直流系统绝缘接地巡检装置

1 引言

　　发电厂和变电站的直流电源作为主要电气设备的保安电源及控制信号电源，是一个十分庞大的多分支供电网络，其常见的故障是一点接地故障。在一般情况下，一点接地并不影响直流系统的运行，但如果不能迅速找到接地故障点并予以修复， 又发生另一点接地故障，就可能引起信号回路、控制回路、继电保护装置等的误动作。因此，减少这种绝缘故障，必须有一个可靠的绝缘监测方法，从而及时发现问题，避免重大事故的发生。
　　绝缘在线监测的基本原理是电气设备处于运行状态中，利用其工作电压来监测绝缘的各种特征参数。因此，可以有效地反映绝缘的实际情况，从而对绝缘状况做出比较准确的判断。
　　电力直流系统的绝缘监测分为直流监测法和交流监测法，交流监测法排除了零点漂移，但是，由于各支路存在着分布电容，导致测得的接地电阻不仅含有电阻分量，也含有电抗分量，为一个复数，因此为提高精度必须去掉电抗分量，导致测量电路比较复杂，而且，对母线注入交流信号也导致了直流母线的纹波系数加大。本方案采用的是直流监测法，采用改进的直流电桥法检测母线的接地电阻，分为母线的接地电阻监测和支路的接地电阻监测。在监测过程中，先对母线进行监测，发现接地故障后，再对支路进行监测。
　　一般的直流绝缘监测方法是利用直流电源的控制母线的工作电压作为电源，通过检测正负母线的对地漏电流来测量母线的绝缘电阻。此方法的优点是检测电路简单、稳定性好；但是，由于现有直流测量方法的原因，无法准确测量直流电源合闸母线和各条电源馈出线的对地绝缘电阻，从而限制了其测量精度。
　　改进的直流电桥法母线的接地电阻检测是利用直流母线的工作电压，采用小电流传感器分别测量合闸母线、控制母线以及各条馈出线的对地漏电电流，分别计算出合闸母线、控制母线和各条馈出线的对地绝缘电阻，完成直流母线的绝缘电阻测量和接地选线，大大提高了测量精度和报警的准确性。

2 改进的直流电桥法绝缘电阻检测原理

　　改进的直流电桥法母线的接地电阻检测是利用直流母线的工作电压，采用小电流传感器分别测量合闸母线、控制母线以及各条馈出线的对地漏电电流，然后根据测量得到的电流和电压的对应关系列出方程组求解接地电阻，测量电路见图1。图中：RKX+、RKX-分别为正控制母线和负母线的对地的绝缘电阻，RHX+、RHX-分别为正合闸母线和负母线的对地绝缘电阻，为待测量；L1、L2为小电流霍尔传感器；R、R1、R2和R3都是已知的标准电阻，K1、K2和K3分别为正负母线的标准电阻选择开关。测量时通过切换开关K1、K2、K3的接通和关断，从而根据测量得到的流过R1、R2、R3的电流值和母线电压值计算出合闸母线和控制母线的对地绝缘电阻。

2.1合闸母线对地绝缘电阻的测量

　　闭合K1，此时测量电路的等效电路如图2。其中，RHX+、RHX-为正、负合闸母线对地绝缘电阻，IH+1、IH-1分别为闭合K1时正、负合闸母线对地漏电流，ICH1为小电流传感器可以测量的合闸母线电流差值，UH为合闸母线电压，由此可得到方程式：

　　闭合K3，此时测量电路的等效电路如图3。

　　

　　其中，RHX+、RHX-为正、负合闸母线对地绝缘电阻，IH+2、IH-2分别为闭合K3时正、负合闸母线对地漏电流，ICH2为小电流传感器可以测量的合闸母线电流差值，UH为合闸母线电压，由此可得到方程式：

　　两组方程式联立，ICH1、ICH2、I31、I32可直接从电路中测出，因此可解出合闸母线对地绝缘电阻为：

　　在得到的绝缘电阻表达式中，UH、I31、I32、ICH1、ICH2的测量精度可以达到较高的精度，R1、R3可以选用高精度的精密电阻，因此采用此种测量方法可以达到很好的测量精度。

2.2控制母线对地绝缘电阻的测量

　　控制母线对地绝缘电阻的测量方中，开关的闭合顺序为K2、K1，检测电流为ICK1=IK+1-IK-1，计算公式与合闸母线的绝缘电阻的计算相似。

3 直流系统绝缘在线监测装置的设计

3.1 系统硬件结构

　　硬件电路采用89C52单片机作为主控芯片，管理绝缘电阻测量、接地回路选线和与主机之间的通讯等。测量流过测量电阻的电流值和小电流传感器的输出的采样采用12位的A/D转换器；小电流传感器的切换采用继电器阵列，尽量减小开关的导通电阻，提高测量精度。系统硬件结构如下图所示：

“看门狗”电路的设计

　　“看门狗”能使CPU从死循环和跑飞状态进入正常的程序流程，电路设计时应遵循的原则：
　　（1）看门狗电路必须由硬件逻辑组成，不宜由可编程计数器充当，因为CPU失控后，可能修改可编程器件的参数，使看门狗失效。
　　（2）CPU必须在正确完成所有的工作后才能发扫描输入信号，且程序中发扫描输入信号的地方不能太多。否则，正好那里有死循环，看门狗就不产生计满输出信号，不能重新启动CPU。
　　X25045芯片具有512个字节的