微机绝缘接地监测装置在抽水蓄能电站的应用
张红方，刘鹏龙
（河南国网宝泉抽水蓄能有限公司，河南新乡453636）
摘要：发电厂、变电站中直流系统接地效障实时、准确的检测对于保障电力系统的安全运行十分重要.文中介绍了电桥平衡法、交流注入法、直流法的基本原理及优缺点.介绍了某抽过对微机绝缘接地装置的设置和调试，装置可实时监测母线和各支路的绝缘电阻，根据装置的 水蓄能电站微机绝缘接地装置的基本原理.简述了微机绝缘接地装置在抽蓄电站的应用.通告警信息准确查找绝缘降低或接地的支路.
关键调：直流系统：微机绝缘接地检测装置：绝缘电阻：抽水蓄能电站
中图分类号：TM766文献标志码：A文章编号：1009-3230（2017）06-0047-05
ApplicationofMicroputerInsulation GroundingDetection DeviceinPumpedStoragePowerStation
ZHANG Hong fang LIU Peng long(State Grid Henan Baoquan Pumped Storage Limited Company Xinxiang 453636 Henan Province China)
Abstract; Real time and accurate detection of DC system ground fault in power plants andsubstations is very iant to guratee the afe eration of pwer system This paper intducesthe basic principles and advantages and disadvantages of bridge balance method AC injection methodof a pumped storage power station. This paper introduces the application of micrputer insulated and DC method. It is introduced that the basic principle of microputer insulation grounding devicegrounding device in pumped storage power station. Through the setting and debugging ofmicroputer insulated grounding device the device can monitor the insulation resistance of busbarand branches in real time and find the branch of insulation reduction or grounding accurately acording to the alarm information of the device.
Key words:DC system; Microputer insulation ground detection device; Insulation resistance;Pumped storage power station
0引言
过程中会由于环境的改变、气候的变化、电缆磨损、设备本身的问题等导致绝缘部件老化破损.同时因为灰尘沉淀、金属生锈、潮湿、漏水等各种因素的作用，极大提高了发生直流系统接地故障的概率.当发生一点接地故障时，由于没有短路电流流过，熔断器不会熔断，仍能继续运行.但是 这种接地故障必须及早发现，否则当发生另一点接地故障时，有可能引起信号回路、控制回路、继电保护等的不正确动作.
直流系统为整个抽水蓄能电站的信号、控制、继电保护、监控计算机等重要装置的操作提供了持续稳定的电源输送.由于构成直流系统的各种继电保护自动装置、控制设备、二次电缆、端子箱等处于户内或户外的两种不同环境，在长期运行
1.1电桥平衡原理[1]
1.2交流注入法
1.2.1低频信号注入法
1直流系统接地故障检测基本原理
电桥平衡原理采用传统的平衡电桥监测直流系统正负母线对地绝缘状况.系统正常运行时，流过继电器线圈的电流很微弱，继电器无动作；当出现一点接地时，电桥平衡被破坏，通过继电器线圈的电流增大，继电器动作，发出声、光报警信 号”.如图1所示.
图1电桥平衡原理图
这个方法的优点在于检测装置实现比较简单.缺点在于当系统正负母线绝缘电阻均等下降 的情况下，这个检测装置无法检测到故障.部分装置采用改进的双不对称电桥方法解决这些问题[2].
交流注人法大致分为低频信号注人法和变频信号注人法两种.如图2所示.
图2交流注入法原理图
能有接地故障后，通过两个隔直电容向直流系统 低频信号注人法基本原理：在电桥检测出可正、负母线对地注入同一低频交流信号.电流互感器穿套在各负载支路引出线上，在电流互感器的二次侧可得到该支路流过对地电阻和等值电容的电流值，通过提取电流阻性成分，计算该支路的
对地电阻值.
1.2.2变频信号注人法
1.3直流法（漏电流法）
方法是对传统的平衡电桥法的一种改进，检测准确度提高而且可以得到每一条支路的对地电阻值.缺点是该检测方法须向被监测直流系统施加交流信号，施加的交流信号毕竞会带来不安全因素.
变频信号注人法基本原理：在电桥检测出可能有接地故障后，向系统分别注人两种幅值相同、频率不同的低频信号，电流互感器测得支路不同频率下的电流值，通过计算可间接获得流过该支路的阻性电流值，从而获得对地对地电阻的大小.
这个方法理论上解决了支路对地电容的影响，但在实际应用中效果却不理想，地分布电容较 大时，检测结果仍不准确.
部分设备在交流注人法的基础上，分析支路电流特点以及直流系统接地故障检测中的问题，对所测电压、电流信号运用小波变换理论计算支路接地电阻值，判断支路的绝缘情况[3-5].
套装传感器，正常情况下/=1-，传感器输出 直流法原理：如图3所示，在直流电网各支路的漏电流为零.当系统绝缘下降，投人检测电阻，装置检测传感器输出的漏电流值，计算接地电阻.假设某条支路发生接地，如图中的负载2支路，当S-闭合，检测电阻投人负极，则传感器检测到的漏电流为I=U/（RR），由R=（U-1R)/1可求出该支路的接地电阻值.
图3直流法原理图
方法的优点是直接采样直流漏电流，无需给直流系统注人交流信号，对直流系统的安全运行没有影响；所检测的支路完全不受系统对地分布电容影响.但该方法在现场运行过程中也存在不
足之处，原因在于投人的检测电阻必须合适.
开关.
2抽水蓄能电站直流系统微机绝缘 监测装置介绍
抽水蓄能电站220V直流系统包括地下厂房220V直流系统、地面开关站220V直流系统和10kV营地220V直流系统.每套设备均由充电屏、配电屏和蓄电池组及绝缘检测装置组成.其中地下厂房220V直流系统为主要为地下厂房提供 直流控制电源，同时用于提供事故照明电源、机组黑启动时励磁系统的直流起励电源、高压直流注油泵的电动机电源及电工试验室的试验用电源.
图5测量母线绝缘电阻原理图
根据电工原理推导出求解母线绝缘电阻值的方程式，直接求出R、R-.
平时作为绝缘监测使用，监测并显示直流母线电压U、正极对地电压U、负极对地电压U-、正极对地电阻R和负极对地电阻R-.当母线电压过高、过低或接地电阻低于整定值发出相应的报警信号.
220V直流系统微机绝缘监测装置采用ZJX6型微机直流系统接地巡检装置，该装置是由主机和若干互感器组成，主机有通讯接口可以与上位计算机（微机直流测控装置）通讯，传送相关直流系统绝缘监测信息.如图4所示.
由于主机采用上述新的绝缘电阻测量方法，取代了老式电阻平衡桥测量原理，解决了正、负极绝缘均等下降不发接地信号问题；另外，判断绝缘水平也由过去间接电压法（U、U-）改为直接电阻判断法（R、R-），其判断更科学、直观.U、U-仅供参考，不作为接地判断的依据.
2.2接地巡检及其定位
当绝缘电阻（R、或R-）下降到整定值时，除发报警信号以外，同时向母线与大地之间自动注人一个抗分布电容（约1MΩ/uF）的超低频电流信号.信号通过接地支路、接地点形成回路.通过自动扫查若干支路互感器的电流，并换算成电阻，显示接地支路号和接地电阻值.如果各支路没有阻性电流或电阻较高，可判断为母线接地.信号电流.因此，信号电流是短时加人直流接地 当扫查支路结束后，不论接地消除与否，自动关断母线上的，约几分钟（平时不注入信号）.
图4ZJX6型微机直流系统接地巡检装置原理图
2.3正、负极绝缘均等下降巡检
2.1常规监测
当主机判断为正、负极绝缘均等下降发接地信号时，装置对注入的信号采用模糊控制技术，正确判断接地支路.
直流系统母线绝缘电阻测量方式见图5，U的正级对地电压，U-是在K-闭合，K断开时 是母线电压，U是在K闭合，K-断开时测得测得的负极对地电压，R是正极母线对地绝缘电阻，R-是负极母线对地绝缘电阻，Rv是测量表计内阻，K、K-是测量U、U-的切换电子
2.4扩展功能
2.4.1选装ZJX6-FZ型微机直流系统分支接地巡检装置，缩小接地范围
由于ZJX6型微机直流系统接地巡检装置是安
装在直流主屏上的，它只能巡检该盘装有互感器的支路.如：机组馈电屏支路接地，但它又分若干分支分别到各保护、系统控制盘柜、操作盘，为了能自动判断是哪一个支路接地，可在机组直流分屏上再安装ZJX6-FZ型微机直流系统分支接地巡检装置.它由分支主机和若干互感器组成.当发生接 地后，分支主机自动识别由上位主机ZJX6发来的探测信号，自动扫查各分支的信号电流，显示分支
号和接地信号值，如图4所示，如1#保护盘接地.ZJX6与ZJX6-FZ之间不需要电缆连接.
2.4.2选择便携式ZJ61型抗分布电容式直流接 地探测手持器
上述ZJX6、ZJX6-FZ接地巡检装置只能缩ZJ61型手持器.它由钳口和手持器组成，采用电 小接地范围.若要找到接地点的位置，可选用池供电，不用安装，抗分布电容很强，在20uF电容下近50k0，是一般双频原理的20倍，它还能指示回路中接地点的方向.使整个探测过程中不拉闸、不取保险、不解端子就能快速查找并消除接地点.
3微机型绝缘接地检测装置的应用
主屏设备可监视多个分屏设备，分屏与主屏设备 微机型绝缘接地监测装置可设置主屏、分屏，设置通讯，主屏可查看哪些分屏、支路报警，同时
图6用户权限1
图7用户权限2
主屏可与直流系统的监控装置通讯.主屏、分屏设备分别可监视44路馈线电源，可在对应的主屏、分屏屏幕上实时查看每条支路的电阻值和母线的电压值、电阻值.
某抽水蓄能电站微机绝缘接地监测装置主屏由直流系统I段装置和直流系统Ⅱ段装置两套装 置组成，分屏由母线润直流系统I段分屏装置、母线润直流系统Ⅱ段分屏装置、1-4号机组直流分配电屏柜分屏装置组成.直流系统1段装置和直流系统Ⅱ段装置分别监测直流系统I段、Ⅱ段馈线支路，母线洞直流系统1段分屏装置和母线洞直流系统Ⅱ段分屏装置分别监测母线洞直流系统I段、Ⅱ段馈线支路，1-4号机组直流分配电屏柜装置同时监测机组直流母线1段和机组直流母 线Ⅱ段馈线支路.直流系统1段装置和直流系统Ⅱ段装置互相通信，可设置任意一套装置为主用，另一套装置为它用.母线洞直流系统I段分屏装置和母线洞直流系统Ⅱ段分屏装置分别与直流系统I段装置和直流系统Ⅱ段装置通讯.1-4号机组直流分配电屏柜分屏装置与直流系统主用设备通讯.
微机型绝缘接地监测装置由3个用户权限对设备进行设置，如图6-8所示.
通过用户1的权限人口，设置监视装置为主屏或抽蓄电站内直流系统的运行方式、电压等级、馈线 分屏，一个主屏设备可与多个分屏装置通讯，根据数量设置监视的分屏数量、监视的直流系统段数、每段巡检的支路数、监视直流系统的电压等级、装置测量板角度修正值，通过设置通讯口的地址号、波特率、故障类型基地址，实现与分屏设备、直流系统监测装置的通讯.
通过用户2的权限人口，可设置巡检的判别方式为电阻型或阻抗型、接地巡检和调试时信号 是否需要放大、系统报警信号是否需要自保持、接地时放大信号的时间、支路阀值电流、测量板的电流故障电阻值和电阻分压比例.
通过用户3的权限入口，设置测量板的调试量、测量板值修正系数、测量板偏置电压等调整测量板输出相关信息，通过角度修正系数和支路比例系统来调整测量板测量漏电流的准确度，通过4组支路电流、4组电阻值、4组阻抗查看装置所 测量的44个馈线支路的漏电流值、绝缘电阻值.
2013-7-3，某抽水蓄能电站监控报警：10LAA_000JB_D1_F UG 220VDC SYSTEM DCBUSBARFAULT，现地检查正、负极电压分别为212V、-0.1V，负极死接地.微接地巡检装置显示接地支路号为21、22、34、35.通过维护各专业人员以及运行人员的协作，对全厂设备的逐一排查，发现导致直流负母电压降低的原因主要有两 点，一是4号机的球阀控制盘柜、励磁控制庞桂潮湿；二是2号施工支洞排水泵系统送监控系统
图8用户权3
4结束语
LCU5的一对无源接点接地.通过此次负极接地查找，微机型绝缘接地监测装置对于绝缘降低或 接地具有良好的反应，可有效显示绝缘降低或接地的馈线支路.
微机型绝缘接地监测装置通过常规监测可实时监视电站直流系统母线电压及绝缘电阻值，判断直流系统运行情况，可及时准确发出直流系统故障告警；当直流系统发生绝缘降低、接地等故障时，通过支路接地巡检及其定位、正负极绝缘均等巡检装置、ZJX6-FZ接地巡检装置、便携式ZJ61 下降巡检等功能，在ZJX6型微机直流系统接地型抗分布电容式直流接地探测手持器的综合监测下，可快速查找接地点，为运维人员查找支路绝缘降低、接地故障指引方向.
参考文献
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