直流系统接地检测

摘　要: 直流系统接地在线检测装置利用了磁调制原理的直流传感器，采用了单片机技术对直流系统一点接地和正负极同时接地，并且在接地电阻相等的情况下实现在线检测。能够迅速查出故 障回路并告警。装置的开发对于一点接地发展成两点接地造成保护误动或拒动有很好的预防作用。
　　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-。
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　　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。
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