直流绝缘检测原理

1、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。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，就可能引起重大故障的发生。现有检测直流系统绝缘的方法主要有电桥平衡原理和低频探测原理。根据电桥平衡原理实现的绝缘监 测装置被广泛使用，但它不能检测直流系统正、负极绝缘同等下降时的情况；绝缘监测装置即使报警，也 不能直接得到系统对地的绝缘电阻大小。用低频探测原理检测接地故障是近几年采用的一种新方法，但它 所能检测的接地电阻受直流系统对地分布电容的制约，而且低频交流信号容易受外界的干

2、扰，另外注入的 低频交流信号增大直流系统的电压纹波系数。可见，电桥平衡原理和低频探测原理均存在若干难以克服的 缺陷。本文提出一种新的检测方法，即主回路用不平衡电桥检测总的绝缘电阻，而支路用直流互感器来检 测到底是哪一路出现了绝缘降低。同时用单片机来实现这种检测方法。2主回路的绝缘电阻的测量传统的平衡电桥检测原理如下图 -1,通过检测电压 Uj和Um，再加上给定的电阻 R来算出R+、R-, 但当正负绝缘都出现降低的情况下，检测的结果将与实际情况不符合。图 -1为了能检测正负都绝缘降低的情况， 下文设计一种不平衡电桥测量法。 并用 MCS 80C196KC 单片机来 实现，如图-2所示。首先我们先

3、说明一下电子继电器AQW214的用法，当AQW214的1、2脚导通时，7、8脚也导通；而且导通的内阻很小。同理， 3， 4 脚导通时， 5、 6 脚也导通。而且， AQW214 的耐压值可以达 到400V，即当7、8，或5、6不导通时，它们两端可以承受400V的电压。所以我们可以通过控制P10的电平，来控制1、2脚的导通而达到控制 JK1的导通与关断。同理，通过控制P11的电平来控制JK2的导通与关断。第一步，JK1、JK2都断开，我们通过80C196单片机的A/D 口的AC4通道采集C4两端的电压， 从而测得Um。第二步，JK1断开、JK2闭合，通过A/D 口的AC5通道采集C2两端的电压，

4、从而测算得 Uj，记此时测得的电压 Uj为Uj1。第三步，JK1闭合、JK2断开，记此时测得的电压 Uj为Uj2。很明显的 Uj1与R+，R-有关系，Uj2也与R+，R-有关系。从而可以得到一个二元方程。在此，因为R与R3之和等于R与RW2之和，故将 R与R3之和称为R，将R与RW2之和也称为R。从而可以得到公式 1-1和1-2。公式 1-1公式 1-2联立公式 1-1， 1-2 可解出：公式 1-3图-2以上的分析，我们得到理论上的实现，但真正用到实际应用当中去，我们需要注意几个问题。首先，就电路中所给的参数只适合 100V-300V的直流电压，低于100V，则测量精度下降；高于 300V，

5、则电子继 电器的耐压不够。对于直流电压比较低的情况，我们可以通过改变相关电阻值而使测量精度提高。但对于 直流电压高于 300V 的情况，我们要重新选择电子继电器或者别的继电器。其次，实际测量时，应先判断 |Uj1-Uj2| 的大小，如果其值太小，由于 AD 转换器的精度造成的影响将比较大，上述公式计算结果偏差较 大。这种情况发生在正负绝缘均匀下降且绝缘阻值较小时，比如R+ = R- = 1K , Um = 220V时，由公式1-1、公式 1-2 可得：Uj1 = 110.55V，Uj2 = 109.95V , |Uj1-Uj2| = 0.6V，设 AD 转换器的量程为 0300V，精度为 千分

6、之一(10位AD)，则其最小测量精度为0.3V，因此|Uj1-Uj2|可能等于零，所以 R+= R-= 0，与实际相差很大。根据我们的实测，绝缘电阻在5K到50K之间时，测量精度可达到5%。当发生2K以内正负绝缘均匀下降时，测量精度较差。对于实际中的一般情况，我们最关心的就是当绝缘电阻在15K25K 之间波动。所以可以达到要求。但如果在特殊的场合，要求精度更高一些，我们可以选择精度更高的A/D 转换器。3支路绝缘降低的判断在引言里，我们已经提到，用低频探测原理检测容易受直流系统对地分布电容的制约，容易受外界的 干扰，而且注入的低频交流信号增大直流系统的电压纹波系数。在这里，我们用电流互感器来检

7、测漏电流 的大小。我们先根据图 -3 来说明一下电流互感器的用法。在这里我们选择 DC10EA 型的电流互感器，额定 输入电流为10mA，输出电压为0 +/-2.5V。当出现正绝缘降低时，正母线和负母线上的电流差值为12(单位为mA)，则此时电流互感器的输出U= (12/10) *2.5 (v),当出现负绝缘降低，此时电流互感器的输出U=-(12/10) *2.5 (v)。我们通过采集电流互感器的输出电压，便可以计算漏电流I2的大小，从而得到绝缘降低的的程度。图-3因为当出现正负绝缘都降低的时候，绝缘降低的程度与漏电流不成正比。所以我们采用前面讲到的不 平衡电桥来计算主回路的绝缘电阻的具体大小。如果到了报警线，便通过通讯向支路绝缘检测模块获取各 个支路绝缘降低的程度。下面图 -4 给出了支路绝缘检测模块的大致原理图。单片机通过多路开关将不同支 路的电流互感器的输出电压采集进来。在绝缘主模块需要的时候将采集的数据发给主模块。图-44结束语本文利用不平衡电桥法给出了一个较为精确的计算正负