母线分段上的支路漏电流传感器(本实施例采用互感器，表示为图1、图2、图3中的黑色圆圈)和联络开关的辅助触点(用于采集联络开关的状态，图中辅助触点表示为黑色或白色的长方形，其中黑色的为常开触点，白色的为常闭触点)，每个直流绝缘监测装置采样对应母线或者母线分段上的电压，支路漏电流传感器设置在所在支路的正极、负极和零极(零极即换流站直流侧接地极)上。而且，还包括一个接地电阻柜对应的直流绝缘监测装置，监测漏电流和接地开关状态，直流电源(PCS1、PCS2、多输出换流器直流侧)中性接地线连接接地电阻(本实施例选取50欧姆)接地。多输出换流器涉及三端，AC10kV、DC750V、AC380V。图1中，母线电压采集直接用虚线连接母线表示，采集漏电流用虚线直接连接支路漏电流传感器表示，采集联络开关状态用虚线连接联络开关上的辅助触点表示。

图1中的直流配电网绝缘监测系统具体配置如下表1所示：

表1：直流配电网绝缘监测系统的设备配置

直流配电网绝缘监测系统通信组网如图2所示，通讯网络为监控后台通过RS485总线(MODBUS通讯规约)连接其中一个直流绝缘监测装置，而各直流绝缘监测装置通过CAN线级联设置。

每台直流绝缘监测装置采样连接各对应母线或母线分段上的各支路的漏电流传感器，每台直流绝缘监测装置采样连接对应母线或母线分段上的电压(如图中U+，U0，U-)。每台直流绝缘监测装置为其对应的漏电流传感器提供12V工作电源及RS232/RS485通讯接入。对于存在母线分段的接线情况，直流绝缘监测装置直接连接联络开关的辅助触点(即图2所示的联络开关位置)。对于一台直流绝缘监测装置，由于涉及的支路很多，每个支路均有漏电流传感器；各支路的漏电流传感器，它们之间通过RS485线路级联设置，同一条直流母线或者直流母线分段集中采集，有利于数据处理。

该直流配电网绝缘监测系统在工作时，直流配电系统存在开环运行与闭环运行两种工况，在直流绝缘异常时，不同位置配置的漏电流传感器因直流系统绝缘异常会检测到漏电流变化，根据变化情况识别直流绝缘异常。

直流配电环网运行如图3所示，当直流配电系统开环运行时，即任何两个直流电源(PCS1、PCS2、多输出换流器直流侧)不构成环路，若此时某段母线段或所连支路发生正、负极接地或者绝缘异常，该母线段或所连支路将和该直流电源中性接地线所连接的接地电阻构成回路。判断时，首先通过在接地电阻柜位置配置漏电流传感器，可以测得对应直流电源设备零极接地电流，然后根据该直流配电系统的联络开关的位置状态判定对应的母线连接关系，根据联络开关位置配置的漏电流传感器漏电流情况判定对应母线是否绝缘异常，最终根据该母线段支路配置的漏电流传感器判定出是对应支路绝缘异常还是母线绝缘异常。如果某段母线的上级联络开关对应的漏电流传感器监测到漏电流，但该母线所连馈出支路均未检测到漏电流，则判定为该段母线绝缘异常。

当直流配电系统在必要情况下需要进行闭环运行时，两个直流电源设备(PCS1和PCS2)进行功率对推，存在功率环流，且正负极功率不平衡(极端情况单极运行)，此时就会有功率流过零极母线，对于直接接地或者以小电阻(50欧姆)接地两种情况，接地回路均会构成零极母线并联回路，会在接地线中有不平衡功率流过。直流配电网绝缘监测系统可以根据采集到的联络开关位置及时进行判别。同时，为了避免较大不平衡功率电流流过接地线，直流配电网绝缘系统同时发出告警，提醒运行人员在该运行工况下，断开其中一个直流电源设备的中性线接地回路，保持只有一点接地。

在监测时，例如为了判断不同类型的直流绝缘异常，如图4所示，图上方的三条线A、B、C分别是正、零、负极母线，图下方的一条线D是地线。电阻R1、R2、R3、R4、R5和R6表示绝缘电阻，绝缘电阻在非故障情况下应为无穷大。该图表示四条支路。

当R1、R2、R3、R4、R5和R6分别接地时，各个电阻通过零极母线的接地电阻均可构成回路，从而产生电流，可以证明R1、R2、R3、R4、R5和R6上流过的电流就是对应支路上的漏电流传感器所测得的电流，上面各个电阻上的电压又容易测得，这样就可以计算出R1,R2,R3,R4,R5,R6等的电阻值，并判断出发生接地的极线。

当R0、R30、R40分别接地时，因零极母线已经通过小电阻接地，此时无法测出漏电流。

当R1和R2同时接地或R5和R6同时接地时，若为直接接地或者接地电阻较小，直流配电系统的继电保护装置可以判断出故障，直接跳闸，跳闸后无法测算馈出线接地电阻值。若接地电阻较大且两个接地点电阻值不相等，此时可以测出漏电流，但是无法准确测出R1、R2或R5、R6的接地电阻值，即无法判断出对应的接地极线。若接地电阻较大且两个接地点电阻值相等时，此时无漏电流产生，因此无法测出R1、R2或R5、R6接地电阻值。但是这种完全同阻且电阻值较大的接地情况出现的概率极小，属于小概率偶然事件。

当发生R3和R30同时接地或R4和R40同时接地时，若直接接地或者接地电阻较小时，直流配电系统的继电保护装置可以判断出故障，直接跳闸，跳闸后无法测算馈出线接地电阻值。若接地电阻较大，则无论两个接地点电阻值相等与否，此时均可以测出漏电流，然后根据漏电流可以准确测出R3或R4接地电阻值，并判断出对应接地极线。

作为其他实施方式，对于不同接地类型的直流配电网系统，可通过改变接地电阻柜对应的直流绝缘监测装置的设置，运用上述实施例中的监测方式对其进行监测。

上述实施例中采用了RS485和CAN网络结合的通讯方式。作为其他实施方式，可采用其他本领域技术人员常用的通讯方式设置直流配电网绝缘监测系统的通讯网络。

本发明的直流绝缘监测装置实施例：

在直流配电网绝缘监测系统中，直流绝缘监测装置通过通讯网络连接监控后台，直流绝缘监测装置采样连接对应母线或者母线分段上的支路漏电流传感器，直流绝缘监测装置采样对应母线或者母线分段上的电压。本实施例中直流绝缘监测装置即为以上实施例中的直流绝缘监测装置，其具体结构、工作方式在此不再赘述。

Claims (8)

1.一种直流配电网绝缘监测系统，包括监控后台，其特征在于，所述监控后台通过通讯网络连接至少一个直流绝缘监测装置，每个直流绝缘监测装置对应一条直流母线或者直流母线分段，每个直流绝缘监测装置采样连接对应直流母线或者直流母线分段上的支路漏电流传感器，每个直流绝缘监测装置采样对应直流母线或者直流母线分段上的电压，所述支路漏电流传感器设置在所在支路的正极、负极和零极上。

2.根据权利要求1所述的直流配电网绝缘监测系统，其特征在于，所述直流绝缘监测装置采样连接对应直流母线或者直流母线分段上的联络开关的辅助触点。

3.根据权利要求1所述的直流配电网绝缘监测系统，其特征在于，还包括设于接地电阻柜中的直流绝缘监测装置，所述设于接地电阻柜中的直流绝缘监测装置通过通讯网络连接所述监控后台，所述设于接地电阻柜中的直流绝缘监测装置采样连接接地电阻柜中的各支路漏电流传感器。

4.根据权利要求1所述的直流配电网绝缘监测系统，其特征在于，同一条直流母线或者同一条直流母线分段的各支路上的支路漏电流传感器之间通过级联方式连接。

5.根据权利要求1-4任一项所述的直流配电网绝缘监测系统，其特征在于，所述监控后台通过RS485总线连接一个直流绝缘监测装置，其余的各直流绝缘监测装置通过CAN线级联设置。

6.一种直流绝缘监测装置，其特征在于，所述直流绝缘监测装置用于通过通讯网络连接监控后台，所述直流绝缘监测装置采样连接对应直流母线或者直流母线分段上的支路漏电流传感器，所述直流绝缘监测装置采样对应直流母线或者直流母线分段上的电压。

7.根据权利要求6所述的直流绝缘监测装置，其特征在于，直流绝缘监测装置采样连接对应直流母线或者直流母线分段上的联络开关的辅助触点。

8.根据权利要求6所述的直流绝缘监测装置，其特征在于，所述通讯网络为串行通讯网络。