直流系统绝缘监察和闪光装置优化方案

发电厂和变电站直流供电网络分布范围较广，而且工作环境又比较恶劣，所以直流系统的电压及绝缘水平容易发生变化。而直流系统的绝缘水平将直接影响二次回路运行的可靠性。直流系统发生一点接地时，由于无短路电流，所以仍能继续运行；但必须及时查找接地点的位置并处理，否则将引起断路器的控制回路、继电保护等二次回路不正确动作。如图2-17所示，直流系统正极已存在A点接地，若在B点又发生接地时，断路器跳闸线圈YT中就有电流流过，将引起断路器误跳闸。为了防止由于直流系统两点接地可能引起断路器误跳闸现象的发生，必须在直流系统安装工作灵敏、可靠的绝缘监察装置。当220V（110V）直流系统绝缘下降到15～20kΩ（2～5kΩ）时，绝缘监察装置应发出灯光及音响信号，并通过装置能判断出直流系统哪一极绝缘下降。

另外，为了监视直流系统电压的运行状况，直流系统又安装电压监察装置；当直流系统电压升高或降低并超出允许范围时，也应发出灯光及音响信号。

图2-17　直流系统两点接地断路器误跳闸图例

图2-18　绝缘监察装置原理接线图

一、绝缘监察装置基本原理

如图2-18所示，绝缘监察装置是由电压表PV和转换开关SA组成。表2-2为转换开关SA的触点表，它有“W（母线）”、“-对地”、“+对地”三个位置；根据母线电压表PV测得的电压值，粗略地估算正、负母线对地的绝缘电阻，从而达到绝缘监察的目的。

表2-2　LW2-W-6a、6、1/型转换开关触点图表

1.正常检测

将转换开关SA切换至母线位置，其触点5-8接通；电压表PV经转换开关SA的触点1-2、5-8接于直流系统正、负母线上，测量直流系统的电压Um。

2.接地及绝缘检查

将转换开关SA切换至“+对地”位置，其触点1-2、1-2、5-6接通；电压表PV经转换开关SA的触点1-2、5-6接于直流系统母线正极对地电压U（+）；将转换开关SA切换至“-对地”位置，其触点1-4、5-8接通；电压表PV经转换开关SA的触点1-4、5-8接于直流系统母线负极对地电压U（-）；则母线正、负极的绝缘电阻可用式（2-8）估算

式中　R（+）、R（-）——直流母线正、负极的绝缘电阻，Ω；

U（+）、U（-）——直流母线正、负极对地电压，V；

Um——直流母线电压，V；

RV——母线电压表PV的内阻，Ω。

（1）当测得的U（+）等于零，U（-）也等于零，说明直流系统绝缘良好。

（2）当测得的U（+）等于零，U（-）等于Um，说明直流母线正极接地；反之，说明直流母线负极接地。

（3）当测得的U（+）和U（-）均不为零，可根据式（2-8）和式（2-9）估算母线正、负极对地绝缘电阻R（+）和R（-）；再根据绝缘电阻允许值，判断直流系统哪一极绝缘下降。

二、电磁型继电器构成的绝缘监察装置

电磁型继电器构成的绝缘监察装置由信号部分和测量部分组成。其中，信号部分用来判断直流系统绝缘是否下降或接地，若下降或接地，则发出灯光及音响信号；测量部分用来判断直流系统哪一极绝缘是否下降或接地，为查找接地点提供依据。这两部分都是依据直流电桥原理工作的。

电磁型继电器构成的绝缘监察装置如图2-19所示。直流母线采用单母线分（Ⅰ、Ⅱ）两段接线方式；两段直流母线公用一套绝缘监察装置。其中，测量部分由转换开关SA、电压表PV1和PV2组成，两段直流母线公用一套，而电压表PV1为电压和电阻的双刻度表，电阻的零刻度位于电压表尺1/2处，且与直流系统的额定电压相对应；两段直流母线各有一套信号部分，一套由信号继电器K1、型号为LW2-2、2、2、2/F4-8X转换开关SM、电阻R1和R2等组成，另一套由信号继电器K2、型号为LW2-2、1、1、7/F4-8X转换开关SM1、电阻R3、R4和R5等组成。QK1和QK2为图2-5中对应于刀开关QK1和QK2的常闭辅助触点，当Ⅰ、Ⅱ段母线连接在一起运行时，图2-5中刀开关QK1和QK2全部投入，则其辅助常闭触点都断开，信号继电器K1线圈接地回路断开，绝缘监察装置只保留一套信号部分。

1.正常检测

转换开关SA为LW2-W-6a、6、1/F6型，其触点位置见表2-2；正常切换到“母线”位置，其触点其触点1-2、5-8接通；电压表PV1经转换开关SA的触点1-2、5-8接于直流系统正、负母线上，测量直流系统的电压Um。

转换开关SM有“Ⅰ”、“Ⅱ”两个位置，任意将其切换到一个位置即可；若SM切换到“Ⅰ”位置，其触点13-15通，使直流Ⅱ段母线的信号部分由信号继电器K1，转换开关SM，电阻R1和R2等组成；触点1-3、5-7、9-11及13-15均通；触点9-11、1-3、5-7通，使直流Ⅰ段母线的信号部分由信号继电器K2，转换开关SM1，电阻R3、R4和R5等组成；测量部分接入直流Ⅰ段母线，而直流Ⅱ段母线与测量部分断开。

图2-19　电磁型继电器构成的绝缘监察装置图

转换开关SM1有测量“Ⅰ”、测量“Ⅱ”和信号“S”三个位置；正常切换到信号“S”位置，其触点5-7、9-11通，电阻R3被短接。

直流系统正常运行时，电压表PV1读数为直流系统额定电压；电阻R1、R2（R1=R2）与直流母线正、负极对地绝缘电阻R（+）和R（-）组成四臂电桥，此时电桥平衡，信号继电器K1不动作；电阻R4、R5（R4=R5）与直流母线正、负极对地绝缘电阻R（+）和R（-）组成四臂电桥，此时电桥平衡，信号继电器K2也不动作。

2.Ⅰ段母线绝缘下降的检测

（1）由于Ⅰ段母线绝缘下降，则电阻R4、R5（R4=R5）与直流系统正、负母线对地绝缘电阻R（+）和R（-）组成四臂电桥平衡关系被破坏；信号继电器K2动作，发出灯光及音响信号。

（2）将转换开关SA切换至“+对地”位置，测得直流母线正极对地电压U（+）；再将转换开关SA切换至“-对地”位置，测量直流母线负极对地电压U（-）；根据式（2-8）和式（2-9）粗略计算母线正、负极的绝缘电阻；若Ⅰ段母线正极的绝缘电阻变小，则初步判断Ⅰ段母线正极绝缘下降。再将转换开关SA切换至“母线”位置，其触点1-2、5-8接通，为用转换开关SM1和电压表PV2精确测量Ⅰ段母线正、负极的绝缘电阻做好准备。

（3）将SM1切至“Ⅰ”位置，其触点1-3、13-15接通；触点1-3通，将R4短接；触点13-15通，电压表PV2接入，电阻R3、R5与直流母线正、负极对地绝缘电阻R（+）和R（-）组成四臂电桥的对角线回路；由于Ⅰ段母线绝缘下降，此时电桥不平衡；调节电阻R3，使PV2批示为零，读取R3的百分数X值。

（4）再将SM1切至“Ⅱ”位置，其触点2-4、14-16接通；触点2-4通，将R5短接；触点13-15通，电压表PV2接入，电阻R3、R4与直流母线正、负极对地绝缘电阻R（+）和R（-）组成四臂电桥的对角线回路；PV2指示值为直流系统对地总的绝缘电阻R，则Ⅰ段正、负母线对地绝缘电阻为

式中　R——直流系统总的对地绝缘电阻，Ω；(www.xing528.com)

X——R3电阻刻度的百分值。

（5）若判断为负母线绝缘能力降低时，首先将SM1切至“Ⅱ”位置，其触点2-4、14-16接通；短接R5，同时接入电压表PV2；调节R3，使PV2指示为零，读取R3的百分数X值。

再将SM1切至“Ⅰ”位置，其触点1-3、13-15接通；短接R4，同时接入电压表PV2；此时PV2指示的数值为直流系统对地总的绝缘电阻，则母线正、负极对地绝缘电阻为

式中　R——直流系统总的对地绝缘电阻，Ω；

X——R3电阻刻度的百分值。

电磁型继电器构成的绝缘监察装置的主要缺点为：当母线正、负极对地绝缘均等下降时，绝缘监察装置的信号部分不发信号。因此，在大型发电厂和变电站中，一般采用微机型的绝缘监察装置。

三、WZJ微机型直流系统绝缘监察装置

WZJ微机型直流系统绝缘监察装置原理框图如图2-20所示，其功能原理如下。

1.常规监测

通过两个分压器取出“+对地”和“-对地”电压，送入A/D转换器，经微机作数据处理后，数字显示正负母线对地电压值和绝缘电阻值，其监视无死区；当电压过高或过低、绝缘电阻过低时发出报警信号，报警整定值可自行选定。

图2-20　WZJ微机型直流系统绝缘监察装置原理框图

2.对各分支回路绝缘及接地检查

各分支回路的正、负出线上都套有一小型电流互感器，以低频信号源作为发送器，通过两隔离耦合电容向直流系统正、负母线发送交流信号。由于通过互感器的直流分量大小相等、方向相反，它们产生的磁场相互抵消，而通过发送器发送至正、负母线的交流信号电压幅值相等、相位相同。这样，在互感器二次侧就可反映出正、负极对地绝缘电阻（Rj+、Rj-）和分布电容Cj的泄漏电流向量和，然后取出有功功率分量，送入A/D转换器，经微机作数据处理后，数字显示阻值和支路序号。整个绝缘监测是在不切断分支回路的情况下进行的，因而提高了直流系统的供电可靠性，且无死区。在直流电源消失的情况下，仍可实现检查功能。

3.电压监视

直流系统电压低于或高于整定值，除发出报警信号外，还可自动将参数和时间记录下来以备运行和检修人员参考。

4.找出接地支路

如果直流系统存在多点非金属性接地，启动信号源，该装置可将所有的接地支路找出。如果这些接地点中存在一个或一个以上的金属性接地，该装置只能寻找距离该装置最近的一条金属性接地支路。这是因为信号源发射的信号波已被这条支路短路，其他的金属性接地点和离该装置较远的金属接地点不再有信号波通过，故其他接地点查不出来。只有先将最近的一条金属性接地支路故障排除后，才能依次寻找第二条最近的金属性接地点，以此类推，直至找出所有的接地回路。

5.自检测功能

自动检测装置各组成部分的运行情况，若发生异常及时报警。

四、电磁型继电器构成的电压监察装置

电压监察装置用来监视直流母线电压，其接线如图2-21所示。其中，KV1为低电压继电器，KV2为过电压继电器；H1、H2为光字牌。

图2-21　直流母线电压监察装置接线图

（a）母线电压监察回路；（b）信号回路

直流母线电压正常时，电压继电器KV1和KV2不动作；当直流母线电压低于或高于允许值时，电压继电器KV1或KV2动作，光字牌H1或H2灯亮，并发出音响信号。

直流母线电压过低，继电保护装置和断路器操作机构要拒绝动作；电压过高，对长期带电的继电器、信号灯等会造成损坏或缩短使用寿命。因此，发电厂和变电站中均安装电压监察装置。

五、闪光装置

发电厂和变电站的直流系统通常装有闪光装置，作为断路器控制回路的闪光电源。闪光装置接线如图2-22所示。它由DX-3型闪光继电器、试验按钮SB和信号灯HL组成；M100（+）为闪光小母线。

图2-22　闪光装置接线图

正常运行时，信号灯HL亮，说明直流电源和熔断器完好；此时，闪光小母线M100（+）不带电，闪光继电器不动作。

按下试验按钮SB后，直流小母线正电源经闪光继电器的常闭触点K、电容器C、电阻R、按钮SB的常开触点、信号灯HL和电阻R与小母线负电源相连，电容器C开始充电；闪光小母线M100（+）电位降低，信号灯HL因两端电压降低而变暗。随着并联在闪光继电器线圈两端的电容C因充电电压不断升高，当达到闪光继电器的动作电压时，闪光继电器动作；其常开触点闭合，信号灯HL两端因电压升高而变亮，闪光小母线M100（+）电位升高；同时闪光继电器的常闭触点K打开，电容器C停止充电。电容C开始对闪光继电器线圈放电，电容C两端电压降到闪光继电器K返回电压时，闪光继电器K返回，其常开触点打开，HL又变暗；常闭触点K闭合，又开始对电容C充电。这样周而复始，使信号灯HL一暗一亮连续闪光，同时闪光小母线M100（+）电位一低一高。

放开试验按钮SB后，信号灯HL由闪光变为平光。

对中小容量机组的发电厂一般采取主控制室的控制方式，其闪光装置由直流屏配套供应，一段母线设一套。对大容量机组的发电厂采用集中控制方式，要按不同系统或控制地点分开装设两组以上的闪光装置；闪光装置可装设在直流屏上、中央信号屏上或相关的控制继电器屏上。