一、概述

    直流系統在線絕緣監測裝置是在原有產品的基礎上進行技術創新和提升，進一步提高裝置的測量精度，消除現場分布電容干擾的影響。在性能指標的適應性、安裝調試的快捷性及運行的可靠性和穩定性方面均處于水平。裝置利用了信號相位鎖定、超前校正及跟蹤積木式結構等技術，從根本上解決了判斷數據不全、誤報漏報等弊病。且根據2012年12月公司制定的 《公司十八項電網重大反事故措施》中的第五項“防止變電站全停及重要客戶停電事故”中明確提出了原有的直流系統在線絕緣監測裝置，要求增加交流竄直流故障的測記和報警功能。本裝置采用實時跟蹤信息零處理技術，解決了交流信號竄入直流故障的測記和報警，是作為直流系統逐步改造提升的理想監察設備。本產品符合國家發布的《防止電力生產故障的25項待處理重點要求》。本產品廣泛適用于電力、石化、冶金、郵電、鐵路等行業發電廠及變電站，是一種提高電網自動化管理水平、確保安全運行及故障準確定位的理想智能儀器。

基于公司專門針對交流竄直流接地故障測記、直流與直流互竄故障測試等故障的監測要求，本公司在全國范圍內推出了附合公司Q/GDW1969-2013《變電站直流系統在線絕緣監測裝置技術規范》的儀器。該標準也是由我公司主導起草，對于這款產品我公司具有的技術優勢。我公司還參與起草了：全國電力行業標準DL/T1392-2014《直流系統在線絕緣監測裝置技術條件》。目前我公司已對全國原有老的直流系統在線絕緣監測裝置改造超過1000臺，受到用戶的廣泛好評，對于各廠站的老的絕緣監測采用的開口式傳感器，不停電、不對運行有任何影響，改造方便、安全可靠、實施便捷。

二、整機測量原理說明

根據直流系統的特殊性，本裝置從測量內容區分，可分為六大部分：直流母線信息監測、直流分支回路查巡、直流紋波監測與報警、交流竄直流監測與保護、直流電源互竄監測與報警、防止繼電保護誤動處理監測。

2.1直流母線信息監測

直流系統是不接地系統，利用了電橋平衡測量，分別從橋網絡A和橋網絡B讀取X和Y兩個直流中心對地電壓值。如圖1

l U 為直流系統母線電壓         

l U+為直流系統母線正極對地電壓

l U－為直流系統母線負極對地電壓

l R+為直流系統母線正極對地電阻

l R－為直流系統母線負極對地電阻

l X為電橋網絡A直流中點對地電壓

l Y為電橋網絡B直流中點對地電壓

圖1

根據電路基本原理分析，要準確求出正對地電阻R+和負對地電阻R－，必建立兩組獨立的電橋網絡方程，將其聯立求解，才能真正求出兩個電阻R+和R－的電阻值。R1、R2、R分別組成電橋網絡，R1≠R2為常量，我們充分利用兩個不平衡橋網絡A和網絡橋B。可以導出絕緣電阻R+和R－僅與母線電壓及測量值“X”與“Y”有關。經電腦編程分別計算出R+與R－的數值，同時也可以計算出母線正端對地電壓U+與母線對地電壓U－值。結構原理如圖一所示。

還自動測量到：單極一點接地及絕緣降低；單極多點接地及絕緣降低；兩極同支路同阻值接地及絕緣降低；兩極同支路不同阻值接地及絕緣降低；兩極不同支路同阻值接地及絕緣降低；兩極不同支路不同阻值接地及絕緣降低等。

2.2直流分支回路查巡，各直流支路狀態的測量

主機中配有大功率電阻做為電橋，檢測支路時定時啟動電橋電阻信號接至直流系統的正負極與地之間。利用電阻電橋之間的轉換，不同的接地電阻與投入的電橋電阻之間的并聯，產生不同對地電壓，產生了不同的接地漏電流，安裝于各支路的傳感器檢測每個支路漏電流。工作原理見（圖2）所示。如果支路有電阻接地、交流竄入故障、直流互竄故障的支信號，對于故障回路則該支路上的漏電流傳感器產生感應電壓，感應電壓的大小與支路電阻成反比。感應電壓信號經模擬選擇開關、濾波、A/D轉換、送CPU進行數據處理，再通過RS485接口轉入主機。

隨著電網容量的不斷擴大，電壓等級的不斷提高，分支回路也相應的增多，有的變電站已多達500分支回路以上。為了滿足這方面的需求，本裝置利用了總線技術，采用分層分布式設計。將每16回路增加一個采集模塊，這種分層分布式的分散結構不需改變原有的主機結構。并可以拓展到512個回路。采樣模塊和主機之間利用RS485接口實現并接。每個模塊地址碼可以在現場任意設定，大大提高了產品的適用性和裝置的靈活性。

圖2

2.3直流系統中交流成份（紋波）的監測（創）

電路采用耦合、交直流分解等特殊電路處理，能實時準確地監測直流電源紋波含量即紋波電壓值，并計算直流中的紋波系數，超過設定值報警，如圖3

圖3

2.4交流竄直流監測與保護

主機配置母線交流電壓檢測電路，母線通過電容隔直流、差分運放、快速整流、濾波、高速AD等，實時檢測母線上的交流信號，并反饋至主芯片，若外部交流竄入電壓大于所設定的信號保護門限值，則主芯片立即開啟信號保護。典型案例：2011年8月陜西省延安市朱家330W千伏變電站因雨水進入斷路器操作機構引起了220V交流電源竄入直流系統，造成330千伏朱家變電站3332、3330、3311、3310開關跳閘，1、2號主變壓器及110千伏母線失壓， 15座110kV變電站全停，減供負荷14.7萬千瓦。直流電源發生直流接地故障、交流竄入直流故障、紋波過大故障等問題造成了繼電保護的誤動?，F有的直流系統接地故障查找儀無法全面滿足數字化變電站的要求。

    本機內置抗干擾電路確保本機信號源及自身測量電路不受外界影響，同時通過聲光報警及干接點輸出報警相關信息，并記錄保存本次報警相關信息；若交流竄入值小于其門限值，本機還原相關功能。大大提高產品的安全性和可靠性，如圖4

圖4

    隨著微機保護大量抗干擾電容的安裝使用，直流系統開環輻射供電運行方式的采用使直流系統的對地電容電流增大。現國內廣泛使用向系統注入信號方式的微機型絕緣支路選線裝置，實際上已無法實現對接地支路的有效查找。當電容電流大于檢測裝置對絕緣電阻泄漏電流的整定值時，將造成誤發信號，影響裝置的正確判斷?！?/span>

2.5直流電源直流互竄故障監測與報警

本機內置快速高精度檢測電路，實時檢測現場兩段母線之間的直流互竄故障，并準確查找互竄支路，大大提高系統的安全性和可靠性。為了保證直流電源對變電站安全運行需要。常常設有兩段獨立的直流電源，同一變電站兩段直流是要求分開獨立運行，由于接線錯誤、設備老化等原因通常會造成兩段母線發生了電氣上的連接，出現了兩段母線手拉手現象?，F有的直流系統是采用兩個電橋監測各自的母線，兩段母線出現了電氣上的連接會出現我們常說的“兩點接地現象”。兩點接地現象常常會對變電站的繼電保護正常運行造成一定的危險。我們利用了現有直流接地裝置的技術升級，將電橋電路的智能化技術與支路巡查電路進行充分的結合，成功解決了直流系統兩段母線出現了電氣上的連接，也就是發生了手接手的兩點接地進行了告警，并通過支路巡查定位，準確地查找發生兩段直流母線互竄的回路。我們將兩立測量的直流絕緣監察裝置通過測量與通迅技術，進行數據分析，進行故障定位，有效準確地查找發生直流互竄接地的回路。
發生直流互竄故障主要歸納為有四種方式：
    現象一：段母線負端與第二段母線負端互竄。
    現象二： 段母線正端和第二段母線正端互竄.
    現象三：段母線正端和第二段母線正端及段母線負端和第二段母線負端同時互竄
    現象四：段母線負端和第二段母線正端互竄，或段母線正端和第二段母線負端互竄。

2.6防止繼電保護裝置誤動

    近年來發生在全國電網安全事故中，不統計，10年來直流系統一點接地造成保護誤動的事故達100多次。有“一點接地”導致電容放電引起繼電保誤動的發生。多次的試驗表明，直流電源系統中的分布電容在發生一點接地故障時，電容會通過繼電保護回路與接地點對地放電，本裝置專門采用智能監測法，快速啟動防誤動保護。

用戶最直接的要求就是：直流接地故障除測量與報警功能外就是如何防止繼電保護誤動，真正提高電網的安全運行。新的技術發展也促使了直流系統在線絕緣監測裝置全面替代傳統的直流接地故障查找儀的要求。本裝置以8421碼補償電橋法，在直流母線監測基礎上，當出現了直流母線對地5%的電壓偏差就啟動補償電橋，這個電橋的補償使直流系統在發生接地故障、交流竄入時有效抑制對地電壓，使對地電壓處于平衡狀態，不會造成繼電保護誤動，保證電網安全運行。

2.7蓄電池接地定位檢測

蓄電池組由于單體電池數量多，常會出現漏液、爬酸、意外搭線引起的接地等現象，這種現象也成為直流絕緣故障常見的現象。蓄電池由于回路電流較大，電池組接地出現了難以查找的問題。裝置充分利用平衡電橋與不平衡電橋的組合，通過電橋的投切，電位差值計算，以及蓄電池接地電壓的特殊性，能夠準確計算出接地電池序號。即蓄電池接地后，正對地電壓和負對地電壓受其電池電動勢的影響，對地電壓不受電橋變換的影響，其電橋的切換電壓不變即可判定為電池接地，其電壓差值與電池數相關，利用這個對地電壓就能準確計算出蓄電池的接地點。

2.8智能電橋測量

當直流系統出現接地時，裝置能對接地方式進行智能分析，檢測電橋進行單臂反極性投切。裝置內置了平衡橋、檢測橋、補償橋，還設有防保護誤動的低阻式電橋，高附式補償電橋用來補償直流電源正對地電壓和負對地電壓異常的修復補償電橋避免“一點接地”時因檢測橋投切造成“誤動”。防電橋開路時的及時報警，具有過壓、過流，開路的實時報警，智能電橋的應用更加安全。

2.9裝置自檢功能

七種自動檢測功能，1，平衡橋電阻開路； 2，檢測橋電阻開路；3，支路漏電流采樣回路異常；4，通訊中斷；5，裝置本身異常報警，6失壓、失電自檢與記錄，7，裝置防誤動作自檢。

2.10裝置與國內的互感器兼容

    裝置兼容目前國內所有的直流漏電流傳感器接口，如: 0-1V，4V,0-5V,0-20mA等，以及12V ，24V 的所有電源供電的漏電流傳感器，現場改造可利用原有傳感器，節省現場改造時間，降低改造工作量。附合。除了具有與國內所有漏電流互感器兼容外，儀器與國內主要廠家的傳感器全部兼容，北京華星、深圳奧特迅、東方電子、浙江星炬、許繼電源、華為等公司的直流接地漏電流兼容。開口式的漏電流模塊監測，在國網蒙檔檢修公司安裝了相關的設備，都是采用該方法。

2.11裝置自動補償功能

裝置內置了平衡橋、檢測橋、補償橋，還設有防保護誤動的低阻式電橋，高附式補償電橋用來補償直流電源正對地電壓和負對地電壓異常的修復補償電橋避免“一點接地”時因檢測橋投切造成“誤動”。設置啟動壓差補償功能，母線壓差符合補償范圍時，進行補償，并提示補償前的實際壓差。國內的儀器沒有全程補償，我們可以全程補償。無論是高電阻，還是低電阻接地的都可以有自動補償。

三、關鍵技術

l 具有不同類型的交流竄直流電源故障報警與測記。滿足國網公司新十八項反措中的要求。

l 交流竄直流電源故障時，具有時間、幅值、波形等信息的全面記錄，容量大于10G，特別是波形記錄的應用技術在同類產品中屬創。

l 直流與直流互竄或混線故障時，實現直流混線故障的定位、監測與報警。

l 直流電源中的紋波在線監測，大于預警值可以自動報警是目前國內同類產品中運用。

l 出現直流失地、接地、竄電、互竄等故障時，自動補償、平衡、控制直流對地的電壓，有效防止繼電保護誤動，杜絕直流故障引起的繼電保護誤動。

l 平衡橋與不平衡橋自動切換時電壓波動范圍小于10%，對直流電源安全運行起到積極作用。

l 自動巡檢與不平衡橋具有五種啟動方式，附合國網相關規定。

l 裝置還具有故障方向和極性、阻值、時間、編號的記錄和報警。

l 具備的掉電保護功能，完善的保護和控制功能。

l 通訊中斷告警、延時斷開故障支路、密碼權限管理、適時報警、GPS自動對時、故障信號解除等功能全面附合Q/GDW 1969—2013 標準規定的全部內容。

l 兼容單機主分機直流互竄檢測。

四、技術性能指標

l 適應環境溫度：-10℃～+55℃：濕度≤90％

l 大氣壓：80-110KPA；

l 直流系統電壓等級：220Vdc、110Vdc、48Vdc、24Vdc；

l 裝置工作電壓：220VAC±10%、220VDC±10％或110VAC±10％、110VDC±10％；

l 母線段數：二段

l 繼電器接點電流：DC220V/3A

l 母線電壓測量精度：±0.5％

l 母線絕緣電阻測量精度：0-60kΩ誤差≤5％±1kΩ

60-500kΩ誤差≤10％

l 繼電器動作報警時間：   ≤1秒

l 支路絕緣電阻測量精度：0-50kΩ誤差≤10％±1kΩ

50-100kΩ誤差≤15％

l 交流竄入電壓測量范圍：0-300V

l 交流竄入電壓測量精度:≤3%

l 裝置功耗：≤15W

l 裝置重量：≤8kg

l 外型尺寸：（長×高×深）：360×135×280mm，

l 采集單元外型：155×125×42mm

五、產品圖片