直流系统高阻接地查找装置的设计与实现

2015-04-16王跃强廖华兴陈杰云徐子利袁晓青张晓东

新技术新工艺 2015年7期

王跃强，廖华兴，陈杰云，徐子利，袁晓青，张晓东

(广东电网有限责任公司佛山供电局，广东佛山 528000)

随着电网规模的不断建设发展，电网设备数量不断增多，构成了庞大的直流电源网络。在长期运行过程中，由于环境及气候的变化,会出现电缆以及接头的老化以及设备本身的问题等，将不可避免地发生直流系统接地[1-2]。

直流系统故障复杂多变，造成继电保护及安全自动装置误动或拒动事件时有发生。直流系统接地查找方法多样[3-5]，同样存在着误判断的问题[6]。本文通过电路电桥原理，研制了一种直流系统高阻接地查找装置，实现了直流系统接地故障的在线监测及故障定位，为直流系统接地故障的查找和处理提供了一种行之有效的方法。

1 直流故障及查找原理

1.1 接地故障及查找原理

接地故障是一种典型的直流系统故障，通过电路电桥原理可准确查找及定位。根据电桥原理，即绝缘监测装置中的T型网络和直流系统正、负极绝缘电阻构成电桥，当系统正级或负级发生接地或绝缘异常时，其正对地与负对地电压即会发生变化，如图1所示。

图1 接地故障电桥原理图

1.2 环路故障及查找原理

当不同母线间发生环路故障，且其环间电阻Rm在一定范围内时，若一段母线的电压发生较大变化，另一段母线的电压也会产生相应的变化。

通过电压，用故障检测器分别在A、B、C、D、E等5个点进行检测，其箭头指的方向是故障检测器所检测的接地点方向，根据A、B、C、D和E点所检测接地点的箭头方向可知E点所在的支路是环路的分支，有接地故障并能故障定位。其他类型的环路接地可以采用类似的方法进行故障点定位，如图2所示。

图2 环路故障电桥原理图

2 装置结构及功能特点

2.1 装置结构

按照电路电桥原理，本文研制了直流系统高阻接地查找装置，装置由信号发生器、故障检测器和信号采集器(钳表)3部分组成，信号发生器及故障检测器原理图分别如图3和图4所示。

图3 信号发生器原理图

图4 故障检测器原理图

信号发生器工作原理：当直流系统发生接地故障或绝缘降低，直流系统电压监测装置发出警报时，将信号发生器接入直流系统，信号发生器自动判断系统的电压等级、接地故障的极性和绝缘程度，自动分析绝缘监测平衡电桥回路接线方式和平衡电桥电阻大小，形成信号输出的智能反馈，向直流正、负母线和地间发射适宜系统检测、对系统无影响的低频信号(0.167 Hz)，并实时显示系统电压、正对地电压、负对地电压和系统对地绝缘总阻抗。

故障检测器工作原理：故障检测器通过钳表检测各回路对地绝缘的直流信号漏电流，并模拟显示接地回路绝缘程度，判断出接地故障回路(支路)，并继续沿着该回路(支路)检测，最终将故障点准确定位。

2.2 装置功能特点

装置信号发生器、检测器双层抗分布电容设计，完全消除分布电容影响；配置精度高、线性度好的传感器，直流信号检测灵敏度高达0.01 mA，有效保证了采集的数据的准确；装置软件利用模糊控制理论和通信的噪声理论，在系统有大分布电容的干扰、电磁脉冲干扰和其他噪声干扰的影响时，也能准确地判断出接地故障点，为直流系统故障的查找提供了有力的保障。该装置具有下述功能。

1)智能化的接地点方向判断显示。能够快速、准确地定位出包括环路在内的支路中接地点的位置。

2)个性化的绝缘指数显示。通过对数据的智能化分析获取各检测支路的绝缘信息，以绝缘指数(0～99)的形式直观地反应出各检测支路的绝缘程度。

3)绝缘程度分级管理。实现了对接地故障的有效区分，提高了检测效率。

4)采用了高精度(分辨率达0.01 mA)传感单元，具有精度高、线性好和范围大的检测能力，能够实现对多点接地和高阻接地点的定位。

5)信号发生器接入系统的位置不受接地故障点距离的限制，可适应各类复杂的直流系统。

6)根据直流系统现场的实际情况，信号发生器可智能式产生1.0～3.0 mA的信号电流，且最大功率<0.05 W，保障直流系统的安全和可靠运行。

7)直流系统接地故障查找装置可以通过波形判断被检测支路接地情况，直观显示支路接地情况，如图5～图7所示。