直流系统绝缘监察-正、负极对地绝缘电阻的监测

正、负极对地绝缘电阻的监测［摘要］给出常见的三种直流系统电压测量及绝缘监视电路的动作原理；直流系统正、负极对地绝缘电阻的测量方法；直流系统正、负极对地绝缘电阻的计算公式及其推导过程。［关键词］:直流系统正极负极绝缘监察绝缘电阻计算公式［前言］直流系统在发电厂和变电所中具有重要的位置。要保证一个发电厂或变电站长期安全运行，直流系统的绝缘问题是不容忽视的。直流系统在正常运行时，正负极均不接地。发生一点接地时，接地点没有短路电流流过，熔断器不会熔断，仍可继续运行，但也必须及时发现、及时消除。否则再发生另一点接地时，有可能引起控制回路、继电保护回路的误动作。为了监视直流系统的绝缘状况，必须装设绝缘监察装置，运行人员可使用该装置经常测量直流系统的绝缘电阻，使其保持在0.5MQ以上。为了帮助深入理解直流系统绝缘监察的监测原理，本文着重讨论直流系统正、负极对地绝缘电阻的测量方法及计算公式的推导、说明，以供学习、参考。一、最简单的绝缘监察装置最简单的绝缘监察装置是采用一只或两只高内阻的电压表，如图一接线。图一最简单的绝缘监察装置图一（a）采用一只电压表。用切换开关分别测量正、负极对地电压。若电压表指示均为零，表明两极对地绝缘良好（电压表的内阻远小于正、负极对地绝缘电阻）；若测量一极有电压指示，则表明另一极有绝缘损坏，绝缘电阻越小，电压指示越大；若测量一极电压指示直流母线电压，则表明另一极接地。图一(b)采用两只电压表。当两极绝缘良好时，两只电压表指示相同，均为母线电压之半，若一极绝缘电阻下降为零，则接该极的电压表指示降为零，另一只电压表指示上升为母线电压；若某极绝缘电阻下降但尚未达到零，则接该极的电压表指示在零与一半母线电压之间。无论何种情况，两只电压表的读数和为母线电压。二、简单的绝缘监察装置简单的、能粗略估算正、负母线对地的绝缘电阻的直流系统绝缘监视电路，如图二所示。图二简单的绝缘监察装置简单的绝缘监察装置是由电压表PV1和转换开关SA组成。根据PV1测得的电压值粗略地估算正、负母线对地的绝缘电阻，从而达到绝缘监视的目的。转换开关SA有“m(母线)”、“一对地”、“+对地”三个位置可分别测得Um、U(—)、U(+)三个电压，则正、负母线绝缘电阻可由下式估算:R=R(lLjm_"(+)-1)(+) vU(-)R=R(UmU(-)-1)(-) vU(+)式中R(+)、R(-)——正负母线对地绝缘电阻，Q电压表PV1的内阻，Q

下面对以上正负母线对地绝缘电阻R(+)、R(-)的计算公式进行推导。1、不操作时转换开关SA置“m(母线)”位置，接点SA(1—2)、SA(5—8)接通，电压表PV1指示母线电压Um。2、将转换开关SA置“一对地”位置，接点SA(1—4)、SA(5—8)接通，电压表指示负极对地的电压U(-)，组成如图三所示的测量线路。图三SA置“一对地”位置时测量线路图根据分压公式有:R-)〃RR-)〃RV •UR+R//R(+)R(-)RR(-)+R•URRmR +—(-)V(-) V•URR+RR+RRm(+)(-) (+)V (-)VU即:(1)(即:(1)RR+RR+RRU(+)(-) (+)V (-)Vm3、将转换开关SA置“+对地”位置，接点SA(1—2)、SA(5—6)接通，电压表指示正极对地的电压U(+)，组成如图四所示的测量线路。根据分压公式有:R(+R(+)RR(+)+RV •URRmR +—(+)V(+) VU=—R(+)〃Rv—•U

(+) R)+R)//Rv m•URR+RR+RRm(+)(-) (+)V (-)V(2)((2)(3)(4)(5)图四SA置“+对地”位置时测量线路图U即. =—L+l即：RR+RR+RRU(+)(-) (+)V (-)Vm4、式(1)、式(2)联立求解正负母线对地绝缘电阻R(+)、R()式(1)-(2)得：=MRU(+) (+)UR(-广疽•R(+)

(+)将式(3)代入式(1)得：UTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"ULzL%+)Rv U (+ =(-)U U U-RR+RR+_^1-RRmU (+)(+) (+)VU (+)V化简后得：R(+)=RV( ——d-1)(-)将式(4)代入式(3)求得：\o"CurrentDocument"R=R(UmU(-)-1)(-) VU(+)可见，若U⑴=U(-)=0,表明直流系统绝缘良好;若U⑴=0,U㈠=L，表明正母线接地；若测得结果相反’表明负母线接地；若U(+)、"在0〜L之间,则可用上式估算R(+)、R(-)的绝缘电阻。这种绝缘监视装置需要人工操作，主要用于小型变电所和小型水电站。三、由电磁继电器构成的直流系统绝缘监察装置。

由电磁继电器构成的直流系统绝缘监察装置如图五所示，它适用于单母线供电的直流系统，是电厂和变电所广泛采用的一种绝缘监视装置。图五由电磁继电器构成的直流系统绝缘监视电路图它由三只1000Q的电阻R=1R=2R=3R，两只高内阻(100KQ)电压表IV、2V,一只DL—11/2.45型电流继电器KS，测量切换开关ST及信号切换开关1SL所组成。电压表1V(有电压与电阻双刻度：150—0—150V、0—8—0Q)用作测量直流系统总的绝缘电阻。电阻2R是带有滑动触点的电位器。电压表2V和转换开关ST的作用与上面简单直流系统绝缘监视电路的作用及原理一样，可粗略估算正、负极对地绝缘电阻；用来测量母线电压及判断是正极还是负极绝缘电阻下降。转换开关1SL有三个位置：“正极”、“信号”、“负极”，正常时转换开关1SL置“信号”位置，ST置“母线”位置，1SL(7—5)、1SL(9—11)接通，ST(9—11)也接通，继电器KS组成如图六所示的电桥。图六直流系统接地信号回路构成R(,)、R(_)分别为正、负极对地的绝缘电阻。当两极对地电压良好时，其绝缘电阻相等，电桥平衡，继电器KS内无电流通过。当某一极绝缘电阻降低时，电桥失去平衡，KS线圈有电流通过，当绝缘电阻降低至15〜20kQ时，继电器KS起动，常开触点闭合，接通光字牌GP发出光字信号和音响信号。此时，可以借助电压表2V和转换开关ST判断是正极还是负极绝缘电阻下降。若测量一极有电压指示，则表明另一极有绝缘损坏，电压指示越大，，绝缘电阻越小。下面介绍绝缘监察装置测量并计算出正对地或负对地绝缘电阻值，测量方法如下：1、正极绝缘电阻下降(ST置“一对地"电压表2V有指示)将转换开关1SL顺时针转至“正极”位置，接点1SL(1—3)、1SL(13—14)接通，形成如图七所示的电桥。图七调节电阻2R使电压表1V指示为零(电桥平衡)，读出调节电阻指示的百分数X。电桥平衡式为：则得:将此式代入直流系统总绝缘电阻R=凄鸟」式中，解得:R+R(3—1)（3—2）式中，X——电位器2R的刻度的百分数；R£——直流系统正负极母线对地的总绝缘电阻。保持电位器2R滑动触点位置不变，将转换开关1SL逆时针转至“负极”位置，接点1SL（2—4）、1SL（15—14）接通，形成如图八所示的电桥，则可测出直流系统总绝缘电阻R£（电压表1V的欧姆指示数）。图八设RV为电压表1V的内阻，U”为直流母线电压，将图八改画为图九所示的直流电路计算图，并假定各支路电流的参考方向。图九直流电路计算图

根据图九列写回路电压方程和支路电流方程:,(1+X)R-1-RI-RI=0* 3V5 (+)1(1-X)R-1-RI+RI=04 (-)2V5RI+RI=U(+)1 (—)2m12=I-15①②③④⑤由①十②后将③代入得：d+X)R.13①②③④⑤由①十②后将③代入得：d+X)R.13+Q-X)R.14=UmI=Um+R(—)15将④代入③得： 1R+R—_U-(1-X)R-1将⑤代入⑥得： 13= 2R 将⑦、⑧代入①得:.... (+) (-)*(+)*(-) +R+1-*2RR+Rv2(+) (-)R(+)=气—X

由式(3—2)：R+R希~2，代入⑨得:0.5U mI5R+R+1-*2R£V2⑥⑦⑧⑨⑩则电压表1V指示的电压UV为:U=RI= mVVV5一一1-X2-R£+Rv+2R

因R远小于RV及R，略去R后简化得：U=°WvV R^+RV可见UV的数值与Rz成反比关系，测量电压表1V的欧姆指示数为：R^=0.5RvU-2）V测量电压表的盘面标有电压和电阻两种刻度，可直接读出直流系统总绝缘电阻R，按式（3—1）、（3—2）计算出正极绝缘降低时的各极绝缘电阻值。2、负极绝缘电阻下降（ST置“+对地”电压表2V有指示）将转换开关1SL逆时针转至“负极”位置，接点1SL（2—4）、1SL（15—14）接通，形成如图十所示的电桥。:队图十图十调节电阻2R使电压表1V指示为零（电桥平衡），读出调节电阻指示的百分数X。电桥平衡式为：1+XR则得: R则得:1—X (-)将此式代入直流系统总绝缘电阻R= +R）式中，解得:徂R+R（3—3）（3—4）

保持电位器2R滑动触点位置不变，将转换开关1SL顺时针转至“正极”位置，接点1SL（1—3）、1SL（13—14）接通，形成如图^一所示的电桥，则可测出直流系统总绝缘电阻R£（电压表1V的欧姆指示数）。图十图十设Ry为电压表1V的内阻，Um为直流母线电压，将图十一改画为图十二所示的直流电路计算图，并假定各支路电流的参考方向。L 14 A 4图十二直流电路计算图图十二直流电路计算图根据图十二列写回路电压方程和支路电流方程:XR-根据图十二列写回路电压方程和支路电流方程:XR-1-RI-RI=0厂 3V5 (+)1(2-X)R-1-RI+RI=04 (-)2V5R(+)I+R(-)12=Um12=I-15<14=13+15①②③④⑤由①+②后将③代入得：XR•13+(2-x)R•14=Um将④代入③得:将⑤代入⑥得:I=Um+R(-)1将④代入③得:将⑤代入⑥得:iR+R)『U-(2-X)R•ITOC\o"1-5"\h\z— m 53 2R-u(R(+)-X)\o"CurrentDocument"I mR()+R() 2将⑦、⑧代入①得：5 R(+)R(_)+R+x(2—x)RR~~+Ru2R_R_1+X由式(3—4)：R+R—R£ —2一，代入⑨得:I- -0.气5 R^+Ry+(1-0.5X)•XR⑥⑦⑧⑨⑩则电压表1V⑥⑦⑧⑨⑩—RyI—RyI5R^+Ry+(1-6.；X).XR因R远小于Ry及R，略去R后简化得:U=-0.5UmRyV R^+Ry由此可见，1V指示的电压Uy为负值。测量电压表1V的欧姆指示数为：R^=0.5Ry（Um-2）V测量电压表的盘面标有电压和电阻两种刻度，可直接读出直流系统总绝缘电阻R，按式（3—3）、（3—4）计算出正极绝缘降低时的各极绝缘电阻值。图五所示由电磁继电器构成的直流系统绝缘监察装置的缺点，是当正、负两极对地绝缘电阻均等下降时，不能发出信号。［结束语］在学校使用的《工厂供配电》教材中，直接给出直流系统绝缘监察装置测量正、负