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摘要：本文从直流注入式绝缘监测装置的原理入手，针对发电厂10kV中性点不接地配电系统，采用直流注入式绝缘监测装置在实际应用中存在的问题，进行了深入分析，提出了对应的改进措施，通过现场试验，取得良好效果，提高了发电厂10kV配电系统的安全稳定运行水平。
关键词: 绝缘监测，直流注入式，中性点不接地，灵敏
The application and improvement of DC injection monitoring devices
Summary：This article introduce the principle of direct current injection which used in insulation monitoring device in 10 kV isolated neutral system, and the existing problems in the practical application.Through deep analysis and testing, improve that the modification for improvement is conducive to the safe and stable operation of 10kV distribution.
key word：insulation monitoring, DC injection, isolated neutral, sensitively
0引言
10kV中压系统故障，多数是因为设备绝缘降低引起，因此继电保护技术管理规程明确要求在电厂和变电所母线上应装设单相接地监视装置。传统的监视装置通过测量三相电压来反应零序电压的变化，动作于信号。直流注入式绝缘监测装置则是测量中压系统设备的绝缘电阻，从装置的实现原理分析，直流注入式绝缘监测装置能更好的反应系统的绝缘水平。
1 直流注入式绝缘监测的原理
1.1 绝缘监测基本原理
依据欧姆定律R=U/I，通过绝缘监测装置(REPu)在中压系统上加入36V直流电压，测量该电压U在中压系统中产生的直流电流I,计算并显示系统的绝缘电阻R。当电阻值小于整定值时，该装置将发告警型号也可发跳闸信号。如图1-1所示
直流发生器通过1、2两点，将36V电压加入中压系统，比较器实现电阻的测量计算，当测量值小于R1时（R<），继电器B动作于告警；当测量值小于R2(R<<)时继电器A动作于跳闸。
1.2绝缘监测装置的安装方式与实现原理
10kV不接地系统，通常采用YY和开口三角型电压互感器（PT）来检测母线的线电压和零序电压，鉴于此，将监测装置安装于电压互感器一次侧中性点处，通过外加36V直流电源，注入直流检测量，实现中压系统的绝缘监测。接线方式如图1-2所示，装置的2号端子与互感器中性点连接，装置的1号端子接地；装置定时将直流信号从PT一次侧中性点注入中压系统设备（互感器、母线、开关、电缆、变压器、电机等），正常情况下，中压系统设备绝缘良好无接地故障点，此时装置检测到注入的直流电流I极小接近于0，绝缘电阻R极大（通常大于几个兆欧）；当中压系统设备的绝缘降低，此时绝缘监测装置监测到的直流电流有所增大，当绝缘电阻降低到一定程度，检测到电阻小于某一值时（通常小于200KΩ）时，此时装置将发出告警信号以便运行人员检查处理。
2 存在的问题
2.1 LGL母线PT一次侧中性点直接接地，装置告警。
电厂中压供电系统如图3-1所示，10kV厂用电有变压器ANT/AST供电，ANT/AST失电后，应急柴油机EDG自动起动。在中压柜整体调试过程中，发现LGA母线PT1处绝缘监视装置M1告警,经检查系LGL母线PT2中性点直接接地，形成直流回路M1→PT1→LGA→K1→K2→LGL→PT2→地，导致绝缘监视装置一、二段均告警。经与调试人员探讨，认为PT2一次侧中性点直接接地是误告警的直接原因。
2.2两套绝缘监视装置并列运行，装置告警。
如图2-1所示，厂用电LHA中压柜属于核岛中压系统，设计方在该系统PT3柜加装绝缘监视装置，在审查设计文件的过程中发现，开关K3、K4闭合时，M1、M2装置将会告警。经分析M1?PT1?LGA?K3?K4?PT3?M2构成直流回路，它是两个直流系统反向串联，经过大地构成一个完整的直流电流回路，简图如下：
R1-------M1分压电阻
R2-------M2分压电阻
J1--------M1信号继电器
J2--------M2信号继电器
E1------- M1直流发生器注入电压
E2------- M2直流发生器注入电压
RL--------联络线电阻
原因分析：
在理论上，绝缘监测装置测得的电流为：I=⊿E／R∑=│E1-E2│／(R1+R2+RL)， M1、M2同时注入直流电压信号，且E1=E2，此时测得电流I=│E1-E2│／(R1+R2+RL)=0，此时系统的绝缘电阻为∞。
然而，实际上电流I的大小受各种因素的影响，其中⊿E的变化是主要因素。现定义一个影响⊿E的因子ρx=ρ1·ρ2·ρ3
其中：
ρ1为36V直流电压波动影响因子。
ρ2为控制命令输出继电器的输出时限不同步影响因子。
ρ3为绝缘电阻比较计算单元计算精度影响因子。
因此I=⊿E／R∑=│ρx1E1-ρx2E2│/ R∑
绝缘监察装置直流注入单元D的直流持续注入时间为5s, M1、M2的直流注入时序图为E1、E2。
假设M1，M2在注入时间上存在时间不同步，存在时间差⊿t,在⊿t≥150ms(装置告警返回时间)，则⊿E的大小接近E1或E2且每周期出现两次，因此该⊿E将使绝缘测量装置频繁闪灯误报警。
此外，36V直流注入电压波动不稳定也是产生误告警的主要原因。
3.改进措施
3.1 PT一次侧中性点加装隔直电容
如图3-1所示，PT2 中性点直接接地，直流回路M1→PT1→LGA→K1→K2→LGL→PT2→地,形成闭环，产生告警。
处理措施：利用电容的“通交流，阻直流”的特性，在PT中性点处串入电容使直流回路M1→PT1→LGA→K1→K2→LGL→PT2→地 开环，避免设备绝缘良好情况下的误报警。
电容参数的选择：2μF/1000V,即电容大小为2μF,承受电压1000V。
中性点不接地系统，发生单相接地，当接地电容电流大于10A时，将产生间歇性弧光接地谐振过电压，健全相过电压的倍数可达2.5 至3.5倍的相电压峰值，下面计算PT一次侧中性点处电容承受的电压Un.max
如图3-1，Ea， Eb，Ec为系统电源电压；Ua,Ub,Uc 为PT一次侧A,B,C相电压。
系统C相发生了单相接地故障，在最不利情况下，健全相A,B相的电压变为：
Ua.max=3.5Ua=3.5×10÷1.732=20.2 kV
Ub.max=3.5Ub=3.5×10÷1.732=20.2 kV
经查电压互感器JDZX17-10R试验报告可知，
互感器一次侧单相电阻为R=1610Ω,
一次绕组电抗XL =2.489MΩ,( 额定电压)
XL=1.893MΩ,(1.9倍额定电压)
根据图4-1可得以下方程：
Xc*[(Ua.max-Un.max)/（Ra+XLa）+(Ub.max-Un.max)/(Rb+ XLb)]= Un.max
将Xc=1∕ωC=1592.36Ω，Ra=Rb=1.61×103Ω, XLa=XLb=1.89×106Ω, Ua.max=Ub.max=20.2 kV 代入上式解之，
Un.max=27.12V＜1000V
因此所选的电容参数2μF,1000V满足要求。
3.2 增加开关位置闭锁环节
鉴于REPu绝缘监视装置先进原理及高灵敏度，当系统LGA/LGL/LHA由ANT/AST供电时，开关K3、K4闭合，M1的监视范围覆盖全部中压范围LGA/LGL/LHA且涵盖M2的监视范围。因此用K4开关的位置闭接点与M2端子3、4连接闭锁M2装置，避免出现误告警状况；当LHA由EDG单独供电时，开关K3、K4断开，M2(REPu)投入运行，可监视LHA系统。具体的措施如下图3-2所示：
4结论
通过对直流注入式绝缘检测回路设计的改进，直流注入式原理的先进性得到充分的体现。
首先，该装置能够实时检测中压系统的绝缘变化且实时显示，便于运行人员检查、监视。
其次，电压互感器一次侧中性点加装隔直电容，增加了网络的电容,可以有效地破坏谐振条件，降低了系统发生低频、半频、工频谐振过电压的几率，很好的保护了电气设备。
最后，当系统绝缘降低至200kΩ时，装置能够灵敏告警，灵敏度远高于PT开口三角处零序电压告警。
总之，注入式绝缘监测装置原理先进，设计巧妙，通过设计改进，能够很好地实现全厂中压电气设备绝缘性能的检测。
参考文献
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论文作者:于光静
论文发表刊物:《电力技术》2016年第4期
论文发表时间:2016/7/23
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