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电力系统中直流接地电阻检测的新原理

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直流操作电源是一些重要常规负荷电力系统继电保护装置等的不停电供电电源当直流系统发生一点接地故障(直接接地或对地绝缘电阻减小)时,一般不会立即产生危害性后果,但若发生两点同时接地,则可能造成信号装置、控制回路和继电保护装置的误动作,致使断路器跳闸,或直接造成直流操作电源短路,从而引发严重的电力系统事故。因此,不允许直流系统在一点接地的情况下长期运行。必须对直流操作电源进行连续的在线监视,当其某一点出现接地故障时,立即发出报警信号,提示工作人员查找并排除接地故障,从而杜绝因直流系统接地而引起电力系统故障要排除接地故障,首先要找到故障点因此,直流系统对地绝缘电阻的检测,包括3个组成部分:①直流正负极母线或线缆对地绝缘电阻的数值检测及故障判断;②判断接地故障所在支路的绝缘电阻巡回检测,③接地故障点具体位置的探测或查找。下面先回顾目前普遍采用的直流系统接地电阻的交流检测法,然后,详细介绍新的接地电阻检测原理1交流检测法目前,人们普遍采用通过给直流系统注入低频交流信号来检测接地电阻的方法要准确检测直流系统对地电阻,必须考虑直流系统母线和馈电电缆对地分布电容的存在,该分布电容随直流系统容量、供电现场特点的不同而不同1.1判断接地故障所在线缆极性和所在支路的巡回检测注入低频交流信号法检测直流系统对地电阻的原理框图如所示。在检测电路CPU的控制下,周期性地对各个支路进行巡回检测。当某一支路正常时,通过电流传感器原边的正反方向电流完全相等,总效应为零,传感器输出为零当某一支路(如3号支路)中发生接地故障时,从该支路的电流传感器,可以测出从低频交流信号源到地的低频电流,据此,可以算出直流系统对地绝缘电阻Rd的大小。根据传感器所在支路的不同,可以判断出接地故障所在的支路,根据信号源迭加的母线的不同,可以判断直流系统接地故障所在线缆的电压极性但不足之处是,检测精度受系统分布电容影响较大1.2用注入低频交流信号法探测直流系统接地故障点要排除故障,必须找到故障点所以,在用接地电阻巡检电路判断出故障所在支路后,必须进一步探测出接地故障点的具体位置因直流供电系统的复杂性,接地故障点探测器必须做成可以移动的便携装置。接地故障点探测器,从本质上讲,是一个用钳型电流传感器做成的电流检测器,只是该电流检测器必须根据交流信号的频率幅值和相位,计算出接地电阻的数值如所示,假设接地电阻巡检电路己经检测出接地故障位于3号支路的正极用钳型电流传感器,在电源端(靠近直流电源屏)同时卡住3号支路正负极两条供电线缆,连续向末端(负载端)滑动。在接地点之前,接地电阻数值几乎不变,一旦越过接地故障点,接地电阻的数值立即加,由此判断出接地故障的具体位置上述交流法探测接地故障点,探测结果受系统分布电容的影响很大,当系统分布电容很大时,交流法几乎无法探测出接地故障点的具体位置。 2直流检测法21用直流检测法对直流系统正负极对地绝缘电阻进行数值检测注入低频交流信号检测法,需要交流信号源因分布电容引起的容抗和频率有关,为满足绝缘电阻的检测精度,必须对交流信号的幅值和频率分别进行控制,使其具有一定的精度和稳定度,这使得交流信号源电路(或交流信号发生器)较为复杂。同时,交流电流信号的幅值和相位的检测也相对复杂,而且检测精度都不同程度地受到分布电容的影响另一方面,向直流系统注入交流信号,实际上是给直流系统加了一个干扰源,对系统的性能有一定的负面影响,特别是在为了提高检测精度,加信号幅值时,甚至会造成直流系统某些部分的误动作,因而常受到现场人员的抵制为克服交流检测法的不足,笔者提出一种新的接地电阻检测电路。原理图如所示图中左半部分用来进行直流系统正负极母线或线缆总的对地绝缘电阻检测图中,兄,沁为待测参数,分别表示直流母线正负极对地绝缘电阻系统正常时,兄,R2很大,通过RUR2的泄漏电流可以忽略2,4为耐压400V以上的光控开关,主要用来实现控制信号和被检测电路的隔离;Ou3为光电耦合器,其作用是实现检测电路的输出信号和被检测电路的隔离,同时实现线性“放大”R4,R8为限流电阻,CBS监控信号当CB为高电平时,2导通,控制母线正控制母线负极KM-产生电流,该电流在Oi的输出三极管的射极产生电压,经R5,G滤波后,输入计算机,然后计算机可以根据该电路的输入、输出特性(直流母线电压近似为定值220(1±1%)V或110(1±1%)V),算出直流母线负极对地绝缘电阻R2类似地,当给CB低电平时,可以求出直流系统正极对地绝缘电阻Ri上述计算方法适用于化和R2只有一个减小的情况,当Ri,R2同时减小时,在CB为高低两种电平的情况下,测得的两个电流数值都较大,可以列出两个方程,联立求解,即可得到Ri和R2该检测电路(所示系统的左半部分)具有以下显著优点:①直接利用操作电源作为检测电源,对被测量进行直接检测,可分别自动检测正、负极对地接地电阻,而且数值准确;②检测精度不受直流系统分布电容的影响,③功率电路与检测电路隔离,可靠性高,适合于微机检测,也可以直接驱动电压比较器或数值指示电路,做成单元监视器。 2.2用直流检测法对直流系统对地绝缘电阻进行巡回检测用直流检测法对直流系统对地绝缘电阻进行巡回检测的思路,类似于所示的交流检测法,其不同之处有两点:①在新的直流检测法中,无需向直流系统注入交流信号,只需给出控制信号CB,以便给接地电阻施加电压;②接地电阻的数值,己经用2.1节中所述方法测得,因而无需数值计算检测原理如的右半部分所示假设,用所示的左半部分电路己经测出直流系统的正极绝缘电阻下降,且己测得其数值为Rd(该Rd和R1为同一电阻),进一步假设,该接地故障发生在3号馈电支路。给CB一低电平,4导通,直流负母线通过电阻R8接地,则从直流正母线经过电流传感器HL3到接地电阻Rd,B点(地),A点(地),RS,4,3到直流负母线形成环流通过HL1,HL2的总电流效应为零,而通过HL3的总电流为直流接地电阻Rd引起的电流IdCPU根据各支路传感器输出数值的大小,即可判断出接地故障所在的支路号若接地故障出现在直流系统供电支路负极上的某一点,则可给CB―高电平,同样可以判断出接地故障所在的支路号。 当直流系统正负极对地电阻同时减小时,也能方便、准确地判断出正负极接地故障分别在哪一条馈电支路,此时,只需分别给CB以高电平和低电平,在两种情况下,CPU分别读取每个传感器的输出,根据各个支路电流数值的不同,即可分别判断出正、负两极接地故障所在的支路号但当直流电源系统的同一支路上的正、负线缆同时出现对地电阻同比例减小时,无法对接地点进行探测,这是由该检测法的原理所决定的,但这种情况出现的概率极小。 事实上,所示系统是一个比较完整的新型直流系统对地绝缘电阻检测装置。一般情况下,所示系统的右半部分不工作(CPU不读HL1,HL2,HL3等数值),只有当左半部分电路检测到接地电阻越限时,才将巡检电路投入,巡回检测各电流传感器的输出,以判断接地故障所在的馈电支路。 23用新型检测电路探测接地故障点在有了所示接地电阻检测电路后,采用新方法的接地故障点探测器,实质上就是一个直流小电流传感器如上所述,假设己测出接地故障在3号支路的正极给中CB以低电平,光控开关4导通,将直流电源负母线经附加电阻你接地,从而为Id提供通路然后用一钳型毫安电流霍耳传感器,同时卡住3号支路正负极两条供电线缆,从始端往后捋,因其中通过的为直流电流,因而在故障点之前电流表读数不变,而越过故障点后,读数立即变为系统所能接受的漏电流值该值很小),从而判断出故障点的位置。出现负极接地故障时,只需给中的CB以高电平,用同样的方法即可找到故障点新方法不受系统分布电容的影响,探测准确度大大提3结论本文提出的直流系统对地绝缘电阻检测和接地故障点查找方法一一直流检测法,和目前普遍采用的注入低频交流信号法相比,具有以下显著优点:a不对直流系统注入任何信号,因而不会对直流系统产生任何不良影响;不受直流系统分布电容的影响,检测精度高,故障支路和故障点判断准确;不需信号发生装置,因而大大简化了系统的硬件设计,显著降低了材料成本;因检测对象为直流信号,检测电路简单,整个测试程序简单,因而可以大大缩短产品的开发周期,从而降低开发成本总而言之,本文提出的直流检测法具有很好的应用前景。本文的主要检测电路己应用在笔者为新乡直流电源成套厂开发的微机直流电源综合监控装置中,效果很好,检测的*大电阻可大于1MQ,精度可达±5%,若精选检测电路元件,精度还可以进一步提高。接地故障定位部分,在实验室进行模拟,可准确查找出阻值小于200奶的接地故障点。

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