1广西柳州广西电网有限责任公司柳州供电局 545000；2.广东广州市仟顺电子设备有限公司 510000 韦晓林1，黄欣1，玉海澄1，吴文健2
摘要：站用直流电源系统是为给信号设备、保护、自动装置、事故照明、应急电源及断路器分、合闸操作提供直流电源的电源设备。直流系统设计为不接地系统，系统配备绝缘检测装置，绝缘监测装置只能针对系统可靠性接地故障，缺乏对瞬间绝缘故障检测功能；而瞬间绝缘故障对系统安全运行威胁同样大，本文利用Multisim分析直流系统馈线瞬间绝缘故障，分析瞬间绝缘故障的危害。
关键字：直流系统，瞬时绝缘故障，仿真分析
Simulation and analysis of transient insulation fault of DC system feeder based on Multisim
Wei Xiaolin1,Huang Xin1，Yu Haicheng1，Wu Wenjian2
(1.Liuzhou Power Supply Bureau of Guangxi Power Grid Co., Ltd\Guangxi,Liu zhou 545000
2.Guangzhou qianshun Electronic Equipment Co., Ltd\Guangzhou, Guangdong 51000)
Abstract: the DC power supply system for substation is a power supply equipment that provides DC power supply for signal equipment, protection, automatic device, emergency lighting, emergency power supply and breaker opening and closing operation. The DC system is designed as ungrounded system, and the system is equipped with insulation detection device. The insulation monitoring device can only detect the reliable grounding fault of the system, and lacks the function of detecting the instantaneous insulation fault. The instantaneous insulation fault is also a threat to the safe operation of the system. This paper uses Multisim to analyze the instantaneous insulation fault of the DC system feeder, and analyzes the harm of the instantaneous insulation fault.
Key words: DC system, instantaneous insulation fault, simulation analysis
1概要
直流系统作为信号设备、保护、自动装置、事故照明、应急电源及断路器分、合闸操作提供直流电源的电源设备；保护设备电源可靠性要求极高，为保障保护设备安全可靠运行，直流系统设计为不接地系统；为监测直流系统接地故障，直流系统成套设备配备绝缘监测装置监测接地故障。绝缘监测装置是应对直流系统常规型接地设计，依据“DL/T 1392—2014直流电源系统绝缘监测装置技术条件”对绝缘监测装置的要求，装置能够在180s内完成绝缘故障监测即可。
一般小型的继电器在20ms左右,一般中间继电器,过流继电器等的动作时间是在10ms左右,常为8~9ms；而在电力保护行业采用的继电器都是高质量继电器，动作时间高达4-6ms；所以超4ms的接地故障和永久性接地故障的危害是一样的，相比之下，不可靠接地引起直流系统对地电压频繁波动，故障危害更大。
由于瞬时接地故障的特殊性，检测手段有限，当前检测设备对瞬时故障监测不足，瞬时故障给检修人员带来极大困扰。文章利用Multisim软件仿真分析瞬时接地故障，分析故障特征与危害。
2直流系统馈线介绍
直流系统由充电设备、蓄电池、直流屏、直流分屏、绝缘监察装置、负载等组成；其中直流系统馈线是由直流分屏和负荷组成，直流馈线回路从直流屏到负荷端主要包含直流母线、输电电缆、馈线开关、接线端子和负荷等。
.png)
如图1所示，直流系统馈线从母线引出后，经开关以及长电缆，馈线因长电缆和负荷各种滤波电容，对地分布电容C+和C-是不可避免；在无绝缘故障时，Rj为无穷大；发生绝缘故障时，Rj为低阻看状态。
3馈线支路瞬时接地仿真
3.1Multisim仿真软件
Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。
3.2直流系统瞬时接地故障电路原理
.png)
如图2所示，直流系统电源为DC、直流系统平衡桥为R、直流系统分布电容C+和C-、接地故障R1、控制瞬时接地故障开关k、保护回路线圈负荷Rj、控制动作触点开关Kj、保护回路分布电容C1。
直流母线电源DC输出电压为U，在无绝缘故障的情况下，在平衡桥R的作用下，母线对地电压V+=V-=U/2。模拟瞬时接地故障时，频繁动作接地故障回路开关k，导致R1频繁接入系统，导致V+和V-频繁波动。
3.3直流系统瞬时接地故障仿真
.png)
如图3所示，在Multisim软件搭建图2所示原理图电路，直流系统电压为V1，电压幅值220V；平衡桥电阻R1和R2，阻抗为100kΩ；瞬时接地故障模拟回路电阻R3，阻抗为2kΩ，控制开关S1；系统分布电容C1和C2，电容值均为20uF；保护回路保护线圈电阻R4，阻抗2kΩ，保护回路支路电容为C3，电容值为5uF；示波器XSC1，监测保护线圈两端电压。
通过频繁开通、断开开关S1，使得R3频繁接到电源系统，改变电源系统对地电压。
4.仿真结果分析
完成电路搭建，启动软件仿真开关；开启示波器，监测试验波形。
.png)
联系动作两次开关S1，保护回路波形如图4所示，每动一次开关保护回路负责两端电压有一个波动过程，电压波动过程中因电容充放电，呈现拖尾的现象。
.png)
如图5、图6所示，电容充、放电曲线为指数函数曲线，过程为3τ-5τ，τ=RC。
保护线圈动作电压为55%-75%额定电压，动作时间为4-6ms；电容充、放电电压曲线为指数曲线，电压波动范围超55% 额定电压时，有可能出现保护误动事故，当电压大于55% 额定电压6ms时，即出现保护误动事故。
5小结
通过仿真分析，直流系统发生接地故障时，直流母线对地电压发生偏移，保护回路因电容充放电可能发生保护误动。所以运行直流系统因减小直流母线对地电压波动幅值和波动频率，清理直流系统运行环境，减少直流系统分布电容，保障电力安全生产。
参考文献：
【1】DL/T 1392—2014直流电源系统绝缘监测装置技术条件
【2】崔建明、陈惠英，电路与电子技术的Multisim10.0仿真，中国水利水电出版社
【3】周芳、裘愉涛，直流系统中电容量对继电保护及: -次回路影响探讨[A]，首届长三角科技论坛一能源科技分论坛论文集[C]，2004年
作者简介：韦晓林，男，广西河池人，电气工程及其自动化专业毕业，本科学历，学士学位，目前已从事电网继电保护专业工作14年，对电网中的自动化控制及继电保护有着较全面的认识和深入的了解，现从事广西电网柳州供电局的继电保护专业管理工作（含变电站站用绝缘监测装置管理），负责完成柳州供电局所有保护装置日常维护管理、更换、技改、扩建等大型项目的科研/初设/施工/全过程的管理工作。