第25卷第1期1998年1月华北电力大学学报JournalofNorthChinaElectricPowerUniversityVol.25No.1Jan.1998直流系统接地故障检测新原理及装置蔡旭(中国矿业大学,徐州221008)摘要针对发电厂、变电所中直流系统绝缘监测及接地故障支路的查找,提出两种新方法双不对称电桥法和支路电容补偿法,前者采用双不对称电桥定量监测各种情况下直流系统的绝缘状况,有效地解决了正负绝缘都下降时不能正确监测系统绝缘的问题,后者采用补偿各支路对地电容的方法,解决了当支路对地电容较大时,准确查找接地支路的问题。研制出了基于新原理的、由单片机控制的自动装置。关键词直流系统绝缘故障检测中图分类号TM769TP216发电厂变电所的直流系统是操作信号和保护装置的电源。当直流系统发生一点接地故障时需立即排除,否则再次发生第二点接地就可能会酿成大事故,所以对直流系统绝缘状况进行实时监测,出现接地故障时及时排除是非常必要的。本文在总结国内外同类技术的基础上[1,2,3,4,5],提出一种定能量反应各种情况下直流系统绝缘水平及自动查找接地支路的新方法双不对称电桥法及支路电容补偿法,研制出基于这种方法的由单片机控制的自动装置。1检测原理1.1用双不对称电桥实时监测电网绝缘状态目前发电厂、变电所广泛使用的直流绝缘监视装置是利用一种对称的直流电桥,当直流系统某一极绝缘下降时,破坏了电桥的平衡,通过检测电桥的不平衡程度来反映直流系统的绝缘状况。它只能反映正、负极对地绝缘的不平衡程度,并不能反映绝缘水平,当正负极绝缘均匀下降时,装置失灵,当正负极绝缘不均匀下降但都下降时,装置也不能正确反映正负极绝缘状况。用双不对称电桥可以解决这些问题。图1为双不对称电桥法原理电路图,图中Rz、Rf分别代表直流系统正负极对地绝缘电阻,R1、R2和RJ为桥电阻,R1≠R2,U为正负极间电压,UJ为RJ上的电压。当K连接到1端时,应用戴维南定律可得到等值电路图2,其中R∑=R1∥R2+Rz∥RfE∑=R2R1+R2-RfRz+RfU则UJ=UJ1=E∑R∑+RJRJ=R2R1+R2-RfRz+RfR1∥R2+Rz∥RfRJURJ(1)收稿日期:1997-05-04。图1双不对称电桥法示意图图2等值电路图当K连接到2端时,同理可得UJ=UJ2=R1R1+R2-RfRz+RfR1∥R2+Rz∥Rf+RJURJ(2)式(1)减式(2)得UJ1-UJ2R2-R1R1+R2R1∥R2+Rz∥Rf+RJURJ(3)由式(3)得Rz∥Rf=URJ(R2-R1)(UJ1-UJ2)(R1+R2)-R1∥R2-RJ(4)Rz∥Rf反映了直流系统对地绝缘状况,通过采样UJ1、UJ2可以利用式(4)定量检测直流系统对地绝缘,无论对于正负极绝缘均匀下降,不均匀下降还是单极接地,式(4)都是正确的。1.2用电容补偿法确定故障支路当直流系统对地绝缘Rz∥Rf下降至20K�及以下时,认为系统出现了接地故障,需要查找出故障支路。为了检测出是哪条支路发生接地故障,现有技术大多是在接地极注入一检测信号。通常所加信号为低频信号或双频信号,根据接地支路与不接地支路对信号反应的差别来判断故障支路。从一般原理分析,这种接地故障检测装置是可行的,但是对于直流支路上存在着较大的对地电容的系统在实际运行中会出现误发信号问题。直流支路的对地电容一方面是电缆线路本身的分布电容,更主要的是静态继电保护装置的大量抗干扰电容。据文献[6]介绍有的220KV变电所直流系统对地电容达70�F,有的500KV变电所对地电容达200～300�F。理论分析表明,当直流支路对地电容大于2�F后,对于经20K�接地的故障,用注入双频法已基本不能区分出故障支路与非故障支路。当对地电容大于5�F后,用注入低频测量电流相位的方法也难奏效。实际应用中,考虑到检测器件本身的误差因素,在支路电容远达不到上述数值时,检测装置就失去准确性,所以必须想办法消除或削弱支路对地电容的影响。电容补偿法是解决这一问题的有效途径之一,其基本工作原理如图3所示。设图中支路i正极经电阻RG接地,检测用正弦信号经隔直电容Cg、开关K施加到正母线上,Czi、Cfi97第1期蔡旭:直流系统接地故障检测新原理及装置分别为支路i的正负极对地电容。电流传感器上不仅有工作绕组,还绕有一个匝数为Nb的补偿绕组,补偿绕组一端经补偿电容Cb接地,另一端接至开关K的下端子上。设信号源施加到正母线上的信号电压为U·s,忽略补偿绕组的电阻,则补偿绕组中电流I·b=j�sCbU·s,其中�s=2�fs,fs为信...
