關(guān)于電力系統(tǒng)中直流接地檢測的設(shè)計(jì)研究
引言
發(fā)電廠中的繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、信號(hào)裝置、事故照明和電氣設(shè)備的遠(yuǎn)距離操作,和電力、電信、冶金、石化、化工等領(lǐng)域補(bǔ)給電源一般采用直流電源,而直流電源部分由蓄電池組、充電設(shè)備、直流屏等設(shè)備組成,所以直流電源的輸出質(zhì)量及可靠性直接關(guān)系到各個(gè)企業(yè)的安全和可靠的生產(chǎn)。因此,發(fā)電廠的直流系統(tǒng)被人們稱為企業(yè)的“心臟”。當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地故障時(shí),一般情況下是不會(huì)立即產(chǎn)生危害性后果,但是,若發(fā)生兩點(diǎn)或多點(diǎn)同時(shí)接地, 則可能造成信號(hào)裝置、控制回路和繼電保護(hù)裝置的誤動(dòng)作,致使斷路器跳閘,或直接造成直流操作電源短路,從而引發(fā)嚴(yán)重的電力系統(tǒng)事故。因此,在直流系統(tǒng)中,絕對(duì)不允許在一點(diǎn)或多點(diǎn)長時(shí)間接地的情況下使用設(shè)備。必須對(duì)直流系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)的在線監(jiān)視,一旦發(fā)現(xiàn)有接地故障,監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)立即發(fā)出報(bào)警,提示現(xiàn)場工作人員檢查并排除接地故障,以避免發(fā)生嚴(yán)重的電力系統(tǒng)故障。
監(jiān)控系統(tǒng)主要完成直流系統(tǒng)對(duì)地電阻的檢測。檢測內(nèi)容包括:1、正負(fù)母線對(duì)地電阻;2、支路對(duì)地電阻;3、判斷哪條母線接地。本文主要討論兩種接地檢測及接地電阻計(jì)算的方法。
方案
測量接地電阻大致可以分為兩種方法:交流法測電阻和直流法測電阻。使用交流法測量電阻,就是在系統(tǒng)上,疊加一個(gè)交流信號(hào),利用交流電流傳感器去檢測漏電流,從而計(jì)算出接地電阻。由于這種方法受到分布電容的影響,要想使測量的結(jié)果滿足一定的要求,我們必須嚴(yán)格控制交流信號(hào)的幅值和頻率,這就使得交流信號(hào)源電路變得較為復(fù)雜,也增加了交流信號(hào)源設(shè)計(jì)的難度,同時(shí)檢測交流信號(hào)也相對(duì)復(fù)雜而且檢測精度也不同程度的受到分布電容的影響。另一方面,在系統(tǒng)上疊加一個(gè)交流信號(hào),也就相當(dāng)于人為的向系統(tǒng)增加干擾源,影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性,同時(shí)也在一定程度上制造了系統(tǒng)隱患。由于這些原因,人們又提出了直流法測電阻,但是現(xiàn)有的、使用直流法測電阻的系統(tǒng),也只能在以下兩種情況下測量出接地電阻,并發(fā)出報(bào)警信息:1、單根母線接地;2、所有接地支路都正接地或者負(fù)接地。在正負(fù)母線同時(shí)接地或支路既正接地同時(shí)也負(fù)接地的時(shí)候,系統(tǒng)一般很難準(zhǔn)確的檢測出接地情況,并準(zhǔn)確計(jì)算出接地電阻值,在這種情況下,筆者提出兩種解決方案。
方案1
如圖1框圖所示,電阻R1和R2串聯(lián)在正負(fù)母線間,并在兩電阻間接地,使得系統(tǒng)在正常工作的情況下,能夠保證正負(fù)母線有一個(gè)穩(wěn)定的電壓u+和u-;Rx+和Rx-為虛擬接地電阻;圖右半部分為用戶負(fù)載,M點(diǎn)為漏電流傳感器輸出點(diǎn)。
在系統(tǒng)中,我們實(shí)時(shí)監(jiān)控正母線電壓U+、負(fù)母線電壓U-和漏電流傳感器M點(diǎn)的電壓值,根據(jù)這三個(gè)電壓值和u+、u-,我們便可以得出母線和支路接地的極性,母線和支路接地電阻的大小。
1、 接地極性判斷:|u+|+|u-|=a(a為常數(shù),正負(fù)母線間電壓),故當(dāng)正母線接地或支路B、D點(diǎn)接地時(shí),U+的絕對(duì)值會(huì)減小,U-的絕對(duì)值會(huì)增加;當(dāng)負(fù)母線接地或支路A、C點(diǎn)接地時(shí),U+的絕對(duì)值會(huì)增加,U-的絕對(duì)值會(huì)減小,從而我們可以得出母線接地情況;根據(jù)M點(diǎn)的電壓值(當(dāng)沒有接地時(shí),電壓接近零伏;正接地時(shí),輸出正電壓;負(fù)接地時(shí),輸出負(fù)電壓。),便可獲知是哪個(gè)支路接地和其接地極性,
2、 接地電阻值計(jì)算:由M點(diǎn)的電壓Vm,可以計(jì)算出漏電流的大小Im(不同支路的霍爾漏電流傳感器,M點(diǎn)的電壓和支路電流有著不同的對(duì)應(yīng)關(guān)系)。所以,支路電阻可由如下公式得出:
當(dāng)兩母線同時(shí)接地且對(duì)地電阻同比例減小時(shí),母線電壓沒有被拉偏,支路的霍爾電流傳感器也檢測不出電流的變化,所以這種情況我們是很難檢測出有接地發(fā)生的,即使理論上是可以計(jì)算出接地電阻值,但是在實(shí)際開發(fā)中是不可實(shí)現(xiàn)的。
圖1 電橋法測接地電阻1
方案2
為解決方案1存在的弊端,即當(dāng)兩母線同時(shí)接地且對(duì)地電阻同比例減小時(shí),接地電阻不可求,筆者現(xiàn)在提出第二種方案,在這種方案中,所有情況的接地電阻都可以求得,現(xiàn)分析如下:
如圖2框圖所示,電阻R1、R2和R3、R4分別構(gòu)成兩對(duì)電橋,并由光耦來選擇哪對(duì)電橋接地;圖右半部分為用戶負(fù)載,M點(diǎn)為漏電流傳感器輸出點(diǎn)。
接地極性判斷:同方案1;
接地電阻值計(jì)算:由M點(diǎn)的電壓Vm,可以計(jì)算出漏電流的大小Im(不同的霍爾漏電流傳感器,M點(diǎn)的電壓和支路電流有不同的對(duì)應(yīng)關(guān)系)。當(dāng)計(jì)算支路電阻時(shí),選擇R1、R2電橋,斷開R3、R4電橋,即可得出支路電阻為:
其次,選擇R3、R4電橋,斷開R1、R2電橋,檢測正負(fù)母線電壓U2+,U2-,即可得到:
由方程1和方程2組成的方程組,即可求得母線接地電阻Rx-、Rx+。
圖2 電橋法測接地電阻2
圖3 系統(tǒng)框圖
如圖3所示,該設(shè)計(jì)大致可分為:采集部分、電橋選擇部分、通訊部分、顯示部分、報(bào)警部分,所有部分由CPU統(tǒng)一管理。首先,CPU根據(jù)不同方案選擇不同的電橋,然后采集母線電壓和霍爾電流傳感器M點(diǎn)電壓,將采集到的電壓在CPU內(nèi)進(jìn)行處理,最終將處理后的信息通過通訊模塊上傳給主卡或上位機(jī),且同時(shí)實(shí)時(shí)在顯示模塊上顯示并根據(jù)上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警。
結(jié)語
本文主要介紹了在電力系統(tǒng)中直流檢測的兩種方法,由于直流檢測比之交流法檢測有著很多優(yōu)點(diǎn),所以目前大多數(shù)直流系統(tǒng)都采用直流檢測法去監(jiān)控,但是目前的直流檢測方法還存在著很多弊端,針對(duì)這種情況,筆者提出這兩套方案。由于這兩套方案的電路實(shí)現(xiàn)簡單,軟件結(jié)構(gòu)也并不復(fù)雜,所以其具有很好的應(yīng)用價(jià)值。本文所介紹的方案,已成功的應(yīng)用在哈爾濱九洲電氣股份有限公司的多功能監(jiān)控裝置上,其檢測結(jié)果理想,最小可檢測27K歐姆的接地電阻故障,精度可達(dá)到±5%,若精選器件,可達(dá)到更高的精度。
評(píng)論