绝缘监测的研究

绝缘监测的研究

一、附加低频信号检测或者直流电压原理

附加低频信号法其原理如图1所示。低频电压源U f 经隔离变压器输出，经电抗器TR 、系统中性点的接地变二次侧或电压互感器二次侧进入电网（目前我国三峡电站机组的低频注入保护装置的低频信号注入采用从发电机中性点接地变二次侧注入方式），后经电网的三相对地电容、三相对地绝缘电阻流入大地，最终经限流电阻R f 形成低频电流回路。在每条支路上装置高灵敏度电流互感器，测量其二次输出的电流信号，将互感器测量的电压、电流信号进行滤波等处理后，上传到上位机进行计算，即可求得对应支路的对地绝缘参数值，实现各回路的绝缘状况监测；同时若电网中发生单相接地故障，故障支路所测量的对地绝缘电阻会明显低于非故障支路，基于该方法也可实现故障支路选线功能。

高敏电流互感器测得的二次侧电流、电压信号经分析处理传送到上位机，也可作为零序功率方向选线法的判据，并与附加低频信号选线法相互佐证，实现电网电缆单相接地故障线路的可靠选线。基于附加低频信号测量电缆对地绝缘参数原理图如图1所示。

(Sys-power)

图1 附加低频信号法原理图

如图1原理图所示，为简化计算分析，输电线路中的电抗值相对于三相电抗器值可忽略不计，其等效电路如图2所示。

U

f

图2 等效电路

由图2等效电路分析可得：

U f

=R f +j ωL tr +C d //R d I

低频输入电压U f 、限流电阻R f 、电抗L tr 均为已知，低频电流I 值较小，可由系统中装置的高敏电流互感器测得，由公式两边实部分量与虚部分量的关系即可求得所需电缆对地电容C d 、对地绝缘电阻R d 。

⎧U f ⎪I -(R f +j ωL tr ) =R '-j X '⎪⎨2

R ωC R d d d ⎪C d //R d =-j

⎪1+(ωC d R d ) 21+(ωC d R d ) 2⎩

由以上公式可得：

⎧⎡⎛X '⎫⎤⎪R d =R '⎢1+ '⎪⎥⎪⎣⎝R ⎭⎦⎨

'X ⎪C =

d ⎪ω(X '2+R '2) ⎩

通过系统装置的高敏电流互感器测得二次侧电流信号，经滤波处理后即为

，联合两个公式可求得电网电缆三相对地绝缘电阻R 与对地电容C 。根据计I d d

算后的电缆对地绝缘参数，在基于此种原理的保护系统中设置不同范围整定值，用以区分不同程度危害的绝缘损耗。当线路绝缘状况下降时，保护系统根据所测量绝缘参数所对应的整定值范围，做出报警、跳闸等不同指令。

二、低频信号检测的仿真

1. 接入低频信号的途径仿真

把低频信号接入到供电线路中的途径一般有两种：1、通过三相电容的方式接入；2、通过三相电感的方式接入。仿真电路图如下：

仿真时候接入的方法：信号源峰值电压30V ，频率10Hz ，经过1:1隔离变压器变到二次侧，然后通过电容或电抗接入到供电线路中。

当接入途径选择电容时，如下图：

10-0-1-1-2-3-3

注：上图是检测电压信号，下图是接入电压信号，下同。

可以看到检测到的信号与接入信号电压峰值很大，衰减相当严重，不利于绝缘检测。

当接入途径选择电感时，如下图：

3

21-1-2-3

321-1-2-3

看到可以看到检测到的信号与接入信号电压峰值相差不大，衰减较小，对绝缘检测影响不大。此外，如果采用经电容的方式接入信号源，是否会对实际线路对地电容的检测造成影响，这个还有待仿真研究。 2. 线路绝缘下降的绝缘检测仿真

把低频交流信号源接入到供电线路中，设置电源为30V ，10Hz ，设仿真时间为0.4s ，当A 相对地绝缘程度在0.2s 下降时（1000Ω电阻接地），仿真电流波形如下：

注：黑色：检测的零序电流；红色：附加低频电源接入侧电流；蓝色： “短路”电流。

由上图可以看到，在线路绝缘程度下降之前，监测点的电流几乎为零，当在0.2s 绝缘程度下降时，监测点电流迅速上升。短路电阻流过的电流与附加电源的总电流几乎相等。可以在线路绝缘程度下降的时候立刻检测到。 3. 零序电流滤序器对绝缘监测的影响

在“线路绝缘下降的绝缘检测仿真”的基础上接入零序电流滤序器。C=1e-7F，R=200Ω。

零序电流滤序器

注：黑色：检测的零序电流；红色：附加低频电源接入侧电流；蓝色： “短路”电流

由上图可以看到，这和没有接入零序电流滤序器的波形基本一样，即零序电流滤序器对绝缘监测没有影响。 4. 中性点接地故障对绝缘监测的影响

在“线路绝缘下降的绝缘检测仿真”的基础上，让中性点接地，接地电阻R E =10Ω，仿真图形如下：

注：黑色：检测的零序电流；红色：附加低频电源接入侧电流；蓝色： “短路”电流

由上图可知，检测的零序电流和“短路”电流变化不大，中性点接地对其影响不大，但是附加低频电源接入侧电流变化很大，且持续，峰值电压能达到2A 。这可能对附加电源有较大影响，甚至烧坏电源。

三、附加直流电压源监测的仿真

1. 线路绝缘下降的绝缘检测仿真

在原来仿真的基础上，把低频交流信号源改为低压直流电源进行仿真，设仿真时间为0.4s ，当A 相对地绝缘程度在0.2s 下降时，仿真波形如下：

注：上图为附加直流电源电压，下图为监测点的检测电流，下同。

可以看到，在线路绝缘程度下降之前，监测点的电流几乎为零，当在0.2s 绝缘程度下降时，监测点电流迅速上升。由于监测点采用的是三相电流相加求零序的方式，当只有A 相绝缘程度下降时，线路将不对称，因此会检测到正弦的零序电流，但由于直流附加电源的存在，检测电流里面还会附加有直流电流。 2. 零序电流滤序器对绝缘监测的影响

在“线路绝缘下降的绝缘检测仿真”的基础上接入零序电流滤序器。C=1e-7F，R=200Ω。得到仿真波形如下：

由上图可以看到，这和没有接入零序电流滤序器的波形相对比，波形的毛刺多了一些，但是电流的幅值基本一样，即零序电流滤序器对附加直流电源的绝缘监测也没有影响。

3. 中性点接地故障对绝缘监测的影响

在“线路绝缘下降的绝缘检测仿真”的基础上，让中性点接地，接地电阻R E =10Ω，仿真图形如下：

从上图可以看出，当中性点发生接地故障的时候，检测电流在0.5A （直流）

左右，这会严重影响绝缘监测对线路的实时检测情况。

附录：

绝缘监测仪产品使用说明

深圳市盈诺源科技有限公司 Shenzhen Yingnuoyuan Tech Co., Ltd