直流接地報(bào)警系統(tǒng)概述一、概述
WBDCS-8000直流電源系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置是在原有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)提升。提高了裝置的測量精度和抗電容干擾的能力。在性能指標(biāo)的適應(yīng)性、調(diào)試的方便性及運(yùn)行的可靠性方面均處于國內(nèi)上游水平。裝置利用了信號(hào)相位鎖定、超前校正及跟蹤積木式結(jié)構(gòu)等技術(shù)，從根本上解決了判斷數(shù)據(jù)不全、選線不準(zhǔn)等弊病。且根據(jù)2011年12月國家電網(wǎng)公司制定的《十八項(xiàng)國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》中的第五項(xiàng)“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電源系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置，要求增加交流竄直流故障的測記和報(bào)警功能。本裝置采用實(shí)時(shí)跟蹤信息零處理技術(shù)，解決了交流信號(hào)竄入直流故障的測記和報(bào)警，是作為直流系統(tǒng)逐步改造提升的理想設(shè)備。廣泛適用于電力、石化、冶金、郵電、鐵路等行業(yè)發(fā)電廠及變電站。是一種提高電網(wǎng)自動(dòng)化管理水平、確保**運(yùn)行及故障準(zhǔn)確定位的理想智能儀器。
直流接地報(bào)警系統(tǒng)概述二、整機(jī)測量原理說明
根據(jù)直流系統(tǒng)的特殊性，本裝置的測量從測量內(nèi)容區(qū)分，可分為四大部分，一是母線監(jiān)測，二是分支回路查巡，三是交流竄直流監(jiān)與報(bào)警，直流系統(tǒng)交流成份紋波的監(jiān)測。
2.1直流母線監(jiān)測
2.1.1 在直流系統(tǒng)中，分別從橋網(wǎng)絡(luò)A和橋網(wǎng)絡(luò)B讀取X和Y兩個(gè)直流中心對(duì)地電壓值。
見圖－
◎ U 為直流系統(tǒng)母線電壓 ◎ U+為直流系統(tǒng)母線正極對(duì)地電壓
◎ U－為直流系統(tǒng)母線負(fù)極對(duì)地電壓 ◎ R+為直流系統(tǒng)母線正極對(duì)地電阻
◎ R－為直流系統(tǒng)母線負(fù)極對(duì)地電阻 ◎ X為電橋網(wǎng)絡(luò)A直流中點(diǎn)對(duì)地電壓
◎ Y為電橋網(wǎng)絡(luò)B直流中點(diǎn)對(duì)地電壓
2.1.2根據(jù)電路基本原理分析，要準(zhǔn)確求出正對(duì)地電阻R+和負(fù)對(duì)地電阻R－，必建立兩組獨(dú)立的電橋網(wǎng)絡(luò)方程，將其聯(lián)立求解，才能真正求出兩個(gè)電阻R+和R－的電阻值。R1、R2、R分別組成電橋網(wǎng)絡(luò)，R1≠R2為常量，我們充分利用兩個(gè)不平衡橋網(wǎng)絡(luò)A和網(wǎng)絡(luò)橋B?？梢詫?dǎo)出絕緣電阻R+和R－僅與母線電壓及測量值“X”與“Y”有關(guān)。經(jīng)電腦編程分別計(jì)算出R+與R－的數(shù)值，同時(shí)也可以計(jì)算出母線正端對(duì)地電壓U+與母線對(duì)地電壓U－值。結(jié)構(gòu)原理如圖一所示。
2.2支回路查巡，故障定位，報(bào)警。
主機(jī)中配有大功率電阻做為電橋，檢測支路時(shí)定時(shí)啟動(dòng)電橋電阻信號(hào)接至直流系統(tǒng)的正負(fù)極與地之間。利用電阻電橋之間的轉(zhuǎn)換，不同的接地電阻與投入的電橋電阻之間的并聯(lián)，產(chǎn)生不同對(duì)地電壓，產(chǎn)生了不同的接地漏電流，安裝于各支路的傳感器檢測每個(gè)支路漏電流。工作原理見（圖二）所示。如果支路有電阻接地、交流竄入故障、直流互竄故障的支路信號(hào)、對(duì)于故障回路則該支路上的傳感器產(chǎn)生感應(yīng)電壓，感應(yīng)電壓的大小與支路電阻成反比。感應(yīng)電壓信號(hào)經(jīng)模擬選擇開關(guān)、放大、帶通濾波、相位比較、濾波、A/D轉(zhuǎn)換、送CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再通過RS485接口轉(zhuǎn)入主機(jī)。
隨著電網(wǎng)容量的不斷擴(kuò)大，電壓等級(jí)的不斷提高，分支回路也相應(yīng)的增多，有的變電站已多達(dá)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(shù)，采用分層分布式設(shè)計(jì)。將每16回路增加一個(gè)采集模塊，這種分層分布式的分散結(jié)構(gòu)不需改變原有的主機(jī)結(jié)構(gòu)。并可以拓展到512個(gè)回路。采樣模塊和主機(jī)之間利用RS485接口實(shí)現(xiàn)并接。每個(gè)模塊地址碼可以在現(xiàn)場隨意設(shè)定，大大提高了產(chǎn)品的適用性和裝置的可靠性。
2.3 直流系統(tǒng)中交流成份（紋波）的監(jiān)測。故障報(bào)警。
電路采用耦合、交直流分解等特殊電路處理，能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)直流電源紋波含量即紋波電壓值，計(jì)算直流中的紋波系數(shù)，如圖三。
2.4 交流竄直流保護(hù)，故障幅度與錄波與波形分析,竄入支路故障定位。
主機(jī)配置母線交流電壓檢測電路，母線通過電容隔直流、差分運(yùn)放、快速整流、濾波、高速AD，實(shí)時(shí)檢測母線上的交流信號(hào)，并反饋至主芯片，若外部交流竄入電壓大于所設(shè)定的信號(hào)，通過聲光報(bào)警及干接點(diǎn)輸出報(bào)警相關(guān)信息，并啟動(dòng)了支路巡查電路，巡查電路確定故障支路。并記錄保存本次報(bào)警相關(guān)信息，大大提高系統(tǒng)的**性和可靠性。如圖四。
2.5 直流互竄檢測，故障定位與分析。
本機(jī)內(nèi)置快速高精度檢測電路，實(shí)時(shí)檢測現(xiàn)場兩段母線之間的直流互竄故障，并準(zhǔn)確查找互竄支路，大大提高系統(tǒng)的**性和可靠性。為了保證直流電源對(duì)變電站**運(yùn)行需要。常常設(shè)有兩段獨(dú)立的直流電源。同一變電站兩段直流是要求分開獨(dú)立運(yùn)行，由于接線錯(cuò)誤，設(shè)備老化通常會(huì)造成兩段母線發(fā)生了電氣上的連接，出現(xiàn)了兩段母線手拉手現(xiàn)象?，F(xiàn)有的直流系統(tǒng)是采用兩個(gè)電橋監(jiān)測各自的母線，兩段母線出現(xiàn)了電氣上的連接也說是會(huì)出現(xiàn)我們常說的“兩點(diǎn)接地現(xiàn)象”。兩點(diǎn)接地現(xiàn)象常常會(huì)對(duì)變電站的繼電保護(hù)正常運(yùn)行造成一定的危險(xiǎn)。我們利用了現(xiàn)有直流接地裝置的技術(shù)升級(jí)，將電橋電路的智能化技術(shù)與支路巡查電路進(jìn)行充分的結(jié)合，成功解決了直流系統(tǒng)兩段母線出現(xiàn)了電氣上的連接，也就是發(fā)生了手接手的兩點(diǎn)接地進(jìn)行了告警，并通過支路巡查定位，準(zhǔn)確地查找發(fā)生兩段直流母線互竄的回路。我們將兩臺(tái)獨(dú)立測量的直流絕緣監(jiān)察裝置通過測量與通迅技術(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行了定位，有效地查找發(fā)生直流互竄接地的回路。
發(fā)生直流互竄的主要?dú)w納為有五種工作方式：
現(xiàn)象一、第1段母線負(fù)端與第2段母線負(fù)互竄。
現(xiàn)象二： 第1段母線正和第2段母線正互竄.
現(xiàn)象三：第1段母線正和第2段母線正，第1段母線負(fù)和第2段母線負(fù)同時(shí)互竄
現(xiàn)象四：第1段母線負(fù)端和第2段母線正端互竄，或第1段母線正端和第2段母線負(fù)端互竄。
直流接地報(bào)警系統(tǒng)概述三、功能特點(diǎn)
本裝置采用Cortex-M3內(nèi)核的STM32芯片為主控芯片，集成度高，抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行速度快，功耗低。
3.1 操作界面基于菜單式的人性化設(shè)計(jì)。
3.2相關(guān)的所有參數(shù)均可通過菜單進(jìn)行設(shè)置，相關(guān)的所有報(bào)警均通過聲光輸出和相應(yīng)的干接點(diǎn)輸出。
3.3準(zhǔn)確檢測直流電壓、模塊狀態(tài)、直流絕緣及接地選線為；精準(zhǔn)區(qū)分母線接地、支路接地，并顯示接地電阻阻值；自動(dòng)分辨兩條或兩條以上支路同時(shí)接地的故障等。
3.4可隨時(shí)操作界面進(jìn)入全部支路的巡檢操作，以觀察全部支路的接地狀況。
3.5 可隨時(shí)操作界面進(jìn)入全部支路的單檢操作，分全部支路單檢（通過按鍵循環(huán)檢測）和選定支路單檢（通過按鍵選定某一支路檢測）。
3.6 保存顯示當(dāng)前5次的母線絕緣報(bào)警記錄。
3.7 提供檢測2段母線的紋波電壓和紋波系數(shù)。
3.8 對(duì)CT極性無一致性要求、無方向要求。
3.9 信號(hào)采集數(shù)據(jù)采用RS485接口技術(shù)，使數(shù)據(jù)的有效傳輸距離可達(dá) 1000米。
3.10裝置提供串行數(shù)據(jù)通訊接口（RS－232、RS－485）和外部設(shè)備連系。
3.11 裝置提供100M的以太網(wǎng)接口。
3.12支路檢測速度快.巡檢16路以后的數(shù)據(jù)時(shí)，平均每路巡檢時(shí)間低于1秒。
3.13 本機(jī)可以通過參數(shù)設(shè)定設(shè)置交流竄入報(bào)警門限（交流有效值）。
3.14裝置采用實(shí)時(shí)跟蹤信息零處理技術(shù)，解決了交流信號(hào)竄入直流故障的測記和報(bào)警。
3.15采用彩屏液晶顯示、中文界面、顯示直觀明了，并帶有液晶自動(dòng)保護(hù)功能。
3.16本系統(tǒng)可提供簡單的多機(jī)連接功能，適用于復(fù)雜的多級(jí)直流系統(tǒng)中，不會(huì)出誤報(bào)及拒報(bào)現(xiàn)象。
3.17 紋波測量：采用實(shí)時(shí)全數(shù)字寬帶測量、實(shí)時(shí)測量全范圍的直流電源紋波、電壓值、并計(jì)算紋波系數(shù)值，有效記錄直流電源中的交流含量。
直流接地報(bào)警系統(tǒng)概述四、技術(shù)性能指標(biāo)
4.1 適應(yīng)環(huán)境溫度：-10℃～+55℃：濕度≤90％
4.2 大氣壓：80-110KPA；
4.3 直流系統(tǒng)電壓等級(jí)：220Vdc、110Vdc、48Vdc、24Vdc；
4.4裝置工作電壓：AC/DC 85-265v
4.5 母線段數(shù)：二段
4.6 繼電器接點(diǎn)電流：DC220V/3A
4.7 母線電壓測量精度：±0.5％
4.8 母線絕緣電阻測量精度：0-5KΩ誤差0.1KΩ
5-50KΩ誤差≤5％
50-100KΩ誤差≤10％
4.9 繼電器動(dòng)作報(bào)警時(shí)間: ≤2秒
4.10 支路絕緣電阻測量精度：0.5-10KΩ誤差≤15％
10-25KΩ誤差≤20％
4.11 交流竄入電壓測量范圍：0-300V
4.12 交流竄入電壓測量精度：≤1%
4.13 紋波測量范圍：0-100V
4.14 紋波測量精度大于1%
4.15裝置功耗：≤30W
4.16 裝置重量：≤8Kg
4.17 外型尺寸：（長×高×深）：360×135×280㎜，
4.18 采集單元外型：155×95×43㎜
直流接地報(bào)警系統(tǒng)概述五、產(chǎn)品圖片
5.1主機(jī)前面板各部件功能介紹：見上圖所示。
5.1.1按鍵“上”鍵、“下”鍵、“左”鍵、“右”鍵、“確定”鍵、“取消”鍵。
5.1.2指示燈
電源指示燈：儀器通上電源時(shí)，該燈亮。
信號(hào)指示燈：儀器進(jìn)入支路檢測狀態(tài)后，該燈亮。
超壓報(bào)警燈：母線電壓超過門限設(shè)定值時(shí)，該燈亮。
欠壓報(bào)警燈：母線電壓低于門限設(shè)定值時(shí)，該燈亮。
絕緣報(bào)警燈：母線對(duì)地絕緣電阻低于門限設(shè)定值時(shí)，該燈亮。
支路報(bào)警燈：支路檢測時(shí)，接地電阻值低于門限設(shè)定值時(shí)，該燈亮。
瞬時(shí)接地?zé)簦耗妇€瞬時(shí)對(duì)地絕緣電阻值低于門限設(shè)定值時(shí)，該燈亮。
交流串路燈：當(dāng)有交流竄入時(shí)，該燈亮。
5.1.3液晶顯示器
中文顯示設(shè)定參數(shù),母線監(jiān)測數(shù)據(jù)及支路檢測數(shù)據(jù)等.
5.1.4電源開關(guān)
電源開關(guān)置于機(jī)箱后面，置ON時(shí)接通儀器工作電源，置OFF時(shí)，電源切斷。
5.2主機(jī)后面面板簡介
后面板上貼有接線端子功能表，見下圖所示。其中故障報(bào)警繼電器輸出為常閉觸點(diǎn)，當(dāng)儀器正常工作時(shí)，該繼電器觸點(diǎn)斷開；當(dāng)儀器發(fā)生故障時(shí)，該繼電器觸點(diǎn)閉合。其它報(bào)警繼電器輸出均為常開觸點(diǎn)，只有報(bào)警輸出時(shí)，相應(yīng)的繼電器觸點(diǎn)才閉合。
六、通電前檢查
6.1裝置到貨后，首先應(yīng)檢查包裝箱上的產(chǎn)品登記單與裝置箱體上的質(zhì)量檢驗(yàn)合格證，并確認(rèn)與訂貨一致。
6.2打開裝置機(jī)箱對(duì)裝置各部件進(jìn)行檢查，確定各部件有無松動(dòng)及損壞現(xiàn)象，檢查有關(guān)電纜線連接是否可靠。
6.3核對(duì)裝置工作電源電壓和現(xiàn)場電壓是否相符。
6.4上述各項(xiàng)檢查完畢方可通電試驗(yàn)。
七、裝置安裝
7.1本裝置可單獨(dú)安放在工作臺(tái)或安裝在直流屏柜內(nèi)。系統(tǒng)為了適應(yīng)不同的用戶，在外觀設(shè)計(jì)時(shí)選用了兩種機(jī)型，4U的機(jī)型里面安裝了兩個(gè)采樣模塊，小機(jī)型里面沒有安裝采樣部件。具體安裝尺寸見圖五。
7.2互感器安裝
7.2.1互感器應(yīng)安裝在支路距母線的*近端（*后安裝在分支路空氣開關(guān)或熔絲之間）。
7.2.2常見的規(guī)格有內(nèi)徑為φ18、φ44、φ90及K20四種見圖六（三種）。
7.2.3互感器的一個(gè)接線端子連接在采樣模塊的信號(hào)輸入支路端子上而另一個(gè)接線端子連接在采樣模塊的接地輸入端子上。
7.3采集模塊的安裝：
按回路的需要增加相應(yīng)的互感器和采集模塊，各采樣模塊之間采用≥0.5平方毫米的導(dǎo)線相連接。各分支路互感器接在采集模塊的信號(hào)輸入端。（各采樣模塊的輸入端的地線是獨(dú)立的，不和大地連接）參照圖五主要功能介紹：
★ 電力系統(tǒng)中的直流系統(tǒng)接地故障是一種易發(fā)生且對(duì)電力系統(tǒng)危害性較大的故障。無論是正極接地或者負(fù)極接地，在兩點(diǎn)接地的情況下，都可能造成保護(hù)誤動(dòng)或者保護(hù)拒動(dòng)，危害一次系統(tǒng)正常運(yùn)行。
★ 由于直流系統(tǒng)的復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)性，直流接地故障往往難以定位。同時(shí)由于微機(jī)保護(hù)和綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，又對(duì)直流系統(tǒng)接地監(jiān)測裝置的準(zhǔn)確性和**性提出了更高的要求。
★ 根據(jù)監(jiān)測原理的不同，直流系統(tǒng)接地監(jiān)測裝置可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種。主動(dòng)式需要向系統(tǒng)注入特定的信號(hào)，然后通過傳感器探測該信號(hào)來判斷接地回路，其信號(hào)又可分為注入式和乒乓原理。被動(dòng)式不向系統(tǒng)注入任何信號(hào)，直接檢測各回路的漏電流來判斷接地與否。被動(dòng)式監(jiān)測不發(fā)送任何特定信號(hào)作為判斷基準(zhǔn)，而直流系統(tǒng)中又含有各種干擾信號(hào)，因此監(jiān)測難度遠(yuǎn)大于主動(dòng)式。然而被動(dòng)式監(jiān)測以其**性，代表了直流系統(tǒng)監(jiān)測裝置的發(fā)展方向，隨著現(xiàn)代微電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，將成為市場的主流。
★ 直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置平衡了監(jiān)測的準(zhǔn)確性和運(yùn)行的**性兩方面的要求，可實(shí)現(xiàn)各類接地故障、絕緣下降、交流竄電、直流互竄等故障的檢測。
★ 該裝置結(jié)合了主動(dòng)式中的乒乓原理及被動(dòng)監(jiān)測原理，以多16位CPU并行運(yùn)算為基礎(chǔ)，通過新的分布式系統(tǒng)構(gòu)架DADC和先進(jìn)的全系統(tǒng)分析SynSystem算法，重新定義了直流系統(tǒng)接地故障監(jiān)測水平的標(biāo)準(zhǔn)。