CN104678341A - 站用直流电源***绝缘监测装置的检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

一种站用直流电源***绝缘监测装置的检测装置及检测方法，包括直流电源单元、辅助直流电源单元、交流电源单元：直流电源单元包括第一整流调压模块SDC1和直流母线KM1，辅助直流电源单元包括第二整流调压模块SDC2和辅助直流母线KM2，交流电源单元包括交流调压器T1和转换开关S2；还包括对地绝缘测试单元、波形测记、交流串入及控制保护电路。本发明的有益效果是：实现了对站用直流电源***绝缘监测装置进行互窜告警测试、环网告警测试、交流串入告警测试、平衡桥交流叠加耐受能力测试以及绝缘电阻监测和接地选线正确性测试等功能性能的检测或考核验证，以避免不当的直流电源绝缘监测装置影响电力***的安全生产。

Description

站用直流电源***绝缘监测装置的检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及电力***的发电厂升压站、变电站、换流站等站用直流电源***，特别是用于评价站用直流电源***绝缘监测装置的参数、功能性能的检测装置及检测方法。

背景技术

随着社会、经济发展，用电负荷日益增长，电力***规模不断扩大，越来越多的升压站、变电站、换流站等建成投运。由于电力生产是发、输、配一次完成，升压站、变电站等的运行安全性和可靠性与供用电直接相关，升压站、变电站等因自身原因造成停电事故带来的经济损失和社会损失十分巨大。站用直流电源***是为控制、保护、通信等负荷提供正常运行用电源和电网故障后快速恢复运行的事故用电源，是保障发电厂升压站、变电站、换流站等安全运行的关键设备，因此，提高站用直流电源***安全运行水平，是保障电网安全的一个重要方面。由于我国发电厂升压站、变电站、换流站等用（简称站用）直流电源***基本采用不接地***，故其正、负极对地处于绝缘状态。当***对地绝缘下降到一定值后（如220V直流***一般为25kΩ），我们称之为直流接地。在直流电源***发生一点或多点接地时，极易引发使用站用直流电源供电的继电保护装置和控制装置的误动或拒动，为此需要直流电源***绝缘监测装置对站用直流电源***的绝缘状况进行监测。

直流电源绝缘监测装置通常采用在线检测***直流母线有无接地故障发生，在母线检测到直流接地故障发生后，继而启动支路巡检的“选线功能”进而判别出故障支路，同时装置发出告警信号。但如果绝缘监测装置检测方式、检测电阻选择不当，会引起直流电源***母线电压的偏移和波动，严重时还会影响到站用电***甚至电网的运行安全。为了避免不当的直流电源绝缘监测装置影响电力***生产，必须开展相关的检测或考核验证，所以需要一种对其参数、功能性能进行检测的方法与相应装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种站用直流电源***绝缘监测装置的检测装置及检测方法，对电力***站用直流电源绝缘监测装置的参数、功能性能进行检测或考核验证。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种站用直流电源***绝缘监测装置的检测装置，包括直流电源单元、辅助直流电源单元、调整单元和转换开关S1；直流电源单元：包括第一整流调压模块SDC1和直流母线KM1，第一整流调压模块SDC1的输出端正负极分别连接到直流母线KM1的正极KM1+和负极KM1-；辅助直流电源单元：包括第二整流调压模块SDC2和辅助直流母线KM2，第二整流调压模块SDC2的输出端正负极分别连接到辅助直流母线KM2的正极KM2+和负极KM2-；调整单元：包括可调电阻器R01和可调电阻器R02；所述辅助直流母线KM2的正极KM2+连接到可调电阻器R01的输入端，可调电阻器R01的输出端连接到转换开关S1的第一输入端；辅助直流母线KM2的负极KM2-连接到可调电阻器R02的输入端，可调电阻器R02的输出端连接到转换开关S1的第二输入端；所述转换开关S1的输出端连接到直流母线KM1的负极KM1-。本方案用于互窜告警测试。

进一步的技术方案：将所述转换开关S1替换为双极开关K5；可调电阻器R01和可调电阻器R02的输出端分别通过双极开关K5连接到直流母线KM1的正极KM1+和负极KM1-。本方案用于环网告警测试。

进一步的技术方案：将所述辅助直流电源单元、调整单元和转换开关S1替换为信号发生器；信号发生器连接到直流母线KM1。本方案用于交流串入告警测试。

进一步的技术方案：将所述辅助直流电源单元、调整单元和转换开关S1替换为交流电源单元；所述交流电源单元包括交流调压器T1和转换开关S2，交流调压器T1的输入端连接到隔离变压器，交流调压器T1的交流输出端连接到转换开关S2的输入端，转换开关S2的第一输出端和第二输出端分别连接到直流母线KM1的正极KM1+和负极KM1-。本方案用于平衡桥交流叠加耐受能力测试。

进一步的技术方案：所述辅助直流电源单元、调整单元和转换开关S1替换为对地绝缘测试单元；所述对地绝缘测试单元包括***电容测试电路XT、两个以上直流支路接地电阻测试电路ZLi和示波器；所述***电容测试电路XT包括第一可调电容支路和第二可调电容支路；第一可调电容支路由开关K01和可调电容器C01串联构成，一端连接到直流母线KM1的正极KM1+，另一端接地；第二可调电容支路由开关K02和可调电容器C02串联构成，一端连接到直流母线KM1的负极KM1-，另一端接地；所述直流支路接地电阻测试电路ZLi包括第一可调电阻支路和第二可调电阻支路；第一可调电阻支路包括串联的开关Ki1和可调电阻器Ri1，开关Ki3和可调电容器Ci1串联后再并联到可调电阻器Ri1的两端；第一可调电阻支路一端连接到直流母线KM1的正极KM1+，另一端接地；第二可调电阻支路包括串联的开关Ki2和可调电阻器Ri2，开关Ki4和可调电容器Ci2串联后再并联到可调电阻器Ri2的两端；第二可调电阻支路一端连接到直流母线KM1的负极KM1-，另一端接地；所述示波器连接到直流母线KM1。本方案用于绝缘电阻监测误差计算和接地选线正确性判断。

互窜告警测试的方法是：包括，（一）连接的步骤：将被测绝缘监测装置的监测端连接到直流母线KM1，将辅助绝缘监测装置的监测端连接到辅助直流母线KM2，将被测绝缘监测装置的通信端连接到辅助绝缘监测装置的通信端；（二）互窜告警测试的步骤，包括：（1）将可调电阻器R01设置为最大值，调节转换开关S1使其第一输入端连通输出端；调节可调电阻器R01的电阻值，直到被测绝缘监测装置发出互窜告警；进行互窜告警正确性判断；（2）将可调电阻器R02设置为最大值，调节转换开关S1使其第二输入端连通输出端；调节可调电阻器R02的电阻值，直到被测绝缘监测装置发出互窜告警；进行互窜告警正确性判断。

环网告警测试的方法是：包括，（一）连接的步骤：将被测绝缘监测装置的监测端连接到直流母线KM1，将辅助绝缘监测装置的监测端连接到辅助直流母线KM2，将被测绝缘监测装置的通信端连接到辅助绝缘监测装置的通信端；（二）环网告警测试的步骤：将可调电阻器R01和R02设置为最大值；合上双极开关K5；调节可调电阻器R01和/或R02的电阻值，直到被测绝缘监测装置发出环网告警；记录可调电阻器R01和R02的电阻值；进行环网电阻监测误差计算。

交流串入告警测试的方法是：包括，（一）连接的步骤：将被测绝缘监测装置的监测端连接到直流母线KM1；（二）交流串入告警测试的步骤：开启信号发生器，选择不同频率的正弦波并由小到大调节输出的正弦波幅值，直到被测绝缘监测装置发出交流串入告警信号；读取被测绝缘监测装置显示的交流串入的幅值和信号发生器输出的正弦波幅值；进行误差计算并查验有无波形记录。

平衡桥交流叠加耐受能力测试的方法是：包括，（一）连接的步骤：将被测绝缘监测装置的监测端连接到直流母线KM1；（二）平衡桥交流叠加耐受能力测试的步骤，包括：（1）调节转换开关S2使其第一输出端连通输出端；开启交流调压器T1，逐步调节其输出的交流电压至250V并保持时间T；观察被测绝缘监测装置是否有异常状况出现；（2）调节转换开关S2使其第二输出端连通输出端；开启交流调压器T1，逐步调节其输出的交流电压至250V并保持时间T；观察被测绝缘监测装置是否有异常状况出现。

本发明的有益效果是：实现了对站用直流电源***绝缘监测装置进行互窜告警测试、环网告警测试、交流串入告警测试、平衡桥交流叠加耐受能力测试以及绝缘电阻监测和接地选线正确性测试等功能性能的检测或考核验证，以避免不当的直流电源绝缘监测装置影响电力***的安全生产。

附图说明

图1是本发明的结构及电路原理图。

具体实施方式

本发明的设计要点如下：

1）接于交流电源的可调整流模块通过微型直流空开实现直流电源的输出，以代替站用直流电源***的正、负极母线及相应的直流电压，并且联接数条直流输出支路。每条直流输出支路经过微型直流空开的正、负极上分别对地接有可调的电阻器和电容器，用于设置不同的直流接地状况，模拟变电站站用直流电源***的运行工况。

2）接于交流电源的调压器通过转换开关实现交流电压叠加在平衡桥检测电阻上，由于直流电源绝缘监测装置必须具备平衡桥电阻长期（≥8h）耐受250V工频交流电压和***标称直流电压的能力和对外部窜入交流量的测记功能，通过调压器调节不同交流电压值，模仿外部工频交流量的窜入和对检测桥交流电压的耐受能力测试。

3）在代替站用直流电源***的正、负极母线接入信号发生器，调整输出不同频率和幅值的电压波，重点用于窜入不同频率交流量的检测或考核验证被检直流电源绝缘监测装置对外部窜入交流量的测量、记录和分析能力。

4）另一接于交流电源的可调整流模块，通过转换开关或微型直流空开可分别接入代替站用直流电源***的正、负极母线，测试两段直流母线发生同极或异极互窜和环网时（两段独立的直流母线仅一极出现的非正常连接为互窜，两极出现的连接为环网），直流电源绝缘监测装置的故障判断能力。

5）在代替站用直流电源***的正、负极母线接入示波器，用于测量、记录和分析直流母线电压位移和波动的波形。

站用直流电源***绝缘监测装置的检测装置的结构和连接关系如图1所示：

a）直流电源单元将250V交流电压通过电源开关K1输入到整流调压模块（SDC1），其输出的直流电压通过开关K2分别施加到正、负直流母线（KM1+、KM1－）上。同时并联在整流调压模块（SDC1）前后的交流电源和直流电源，通过引出端子分别连接被测绝缘监测装置的工作电源和监测采样端子。将经过直流断路器（如正极K11、负极K12）输出支路（如支路1）的正、负直流引线同时穿过被测绝缘监测装置所配的选线传感器（CT），再连接到可调电阻器（如R11、R12）和电容器（如C11、C12），电容器串接的直流断路器（如正极K13、负极K14）根据检测需要进行电容器（C11、C12）的投、切。

b）辅助直流电源单元将250V交流电源通过电源开关K3输入到辅助整流调压模块（SDC2），其输出的正极或负极辅助直流母线（KM2+或KM2-）直流电压经可调电阻器（R01、R02）后，分别通过S1转换开关施加到负极直流母线（KM1-）上。同时并联在辅助整流调压模块（SDC2）前后的交流电源和直流电源，通过引出端子分别连接辅助绝缘监测装置的工作电源和监测采样端子。

c）交流电源单元将经过隔离变压器输出的250V交流电源通过电源开关K4输入到交流调压装置T1，其输出的交流电压V3通过S2转换开关分别施加到正极或负极直流母线（KM1+或KM1－）上。

d）对地绝缘测试单元包括直流支路接地电阻测试电路和***电容测试电路。其中，直流支路接地电阻测试电路由可调电阻器（如R11、R12等）、可调电容器（如C11、C12等）和开关（如K011、K12）组成，***电容测试电路由可调电容器C01和C02及开关K01、K02组成。

e）波形测记、交流串入及控制保护由相应的采集记录装置（如示波器或波形分析仪）、信号发生装置（信号发生器）、交流或直流断路器及监测控制（电流、电压、温度）***构成。

本发明的装置，还可以根据互窜告警测试、环网告警测试、交流串入告警测试、平衡桥交流叠加耐受能力测试以及绝缘电阻监测和接地选线正确性测试等功能性能的检测或考核验证需要，搭建对应的测试电路。

对直流电源绝缘监测装置的检测与验证的方法如下：

a）先断开所有断路器（开关），转换开关置中间位置，将被测绝缘监测装置和辅助绝缘检测装置的电源线、监测采样线、选线传感器（CT）及通信（被测绝缘监测装置和辅助绝缘检测装置的通信端）接至相应的端子，采集记录装置（如示波器）、信号发生装置（信号发生器）、监测控制***等处于正常工作状态。

b）合上电源开关K1使整流调压模块（SDC1）达到工作状态，调节直流输出电压至被测绝缘监测装置对应的最低监测电压值，读取电压表V1与被测绝缘监测装置显示值，进行电压监测误差计算。然后在至最高监测电压值的范围中合理选择多个测试值（含最高监测电压值），重复读取电压表V1与被测绝缘监测装置显示值，进行电压监测误差计算，取最大误差值计为被测绝缘监测装置电压监测误差。

c）调节直流输出电压V1至被测绝缘监测装置对应的监测***标称电压值，合上K2使正、负直流母线（KM1+、KM1－）上电，完成被测绝缘监测装置监测设置，使被测绝缘监测装置进入正常监测状态。将可调电阻器（如R11、R12等）置最大值（如1MΩ），按照检测程序依次合上各支路的可调电阻器（如R11、R12等）断路器（如K11、K12等）、电容器（如C11、C12）断路器（如K13、K14等）及母线电容器（如C01、C02）断路器（如K01、K02等）。

d）进行绝缘电阻监测和接地选线正确性测试时，

i）先选择一条支路的一极（正极或负极）检测：

合上K01调节C01电容值，在0～100μF范围中合理选择多个测试值（如0、10μF、30μF、50μF、80μF、100μF），再合上K11并在每个C01电容值下，调节R11电阻值至被测绝缘监测装置发出告警，示波器测量记录各测试点的正、负极对地电压值（直流电压偏移）。告警一般分绝缘预警和接地报警，在被测绝缘监测装置完成接地选线后，分别记录告警显示内容，读取绝缘预警和接地报警时的R11电阻值与被测绝缘监测装置显示值，进行绝缘电阻（接地电阻值）监测误差计算和接地选线正确性判断，完成后断开K01和K11，并调节R11电阻值至最大值。

合上K11和K13，在0～5μF范围中合理选择多个测试值（如0、1μF、3μF、5μF），并在每个C11电容值下调节R11电阻值，至被测绝缘监测装置发出告警，示波器测量记录各测试点的正、负极对地电压值（直流电压偏移）。在被测绝缘监测装置完成接地选线后，分别记录告警显示内容，读取绝缘预警和接地报警时的R11电阻值与被测绝缘监测装置显示值，进行支路绝缘电阻（接地电阻值）监测误差计算和接地选线正确性判断，完成后断开K13和K11，并调节R11电阻值至最大值。

ii）选择任两条支路的一极（正极或负极）检测：

每一极的检测方法和步骤参照i）进行，每种组合方式下清楚地记录告警显示内容和正、负极对地电压最大值（直流电压偏移），读取调节的电阻值与被测绝缘监测装置显示值，进行各极的绝缘电阻（接地电阻值）监测误差计算和接地选线正确性判断，完成后断开相应的支路断路器，并调节电阻值至最大值。

iii）先选择一条支路正极和另一条支路负极的检测：

每一极的检测方法和步骤参照i）进行，但两极的电阻器和电容器按等值调节，每种组合方式下清楚地记录告警显示内容和正、负极对地电压最大幅值（直流电压波动），读取调节的电阻值与被测绝缘监测装置显示值，进行各极的绝缘电阻（接地电阻值）监测误差计算和接地选线正确性判断，完成后断开相应的支路断路器，并调节电阻值至最大值。

iiii）检测结果评判：

完成全部组合方式的检测后，按极性（正极或负极）选出最大误差值，即是被测绝缘监测装置的误差，根据接地选线的误选和漏选次数给予正确率判断。再依据示波器记录得到直流电压偏移和直流电压波动的最大值并给予是否超值的判断。

e）进行交流串入告警测试时，在开启信号发生器，选择不同频率的正弦波并由小到大调节输出的正弦波幅值，至被测绝缘监测装置发出交流串入告警，记录被测绝缘监测装置告警显示内容，读取交流串入显示幅值并与信号发生器输出幅值进行误差计算，查验有无波形记录和选线正确性判断。完成测试后断开信号发生器。

f）进行互窜测试时，首先确认K5处于断开状态，合上电源开关K3使整流调压模块（SDC2）达到工作状态，调节直流输出电压V2至辅助绝缘监测装置对应的监测***标称电压值，正、负辅助直流母线（KM2+或KM2-）上电，完成辅助绝缘监测装置设置，使其进入正常监测状态。可调电阻器（R01和R02）置最大值（如1MΩ）。将转换开关S1分别置于一极（正极或负极），调节该极可调电阻器电阻值（如正极调R01、负极调R02），至被测绝缘检测装置发出互窜告警，记录告警显示内容。环网测试时，将可调电阻器（R01或R02）电阻值调节至最大值，转换开关S1置中间位置。合上K4开关，调节可调电阻器电阻值（如R01、R02），至被测绝缘监测装置发出环网告警，记录告警显示内容读取告警时可调电阻器（R01或R02）电阻值与被测绝缘监测装置显示值。进行环网电阻监测误差计算和互窜告警正确性判断，完成后断开K5、K3并将转换开关S1置中间位置，并调节可调电阻器（R01或R02）电阻值至最大值。

g）在被测绝缘监测装置正常接线状态下，闭锁不平衡桥投入。将转换开关S2分别置于一极（正极或负极），合上K4，逐步调节交流调压装置T1的交流电压V3至250V，停留至技术规范（Q/GDW1969-2013变电站直流***绝缘监测装置技术规范）要求的时间后，被测绝缘监测装置无异常状况（如击穿、闪络过流等保护动作及异味、异响）出现（包括本验证装置无任何保护动作），调节交流电压V3至0V后，断开K4并将转换开关S2置中间位置。根据被测绝缘监测装置交流串入测记功能，该测试过程中可检测其对工频串入量的监测能力。

本装置的主要功能与技术指标：

主要功能：提供一种对发电厂升压站、变电站、换流站等站用直流电源绝缘监测装置参数检测、功能验证的方法与装置，对其运行安全性、故障监测可靠性等方面的性能指标进行评价，以避免劣质产品引发或扩大电网事故。

站用直流电源绝缘监测装置的检测装置的技术指标：

交流电源电压：0～250V；

直流电源电压：0～300V；

可调电容器：0～100μF；

可调电阻器：0～1000kΩ；

整流模块： 0～300V ，50A；

装置短时耐受电压：3 kV。

Claims (9)

1.一种站用直流电源***绝缘监测装置的检测装置，其特征在于，包括直流电源单元、辅助直流电源单元、调整单元和转换开关S1；

直流电源单元：包括第一整流调压模块SDC1和直流母线KM1，第一整流调压模块SDC1的输出端正负极分别连接到直流母线KM1的正极KM1+和负极KM1-；

辅助直流电源单元：包括第二整流调压模块SDC2和辅助直流母线KM2，第二整流调压模块SDC2的输出端正负极分别连接到辅助直流母线KM2的正极KM2+和负极KM2-；

调整单元：包括可调电阻器R01和可调电阻器R02；

所述辅助直流母线KM2的正极KM2+连接到可调电阻器R01的输入端，可调电阻器R01的输出端连接到转换开关S1的第一输入端；辅助直流母线KM2的负极KM2-连接到可调电阻器R02的输入端，可调电阻器R02的输出端连接到转换开关S1的第二输入端；

所述转换开关S1的输出端连接到直流母线KM1的负极KM1-。

2.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述转换开关S1替换为双极开关K5；可调电阻器R01和可调电阻器R02的输出端分别通过双极开关K5连接到直流母线KM1的正极KM1+和负极KM1-。

3.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述辅助直流电源单元、调整单元和转换开关S1替换为信号发生器；信号发生器连接到直流母线KM1。

4.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述辅助直流电源单元、调整单元和转换开关S1替换为交流电源单元；所述交流电源单元包括交流调压器T1和转换开关S2，交流调压器T1的输入端连接到隔离变压器，交流调压器T1的交流输出端连接到转换开关S2的输入端，转换开关S2的第一输出端和第二输出端分别连接到直流母线KM1的正极KM1+和负极KM1-。

5.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述辅助直流电源单元、调整单元和转换开关S1替换为对地绝缘测试单元；所述对地绝缘测试单元包括***电容测试电路XT、两个以上直流支路接地电阻测试电路ZLi和示波器；

所述***电容测试电路XT包括第一可调电容支路和第二可调电容支路；第一可调电容支路由开关K01和可调电容器C01串联构成，一端连接到直流母线KM1的正极KM1+，另一端接地；第二可调电容支路由开关K02和可调电容器C02串联构成，一端连接到直流母线KM1的负极KM1-，另一端接地；

所述直流支路接地电阻测试电路ZLi包括第一可调电阻支路和第二可调电阻支路；第一可调电阻支路包括串联的开关Ki1和可调电阻器Ri1，开关Ki3和可调电容器Ci1串联后再并联到可调电阻器Ri1的两端；第一可调电阻支路一端连接到直流母线KM1的正极KM1+，另一端接地；第二可调电阻支路包括串联的开关Ki2和可调电阻器Ri2，开关Ki4和可调电容器Ci2串联后再并联到可调电阻器Ri2的两端；第二可调电阻支路一端连接到直流母线KM1的负极KM1-，另一端接地；

所述示波器连接到直流母线KM1。

6.如权利要求1所述的检测装置的检测方法，其特征在于，包括

连接的步骤：将被测绝缘监测装置的监测端连接到直流母线KM1，将辅助绝缘监测装置的监测端连接到辅助直流母线KM2，将被测绝缘监测装置的通信端连接到辅助绝缘监测装置的通信端；

互窜告警测试的步骤，包括：

（1）将可调电阻器R01设置为最大值，调节转换开关S1使其第一输入端连通输出端；调节可调电阻器R01的电阻值，直到被测绝缘监测装置发出互窜告警；进行互窜告警正确性判断；

（2）将可调电阻器R02设置为最大值，调节转换开关S1使其第二输入端连通输出端；调节可调电阻器R02的电阻值，直到被测绝缘监测装置发出互窜告警；进行互窜告警正确性判断。

7.如权利要求2所述的检测装置的检测方法，其特征在于，包括

连接的步骤：将被测绝缘监测装置的监测端连接到直流母线KM1，将辅助绝缘监测装置的监测端连接到辅助直流母线KM2，将被测绝缘监测装置的通信端连接到辅助绝缘监测装置的通信端；

环网告警测试的步骤：将可调电阻器R01和R02设置为最大值；合上双极开关K5；调节可调电阻器R01和/或R02的电阻值，直到被测绝缘监测装置发出环网告警；记录可调电阻器R01和R02的电阻值；进行环网电阻监测误差计算。

8.如权利要求3所述的检测装置的检测方法，其特征在于，包括

连接的步骤：将被测绝缘监测装置的监测端连接到直流母线KM1；

交流串入告警测试的步骤：开启信号发生器，选择不同频率的正弦波并由小到大调节输出的正弦波幅值，直到被测绝缘监测装置发出交流串入告警信号；读取被测绝缘监测装置显示的交流串入的幅值和信号发生器输出的正弦波幅值；进行误差计算并查验有无波形记录。

9.如权利要求4所述的检测装置的检测方法，其特征在于，包括

连接的步骤：将被测绝缘监测装置的监测端连接到直流母线KM1；

平衡桥交流叠加耐受能力测试的步骤，包括：

（1）调节转换开关S2使其第一输出端连通输出端；开启交流调压器T1，逐步调节其输出的交流电压至250V并保持时间T；观察被测绝缘监测装置是否有异常状况出现；

（2）调节转换开关S2使其第二输出端连通输出端；开启交流调压器T1，逐步调节其输出的交流电压至250V并保持时间T；观察被测绝缘监测装置是否有异常状况出现。