关键词: 直流系统; 接地; 相位差磁调制原理; 微机; 在线监测 1前言 直流系统作为发电厂和变电站最可靠的电源已经被人们认可。在一般情况下，直流系统一点接地并不影响直流系统的运行，但是，如果不及时找出故障点并予以修复，当发生另一点接地故障时，就可能引起重大事故。过去，由于直流系统出现问题造成保护拒动并扩大事故，甚至烧毁一次设备的事故经常发生。由于直流系统是一个非常庞大的多分支网络，这就给运行人员对于故障点的查找造成很大的困难。 传统的直流系统绝缘检测装置采用的是电桥平衡原理［1~3］，其最大的缺陷是无法 对正负极绝缘同时降低时做出正确地判断，并且要运行人员人为地进行拉线巡检排除故障。近几年注入低频分量法［3］在现场得到应用。其原理是在电桥平衡装置发出告警信号后，低频信号发生器将低频信号注入直流系统，通过检测各个支路的低频分量来判断是否该支路发生接地。这种方法的缺陷是无法排除分布电容的干扰，并且会加大直流系统的纹波系数［3］，进而对直流系统造成影响。 本文提出了一种微机直流系统接地检测装置方案。它克服了传统装置的缺陷，并且排除了分布电容影响，不会对直流系统造成影响。2相位差磁调制原理的直流传感器 在交变对称电压源或电流源激励的铁芯中，若同时存在直流恒定磁场，铁芯中交变磁通对称性就被破坏，磁通的波形的正负半波相位将发生变化。相应地，绕组输出电压的正负半波将发生相对位移。正负半波相位变化量的大小和方向可以反映直流偏置电流的大小和方向，利用这一特性测量直流电流，就是相位差磁调制式［2，4］直流电流测量方法的基本原理（参见图1、图2）。 由图1和图2可得 式中：Δt为正负矩形脉冲的时间差；Im为激励电流的幅值；T为周期；ω1、ω2分别为直流信号绕组和交变激磁绕组的匝数。由于电流与时间差成正比，所以只要检测到Δt，就可以测出直流电流值［4，2］。 3直流系统绝缘监测装置原理 在直流系统中，如果没有绝缘下降的情况，则每个回路的电流和为零，即In+=In -。其中：In+表示第n条回路正极电流；In-表示第n条回路负极电流。在直流传感器中的总磁场为零，因此，输出为零。当其中任一极绝缘降低时，In+≠I n-。这样，传感器就可以测出本回路的漏电流［4，2］。再根据测量阻抗计算出哪一极接地，接地电阻是多大。原理图如图3所示。 正常运行时，将K+和K-均闭合。当回路1正极绝缘下降时，I1+=IL1++ I1-，所以IL1+=I1+-I1-，而在直流传感器中测得回路1的漏电流即为IL1+，这时可以根据已知的几个条件计算出回路1的正极接地电阻。单极接地直流系统等效电路如图4所示。图中U表示直流系统母线电压。 如果是正负极同时绝缘下降，并且下降的程度相等，则断开开关K+或者K-，通过测得的漏电流来计算接地电阻。假设此时断开负极测量电阻开关，等效电路图如图5所示。 在直流传感器中流过的电流是流过正负极的电流差，流过电阻R的电流如图5所示。此时由于正负极对地绝缘同等程度下降，所以R+=R-。 因为一般情况下，直流系统只要求一点接地故障的检测，以防止二点接地对系统设备的损坏。上述方案可以实现正极或负极的一点接地及正负极同点接地故障的检测。 这种方法的优点： 1）克服了传统电桥平衡原理进行直流系统监测的缺陷。当采用电桥平衡原理对直流系统进行监测时，信号继电器告警则表示电桥失去平衡，直流系统有一极绝缘下降。在两极绝缘同时下降并且程度相等时候电桥依然平衡，失去了保护意义。如果用直流传感器就不会出现这样的问题。它可以时时监测直流系统的绝缘水平。 2）不需注入交流信号。出于对系统安全的考虑，直流系统电压的纹波系数［1，3，5］要求＜5%。例如用注入低频分量法，会增大直流电压纹波，对系统的稳定造成影响。 3）不用考虑分布电容的影响。低频注入法的最大缺陷就是分布电容对计算精度产生不可忽略的影响，可能造成误判、错判。 4）可以时时监测各个回路的电流变化和绝缘电阻的变化，并且可以用单片机实现自动检测。 4微机型直流系统绝缘检测装置4.1装置功能 通过计算直流传感器的电流值，来计算接地电阻值，如果小于用户整定的定值，则告警，并 显示接地支路、接地电阻值和接地极性。具体原理图如图6所示。 用户可以通过投切开关来选择是手动巡检还是自动巡检。如果是手动巡检，则闭锁微机程序 。如果选用自动巡检，则微机轮流转换电子开关，分别对各回支路进行检测，计算绝缘电阻值。如果发现有绝缘降低情况，发出告警信息，并显示接地支路。如果没有发现绝缘降低的支路，则每隔1h投切测量电阻R的开关［2］，做到可检测出回路存在两极绝缘 同等程度下降的目的。4.2装置硬件结构 如图7所示，装置硬件以51单片机为核心，主要完成数据的采集和处理、计算算法的实现、整定值管理、实时时钟控制、面板人机接口、串并行接口控制、开关量输入以及控制电子开关等管理和控制功能. 由相位差磁调制原理制成的直流传感器，其小电流的稳定性好，原边与副边之间高度绝缘。结构简单，精度好，调试量少，可靠性高。不受接地电容影响。通常情况下，当直流系统有一极电阻小于20 kΩ时认为存在接地现象。本装置可以准确检测到单极接地小于50kΩ，双极接地小于100 kΩ的接地支路，并且阻值计算误差满足工程要求。 5结论 直流系统中存在一点接地应该及时查出排除。如果发展成为两点接地，则会造成系统中保护和控制设备的错误动作。本文提出了用相位差磁调制原理［2，5］的直流传感器来检测直流系统绝缘的损坏情况；给出了微机化的直流接地自动检测装置的方案。此方法可以实现多个回路自动在线检测，省去了人为拉线查找接地点的麻烦，前景良好。此装置有待于进行现场检验。 参考文献 ［1］李晓明,梁军,张沛云,等（Li Xiaoming,Liang Jun,Zhang Peiyun,et al）.直流接地点探测新原理（A new method of detecting grounding point in DC system）［J］.电力系统自动化（Automation of Electric Power System）,2000,24（13）:55-56 ［2］向小民,胡翔勇,曾维鲁,等（Xiang Xiaomin,Hu Xiangyong,Zeng Weilu,et al）.直流系统绝缘监察装置（Insulation moniting on DC system）［J］.中国电力（El ectric Power），1999,32（8）：38-50［3］张次衡（Zhang Ciheng）.直流系统接地故障检测装置电容影响问题的探讨（Di scussion of capacity influence on DC system ground fault detect）［J］.电力自动 化设备（Electric Power Automation Equipments）,1996,57（1）:48-50［4］Zhao Chengyong,Jia Xiufang,Hao Zhifang.The new method of monitin g DC system insulation online［A］.In:Proceedings of the 27th annual conferenc e of the IEEE industrial electronics society［C］.2001:688-691［5］李刚,蔡旭（Li Gang,Cai Xu）.一种新型的直流绝缘监测接地点定位综合装置 （A new type integrated device of DC insulation moniting earth point locati ng）［J］.煤矿自动化（Industry Mine Automation），2001
