绝缘监测装置在直流系统中的应用

林森　孟青春　孙帅　赵立婷

【摘 要】绝缘监测装置主要用于对直流母线和各支路的绝缘状况进行实时在线监测。本文介绍了海南核电厂直流系统中所应用的两种绝缘监测装置，重点对这两种绝缘监测装置的母线监测原理和支路检测原理进行解析和比较，最后举例海南核电厂绝缘监测装置部件故障及处理。

【关键词】直流系统；绝缘监测装置；母线监测；支路检测

海南核电厂直流系统主要分为两大部分：核岛厂房，充电器采用了瑞士GUTOR公司设备，配电盘为ABB设备，绝缘监测仪是温州星炬WZJD-6A型产品；常规岛和BOP厂房，充电器采用克劳瑞德和奥特迅公司设备，绝缘监测仪是奥特迅WJY-3000A型产品。

1 WZJD-6A型绝缘监测仪原理解析

WZJD-6A型绝缘监测仪具有实时监测直流系统母线电压、正负母线对地电压、正负母线对地绝缘电阻以及巡检支路接地电阻等功能。

1.1 母线监测原理

在直流系统中，直流母线对地的绝缘电阻分为正极母线对地绝缘电阻R+和负极母线对地绝缘电阻R-。按电路基本原理分析可知，要求取R+与R-两个未知数，必须建立两组独立的回路方程式，再将其联立求解，方可求得R+与R-的电阻值。为此，该监测仪设计了两个不平衡电桥电路，如图1所示：

联立以上两个方程式即可求解正极母线对地绝缘电阻R+和负极母线对地绝缘电阻R-。

1.2 支路检测原理

该监测仪在主机中装有超低频信号源，该信号源将4Hz的超低频信号由母线对地注入直流系统。如果某支路经电阻接地，则装在该支路上的传感器会产生感应电流，感应电流的大小与接地电阻的大小成反比。感应电流经过一系列处理之后送入CPU进行数据处理，再通过RS485接口送入主机。主机一方面控制信号采集模块有序地采集各支路传感信号，另一方面又接收信号采集模块送来的数据。主机接收到的数据经过处理后，一方面送液晶显示器显示与输出报警，另一方面通过通讯接口电路传送给上位机。

设计时将各支路编号，每个信号采集模块能采集16个支路信号，支路数量较多时可扩展多个信号采集模块，信号采集模块通过地址拨码进行编号。某个支路发生接地故障时，最终会在液晶显示屏上显示出故障支路的编号以及接地电阻阻值，根据支路编号能够很快确定故障支路。

2 WJY-3000A型绝缘监测仪原理解析

WJY-3000A微机型绝缘监测仪的基本配置包括主机、显示器、支路绝缘监测用的电流变送器（CT）组成。主机检测正负直流母线对地电压，通过对地电压计算正负母线对地绝缘电阻，当绝缘电阻值低于报警设定值时，自动启动支路巡检功能。

2.1 母线监测原理

WJY-3000型绝缘监测装置的母线对地绝缘电阻测量有平衡电桥法和不平衡电桥法两种方法，可手动选择。

如图2所示，R1、R2为绝缘监测装置内设电阻，U+、U-为正负直流母线对地电压，R+、R-为正负母线的接地电阻，Ur为直流系统电压。

2.1.1 平衡电桥法

当开关K1、K2同时闭合时，即为平衡桥法。

R

当发生双端不平衡接地，且R+≠R-时，存在两个未知数通过一个方程无法求解接地电阻。可以通过将R+、R-中较大的一个假设为无穷大，按单端接地的情况求解，但是计算值跟实际值会存在较大偏差。

2.1.2 不平衡桥法

一个检测周期内，开关K1、K2 按照一定的顺序开合即形成不平衡电桥。

根据以上两个方程式联立方程组，即可求得正负直流母线接地电阻R+、R-。

2.1.3 平衡电桥和不平衡桥检测方法性能对比

1）平衡电桥法

优点：平衡电桥法属于静态测量，即测量正负直流母线对地的静态直流电压，因此母线对地电容的大小不影响测量精度；由于不受接地电容的影响，因此检测速度快。

缺点：双端接地时，测量误差较大；不能检测平衡接地。

2）不平衡电桥法

优点：任何接地方式均能准确检测。

缺点：在测量过程中，需要通过正负直流母线分别对地投电阻，因此母线对地电压是变化的。为了获得准确的测量结果，每次投入电阻后需要延时，待母线对地电压稳定后再测量，因此检测速度比平衡电桥法慢；受母线对地电容的影响。

2.2 支路检测原理

与WZJD-6A型绝缘监测仪相比，WJY-3000A型绝缘监测仪对支路漏电流的检测采用直流有源CT，每个直流有源CT内置了CPU，漏电流信号直接在CT内部转换成数字信号，通过通讯接口传至绝缘监测仪主机。

使用直流有源CT的优点：无需向母线注入交流信号、受接地电容的影响小、能识别接地母线的极性、能测量双端接地。缺点则是成本高于交流CT、环境温度和工作电压的波动影响测量精度。

3 绝缘监测装置部件故障及处理事例

3.1 网控楼区域直流系统馈线盒通讯缺陷

网控楼区域的直流系统，经常触发“馈线盒故障”的报警，最初以为是馈线盒损坏或是接线存在断线、虚接等情况导致，后来经过反复排除确定是由于馈线盒功率不足导致通讯间断引起的。

网控楼区域的直流配电屏分布较为分散，分别布置在TC楼1楼、TC楼3楼、JX厂房、TD厂房和TB厂房，每个分配电屏与主屏之间的馈线盒通讯是通过跨接并联通讯线的方式连接。由于直流配电屏分布较为分散，导线安装竣工后通讯线较长，电阻过大，信号传输能力下降。最后这个故障是通过更换大功率馈线盒得以解决。

3.2 有源直流CT故障

奥特迅的直流配电柜所用传感器型号为CT-2000AH，该有源直流CT接口为MB312-508-5P型，当有源直流CT正常工作时本体的指示灯会常亮，上传数据与主机通讯时指示灯闪烁。

在日常巡检时发现，正常运行回路上的传感器指示灯不亮。经查看，并无系统报警信息。排查后确认是传感器损坏，更换备件后恢复正常。

从上例故障消缺反馈来看，有源直流CT故障后并没有故障信号送出，无法通过系统报警来得知是否存在CT损坏。在回路CT损坏情况下，如果支路存在绝缘故障将无法及时定位。

为了避免该类故障发生，一方面需要加强日常巡检；另一方面，可以用专用的CT校验仪定期对有源直流CT进行校验。

【参考文献】

[1]廖车，吴胜，戚振彪，蒲道杰，景瑶.直流接地故障分析与查找[J].广东电力，2013，26（1）：98-103.

[2]周二保.直流系统微机绝缘监测装置的应用与接地故障点检测探讨[J].继电器，2004，32（5）：52-55.

[3]贾秀芳，赵成勇，李黎，陈恺.直流系统绝缘监测综合判据[J].电力系统自动化，1999，16（23）.

[责任编辑：杨玉洁]