基于智能平衡桥加检测桥的直流系统绝缘监测

基于智能平衡桥加检测桥的直流系统绝缘监测

李钊

云南华电金沙江中游水电开发有限公司梨园公司，云南 丽江 674100

摘要：本文分析了采用传统平衡桥、乒乓桥原理的直流绝缘监测技术及其存在的不足，对采用平衡桥加检测桥原理相结合的方法来监测直流系统的绝缘状况进行说明，该方法不但可以有效解决对称和不对称的直流系统接地故障，且不会引起直流系统正负母线电压波动，同时结合馈线绝缘检测装置构成直流绝缘检测系统，大大提高了直流系统绝缘检测的灵敏度，得到广泛应用。

关键词: 平衡桥；检测电阻；漏电流；绝缘电阻

引言：

直流系统是水电站非常重要的组成部分，它的主要任务是给继电保护装置、断路器操作、各类信号回路提供电源。直流系统是一个绝缘系统，绝缘阻值在数十兆欧以上，正常工作时，直流正、负极对地绝缘电阻相等，对地电压相对平衡（±110V左右）。当发生一点接地时，正、负极对地电压发生变化，接地极对地电压降低，非接地极电压升高，控制回路和供电可靠性会大大降低，但一般不会引发电气控制系统的次生故障。但是，当直流系统有两点或多点接地时，极易引起逻辑控制回路误动作、保险熔断，使保护及自动装置控制回路失去电源，在复杂的保护回路中同级两点接地，可能将某些继电器短接，不能动作跳闸，致使保护越级跳闸，造成事故范围扩大。

1 常规平衡桥监测原理

Rj为信号继电器电阻，Rj一般为30kΩ。R1、R2为平衡桥电阻，R1、R2很大且相等。

直流系统正常运行时，正负母线对地绝缘，绝缘电阻R1与R2同直流电流继电器构成平衡桥。流经直流继电器的电流很小，只有微小的不平衡电流流过Rj，继电器不动作，绝缘监测装置不发出接地报警信号。正、负母线对地电压为直流系统母线电压的一半。

当正极接地时，正极有一部分电流通过R4流入大地，大地流入负极的电流不变，电桥失去平衡，有电流流入直流继电器，继电器动作发出接地报警信号。

正极对地电阻变为: ,小于R1，负极对地电阻保持不变。
正极对地电压，负极对地电压，

因为R+小于R-，所以正极对地电压降低，负极对地电压升高。但正、负母线间电压保持不变。

同理可得出负极接地时，正极地电压升高，负极对地电压降低。

若发生对称接地故障时，R+=R-,电桥仍处于平衡，流入Rj的电流仍为零，正、负极对地电压保持不变，因此传统平衡桥监测原理无法监测对称接地故障。

2 乒乓桥监测系统

乒乓桥绝缘监测方法与单纯的平衡桥监测方式不同，平衡桥监测是监测电流差值，乒乓桥是监测电压变化，可以有效监测对称性接地及非对称性直流接地故障。

图中K3、K4为可控开关，R为绝缘监测电阻，R1、R2为正负对地绝缘电阻。

装置工作时，乒乓桥电阻R分别通过K3、K4交替投入直流系统正、负极与地之间。

当K3闭合，K4断开时，测量正母线对地电压为U+，且 ，

当K4闭合，K3断开时，测量负母线对地电压为U-，且 。

由以上可得出：,,

通过乒乓桥原理可计算绝缘电阻的大小，对母线绝缘情况进行判断，同时确定绝缘降低发生的极性，对对称性接地故障同样有效。

当投入正极绝缘检测电阻，负极对地绝缘正常，绝缘电阻无穷大，由可知，装置投切乒乓桥电阻时，引起正负对地电压波动，最大波动可达到100%直流系统电压。

3 平衡桥加检测桥系统

平衡桥加检测桥原理与乒乓桥相类似，在乒乓桥的基础上加入平衡桥电阻R3 、R4，绝缘检测电阻R分别通过K3、K4交替投入直流系统正、负极与地之间。

当K3闭合，K4断开时，测量正母线对地电压为U+，且 ，

当K4闭合，K3断开时，测量负母线对地电压为U-，且 。

上式中：R3 、R4、R均为可知电阻值，由以上可计算出正、负对地电阻值，对母线绝缘情况进行判断，同时确定绝缘母线发生的极性，对对称性接地故障同样有效。因为平衡桥电阻R3 、R4始终并接在直流母线与地之间，装置投切绝缘监测电阻时，不会引起正负对地电阻的大幅度变化，因此正负对地电压波动较小，波动低于正负5%，避免了乒乓桥原理投切检测电阻时引起正负母线电压波动。

4 现代直流系统绝缘监测装置

现代直流系统绝缘监测装置采用平衡桥加检测桥原理对直流母线进行绝缘监测，母线绝缘检测装置作为主机，馈线绝缘检测装置作为从机，配合直流互感器组成直流型绝缘监测系统，各绝缘检测装置使用RS485总线和主监控模块进行通讯，显示母线、馈线绝缘情况及报警信息。

主机工作时分为常规监测和支路巡监。常规监测是在系统正常运行时实时监测正负母线的对地电压，测算母线绝缘电阻值。在发生母线绝缘下降时发出报警信号，点亮故障灯，并将故障标志上送主监控模块，同时通过RS485总线发送支路巡监命令给从机，启动各支路的巡监，寻找接地支路。若支路有接地电阻，则穿套在该支路的直流漏电流互感器会感应出漏电流信号，经过放大采样，从机计算出该支路的正负接地阻抗，完成对各个支路的单端正、负接地；双端平衡和不平衡接地等绝缘监测，以便及时处理直流系统绝缘异常故障。

当馈线1正极接地后，流入、流出直流漏电流互感器的和电流不为零，存在漏电流I1漏，I1漏经母线绝缘监测装置流入负极，此时正极对地绝缘异常，负极对地绝缘正常，母线绝缘监测装置投入负极检测电阻。

，由此可以得出:

其中：R为平衡桥负极检测电阻，数值已确定。

      I1漏为馈线1漏电流，由直流漏电流互感器可测的。

      U为直流系统母线电压，数值已确定。

由此可计算得出馈线支路绝缘电阻值，馈线绝缘监测装置通过RS485总线将支路号、漏电流和接地组织在直流系统总监控模块上显示。

如果馈线1与馈线2同时正极对地绝缘异常，母线绝缘监测装置投入负极检测电阻。

由此可计算出馈线1和馈线2的支路绝缘电阻值。同理针对负极馈线绝缘异常，不同馈线正、副极绝缘异常情况均可计算出绝缘电阻值。

5 结论

采用平衡桥加检测桥相结合原理的直流绝缘监测技术能够弥补单纯采用平衡桥、乒乓桥技术绝缘监测装置的不足，可以有效反映母线对称、不对称接地故障类型，并计算出正负母线绝缘电阻值，与馈线绝缘监测装置相结合，提高了直流系统监测灵敏度，适用于绝缘检测范围广、馈线之路多得情况，得到广泛应用。

参考文献：

[1]廖华. 一次典型直流系统故障 直流接地平衡桥原理[J]. 贵州电力技术, 2008年第1期.

[2]田亮，葛飞. 基于电桥原理的直流绝缘监察方式浅析，电子世界，2015年第17期.

作者：李钊（1990—）、男，大学本科，主要从事水电站运行工作，E-mail：237755986@qq.com