浅谈变电所直流屏用绝缘检测方案

来源:MAGTRON 发布时间:2021-11-05

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1、发展现状

变电站的直流系统主要为控制系统、信号系统、继电保护和自动装置、事故照明等二次设备提供电源，其可靠性、稳定性直接影响大系统的安全运行。由于直流系统正、负母线对地浮空，发生单点接地绝缘故障时，必须立即找出故障点予以排除，否则再发生另一处接地绝缘故障，就可能导致控制回路、保护装置误动，甚至造成短路，从而引发重大事故，因此进行直流系统对地的实时监测测具有重要意义。

2、现有方案的缺点

现有检测直流系统绝缘的方法主要有电桥平衡原理和低频探测原理：

根据电桥平衡原理实现的绝缘监测装置被广泛使用，但它不能检测直流系统正、负极绝缘同等下降时的情况；绝缘监测装置即使报警，也不能直接得到系统对地的绝缘电阻大小。

用低频探测原理检测接地故障是近几年采用的一种新方法，但它所能检测的接地电阻受直流系统对地分布电容的制约，而且低频交流信号容易受外界的干扰，另外注入的低频交流信号增大直流系统的电压纹波系数。

MAGTRON公司以独立研发的国产RMCU芯片为核心的绝缘检测设备可以检测系统对地的绝缘电阻大小而且不受直流系统对地分布电容的制约。

3、发展前景

中国政府正大力推动社会资本进入绝缘检测系统行业，对绝缘检测系统行业产品需求量呈现上升趋势，绝缘检测系统行业企业进军国民经济大产业的战略窗口期已经来临，绝缘监测系统行业各业态企业竞争激烈，当前市场上50%以上的绝缘监测系统行业企业有外资介入包括中外独（合）资、台港澳与境内合资、外商独资等统内资本土绝缘监测系统行业企业数目较少，约占绝缘监测系统行业企业总数的25%。此外，商业银行逐步进入绝缘监测系统行业兴业银行、中兴银行、民生银行等先后成立金融公司，涉足行业业务。

随着国家十四五规划以来，针对绝缘监测系统行业的政策法律相继出台，绝缘监测系统企业的技术研发水平不断提高，促使绝缘监测系统行业市场规模从2014年的212.5亿元增长至2020年的548.5亿元，年复合增长率高达14.5%,未来五年，预计中国绝缘监测系统行业市场规模将以12.8%的增长率持续增长，并于2023年达到829亿元左右的市场规模。

4、标准规范

《GB_19826—2005电力工程直流电源设备通用技术条件及安全要求》：

《DL/T1392-2014直流电源系统绝缘监测装置技术条件》：

5、绝缘检测原理

5.1直流系统绝缘监测的基本原理

在常见的直流电源供电系统中，一般都是交流电源通过整流器变换为直流电源输出。为了保证直流电源系统的供电安全，避免对地形成参考电压，一般直流电源系统均会设计为正负母线对地悬浮，这一点有别于交流电源某些制式下的零线接地和－48/24V直流通信电源系统。

直流电源系统的绝缘监测包括了直流母线的绝缘监测和各个负载支路的绝缘监测，一般来说，在实际应用中，母线监测和支路监测会采取不同的监测原理，两者结合，组成整个直流电源系统的绝缘监测。

5.2直流母线的绝缘监测原理

母线的绝缘监测基本原理是测量母线正负极对地之间的绝缘电阻，而带电体的电阻不宜直接测量，因而母线对地绝缘电阻常用在正负母线之间投切采样电阻，采样不同投切电阻和绝缘电阻形成不同的对地直流电压，通过测量不同状态下的正负母线对地电压，间接计算出母线的对地绝缘电阻。

母线绝缘检测原理

如上图所示，R+和R-分别是正负母线对地的等效绝缘电阻，224K与226K电阻分别为正负母线对地的平衡电阻，这两个电阻在正常情况下起到平衡母线对地电压的作用，不至于使得母线由于对地绝缘电阻过大而导致对地电压不稳定。根据K1~K4投切的几组电阻分别不同情况下使得测量正负母线电压不同，便可以计算出对地的绝缘电阻。

当正负母线的对地绝缘电阻值低于设定的告警阀值的时候，绝缘监测装置给出绝缘下降的告警，一般情况下，告警阀值和母线电压相关，比如常见的220V直流电源系统，这个告警值一般设置在25Kω左右。

5.3 直流支路的绝缘监测原理

为了准确的判断直流电源系统的绝缘下降的故障点，一般通过对电源系统的支路输出进行漏电流检测，根据漏电流的大小来判断绝缘电阻的对应的大小，给出支路绝缘故障的告警。支路绝缘监测一般有交流小信号和直流小信号检测两种方式。

交流小信号的检测通过对直流母线和地之间馈入一个低频小信号（10HZ左右），然后通过支路互感器监测这个小信号对地的漏电流，从而计算出绝缘电阻的大小。基本原理如下图所示：

6、解决方案

MAGTRON绝缘检测方案：

✱ 绝缘监测系统结构图：

直流母线通过直流馈线屏分出若干的直流馈线支路，分别给不同的直流负载使用。每个支路与母线之间连接有直流微型断路器，为了检测馈线支路的绝缘状态，每个支路间安装直流漏电流传感器、集中式的检测模块，配备一个指示灯指示通电状态。

模块化智能型绝缘监测系统通过将漏电流传感器、检测模块、指示灯集成设计成绝缘监测系统采集模组，能够快速安装在每个支路的微型断路器之下，每个采集模组实现漏电检测、支路状态指示、馈线直流电阻计算等功能。采集模组、背板模组和数据中转模组组成绝缘监测系统。

绝缘监测系统结构图

✱ 设备功能特点：

智能化传感终端（带大脑的漏电流传感器，自检自修复）
分布式设计，可实现边缘计算（各支路独自处理支路绝缘，可实现支路本地大数据分析）
模块化设计（结合常用微断开关的模块化设计，省去二次线，快速安装调试）
自主芯片技术（国产自主设计通信与传感芯片技术）
全方面绝缘故障监测（满足行标各项检测要求）
故障录波（支持稳态及暂态录波）
本地显示与终端告警（本地告警数字化显示，快速排查支路绝缘故障）

✱关键技术：

✱ 产品价值：

✱产品应用领域：

7、总结

MAGTRON公司的绝缘检测设备采用全新的模块化、智能化设计，快速故障选线，易安装易维护（全部前面板操作），数字化告警，液晶面板显示，绝缘故障更加直观。采用最新一代自检、自校正功能的智能型漏电流传感器，让系统更加智能，更加稳定。新一代绝缘监测系统，传感与通信芯片全部采用国产自主研发芯片，让“中国芯”为“中国智造”保驾护航。

参考文献：

1、《GB_19826—2005电力工程直流电源设备通用技术条件及安全要求》

2、《DL/T1392-2014直流电源系统绝缘监测装置技术条件》

3、《DL/T856-2004电力用直流电源监控装置》