一、概述

    直流系統(tǒng)在線絕緣監(jiān)測裝置是在原有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和提升，進(jìn)一步提高裝置的測量精度，消除現(xiàn)場分布電容干擾的影響。在性能指標(biāo)的適應(yīng)性、安裝調(diào)試的快捷性及運行的可靠性和穩(wěn)定性方面均處于水平。裝置利用了信號相位鎖定、超前校正及跟蹤積木式結(jié)構(gòu)等技術(shù)，從根本上解決了判斷數(shù)據(jù)不全、誤報漏報等弊病。且根據(jù)2012年12月公司制定的 《公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》中的第五項“防止變電站全停及重要客戶停電事故”中明確提出了原有的直流系統(tǒng)在線絕緣監(jiān)測裝置，要求增加交流竄直流故障的測記和報警功能。本裝置采用實時跟蹤信息零處理技術(shù)，解決了交流信號竄入直流故障的測記和報警，是作為直流系統(tǒng)逐步改造提升的理想監(jiān)察設(shè)備。本產(chǎn)品符合國家發(fā)布的《防止電力生產(chǎn)故障的25項待處理重點要求》。本產(chǎn)品廣泛適用于電力、石化、冶金、郵電、鐵路等行業(yè)發(fā)電廠及變電站，是一種提高電網(wǎng)自動化管理水平、確保安全運行及故障準(zhǔn)確定位的理想智能儀器。

基于公司專門針對交流竄直流接地故障測記、直流與直流互竄故障測試等故障的監(jiān)測要求，本公司在全國范圍內(nèi)推出了附合公司Q/GDW1969-2013《變電站直流系統(tǒng)在線絕緣監(jiān)測裝置技術(shù)規(guī)范》的儀器。該標(biāo)準(zhǔn)也是由我公司主導(dǎo)起草，對于這款產(chǎn)品我公司具有的技術(shù)優(yōu)勢。我公司還參與起草了：全國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T1392-2014《直流系統(tǒng)在線絕緣監(jiān)測裝置技術(shù)條件》。目前我公司已對全國原有老的直流系統(tǒng)在線絕緣監(jiān)測裝置改造超過1000臺，受到用戶的廣泛好評，對于各廠站的老的絕緣監(jiān)測采用的開口式傳感器，不停電、不對運行有任何影響，改造方便、安全可靠、實施便捷。

二、整機測量原理說明

根據(jù)直流系統(tǒng)的特殊性，本裝置從測量內(nèi)容區(qū)分，可分為六大部分：直流母線信息監(jiān)測、直流分支回路查巡、直流紋波監(jiān)測與報警、交流竄直流監(jiān)測與保護、直流電源互竄監(jiān)測與報警、防止繼電保護誤動處理監(jiān)測。

2.1直流母線信息監(jiān)測

直流系統(tǒng)是不接地系統(tǒng)，利用了電橋平衡測量，分別從橋網(wǎng)絡(luò)A和橋網(wǎng)絡(luò)B讀取X和Y兩個直流中心對地電壓值。如圖1

l U 為直流系統(tǒng)母線電壓         

l U+為直流系統(tǒng)母線正極對地電壓

l U－為直流系統(tǒng)母線負(fù)極對地電壓

l R+為直流系統(tǒng)母線正極對地電阻

l R－為直流系統(tǒng)母線負(fù)極對地電阻

l X為電橋網(wǎng)絡(luò)A直流中點對地電壓

l Y為電橋網(wǎng)絡(luò)B直流中點對地電壓

圖1

根據(jù)電路基本原理分析，要準(zhǔn)確求出正對地電阻R+和負(fù)對地電阻R－，必建立兩組獨立的電橋網(wǎng)絡(luò)方程，將其聯(lián)立求解，才能真正求出兩個電阻R+和R－的電阻值。R1、R2、R分別組成電橋網(wǎng)絡(luò)，R1≠R2為常量，我們充分利用兩個不平衡橋網(wǎng)絡(luò)A和網(wǎng)絡(luò)橋B。可以導(dǎo)出絕緣電阻R+和R－僅與母線電壓及測量值“X”與“Y”有關(guān)。經(jīng)電腦編程分別計算出R+與R－的數(shù)值，同時也可以計算出母線正端對地電壓U+與母線對地電壓U－值。結(jié)構(gòu)原理如圖一所示。

還自動測量到：單極一點接地及絕緣降低；單極多點接地及絕緣降低；兩極同支路同阻值接地及絕緣降低；兩極同支路不同阻值接地及絕緣降低；兩極不同支路同阻值接地及絕緣降低；兩極不同支路不同阻值接地及絕緣降低等。

2.2直流分支回路查巡，各直流支路狀態(tài)的測量

主機中配有大功率電阻做為電橋，檢測支路時定時啟動電橋電阻信號接至直流系統(tǒng)的正負(fù)極與地之間。利用電阻電橋之間的轉(zhuǎn)換，不同的接地電阻與投入的電橋電阻之間的并聯(lián)，產(chǎn)生不同對地電壓，產(chǎn)生了不同的接地漏電流，安裝于各支路的傳感器檢測每個支路漏電流。工作原理見（圖2）所示。如果支路有電阻接地、交流竄入故障、直流互竄故障的支信號，對于故障回路則該支路上的漏電流傳感器產(chǎn)生感應(yīng)電壓，感應(yīng)電壓的大小與支路電阻成反比。感應(yīng)電壓信號經(jīng)模擬選擇開關(guān)、濾波、A/D轉(zhuǎn)換、送CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再通過RS485接口轉(zhuǎn)入主機。

隨著電網(wǎng)容量的不斷擴大，電壓等級的不斷提高，分支回路也相應(yīng)的增多，有的變電站已多達(dá)500分支回路以上。為了滿足這方面的需求，本裝置利用了總線技術(shù)，采用分層分布式設(shè)計。將每16回路增加一個采集模塊，這種分層分布式的分散結(jié)構(gòu)不需改變原有的主機結(jié)構(gòu)。并可以拓展到512個回路。采樣模塊和主機之間利用RS485接口實現(xiàn)并接。每個模塊地址碼可以在現(xiàn)場任意設(shè)定，大大提高了產(chǎn)品的適用性和裝置的靈活性。

圖2

2.3直流系統(tǒng)中交流成份（紋波）的監(jiān)測（創(chuàng)）

電路采用耦合、交直流分解等特殊電路處理，能實時準(zhǔn)確地監(jiān)測直流電源紋波含量即紋波電壓值，并計算直流中的紋波系數(shù)，超過設(shè)定值報警，如圖3

圖3

2.4交流竄直流監(jiān)測與保護

主機配置母線交流電壓檢測電路，母線通過電容隔直流、差分運放、快速整流、濾波、高速AD等，實時檢測母線上的交流信號，并反饋至主芯片，若外部交流竄入電壓大于所設(shè)定的信號保護門限值，則主芯片立即開啟信號保護。典型案例：2011年8月陜西省延安市朱家330W千伏變電站因雨水進(jìn)入斷路器操作機構(gòu)引起了220V交流電源竄入直流系統(tǒng)，造成330千伏朱家變電站3332、3330、3311、3310開關(guān)跳閘，1、2號主變壓器及110千伏母線失壓， 15座110kV變電站全停，減供負(fù)荷14.7萬千瓦。直流電源發(fā)生直流接地故障、交流竄入直流故障、紋波過大故障等問題造成了繼電保護的誤動。現(xiàn)有的直流系統(tǒng)接地故障查找儀無法全面滿足數(shù)字化變電站的要求。

    本機內(nèi)置抗干擾電路確保本機信號源及自身測量電路不受外界影響，同時通過聲光報警及干接點輸出報警相關(guān)信息，并記錄保存本次報警相關(guān)信息；若交流竄入值小于其門限值，本機還原相關(guān)功能。大大提高產(chǎn)品的安全性和可靠性，如圖4

圖4

    隨著微機保護大量抗干擾電容的安裝使用，直流系統(tǒng)開環(huán)輻射供電運行方式的采用使直流系統(tǒng)的對地電容電流增大。現(xiàn)國內(nèi)廣泛使用向系統(tǒng)注入信號方式的微機型絕緣支路選線裝置，實際上已無法實現(xiàn)對接地支路的有效查找。當(dāng)電容電流大于檢測裝置對絕緣電阻泄漏電流的整定值時，將造成誤發(fā)信號，影響裝置的正確判斷。　

2.5直流電源直流互竄故障監(jiān)測與報警

本機內(nèi)置快速高精度檢測電路，實時檢測現(xiàn)場兩段母線之間的直流互竄故障，并準(zhǔn)確查找互竄支路，大大提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。為了保證直流電源對變電站安全運行需要。常常設(shè)有兩段獨立的直流電源，同一變電站兩段直流是要求分開獨立運行，由于接線錯誤、設(shè)備老化等原因通常會造成兩段母線發(fā)生了電氣上的連接，出現(xiàn)了兩段母線手拉手現(xiàn)象。現(xiàn)有的直流系統(tǒng)是采用兩個電橋監(jiān)測各自的母線，兩段母線出現(xiàn)了電氣上的連接會出現(xiàn)我們常說的“兩點接地現(xiàn)象”。兩點接地現(xiàn)象常常會對變電站的繼電保護正常運行造成一定的危險。我們利用了現(xiàn)有直流接地裝置的技術(shù)升級，將電橋電路的智能化技術(shù)與支路巡查電路進(jìn)行充分的結(jié)合，成功解決了直流系統(tǒng)兩段母線出現(xiàn)了電氣上的連接，也就是發(fā)生了手接手的兩點接地進(jìn)行了告警，并通過支路巡查定位，準(zhǔn)確地查找發(fā)生兩段直流母線互竄的回路。我們將兩立測量的直流絕緣監(jiān)察裝置通過測量與通迅技術(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行故障定位，有效準(zhǔn)確地查找發(fā)生直流互竄接地的回路。
發(fā)生直流互竄故障主要歸納為有四種方式：
    現(xiàn)象一：段母線負(fù)端與第二段母線負(fù)端互竄。
    現(xiàn)象二： 段母線正端和第二段母線正端互竄.
    現(xiàn)象三：段母線正端和第二段母線正端及段母線負(fù)端和第二段母線負(fù)端同時互竄
    現(xiàn)象四：段母線負(fù)端和第二段母線正端互竄，或段母線正端和第二段母線負(fù)端互竄。

2.6防止繼電保護裝置誤動

    近年來發(fā)生在全國電網(wǎng)安全事故中，不統(tǒng)計，10年來直流系統(tǒng)一點接地造成保護誤動的事故達(dá)100多次。有“一點接地”導(dǎo)致電容放電引起繼電保誤動的發(fā)生。多次的試驗表明，直流電源系統(tǒng)中的分布電容在發(fā)生一點接地故障時，電容會通過繼電保護回路與接地點對地放電，本裝置專門采用智能監(jiān)測法，快速啟動防誤動保護。

用戶最直接的要求就是：直流接地故障除測量與報警功能外就是如何防止繼電保護誤動，真正提高電網(wǎng)的安全運行。新的技術(shù)發(fā)展也促使了直流系統(tǒng)在線絕緣監(jiān)測裝置全面替代傳統(tǒng)的直流接地故障查找儀的要求。本裝置以8421碼補償電橋法，在直流母線監(jiān)測基礎(chǔ)上，當(dāng)出現(xiàn)了直流母線對地5%的電壓偏差就啟動補償電橋，這個電橋的補償使直流系統(tǒng)在發(fā)生接地故障、交流竄入時有效抑制對地電壓，使對地電壓處于平衡狀態(tài)，不會造成繼電保護誤動，保證電網(wǎng)安全運行。

2.7蓄電池接地定位檢測

蓄電池組由于單體電池數(shù)量多，常會出現(xiàn)漏液、爬酸、意外搭線引起的接地等現(xiàn)象，這種現(xiàn)象也成為直流絕緣故障常見的現(xiàn)象。蓄電池由于回路電流較大，電池組接地出現(xiàn)了難以查找的問題。裝置充分利用平衡電橋與不平衡電橋的組合，通過電橋的投切，電位差值計算，以及蓄電池接地電壓的特殊性，能夠準(zhǔn)確計算出接地電池序號。即蓄電池接地后，正對地電壓和負(fù)對地電壓受其電池電動勢的影響，對地電壓不受電橋變換的影響，其電橋的切換電壓不變即可判定為電池接地，其電壓差值與電池數(shù)相關(guān)，利用這個對地電壓就能準(zhǔn)確計算出蓄電池的接地點。

2.8智能電橋測量

當(dāng)直流系統(tǒng)出現(xiàn)接地時，裝置能對接地方式進(jìn)行智能分析，檢測電橋進(jìn)行單臂反極性投切。裝置內(nèi)置了平衡橋、檢測橋、補償橋，還設(shè)有防保護誤動的低阻式電橋，高附式補償電橋用來補償直流電源正對地電壓和負(fù)對地電壓異常的修復(fù)補償電橋避免“一點接地”時因檢測橋投切造成“誤動”。防電橋開路時的及時報警，具有過壓、過流，開路的實時報警，智能電橋的應(yīng)用更加安全。

2.9裝置自檢功能

七種自動檢測功能，1，平衡橋電阻開路； 2，檢測橋電阻開路；3，支路漏電流采樣回路異常；4，通訊中斷；5，裝置本身異常報警，6失壓、失電自檢與記錄，7，裝置防誤動作自檢。

2.10裝置與國內(nèi)的互感器兼容

    裝置兼容目前國內(nèi)所有的直流漏電流傳感器接口，如: 0-1V，4V,0-5V,0-20mA等，以及12V ，24V 的所有電源供電的漏電流傳感器，現(xiàn)場改造可利用原有傳感器，節(jié)省現(xiàn)場改造時間，降低改造工作量。附合。除了具有與國內(nèi)所有漏電流互感器兼容外，儀器與國內(nèi)主要廠家的傳感器全部兼容，北京華星、深圳奧特迅、東方電子、浙江星炬、許繼電源、華為等公司的直流接地漏電流兼容。開口式的漏電流模塊監(jiān)測，在國網(wǎng)蒙檔檢修公司安裝了相關(guān)的設(shè)備，都是采用該方法。

2.11裝置自動補償功能

裝置內(nèi)置了平衡橋、檢測橋、補償橋，還設(shè)有防保護誤動的低阻式電橋，高附式補償電橋用來補償直流電源正對地電壓和負(fù)對地電壓異常的修復(fù)補償電橋避免“一點接地”時因檢測橋投切造成“誤動”。設(shè)置啟動壓差補償功能，母線壓差符合補償范圍時，進(jìn)行補償，并提示補償前的實際壓差。國內(nèi)的儀器沒有全程補償，我們可以全程補償。無論是高電阻，還是低電阻接地的都可以有自動補償。

三、關(guān)鍵技術(shù)

l 具有不同類型的交流竄直流電源故障報警與測記。滿足國網(wǎng)公司新十八項反措中的要求。

l 交流竄直流電源故障時，具有時間、幅值、波形等信息的全面記錄，容量大于10G，特別是波形記錄的應(yīng)用技術(shù)在同類產(chǎn)品中屬創(chuàng)。

l 直流與直流互竄或混線故障時，實現(xiàn)直流混線故障的定位、監(jiān)測與報警。

l 直流電源中的紋波在線監(jiān)測，大于預(yù)警值可以自動報警是目前國內(nèi)同類產(chǎn)品中運用。

l 出現(xiàn)直流失地、接地、竄電、互竄等故障時，自動補償、平衡、控制直流對地的電壓，有效防止繼電保護誤動，杜絕直流故障引起的繼電保護誤動。

l 平衡橋與不平衡橋自動切換時電壓波動范圍小于10%，對直流電源安全運行起到積極作用。

l 自動巡檢與不平衡橋具有五種啟動方式，附合國網(wǎng)相關(guān)規(guī)定。

l 裝置還具有故障方向和極性、阻值、時間、編號的記錄和報警。

l 具備的掉電保護功能，*的保護和控制功能。

l 通訊中斷告警、延時斷開故障支路、密碼權(quán)限管理、適時報警、GPS自動對時、故障信號解除等功能全面附合Q/GDW 1969—2013 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的全部內(nèi)容。

l 兼容單機主分機直流互竄檢測。

四、技術(shù)性能指標(biāo)

l 適應(yīng)環(huán)境溫度：-10℃～+55℃：濕度≤90％

l 大氣壓：80-110KPA；

l 直流系統(tǒng)電壓等級：220Vdc、110Vdc、48Vdc、24Vdc；

l 裝置工作電壓：220VAC±10%、220VDC±10％或110VAC±10％、110VDC±10％；

l 母線段數(shù)：二段

l 繼電器接點電流：DC220V/3A

l 母線電壓測量精度：±0.5％

l 母線絕緣電阻測量精度：0-60kΩ誤差≤5％±1kΩ

60-500kΩ誤差≤10％

l 繼電器動作報警時間：   ≤1秒

l 支路絕緣電阻測量精度：0-50kΩ誤差≤10％±1kΩ

50-100kΩ誤差≤15％

l 交流竄入電壓測量范圍：0-300V

l 交流竄入電壓測量精度:≤3%

l 裝置功耗：≤15W

l 裝置重量：≤8kg

l 外型尺寸：（長×高×深）：360×135×280mm，

l 采集單元外型：155×125×42mm

五、產(chǎn)品圖片