1.国网阿克苏供电公司（新疆阿克苏） 2.广东广州市仟顺电子设备有限公司 杜占科1，杨浩1，张大宝1，斯迪克·买买提1，穆桂英1，刘易1，袁焕炯2
摘要：直流系统绝缘监测装置是保证直流系统安全可靠运行的重要设备，是保证电力生产安全不可或缺的组成部分。绝缘检测装置的主要功能是实时监测直流系统对地绝缘状态，对直流系统接地故障进行告警和选线，提醒工作人员排除故障。本文主要介绍几种绝缘监测方法，探讨其优缺点以及未来发展趋势。
关键字：直流系统；直流接地；绝缘检测
1引言
直流系统是为站内自动装置、继电保护、事故照明提供稳定供电的直流电源系统，当电力系统出现故障时，确保自动装置和继电保护等设备能够可靠、正确动作，保护电力系统安全，防止事故扩大。直流系统的安全稳定运行对保证电力生产安全具有重要意义。
接地故障是影响直流系统安全可靠性的主要问题之一，主要由系统绝缘下降，与接地体接触导致电压波动，电流流向大地引起。在不考虑分布电容的影响下，系统存在一点接地时，对系统运行无影响。当系统出现两点接地，与保护装置形成回路或短路，就会引起保护装置误动和拒动，导致电力事故发生。因此，实时监测系统绝缘状态，及时排除系统接地故障，是保证直流系统安全可靠的重要措施。
2直流接地的起因和危害
2.1引起直流接地的主要因素
（1）环境因素
环境因素是引起直流系统绝缘下降的一大原因之一，如雨水流入、环境潮湿、灰尘堆积、老鼠撕咬等，引起绝缘材料腐蚀损坏从而导致接地。
（2）系统因素
系统内的机械振动、磨损、液体腐蚀、高温装置、仪器生锈等容易使绝缘材料破坏或老化，以及蓄电池漏液等导致绝缘下降继而引起接地。
（3）人为因素
施工人员或检修人员的不恰当操作引起的连接松动、线皮磨损、线体裸露等，裸露的线体与接地体触碰，将导致低电阻接地，对直流系统的危害很大，因此对施工人员的作业规范要求严格。
2.2直流接地的危害
直流系统是一个庞大而复杂的电源系统，它为站内继电保护、自动装置等提供稳定可靠的电源，是保证电力系统安全、切除电力事故的重要手段。一般情况下，当系统存在一点接地时，由于系统电容存在，有微弱电流流过大地，但由于电流较小，系统可以正常工作不受影响。如果一点接地不及时查找排除，出现另一点接地故障，两点接地形成回路，就会导致保护拒动或保护误动作，危害电力系统安全。
如图2.1，电流经过A接地点流向大地，再从大地回到B接地点，与电源形成回路。如果接地电阻过小，故障电流过大，经过保护装置电流不足，导致保护拒动。当发生电力事故时，保护拒动会使电力系统无法正常切除事故线路，使事故进一步扩大。
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如图2.2，电流将经过A接地点流向大地，再从大地回到B接地点，电源与A、B接地点、保护装置形成回路，如果接地电阻足够小，电流足够大，就会导致保护装置误动作，引发电力事故。
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3几种直流系统绝缘方法分析
3.1平衡桥加切换桥法
（1）平衡桥法
平衡桥检测法是通过对直流系统正负母线各接入一个阻值相等的对地电阻，再实时监测正负母线对地电压来监测系统绝缘情况。如图3.1，R为平衡桥电阻，R+为正极母线绝缘电阻，U+、U-分别为正负母线对地电压。当系统正常无绝缘下降情况，正负极母线对地电压各为50%的标称电压。当系统出现一点对地绝缘下降时，系统母线对地电压就会偏离50%的标称电压。当偏离电压达到预设值时，绝缘监测装置告警并计算接地电阻，接地电阻计算公式如下（负极接地同理）：
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平衡桥监测法具有计算绝缘电阻精确，不造成电压波动等优点。但只能监测单极接地，无法监测两极接地。
（2）平衡桥加切换桥法
切换桥也称不平衡桥，在平衡桥的基础上增加两个切换电阻R2，通过控制开关K1和K2，交替投入正负极电阻R1，合上K1时，K2断开，在直流系统正极投入电阻R2，正极对地电压降低，负极对地电压上升；反之合上K2时，K1断开，在直流系统负极投入电阻R2，此时，负极对地电压降低，正极对地电压上升。在投入切换桥过程中，根据对地电压的变化量，即可判断直流系统是否存在2极接地故障。绝缘电阻计算公式如下：
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（3）平衡桥加切换桥法的优缺点
平衡桥加切换桥测监测绝缘电阻的优点有：①能精确计算绝缘电阻，受环境因素的影响小；②能监测两极接地并结算接地电阻；③结构简单经济实用。缺点：①切换桥电阻势必会对母线造成电压波动，影响系统稳定性，国家电力行业标准规定绝缘检测装置造成的母线电压比值不应超过1.222；②正负极同阻值接地可能不告警；③无法选线；④响应时间较长，无法监测低于3s的瞬时接地故障。
3.2低频信号注入法
低频信号注入法的原理：用低频信号发生器在直流系统正、负母线注入同频率的低频信号，低频信号电流流经接地支路，在经过接地点返回信号发生器。在支路上安装电流互感器或手持型电流检测仪，可以检测出该支路流过对地电阻和对地分部电容的电流值，从而判定接地电流的大小和方向。
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低频信号注入法优点：可以快速确定存在接地故障的支路。缺点：①增大直流系统电压波纹系数，波纹系数=注入信号电流峰值*R/标称电压，虽然注入的信号电压频率很小，但电阻足够大时波纹系数也增大，危害直流系统稳定性。②测量精度容易受直流系统的分布电容影响，容易导致误差增大。
3.3霍尔电磁感应法
霍尔电磁感应法是根据霍尔效应设计出的一款直流电流互感器，用霍尔电流互感器判断直流系统各支路的电流变化大小，从而监测系统绝缘情况。霍尔效应是指在一个通电的N行半导体薄片加上一个垂直的磁场B，半导体两侧会形成一个垂直与磁场B的电场。其电压Uh大小与磁场B的大小成正比。
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式中Uh为霍尔电压，K为常数系数，I为通过N行半导体的电流，B为外加磁场的磁感应强度。
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当安装有霍尔电流互感器的直流系统支路上出现接地故障，经过该支路的电压和电流就会发生变化，从而产生一个变化的磁场。通过霍尔原理可以测量漏电流磁场的大小和方向，从而判定漏电流的大小与方向，达到快速监测系统接地和选线效果。
霍尔电磁感应法优点：①实时监测直流系统绝缘情况，可以快速判断接地故障和支路，提高排除故障的效率；②不需要注入交流信号，不需要对系统接入平衡桥和非平衡桥，保证了系统稳定可靠性；③可监测和判断多支路多点接地故障④可监测瞬时接地故障。缺点：容易受环境磁场影响，导致测量误差，甚至误报警。
4.总结
本文主要通过对平衡桥加切换桥法、低频信号注入法、霍尔电磁感应法几种绝缘检查装置的原理进行探讨，分析各个方法的优缺点。几种绝缘监测方法都有其优点，但也都有其缺点和局限性，如容易受系统分布电容、空间磁场等因素影响。当中以平衡桥加切换桥法较为稳定和实用。但该方法存在相应时间较长，无法对瞬时接地有效检测或者有告警无选线。
未来直流系统绝缘监测发展趋势可以结合多种绝缘监测技术，合理利用各自的优点，取长补短，设计出功能全面，稳定可靠的绝缘监测技术设备，为电力安全生产提供更好的保障。
参考文献：
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[3]蔡勇,严屏,夏勇军,胡刚.绝缘检测装置在直流电源系统中的应用分析[J].湖北电力,2012,36(1)：37-39.
作者简介：
杜占科（1988），男，汉族，甘肃武威，硕士研究生，电力工程师，擅长于变电站继电保护及自动化，同时在电力系统交直流系统的故障及异常判断方面有所专长。