揚(yáng)州市蘇中電力設(shè)備有限公司一、SZDCS-8000直流系統(tǒng)接地故障報警裝置概述
直流電源系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置是在原有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)造和提升。提高了裝置的測量精度和抗電容干擾的能力。在性能指標(biāo)的適應(yīng)性、調(diào)試的方便性及運(yùn)行的可靠性方面均處于國內(nèi)優(yōu)越水平。裝置利用了信號相位鎖定、超前校正及跟蹤積木式結(jié)構(gòu)等技術(shù)，從根本上解決了判斷數(shù)據(jù)不全、選線不準(zhǔn)等弊病。且根據(jù)2011年12月國家電網(wǎng)公司制定的《十八項(xiàng)國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》中的第五項(xiàng)“防止變電站全停及重要客戶停電事故”中明確提出了原有的直流電源系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置，要求增加交流竄直流故障的測記和報警功能。本裝置采用實(shí)時跟蹤信息零處理技術(shù)，解決了交流信號竄入直流故障的測記和報警，是作為直流系統(tǒng)逐步改造提升的理想設(shè)備。廣泛適用于電力、石化、冶金、郵電、鐵路等行業(yè)發(fā)電廠及變電站。是一種提高電網(wǎng)自動化管理水平、確保**運(yùn)行及故障準(zhǔn)確定位的理想智能儀器。
揚(yáng)州市蘇中電力設(shè)備有限公司二、SZDCS-8000直流系統(tǒng)接地故障報警裝置整機(jī)測量原理說明
根據(jù)直流系統(tǒng)的特殊性，本裝置的測量從測量內(nèi)容區(qū)分，可分為四大部分，一是母線監(jiān)測，二是分支回路查巡，三是交流竄直流監(jiān)與報警，直流系統(tǒng)交流成份紋波的監(jiān)測。
2.1直流母線監(jiān)測
2.1.1 在直流系統(tǒng)中，分別從橋網(wǎng)絡(luò)A和橋網(wǎng)絡(luò)B讀取X和Y兩個直流中心對地電壓值。
見圖－
◎ U 為直流系統(tǒng)母線電壓 ◎ U+為直流系統(tǒng)母線正極對地電壓
◎ U－為直流系統(tǒng)母線負(fù)極對地電壓 ◎ R+為直流系統(tǒng)母線正極對地電阻
◎ R－為直流系統(tǒng)母線負(fù)極對地電阻 ◎ X為電橋網(wǎng)絡(luò)A直流中點(diǎn)對地電壓
◎ Y為電橋網(wǎng)絡(luò)B直流中點(diǎn)對地電壓
2.1.2根據(jù)電路基本原理分析，要準(zhǔn)確求出正對地電阻R+和負(fù)對地電阻R－，必建立兩組獨(dú)立的電橋網(wǎng)絡(luò)方程，將其聯(lián)立求解，才能真正求出兩個電阻R+和R－的電阻值。R1、R2、R分別組成電橋網(wǎng)絡(luò)，R1≠R2為常量，我們充分利用兩個不平衡橋網(wǎng)絡(luò)A和網(wǎng)絡(luò)橋B。可以導(dǎo)出絕緣電阻R+和R－僅與母線電壓及測量值“X”與“Y”有關(guān)。經(jīng)電腦編程分別計算出R+與R－的數(shù)值，同時也可以計算出母線正端對地電壓U+與母線對地電壓U－值。結(jié)構(gòu)原理如圖一所示。
2.2支回路查巡，故障定位，報警。
主機(jī)中配有大功率電阻做為電橋，檢測支路時定時啟動電橋電阻信號接至直流系統(tǒng)的正負(fù)極與地之間。利用電阻電橋之間的轉(zhuǎn)換，不同的接地電阻與投入的電橋電阻之間的并聯(lián)，產(chǎn)生不同對地電壓，產(chǎn)生了不同的接地漏電流，安裝于各支路的傳感器檢測每個支路漏電流。工作原理見（圖二）所示。如果支路有電阻接地、交流竄入故障、直流互竄故障的支路信號、對于故障回路則該支路上的傳感器產(chǎn)生感應(yīng)電壓，感應(yīng)電壓的大小與支路電阻成反比。感應(yīng)電壓信號經(jīng)模擬選擇開關(guān)、放大、帶通濾波、相位比較、濾波、A/D轉(zhuǎn)換、送CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再通過RS485接口轉(zhuǎn)入主機(jī)。
隨著電網(wǎng)容量的不斷擴(kuò)大，電壓等級的不斷提高，分支回路也相應(yīng)的增多，有的變電站已多達(dá)500分支回路以上。為了滿足這方面的需求，本裝置利用了總線技術(shù)，采用分層分布式設(shè)計。將每16回路增加一個采集模塊，這種分層分布式的分散結(jié)構(gòu)不需改變原有的主機(jī)結(jié)構(gòu)。并可以拓展到512個回路。采樣模塊和主機(jī)之間利用RS485接口實(shí)現(xiàn)并接。每個模塊地址碼可以在現(xiàn)場隨意設(shè)定，大大提高了產(chǎn)品的適用性和裝置的可靠性。
2.3 直流系統(tǒng)中交流成份（紋波）的監(jiān)測。故障報警。
電路采用耦合、交直流分解等特殊電路處理，能實(shí)時準(zhǔn)確地對直流電源紋波含量即紋波電壓值，計算直流中的紋波系數(shù)，如圖三。
2.4 交流竄直流保護(hù)，故障幅度與錄波與波形分析,竄入支路故障定位。
主機(jī)配置母線交流電壓檢測電路，母線通過電容隔直流、差分運(yùn)放、快速整流、濾波、高速AD，實(shí)時檢測母線上的交流信號，并反饋至主芯片，若外部交流竄入電壓大于所設(shè)定的信號，通過聲光報警及干接點(diǎn)輸出報警相關(guān)信息，并啟動了支路巡查電路，巡查電路確定故障支路。并記錄保存本次報警相關(guān)信息，大大提高系統(tǒng)的**性和可靠性。如圖四。
2.5 直流互竄檢測，故障定位與分析。
本機(jī)內(nèi)置快速高精度檢測電路，實(shí)時檢測現(xiàn)場兩段母線之間的直流互竄故障，并準(zhǔn)確查找互竄支路，大大提高系統(tǒng)的**性和可靠性。為了保證直流電源對變電站**運(yùn)行需要。常常設(shè)有兩段獨(dú)立的直流電源。同一變電站兩段直流是要求分開獨(dú)立運(yùn)行，由于接線錯誤，設(shè)備老化通常會造成兩段母線發(fā)生了電氣上的連接，出現(xiàn)了兩段母線手拉手現(xiàn)象。現(xiàn)有的直流系統(tǒng)是采用兩個電橋監(jiān)測各自的母線，兩段母線出現(xiàn)了電氣上的連接也說是會出現(xiàn)我們常說的“兩點(diǎn)接地現(xiàn)象”。兩點(diǎn)接地現(xiàn)象常常會對變電站的繼電保護(hù)正常運(yùn)行造成一定的危險。我們利用了現(xiàn)有直流接地裝置的技術(shù)升級，將電橋電路的智能化技術(shù)與支路巡查電路進(jìn)行充分的結(jié)合，成功解決了直流系統(tǒng)兩段母線出現(xiàn)了電氣上的連接，也就是發(fā)生了手接手的兩點(diǎn)接地進(jìn)行了告警，并通過支路巡查定位，準(zhǔn)確地查找發(fā)生兩段直流母線互竄的回路。我們將兩臺獨(dú)立測量的直流絕緣監(jiān)察裝置通過測量與通迅技術(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行了定位，有效地查找發(fā)生直流互竄接地的回路。
發(fā)生直流互竄的主要?dú)w納為有五種工作方式：
現(xiàn)象一、第1段母線負(fù)端與第2段母線負(fù)互竄。
現(xiàn)象二： 第1段母線正和第2段母線正互竄.
現(xiàn)象三：第1段母線正和第2段母線正，第1段母線負(fù)和第2段母線負(fù)同時互竄
現(xiàn)象四：第1段母線負(fù)端和第2段母線正端互竄，或第1段母線正端和第2段母線負(fù)端互竄。
揚(yáng)州市蘇中電力設(shè)備有限公司三、SZDCS-8000直流系統(tǒng)接地故障報警裝置功能特點(diǎn)
本裝置采用Cortex-M3內(nèi)核的STM32芯片為主控芯片，集成度高，抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行速度快，功耗低。
3.1 操作界面基于菜單式的人性化設(shè)計。
3.2相關(guān)的所有參數(shù)均可通過菜單進(jìn)行設(shè)置，相關(guān)的所有報警均通過聲光輸出和相應(yīng)的干接點(diǎn)輸出。
3.3準(zhǔn)確檢測直流電壓、模塊狀態(tài)、直流絕緣及接地選線為；精準(zhǔn)區(qū)分母線接地、支路接地，并顯示接地電阻阻值；自動分辨兩條或兩條以上支路同時接地的故障等。
3.4可隨時操作界面進(jìn)入全部支路的巡檢操作，以觀察全部支路的接地狀況。
3.5 可隨時操作界面進(jìn)入全部支路的單檢操作，分全部支路單檢（通過按鍵循環(huán)檢測）和選定支路單檢（通過按鍵選定某一支路檢測）。
3.6 保存顯示當(dāng)前5次的母線絕緣報警記錄。
3.7 提供檢測2段母線的紋波電壓和紋波系數(shù)。
3.8 對CT極性無一致性要求、無方向要求。
3.9 信號采集數(shù)據(jù)采用RS485接口技術(shù)，使數(shù)據(jù)的有效傳輸距離可達(dá) 1000米。
3.10裝置提供串行數(shù)據(jù)通訊接口（RS－232、RS－485）和外部設(shè)備連系。
3.11 裝置提供100M的以太網(wǎng)接口。
3.12支路檢測速度快.巡檢16路以后的數(shù)據(jù)時，平均每路巡檢時間低于1秒。
3.13 本機(jī)可以通過參數(shù)設(shè)定設(shè)置交流竄入報警門限（交流有效值）。
3.14裝置采用實(shí)時跟蹤信息零處理技術(shù)，解決了交流信號竄入直流故障的測記和報警。
3.15采用彩屏液晶顯示、中文界面、顯示直觀明了，并帶有液晶自動保護(hù)功能。
3.16本系統(tǒng)可提供簡單的多機(jī)連接功能，適用于復(fù)雜的多級直流系統(tǒng)中，不會出誤報及拒報現(xiàn)象。
3.17 紋波測量：采用實(shí)時全數(shù)字寬帶測量、實(shí)時測量全范圍的直流電源紋波、電壓值、并計算紋波系數(shù)值，有效記錄直流電源中的交流含量。
揚(yáng)州市蘇中電力設(shè)備有限公司四、SZDCS-8000直流系統(tǒng)接地故障報警裝置技術(shù)性能指標(biāo)
4.1 適應(yīng)環(huán)境溫度：-10℃～+55℃：濕度≤90％
4.2 大氣壓：80-110KPA；
4.3 直流系統(tǒng)電壓等級：220Vdc、110Vdc、48Vdc、24Vdc；
4.4裝置工作電壓：AC/DC 85-265v
4.5 母線段數(shù)：二段
4.6 繼電器接點(diǎn)電流：DC220V/3A
4.7 母線電壓測量精度：±0.5％
4.8 母線絕緣電阻測量精度：0-5KΩ誤差0.1KΩ
5-50KΩ誤差≤5％
50-100KΩ誤差≤10％
4.9 繼電器動作報警時間: ≤2秒
4.10 支路絕緣電阻測量精度：0.5-10KΩ誤差≤15％
10-25KΩ誤差≤20％
4.11 交流竄入電壓測量范圍：0-300V
4.12 交流竄入電壓測量精度：≤1%
4.13 紋波測量范圍：0-100V
4.14 紋波測量精度大于1%
4.15裝置功耗：≤30W
4.16 裝置重量：≤8Kg
4.17 外型尺寸：（長×高×深）：360×135×280㎜，
4.18 采集單元外型：155×95×43㎜
揚(yáng)州市蘇中電力設(shè)備有限公司五、SZDCS-8000直流系統(tǒng)接地故障報警裝置產(chǎn)品圖片
5.1主機(jī)前面板各部件功能介紹：見上圖所示。
5.1.1按鍵“上”鍵、“下”鍵、“左”鍵、“右”鍵、“確定”鍵、“取消”鍵。
5.1.2指示燈
電源指示燈：儀器通上電源時，該燈亮。
信號指示燈：儀器進(jìn)入支路檢測狀態(tài)后，該燈亮。
超壓報警燈：母線電壓超過門限設(shè)定值時，該燈亮。
欠壓報警燈：母線電壓低于門限設(shè)定值時，該燈亮。
絕緣報警燈：母線對地絕緣電阻低于門限設(shè)定值時，該燈亮。
支路報警燈：支路檢測時，接地電阻值低于門限設(shè)定值時，該燈亮。
瞬時接地?zé)簦耗妇€瞬時對地絕緣電阻值低于門限設(shè)定值時，該燈亮。
交流串路燈：當(dāng)有交流竄入時，該燈亮。
5.1.3液晶顯示器
中文顯示設(shè)定參數(shù),母線監(jiān)測數(shù)據(jù)及支路檢測數(shù)據(jù)等.
5.1.4電源開關(guān)
電源開關(guān)置于機(jī)箱后面，置ON時接通儀器工作電源，置OFF時，電源切斷。
5.2主機(jī)后面面板簡介
后面板上貼有接線端子功能表，見下圖所示。其中故障報警繼電器輸出為常閉觸點(diǎn)，當(dāng)儀器正常工作時，該繼電器觸點(diǎn)斷開；當(dāng)儀器發(fā)生故障時，該繼電器觸點(diǎn)閉合。其它報警繼電器輸出均為常開觸點(diǎn)，只有報警輸出時，相應(yīng)的繼電器觸點(diǎn)才閉合。
六、通電前檢查
6.1裝置到貨后，首先應(yīng)檢查包裝箱上的產(chǎn)品登記單與裝置箱體上的質(zhì)量檢驗(yàn)合格證，并確認(rèn)與訂貨一致。
6.2打開裝置機(jī)箱對裝置各部件進(jìn)行檢查，確定各部件有無松動及損壞現(xiàn)象，檢查有關(guān)電纜線連接是否可靠。
6.3核對裝置工作電源電壓和現(xiàn)場電壓是否相符。
6.4上述各項(xiàng)檢查完畢方可通電試驗(yàn)。
七、裝置安裝
7.1本裝置可單獨(dú)安放在工作臺或安裝在直流屏柜內(nèi)。系統(tǒng)為了適應(yīng)不同的用戶，在外觀設(shè)計時選用了兩種機(jī)型，4U的機(jī)型里面安裝了兩個采樣模塊，小機(jī)型里面沒有安裝采樣部件。具體安裝尺寸見圖五。
7.2互感器安裝
7.2.1互感器應(yīng)安裝在支路距母線的*近端（*后安裝在分支路空氣開關(guān)或熔絲之間）。
7.2.2常見的規(guī)格有內(nèi)徑為φ18、φ44、φ90及K20四種見圖六（三種）。
7.2.3互感器的一個接線端子連接在采樣模塊的信號輸入支路端子上而另一個接線端子連接在采樣模塊的接地輸入端子上。
7.3采集模塊的安裝：
按回路的需要增加相應(yīng)的互感器和采集模塊，各采樣模塊之間采用≥0.5平方毫米的導(dǎo)線相連接。各分支路互感器接在采集模塊的信號輸入端。（各采樣模塊的輸入端的地線是獨(dú)立的，不和大地連接）參照圖五
7.4 主從機(jī)（多機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行）部分安裝簡要說明：
7.4.1主從機(jī)之間通過RS485通訊連接，即每臺機(jī)器后面面板的第39（RS485A）、第40（RS485B）端子并聯(lián)。
7.4.2所有模塊均通過五芯線連至主機(jī)后面面板第31-35端子。
7.5采樣模塊
7.5.1采樣模塊的使用，采樣模塊是本裝置拓展采樣回路的關(guān)鍵部件，是拓展多級聯(lián)機(jī)的入口。
7.5.2采樣模塊的編碼：采樣模塊編號采用8421方式，以先后順序從1到99。
7.5.3采樣模塊的編碼方法：（安裝面向下，文字標(biāo)志面向上）。8位撥碼開關(guān)分別表示十進(jìn)制的個位（1.2.3.4），和十位（5.6.7.8），每一位按照二進(jìn)制方式計算，直到9。各位開關(guān)在靠近NO的字樣邊是0，選中的數(shù)字鍵向下有效。所以在使用時要注意采樣模塊的編碼要按順序編制，檢查無誤后才能通電運(yùn)行。如要設(shè)置第63塊，見下表：
7.5.4采樣模塊是裝置的子系統(tǒng)，它的地線是獨(dú)立的，所以各個互感器的接地點(diǎn)應(yīng)接在所屬模塊的接地點(diǎn)上。以防相互干擾，采樣模塊的地線不和大地連接.采集模塊超過4個需要加一個12V的電源.用戶在使用時請注意。
7.5.5采樣模塊和主機(jī)的連線可參考連線圖七。
