符宏艷，劉 斌，王曉明

（廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司北海供電局，廣西 北海 536000）

直流系統(tǒng)作為二次系統(tǒng)的電源系統(tǒng)，其作用至關(guān)重要。對于直流系統(tǒng)來說，良好的絕緣性是保證直流系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行的重要指標(biāo)[1-2]。因此，在直流系統(tǒng)中，都配備有直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置對直流系統(tǒng)的絕緣進(jìn)行實時監(jiān)測。

絕緣監(jiān)測裝置投入運行后，隨著時間的推移，其性能參數(shù)、準(zhǔn)確度都有偏移，按照《變電站直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置技術(shù)規(guī)范》（Q/GDW 1969—2013）等要求[3]，需要專業(yè)的校驗設(shè)備，定期線下對其進(jìn)行性能參數(shù)校準(zhǔn)。

目前，許多校驗儀只能模擬直流系統(tǒng)的絕緣內(nèi)阻環(huán)境，但是針對直流電源系統(tǒng)真實存在的對地分布電容卻沒有考慮，因此，本文從對地分布電容存在的實際出發(fā)，分析了校驗儀利用電容組模塊還原分布電容的合理性以及必要性，并給出了結(jié)構(gòu)示意圖，為相關(guān)校驗儀的研發(fā)生產(chǎn)單位提供了一種思路。

1 直流系統(tǒng)對地分布電容的來源

在直流電源系統(tǒng)中，由于電路的分布特點造成的具有電容屬性的現(xiàn)象稱之為分布電容。分布電容主要包括設(shè)備的分布電容和電纜的分布電容。直流系統(tǒng)采用的是射形結(jié)構(gòu)，接入直流的設(shè)備、元件以及電纜越來越多，這些設(shè)備、元件以及電纜的分布電容都并聯(lián)在了直流系統(tǒng)里。

1.1 設(shè)備的分布電容

目前，直流系統(tǒng)中保護設(shè)備多采用的是微機保護裝置，這些裝置電源基本上都是取自直流系統(tǒng)，但是這些微機設(shè)備所使用的都是采用DC/DC 模塊對取自直流系統(tǒng)的電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，轉(zhuǎn)換為裝置自身提供電源的5 V、12 V 或24 V等，由于DC/DC 開關(guān)電源模塊的電磁兼容（EMC）問題使得其在輸入段都有加EMI（Electro Magnetic Interference）抗干擾措施，而該項技術(shù)的特點就是在正對地和負(fù)對地之間接有電容，通過EMI 手段來消除噪聲源對開關(guān)電源及設(shè)備的影響，這些就形成了對地的分布電容。隨著電網(wǎng)電壓等級不斷提高，微機保護設(shè)備數(shù)量在不斷增多，疊加在直流系統(tǒng)上的對地分布電容就越來越大[1]。

1.2 電纜的分布電容

在電力、電網(wǎng)系統(tǒng)，變電站或電廠的保護及控制電纜一般使用的電纜為KVVP22 帶屏蔽層的多芯電纜，芯線橫截面積多為2.5 mm2，根據(jù)國家電網(wǎng)十八項反措要求，變電站內(nèi)或電廠內(nèi)的控制及信號電纜屏蔽層需通過4 mm2軟銅線在電纜兩端接地，因此，電纜對屏蔽層產(chǎn)生電容效應(yīng)，形成了分布電容。另外，在多芯電纜內(nèi)部，線芯與線芯之間也存在分布電容。4 芯電纜分布電容等效如圖1所示。

圖1 4 芯電纜分布電容等效圖

電纜與屏蔽層之間存在的分布電容為C1、C3、C5、C7，線芯之間的分布電容為C2、C4、C6、C8、C9、C10。線芯與屏蔽層的距離相等，因此C1=C3=C5=C7。

同理，根據(jù)線芯之間的距離相等原理，C2=C4=C6=C8，C9=C10。

7 芯電纜的分布電容等效如圖2所示，線芯與線芯之間的分布電容大小相等。

圖2 7 芯電纜分布電容等效圖

電纜在出廠時都滿足電纜對分布電容的要求，并且該分布電容很小，對直流系統(tǒng)來說可以忽略不計，但是，這些電纜經(jīng)過長期的使用，因為所處環(huán)境變化的因素，使得電纜會有受潮、老化等現(xiàn)象，特別對于電廠來說，長距離的拉線，這一系列的因素造成直流系統(tǒng)分電容不斷加大。

2 直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置原理

目前，市場上的絕緣監(jiān)測裝置的監(jiān)測原理，主要采用兩種方法，即一種是直流差值法，另外一種則是交流低頻法[3]。

2.1 直流差值法

所謂直流差值法，即通過對直流電源系統(tǒng)各接地的支路電流不平衡度（漏電流）的測量，當(dāng)發(fā)生直流接地時，通過漏電流的大小，定位接地故障支路的方法。由于直流漏電電流是小電流，監(jiān)測設(shè)備一般采用非常精度、靈敏度高的直流漏電流傳感器進(jìn)行監(jiān)測。隨著霍爾傳感器、通用放大器等半導(dǎo)體技術(shù)的高速發(fā)展，直流漏電流的監(jiān)測不再是難題[2]。直流系統(tǒng)支路漏電流監(jiān)測基本原理如圖3所示。

圖3 直流小信號絕緣監(jiān)測原理

圖3中，漏電流互感器加在支路的正負(fù)電纜上，由于正負(fù)電纜同時穿過漏電流互感器，正常無接地漏電情況，流過互感器的兩路電流大小相等極性相反，互感器感應(yīng)到的疊加電流為零。當(dāng)有電纜接地故障時候，互感器測出電流大小與極性與裝置的標(biāo)準(zhǔn)接地電阻接地的漏電流大小與極性對比，極性相同，確認(rèn)接地線路的極性，大小如果超出標(biāo)準(zhǔn)接地電流，就確認(rèn)該線路接地故障。

2.2 低頻交流法

用已知頻率和振幅的正弦交流低頻激勵信號產(chǎn)生的接地故障電流信號，通過信號接收器偵測接地故障支路的方法。正弦交流低頻激勵信號是由外部信號源注入的稱為交流低頻注入法，正弦交流低頻激勵信號是由交變檢測電阻產(chǎn)生 的稱為交流低頻變橋法。一種便攜式低頻交流法原理如圖4所示。

在直流系統(tǒng)負(fù)極端與地之間接入低頻信號發(fā)生器，輸入接地信號，如果直流系統(tǒng)絕緣正常，交流小信號不能形成回路，信號接收器在正負(fù)線纜上都測不到同頻交流小信號，如果存在接地漏電，接地電阻為R，那么交流小信號就通過R與地相通，信號源輸出形成回路，信號接收器感應(yīng)到同頻信號，通過不同位置測試的信號差值大小，定位該支路存在接地故障。

圖4 交流注入法絕緣監(jiān)測原理圖

2.3 分布電容對絕緣監(jiān)測方法的影響

上述的直流差值法與低頻交流注入法兩種方法，其中分布電容對交流低頻法產(chǎn)生的影響較大，因為電容具有的隔直通交特性，當(dāng)直流系統(tǒng)中的分布電容過大時，會對低頻交流信號產(chǎn)生濾波衰減現(xiàn)象，因此，在檢測過程中，如果處理不好就會造成檢測結(jié)果的差異較大。

3 絕緣監(jiān)測裝置的校驗

3.1 絕緣監(jiān)測裝置校驗簡介及必要性

絕緣監(jiān)測裝置的校驗是通過專門校驗儀器對絕緣監(jiān)測裝置進(jìn)行性能參數(shù)進(jìn)行檢測校正的行為。校驗儀通過標(biāo)準(zhǔn)電路模塊，模擬出直流系統(tǒng)中的各種接地故障，然后檢測絕緣監(jiān)測裝置對故障檢測的正確性和準(zhǔn)確性。

目前，很多校驗器只有標(biāo)準(zhǔn)電阻組模塊模擬接地，沒有標(biāo)準(zhǔn)電容組模塊模擬分布電容，而實際直流系統(tǒng)中或多或少都會存在一些分布電容，在模擬直流系統(tǒng)故障時就需要校驗儀能夠真實還原絕緣監(jiān)測裝置運行環(huán)境，因此，校驗儀中需要加入電容模塊以滿足校驗的需求十分必要。

3.2 絕緣監(jiān)測裝置校驗儀校驗原理

因為絕緣監(jiān)測裝置的主要功能是對直流系統(tǒng)的絕緣情況進(jìn)行實時監(jiān)測[4]，因此，校驗儀的原理必須是能夠真實模擬出直流系統(tǒng)的各種絕緣情況，加有電容模塊電路的校驗儀的功能結(jié)構(gòu)如圖5所示。

校驗儀主要功能模塊包括整流模塊（AC/DC）、隔離變壓器（AC/AC）、電阻陣列以及電容陣列。

整流模塊把交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，輸出的直流電壓模擬直流母線電壓；隔離的交流變壓器用于模擬交流竄入直流；電阻陣列和電容陣列連接在母線上，通過對電阻陣列和電容陣列的調(diào)控，可以模擬出直流系統(tǒng)的絕緣情況和分布電容，也可以把電阻陣列和電容陣列當(dāng)做直流饋線支路進(jìn)行相應(yīng)的電阻、電容模擬。

如果校驗儀中加入了電容陣列，能夠把直流系統(tǒng)中分布電容的真實情況反映出來，這樣用絕緣監(jiān)測裝置進(jìn)行檢驗時才能模擬更加真實的運行環(huán)境。如果缺少電容陣列，無法真實還原系統(tǒng)分布電容情況，絕緣監(jiān)測抗分布電容不合格，則勢必會造成絕緣監(jiān)測裝置數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，在直流系統(tǒng)的運行中埋下隱患。

圖5 絕緣監(jiān)測裝置校驗儀功能結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)束語

通過對直流系統(tǒng)中分布電容存在原因的理論探討分析，在直流電源系統(tǒng)中，分布電容的存在是不可忽略的一種現(xiàn)象，不同的直流系統(tǒng)中分布電容的大小不一樣，產(chǎn)生的影響也不一樣。同時由于絕緣監(jiān)測裝置監(jiān)測方法的不同，分布電容對監(jiān)測結(jié)果也有影響。因此，為了確保絕緣裝置準(zhǔn)確地監(jiān)測出系統(tǒng)絕緣故障，必須對其做標(biāo)準(zhǔn)校驗，不僅僅對絕緣監(jiān)測裝置進(jìn)行電阻校驗，也要使用標(biāo)準(zhǔn)的校驗儀來模擬分布電容的實際直流系統(tǒng)運行環(huán)境，這樣校驗的數(shù)據(jù)才是全面、精確的。所以，校驗儀器加入電容模塊是非常合理的，也是十分必要的。絕緣裝置性能參數(shù)更加全面、準(zhǔn)確，為保障直流電源系統(tǒng)的安全運行意義重大。