直流系統絕緣接地巡檢裝置
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發電廠和變電站的直流電源作為主要電氣設備的保安電源及控制信號電源，是一個十分龐大的多分支供電網絡，其常見的故障是一點接地故障。在一般情況下，一點接地并不影響直流系統的運行，但如果不能迅速找到接地故障點并予以修復， 又發生另一點接地故障，就可能引起信號回路、控制回路、繼電保護裝置等的誤動作。因此，減少這種絕緣故障，必須有一個可靠的絕緣監測方法，從而及時發現問題，避免重大事故的發生。
絕緣在線監測的基本原理是電氣設備處于運行狀態中，利用其工作電壓來監測絕緣的各種特征參數。因此，可以有效地反映絕緣的實際情況，從而對絕緣狀況做出比較準確的判斷。
電力直流系統的絕緣監測分為直流監測法和交流監測法，交流監測法排除了零點漂移，但是，由于各支路存在著分布電容，導致測得的接地電阻不僅含有電阻分量，也含有電抗分量，為一個復數，因此為提高精度必須去掉電抗分量，導致測量電路比較復雜，而且，對母線注入交流信號也導致了直流母線的紋波系數加大。本方案采用的是直流監測法，采用改進的直流電橋法檢測母線的接地電阻，分為母線的接地電阻監測和支路的接地電阻監測。在監測過程中，先對母線進行監測，發現接地故障后，再對支路進行監測。
一般的直流絕緣監測方法是利用直流電源的控制母線的工作電壓作為電源，通過檢測正負母線的對地漏電流來測量母線的絕緣電阻。此方法的優點是檢測電路簡單、穩定性好；但是，由于現有直流測量方法的原因，無法準確測量直流電源合閘母線和各條電源饋出線的對地絕緣電阻，從而限制了其測量精度。
改進的直流電橋法母線的接地電阻檢測是利用直流母線的工作電壓，采用小電流傳感器分別測量合閘母線、控制母線以及各條饋出線的對地漏電電流，分別計算出合閘母線、控制母線和各條饋出線的對地絕緣電阻，完成直流母線的絕緣電阻測量和接地選線，大大提高了測量精度和報警的準確性。
2 改進的直流電橋法絕緣電阻檢測原理
改進的直流電橋法母線的接地電阻檢測是利用直流母線的工作電壓，采用小電流傳感器分別測量合閘母線、控制母線以及各條饋出線的對地漏電電流，然后根據測量得到的電流和電壓的對應關系列出方程組求解接地電阻，測量電路見圖1。圖中：RKX+、RKX-分別為正控制母線和負母線的對地的絕緣電阻，RHX+、RHX-分別為正合閘母線和負母線的對地絕緣電阻，為待測量；L1、L2為小電流霍爾傳感器；R、R1、R2和R3都是已知的標準電阻，K1、K2和K3分別為正負母線的標準電阻選擇開關。測量時通過切換開關K1、K2、K3的接通和關斷，從而根據測量得到的流過R1、R2、R3的電流值和母線電壓值計算出合閘母線和控制母線的對地絕緣電阻。
2.1合閘母線對地絕緣電阻的測量
閉合K1，此時測量電路的等效電路如圖2。其中，RHX+、RHX-為正、負合閘母線對地絕緣電阻，IH+1、IH-1分別為閉合K1時正、負合閘母線對地漏電流，ICH1為小電流傳感器可以測量的合閘母線電流差值，UH為合閘母線電壓，由此可得到方程式：
閉合K3，此時測量電路的等效電路如圖3。
其中，RHX+、RHX-為正、負合閘母線對地絕緣電阻，IH+2、IH-2分別為閉合K3時正、負合閘母線對地漏電流，ICH2為小電流傳感器可以測量的合閘母線電流差值，UH為合閘母線電壓，由此可得到方程式：
兩組方程式聯立，ICH1、ICH2、I31、I32可直接從電路中測出，因此可解出合閘母線對地絕緣電阻為：
在得到的絕緣電阻表達式中，UH、I31、I32、ICH1、ICH2的測量精度可以達到較高的精度，R1、R3可以選用高精度的精密電阻，因此采用此種測量方法可以達到很好的測量精度。
2.2控制母線對地絕緣電阻的測量
控制母線對地絕緣電阻的測量方中，開關的閉合順序為K2、K1，檢測電流為ICK1=IK+1-IK-1，計算公式與合閘母線的絕緣電阻的計算相似。
3 直流系統絕緣在線監測裝置的設計
3.1 系統硬件結構
硬件電路采用89C52單片機作為主控芯片，管理絕緣電阻測量、接地回路選線和與主機之間的通訊等。測量流過測量電阻的電流值和小電流傳感器的輸出的采樣采用12位的A/D轉換器；小電流傳感器的切換采用繼電器陣列，盡量減小開關的導通電阻，提高測量精度。系統硬件結構如下圖所示：
“看門狗”電路的設計
“看門狗”能使CPU從死循環和跑飛狀態進入正常的程序流程，電路設計時應遵循的原則：
?。?）看門狗電路必須由硬件邏輯組成，不宜由可編程計數器充當，因為CPU失控后，可能修改可編程器件的參數，使看門狗失效。
（2）CPU必須在正確完成所有的工作后才能發掃描輸入信號，且程序中發掃描輸入信號的地方不能太多。否則，正好那里有死循環，看門狗就不產生計滿輸出信號，不能重新啟動CPU。
X25045芯片具有512個字節的
89C52單片機上接上X25045“看門狗”芯片 ，用89C52的P10引腳接X25045的片選端 來進行X25045的片選端
A/D轉換電路的設計
進行母線的接地檢查時，將要測的兩個電流值，即正母線的電流值和負母線的電流值，因為要通過這兩個值,計算正負母線的絕緣電阻值。
將這兩個電流值通過一定阻值的電阻后轉化為電壓值，再經過變換電路，即正母線上的電壓通過同向放大器、負母線上的電壓通過反向放大器后，接入TLV1544 A/D轉換器中，將模擬信號轉化成數字信號，然后接入89C52的P1口進行運算處理。連接圖見下圖 ：
TLV1544的I/OCLK（第3腳）接上89C52單片機的P17腳，用來控制TLV1544的時鐘輸入。而TLV1544的數據輸入引腳和數據輸出引腳分別接89C52單片機的P15引腳與P16引腳。TLV1544芯片的片
3.2系統軟件設計
該裝置的系統監控軟件是根據設計要求及硬件配置情況編制而成的，程序設計使用單片機高級語言C51語言，采用模塊化的設計方法。全部程序包括主程序以及芯片驅動程序。主程序是直流系統的絕緣監測的核心，用來管理檢查路數、處理數據、調用其它芯片的驅動程序。
經過實際測試運行，使用該裝置的具體測量結果如表一所示。
注：所有測量結果單位為KΩ，母線測量電阻R1、R2、R3為25 KΩ,電流傳感器的量程為10mA
從測量結果可以看出：在絕緣電阻值比較小時測量精度比較高，而在絕緣電阻值比較大時測量精度降低。這是因為絕緣電阻比較大時，流過電流傳感器和測量電阻的電流小，此時A/D轉換器的±1誤差降低了電流的測量精度，同時也降低了絕緣電阻的測量精度。在實際應用中，絕緣電阻的報警門限一般為30 KΩ左右，而在絕緣電阻低于100 KΩ時測量精度高于2%，完全可以達到要求。
4 結論
1．采用本文討論的改進直流電橋法測量直流母線的絕緣電阻，可以達到對合閘母線和控制母線分別檢測，從而避免了控制母線降壓硅鏈對測量精度的影響。
2．本裝置采用89C52單片機與若干集成電路芯片組成最小系統，結構緊湊、體積小、工藝簡單且工作可靠、抗干擾能力強，用“看門狗”來避免有死機現象，提高了在線監測抗干擾能力。
3．與傳統的數字電路相比，自動化程度高，工作性能好，利用計算機豐富的軟件功能，通過采樣、記憶、處理數據，合理實現了巡回監測直流系統各支路的自動化和智能化；能顯示接地支路編號，并報警提示現場工作人員及時處理接地故障。
4．該裝置采用微機技術使裝置具有智能化、自動化以及維修方便等特點。整個裝置可安裝在屏上，也可將其置于平臺上，直流系統絕緣監測裝置經過調試，證明設計方案合理，運行監測可靠，達到指標要求，是直流系統巡回監測較理想的裝置。
參考文獻
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