专利名称：监测直流系统两极对地绝缘同时同比例下降的方法
技术领域：
本发明涉及直流IT系统的绝缘监测技木。
背景技术：
发电厂和变电站的直流系统为控制、保护、信号以及自动装置提供电源，直流系统安全、可靠、连续地运行对保证正常发电、供电具有极为重要的意义。为了保证供电的连续性和可靠性，直流系统一般设计为浮空制的不接地系统，即IT系统。根据电カエ程直流系统的设计要求，需对直流IT系统进行绝缘监測。现有的绝缘监测技术以电桥法为主，按照实现原理可以分为“平衡桥法”和“不平衡桥法”。两者在监测直流系统的接地故障时都存在缺陷“平衡桥法”难以监测直流系统 两极对地绝缘同时同比例下降的故障，且无法计算母线正、负极的对地电阻值；“不平衡桥法”不存在上述的缺陷，但电桥电路切换时却会引起母线电压的剧烈波动，严重时甚至导致保护继电器的误动。现有技术多采用“不平衡桥法”监测直流系统两极对地绝缘同时同比例下降的故障，同时，采取相应的措施，如定时投入不平衡桥等，尽量減少不平衡电路的切换次数。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种监测方法，可以有效确定直流系统是否存在两极对地绝缘同比例下降，且发生正极绝缘下降与负极绝缘下降的时间相差At的故障，并可以此作为触发条件，启动不平衡桥进行故障检测。本发明采用以下技术方案一种监测直流系统两极对地绝缘同时同比例下降的方法，其步骤是实时采样母线正极的对地电压U+及母线负极的对地电压U—；分析时间段T内母线正极的对地电压，或者母线负极的对地电压，又或者母线正、负极对地电压的绝对值差值的状态变化；判断直流系统是否发生两极对地绝缘同比例下降，且两极绝缘下降的时间相差Δt的故障；若发生所述故障，则启动不平衡桥进行故障检测。进一步地当检测到直流系统母线正极的对地电压U.发生变化先上升AU+,，经时间At后下降AU+f，或者先下降AU+f，经时间At后再上升，且满足下列关系式Δ u+r 彡 NUd 或 Λ u+f 彡 NUd且I AU+r_AU+f I 彡 AU0则确定直流系统已发生两极对地绝缘同时同比例下降的故障。当检测到直流系统母线负极的对地电压1发生变化先上升AU_,，经时间At后下降AU_f，或者先下降AU_f，经时间At后再上升AUi，且满足下列关系式
Δ u_r ≥NUd 或 Δ u_f ≥ NUd且AU_r_AU_f| ≤ AU0则确定直流系统已发生两极对地绝缘同时同比例下降的故障。当检测到直流系统母线正、负极对地电压的绝对值差值Uabs发生变化先上升Δ Uafc,经时间At后下降AUabf,或者先下降AUabf,经时间At后再上升AUafc,且满足下列关系式Uabs = |U. |-1U-|，Δ Uabr ≥ 2NUd 或 Λ Uabf ≥ 2NUd且| AUato-AUabf| ≤ 2AU。则确定直流系统已发生两极对地绝缘同时同比例下降的故障。所述的直流系统母线正极绝缘下降与负极绝缘下降的时间间隔△ t受下式约束Δ t ≥- τ *ln [I- (N*Ud) / (K*U)]当母线负极先于母线正极出现绝缘下降故障时K = (R//R+) * [ (R//RJ - (R//R' _)]/{[ (R//RJ + (R//R+) ] * [ (R//R' _) + (R//R+) ]}τ ! = (R//R//R+//R/ _) *C当母线正极先于母线负极出现绝缘下降故障时K = (R//RJ * [ (R//R.) - (R//R' +)]/{[ (R//R.) + (R//RJ ] * [ (R//R' +) + (R//RJ ]}τ = (R//R//R7/R/ +) *C式中R :平衡桥桥臂上的电阻值；R+ :直流系统对地绝缘良好时，母线正极的对地电阻值；R_ :直流系统对地绝缘良好时，母线负极的对地电阻值；R,—:直流系统负极绝缘下降后，母线负极的对地电阻值；R, + :直流系统正极绝缘下降后，母线正极的对地电阻值；C :母线正、负极对地电容的并联值；In:自然对数计算符；U :直流系统母线正、负极间的电压；R//R+:电阻R与电阻R+的并联值。与现有技术相比，本方法通过对母线电压的分析，就可以实时监测直流系统两极对地绝缘同时同比例下降的故障，且在此监测过程中无需投入不平衡桥，从而不会引起母线电压的波动，避免了保护继电器的误动。
图I是实施实例ー的分析流程图；图2是负极绝缘下降先于正极绝缘下降时，母线正极对地电压的变化；图3是正极绝缘下降先于负极绝缘下降时，母线正极对地电压的变化；图4是实施实例ニ的分析流程图；图5是负极绝缘下降先于正极绝缘下降时，母线负极对地电压的变化；图6是正极绝缘下降先于负极绝缘下降时，母线负极对地电压的变化；图7是实施实例三的分析流程图8是负极绝缘下降先于正极绝缘下降时，母线正、负极对地电压绝对值差值的变化；图9是正极绝缘下降先于负极绝缘下降时，母线正、负极对地电压绝对值差值的变化。
具体实施例方式本发明涉及监测直流系统两极对地绝缘同时同比例下降的方法。其步骤为实时采样母线正极的对地电压U+及母线负极的对地电压U—； 分析时间段T内母线正极的对地电压，或者母线负极的对地电压，又或者母线正、负极对地电压的绝对值差值的状态变化；判断直流系统是否发生两极对地绝缘同比例下降，且两极绝缘下降的时间相差Δt的故障；若发生所述故障，则启动不平衡桥进行故障检测。下面结合附图详细说明。实施实例一实时采样、记录直流系统母线正极的对地电压U+，分析采样数据，确定直流系统是否发生两极对地绝缘同时同比例下降的故障。数据的分析流程如图I所示。设相邻两次电压采样的时间相差Ttl,则满足关系式⑴T = T0*(2n+l) (I)式中T :采样时间段(2n+l) = Τ/Τ。，为采样次数采样母线正极对地电压的计数CNT从零开始。当CNT < 2η+1时，采样U+，并将采样值存储在数组Up[2n+1]的CNT位。CNT加I。当CNT = 2n+l时，选择数组Up [2n+l]中的最大值Upmax和最小值Upmin。当CNT = 2n+l时，如果单极绝缘故障的标志未置位，判断Upniax和Upniin是否满足下列关系式Upmax-Upmin= Λ U+r (2)Δ U+r 彡 NUd (3)或Upmax-Upmin= Λ U+f (4)Δ U+f 彡 NUd (5)若判断结果为真，则置位单极绝缘故障的标志；反之，判断结果为假，则表明直流系统未发生单极对地绝缘下降的故障，将数组Up[2n+1]的I 2n単元内的数据前移一位，BP Up[i] =Up[i+l]，i e
，同时，采样山，并将采样值存储在&[211]。当CNT = 2n+l时，如果单极绝缘故障的标志已置位，判断Upniax和Upniin是否满足下列关系式Upmax-Upmin= I AU+r_AU+f I (6)I Δ U卄-A U+f I く AU0 (7)
Upmax = U/2 (8)或Upmin = U/2 (9)若判断结果为真，则置位两极绝缘同时同比例下降故障的标志；反之，判断结果为假，则表明直流系统只存在单极绝缘下降的故障，将数组Up[2n+l]的I 2n単元内的数据前移一位，即Up[i] =Up[i+l]，i e
，同时，采样山，并将采样值存储在&[211]。直流系统两极对地绝缘下降的时间相差At，At由关系式(10)约束Δ t ^ - τ ^ln [I- (N*Ud) / (K*U) ] (10)当母线负极先于母线正极出现绝缘下降故障时K = (R//R.) * [ (R//RJ - (R//R' _)]/{[ (R//RJ + (R//R.) ] * [ (R//R' _) + (R//R.) ]}
(11)τ = (R//R//R+//R/ _) *C (12)当母线正极先于母线负极出现绝缘下降故障时K = (R//RJ * [ (R//R.) - (R//R' +)]/{[ (R//R.) + (R//RJ ] * [ (R//R' +) + (R//RJ ]}(13)τ ! = (R//R//R_//R/ +) *C (14)式(I)-式(14)中N:裕度系数；Ud:采样电路的分辨率；Λ U+r :母线正极对地电压的上升量；Δ U+f :母线正极对地电压的下降量；AU0 :判断直流系统两极对地绝缘同比例下降的门限电压差。R :平衡桥桥臂上的电阻值；R+ :直流系统对地绝缘良好时，母线正极的对地电阻值；R_ :直流系统对地绝缘良好时，母线负极的对地电阻值；R,—:直流系统负极绝缘下降后，母线负极的对地电阻值；R, + :直流系统正极绝缘下降后，母线正极的对地电阻值；C :母线正、负极对地电容的并联值；In:自然对数计算符；U :直流系统母线正、负极间的电压；R//R+ :电阻R与电阻R+的并联值。实施实例ニ实时采样、记录直流系统母线负极的对地电压1，分析采样数据，确定直流系统是否发生两极对地绝缘同时同比例下降的故障。数据的分析流程如附图4所示。设相邻两次电压采样的时间相差Ttl，则满足关系式(I)T = T0*(2n+l) (I)采样母线负极对地电压U—的计数CNT从零开始。当CNT < 2η+1时，采样U_，并将采样值存储在数组Un[2n+1]的CNT位。CNT加一。当CNT = 2n+l时，选择数组Un[2n+1]中的最大值Unmax和最小值UMin。
当CNT = 2n+l时，如果单极绝缘故障的标志未置位，判断Unmax和Unmin是否满足下列关系式Uniliax-Unmin = AU_r (15)AlLrSNUd (16)或Urnax-Unain= Λ U_f (17)AlLfSNUd (18)
若判断结果为真，则置位单极绝缘故障的标志；反之，判断结果为假，则表明直流系统未发生单极对地绝缘下降的故障，将数组Un[2n+1]的I 2η単元内的数据前移一位，即Un[i] =Un[i+l]，i e
，同时，采样U_，并将采样值存储在Un[2n]。当CNT = 2η+1时，如果单极绝缘故障的标志已置位，判断Unmax和Unmin是否满足下列关系式Unmax-Unmin= I AU_r_AU_fI (19)Δ U_r- Δ U_f I ^ Δ U0 (20)Unmax = U/2 (21)或Unmin = U/2 (22)若判断结果为真，则置位两极绝缘同时同比例下降故障的标志；反之，判断结果为假，则表明直流系统只存在单极绝缘下降的故障，将数组Un[2n+1]的I 2η単元内的数据前移一位，即Un[i] =Un[i+l]，i e
，同时，采样U_，并将采样值存储在Un[2n]。直流系统两极对地绝缘下降的时间相差At，At由关系式(10)约束Δ t ^ - τ ^ln [I- (N*Ud) / (K*U) ] (10)当母线负极先于母线正极出现绝缘下降故障时K = (R//R.) * [ (R//R-) - (R//R，_)]/{[ (R//RJ + (R//R.) ] * [ (R//R，_) + (R//R.) ]}(11)τ = (R//R//R+//R/ _) *C (12)当母线正极先于母线负极出现绝缘下降故障时K = (R//R-) * [ (R//R.) - (R//R，+)]/{[ (R//R.) + (R//RJ ] * [ (R//R，+) + (R//RJ ]}(13)τ = (R//R//R7/R/ +) *C (14)以上式中Δ U_r :母线负极对地电压的上升量；AU_f :母线负极对地电压的下降量。实施实例三实时采样、记录直流系统母线正极的对地电压U+和负极的对地电压1，分析采样数据，判断直流系统是否发生两极对地绝缘同时同比例下降的故障。数据的分析流程如附图7所示。设相邻两次电压采样的时间相差Ttl，则满足关系式⑴T = T0*(2n+l) (I)
采样母线正极对地电压U+和负极对地电压U_的计数CNT从零开始。当CNT < 2n+l时，采样U.和U—,计算两者的绝对值差值Uabs Uabs= |U+|-|U_ (23)将Uabs存储在数组Ua[2n+l]的CNT位。CNT加一。当CNT = 2n+l时，选择数组Ua[2n+1]中的最大值Uamax和最小值U—。当CNT = 2n+l时，如果单极绝缘故障的标志未置位，判断Uamax和Uamin是否满足下列关系式Uamax-Uafflin= AUabr (24)Δ Uabr ^ 2NUd (25)或 Uamax-Uafflin= AUabf (26)Δ Uabf ^ 2NUd (27)判断结果为真，则置位单极绝缘故障的标志；反之，判断结果为假，则表明直流系统未发生单极对地绝缘下降的故障，将数组Ua[2n+1]的I 2n単元内的数据前移一位，即ua[i] =ua[i+l]，i e
，同时，采样U+和U_，并计算两者的绝对值差值Uabs，将Uabs存储在Ua [2n]。当CNT = 2n+l时，如果单极绝缘故障的标志已置位，判断Uamax和Uaniin是否满足下列关系式Uamax-Uafflin = I AUabr-AUabfI (28)AUabr-AUabfI ^2AU0 (29)
_] Uamax = O (30)或Uamin = O (31)判断结果为真，则置位两极绝缘同时同比例下降故障的标志；反之，判断结果为假，则表明直流系统只存在单极绝缘下降的故障，将数组Ua[2n+1]的I 2n単元内的数据前移一位，_Ua[i] =Ua[i+l]，i e
，同时，采样U+和U_，并计算两者的绝对值差
值 Uabs，将 Uabs 存储在 Ua [2n]。直流系统两极对地绝缘下降的时间相差At，At由关系式(10)约束Δ t ^ - τ ^ln [I- (N*Ud) / (K*U) ] (10)当母线负极先于母线正极出现绝缘下降故障时K = (R//R.) * [ (R//R-) - (R//R' _)]/{[ (R//RJ + (R//R.) ] * [ (R//R' _) + (R//R.) ]}
(11)τ = (R//R//R+//R/ _) *C (12)当母线正极先于母线负极出现绝缘下降故障时K = (R//R-) * [ (R//R.) - (R//R' +)]/{[ (R//R.) + (R//RJ ] * [ (R//R' +) + (R//RJ ]}
(13)τ = (R//R//R7/R/ +) *C (14)以上式中AUabr :母线正、负极对地电压绝对值差值的上升量；
AUabf :母线正、负极对地电压绝对值差值的下 降量。
权利要求
1.一种监测直流系统两极对地绝缘同时同比例下降的方法，其特征在于包括以下步骤 实时采样母线正极的对地电压U+及母线负极的对地电压U-； 分析时间段T内母线正极的对地电压，或者母线负极的对地电压，又或者母线正、负极对地电压的绝对值差值的状态变化； 判断直流系统是否发生两极对地绝缘同比例下降，且两极绝缘下降的时间相差At的故障； 若发生所述故障，则启动不平衡桥进行故障检测。
2.如权利要求I所述的监测直流系统两极对地绝缘同时同比例下降的方法，其特征在于 当检测到直流系统母线正极的对地电压U+发生变化先上升AU+p经时间At后下降AU+f，或者先下降AU+f，经时间At后再上升，且满足下列关系式AU+r ≥ NUd 或 AU+f≥SNUd且 AU+r-AU+f ≤AU0 则确定直流系统已发生两极对地绝缘同时同比例下降的故障， 式中 N :裕度系数； Ud :采样电路的分辨率； AU+r :母线正极对地电压的上升量； AU+f :母线正极对地电压的下降量； AUtl :判断直流系统两极对地绝缘同比例下降的门限电压差。
3.如权利要求I所述的监测直流系统两极对地绝缘同时同比例下降的方法，其特征在于 当检测到直流系统母线负极的对地电压1发生变化先上升Λυ_ρ经时间At后下降AU_f，或者先下降AU_f，经时间At后再上升AUi，且满足下列关系式Δ U_r ≥NUd 或 Λ U_f ≥ NUd且 Δ U_r- Δ U_f I ≤ AU0 则确定直流系统已发生两极对地绝缘同时同比例下降的故障， 式中 AU_r :母线负极对地电压的上升量； AU_f :母线负极对地电压的下降量。
4.如权利要求I所述的监测直流系统两极对地绝缘同时同比例下降的方法，其特征在于 当检测到直流系统母线正、负极对地电压的绝对值差值Uabs发生变化先上升AU*，经时间At后下降ΛUabf，或者先下降ΛUabf，经时间At后再上升ΛUafc，且满足下列关系式 Uabs = I υ+1 -1 υ_AUabr ^ 2NUd或 AUabf 彡 2NUd且AUabr-AUabfI ^2AU0则确定直流系统已发生两极对地绝缘同时同比例下降的故障， 式中 AUabr :母线正、负极对地电压绝对值差值的上升量； AUabf :母线正、负极对地电压绝对值差值的下降量。
5.如权利要求I所述的监测直流系统两极对地绝缘同时同比例下降的方法，其特征在于 所述的直流系统母线正极绝缘下降与母线负极绝缘下降的时间间隔At受下式约束 Δ t ^ - τ -InIil-(N=I=Ud)/ (K*U)] 当母线负极先于母线正极出现绝缘下降故障时 K = (R//R+) * [ (R//RJ - (R//R，_)]/{[ (R//RJ + (R//R+) ] * [ (R//R，_) + (R//R+) ]} τ ! = (R//R//R+//R/ J*C 当母线正极先于母线负极出现绝缘下降故障时K = (R//RJ * [ (R//R+) - (R//R，+)]/{[ (R//R+) + (R//RJ ] * [ (R//R，+) + (R//RJ ]}τ ! = (R//R//R7/R/ +)*C式中 R :平衡桥桥臂上的电阻值； R+:直流系统对地绝缘良好时，母线正极的对地电阻值； R-:直流系统对地绝缘良好时，母线负极的对地电阻值； R,—:直流系统负极绝缘下降后，母线负极的对地电阻值； Ri +:直流系统正极绝缘下降后，母线正极的对地电阻值； C :母线正、负极对地电容的并联值； In 自然对数计算符； U :直流系统母线正、负极间的电压； R//R+ :电阻R与电阻R+的并联值。
全文摘要
本发明涉及了一种监测直流系统两极对地绝缘同时同比例下降的方法，其特征在于通过监测母线正极对地电压的变化，或负极对地电压的变化，又或者母线正、负极对地电压绝对值差值的变化，判断直流系统是否发生两极对地绝缘同比例下降，且发生正极绝缘下降与负极绝缘下降的时间相差Δt的故障。本方法无需切换不平衡桥，不会引起母线电压的波动，避免了保护继电器误动的发生。
文档编号G01R31/12GK102680863SQ20111006323
公开日2012年9月19日 申请日期2011年3月16日 优先权日2011年3月16日
发明者南寅, 张景德, 王雪楠 申请人:北京人民电器厂有限公司