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WZJ-10型微机直流接地监测装置

1、概述

WZJ-10系列微机直流接地监测装置,是在吸收和总结国内同类产品的经验教训基础上研制出来的新一代产品,微机采用美国ATMEL公司生产的具有先进Harvard总线结构和RISC精简指令集高性能微处理器作为主CPU芯片,由于该处理器拥有高达128KB的Flash memory和4KB SRAM memory,无须外引总线,大大提高了产品的可靠性和抗干扰能力。信号接收回路采用小信号处理技术及多级滤波。装置具有抗干扰能力强、对直流系统影响小、可靠性高等特点。广泛应用于发电厂、变电所及厂矿企业直流系统中,直流系统正常运行时,可在线检测直流系统电压及正负母线绝缘电阻,当直流系统发生一点接地时投入低频振荡器,可以自动报出接地支路和支路接地电阻值。并通过卡钳接收器,在不拉开直流负荷的情况下,定点查找直流一点接地。
2、目前国内接地仪存在问题分析
2.1母线绝缘监测
目前国内生产的直流接地仪采用不叠加信号原理,传感器采用直流霍尔原理采样支路信号。母线绝缘监测采用电桥平衡原理监测直流系统绝缘状况,当监测出正负母线对地电压出现不平衡并达到一定值时发出直流系统接地信号,而不能反映实际绝缘电阻值的大小,假设母线电压为220伏,正负母线电压差达到50伏时动作发接地信号,假设故障母线为负母线,这时有下式成立:
U+ U- =220
U- U- =50 求的:U+ =135伏,U-=75伏
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即当正常母线绝缘电阻为135KΩ时,故障母线小于75KΩ时动作
 当正常母线绝缘电阻为45KΩ时,故障母线小于25KΩ时动作
 当正常母线绝缘电阻为9KΩ时,故障母线小于5KΩ时动作
可见目前国内接地仪装置动作值受正常母线绝缘电阻影响,由于我国气候及变电所运行时间长短都将影响直流系统绝缘电阻值大小,尤其是阴雨天气可能并未接地,仅仅发生了正负绝缘不对称,装置就会误报接地,而当正负绝缘同时对称下降,即使下降到1KΩ以下也不报警。
2.2常规支路接地巡检
   当系统监测出直流系统发生接地故障时,启动常规巡检功能,自动查找支路接地
假设直流系统支路2已发生接地,接地装置通过2个平衡电阻Ro接地,如图1所示,这时等效电路如图2所示,可以很方便地计算出Rg接地电阻值。
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图1 支路巡检原理图                                     图2 等效电路图
U=IgRo+(RgIg/Ro+Ig)Ro
Rg=1/2(U/Ig-Ro)
装置报出支路2发生一点接地。
对于一套直流系统,只能保持2个平衡电阻Ro和一个接地点,才能准确计算出支路接地电阻Rg,对主机和分屏机系统,一般电阻Ro设在主机内部,而分屏机不设,分屏机接地也利用主机两个平衡电阻进行计算。
传统的接地仪支路巡检功能只能确定故障支路不能确定具体的接地点。
3WZJ-10型基本工作原理
3.1母线电压及母线绝缘电阻测量
正常采集母线正对地电压和负对地电压,并进行累加,数字显示母线电压值,当达到直流系统过压、欠压整定值时,发过压、欠压报警信号。计算公式如下:
  在装置内投入拉偏电阻,第二次采集正对地电压和负对地电压,并计算出正母线对地绝缘电阻和负母线对地绝缘电阻,当绝缘电阻低于整定值时,发接地报警信号。见图3所示
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                                      3 母线绝缘电阻测量
    计算公式如下:
         
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正常情况当正(负)母线对地绝缘电阻低于5KΩ时,发直流接地报警信号。也可根据客户要求设定整定值。
3.2支路接地检测
当发生接地报警信号后,装置自动投入低频信号,可自动巡检,找出接地支路及支路接地电阻。
为防止对直流系统的影响,低频信号回路中接入较大电阻,并通过电容同时耦合到正负母线上,对于正常的支路直流负荷,直流电流大小相等、方向相反,产生的磁场相互抵消,所以互感器二次无信号,而当支路发生接地时,接地支路便与低频信号回路接地点构成回路,在互感器二次就能感应出一低频交流信号,再通过相位比较将阻性分量和容性分量区分开来,通过计算机计算、数字显示,接地支路号和对应的电阻值。
目前生产接地仪厂家均采用单一相位比较原理,来克服电容对测量接地支路电阻的影响,但在支路电容较大或现场干扰较大时,经常会出现误报接地支路现象,使用效果不是很理想。
为了更准确地找出接地支路,本装置采用相位比较、最大值比较、幅值比较综合判断接地支路,有效地解决误报接地支路问题,其原理如下:
1.相位比较原理:当发生非金属性接地时,基准电压相位与支路传感器二次信号相位进行比相,计算出支路电阻分量,消除电容的影响;
2.最大值比较原理:当发生金属性接地时,失去比相,直接采集支路传感器二次信号,采集信号最大的支路即为接地支路;
3.幅值比较原理:当现场干扰信号较大时,完成对测量值的误差修正。
采用这三种原理综合判断,可以很好地解决接地仪误判接地支路问题,这一点已在大量的现场运行中得到了证实。
装置原理框图见图4所示。
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图 4 支路接地检测原理
3.3卡钳表定点
 当确定故障支路后,可借助于卡钳表在不拉开直流开关的情况下确定具体接地点,实现定点功能。见图5所示。
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                                      图5 卡钳表定点原理
定点原则:在接地点前卡,表头有指示;在接地点后卡,表头无指示;在有指示和无指示之间,就是接地点。
举例说明:如图6所示,假如线路保护1中,保护屏1内收发信机发生接地。首先,支路扫查显示支路2发生接地,这时用卡钳表在保护屏1电源进线a处和保护屏1电源出线f处用卡钳卡,这时,a有指示,f无指示。说明保护屏2、保护屏3无直流接地,接地点在保护屏1内。在b处卡有指示,说明高频相差无接地,在e处无指示,说明举例保护无接地,在收发信机c处和d处卡,c有指示,d无指示,说明接地点在收发信机内部用过这种方法可以确定具体接地点。
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图6 定点功能示意图
4WZJ-10F直流分屏机
4.1分屏机原理
对大型火力发电厂经常会出现设计直流分屏的情况,分屏机是适用于大型火电厂具有直流分屏的场合,其功能是查找直流分屏机接地支路,原理接线如图7所示。
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图7  分屏机原理图
当分屏支路2F发生接地时,主机WZJ-10显示支路2发生接地,分屏机WZJ-10F显示支路2F发生接地,由于分屏机不带信号源,所以不能单独使用,分屏支路数可以根据用户要求任意扩展,分屏机开孔尺寸与WZJ-10型主机开孔尺寸一致。由于分屏机价格比较便宜,是大型电厂较理想的配置。
4.2 WZJ-10型主机与WZJ-10F分屏机的功能
主机具有自动显示母线电压、正负母线对地绝缘电阻值及支路电阻值的功能。对于一套直流系统,只能保持一个接地点,才能准确计算出支路接地电阻Rg,对主机和分屏机构成的直流系统,一般平衡电阻R0设在主机内部,分屏机不设接地点。分屏机接地也利用主机两个平衡电阻进行计算。分屏机只显示分屏直流系统接地支路号及接地支路电阻值。
4.3接地装置分段
单段母线:适用于单段母线无降压硅链直流系统,合母控母共用。
母线分段:适用于双段母线无降压硅链,分别接Ⅰ段母线合母控母、Ⅱ段母线合母控母。
          适用于单段母线带降压硅链,分别接控制母线、合闸母线。
四段母线:适用于双段母线带降压硅链,分别接Ⅰ段合母、Ⅰ段控母、Ⅱ段合母、Ⅱ段控母。
对于直流母线分段系统,可以装两台单段接地仪,也可以考虑采用装一台带分段的接地仪、基本原理是内部带一个切换继电器,当继电器切换到Ⅰ段母线时,接地仪监测Ⅰ段母线电压、绝缘电阻及支路电阻值,这时Ⅱ段母线失去监测;当继电器切换到Ⅱ段母线时,监测Ⅱ段母线电压、绝缘电阻及支路电阻值,Ⅰ段母线失去监测;分屏机原理一样。由于主机与分屏机切换都是各自独立的,时间上不一定同步。同时当主机和分屏机均采用分段接地仪时,会出现主机监测Ⅰ段母线时,分屏机切换在Ⅱ段母线上工作。这样,分屏机Ⅱ段母线上有接地时,无法利用主机Ⅱ段母线上平衡电阻接地点构成回路,算出支路电阻值,须等到主机切换到Ⅱ段母线上时,才能算出分屏机Ⅱ段母线接地支路电阻值。目前我公司采用主机切换时间大于2倍分屏机切换时间来解决分屏机分段接地仪与主机的时间配合问题。这种办法造成了接地仪查找接地速度太慢,可靠性降低。建议设计院或用户选型时,主机选用分段接地装置,分屏机采用单段接地装置。
四段母线接地装置监测原则同双段母线,当某段运行时,另外3段失去监测。一般不推荐四段母线,而是采用两台双段接地装置来替代。
4.4接地装置接地点的设置
一套直流系统中使用多台接地装置时,只能保持一台接地装置带接地点。当主机带分屏机运行时,主机带接地点,分屏机不带。当分段运行的两台接地装置因母联开关合上并联运行时,应停用一台接地装置。
4.5接地装置与上位机通讯
通讯规约:用户提出规约要求时,本装置可按用户要求的通讯规约修改程序,实现数据通讯。用户无规约要求时,本装置按合肥英特通讯规约编程,上位机按合肥英特通讯规约修改程序,实现数据通讯。
485接口通讯:485接口通讯可以向上位机上传母线电压、正母线对地电阻、负母线对地电阻、接地支路数及接地支路电阻,并可根据用户要求上传直流负荷开关状态量(开或闭)。分屏机可以上传接地支路数和支路电阻。
开关量接口:对于不要求485通讯的场合,接地装置可以提供过压、欠压、接地三付空接点给上位机。
5、装置结构
5.1装置型号分类
主机:WZJ-10型;直流分屏机:WZJ-10F型。主机和分屏机开孔尺寸一致。
5.2面板布置及操作说明
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图8
消音:有故障时本产品会有声音报警,按此键关闭声音报警。
复归:复归报警信号及报警监测功能。
菜单:在正常显示界面(主界面、母线数据和支路数据界面)时,按此键进入系统主菜单,更改和设置配置和参数。
取消:返回上一级菜单或主界面。
确定:进入选定的菜单项或选定的功能和界面。
5.3安装尺寸
装置尺寸:258(长)X 132(宽)X 250(深),开孔尺寸226 X 132。
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图9
5.4端子接线
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10
 
 
 
 
附件1             华东电网直流接地监测仪技术条件
                                    华东电力集团公司
 
前 言
    为了搞好继电保护管理年继电保护产品质量监督管理工作,解决用户对直流监测仪产品选型难的问题,提高华东电网直流系统运行水平,特组织编写了《华东电网直流接地监测仪入网技术条件》并由安徽省电力试验研究所系统室主任李大钦同志编写。
初稿完成后,于1995年6月在上海组织了由上海市调度所、江苏省中调所、安徽省中调所、上海超高中压输变电公司等单位专家参加的审查会,对初稿进行了修正。本技术条件适用于华东电网三省一市,各单位可参照本技术条件对产品质量进行考核,严把质量关。由于华东电网首次组织制定这类产品技术条件,本条件在使用中可能有不妥之处,各单位在使用中如发现有错误或不足之处可函告华东电力调度局继保科,以便进一步修定。
                                                     中国华东电力集团公司调度局
                                                           一九九六年五
直流接地监测仪技术条件
 
1.       主题内容和适用范围
本标准规定直流接地监测仪的产品分类、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装等内容
本标准适用于直流系统发生一点接地,可以在不拉开直流负荷的情况下,寻找直流一点接地的装置。该装置使用场合为各大中小型火电厂,500KV及以下变电所及各厂矿企业的直流系统、电压等级为220伏、110伏。
2.       引用标准
GB2900.1     电工名词术语,基本名词术语
GB4858       电气继电器的绝缘试验
GB191- 90      包装、储运图示标志
GB6587.2-86    电子测量仪器温度试验
GB6587.3-86    电子测量仪器湿度试验
GB6587.4-86    电子测量仪器振动试验
GB6587.5-86    电子测量仪器冲击试验
GB6587.7-86    电子测量仪器基本安全试验
3.       产品分类
按结构分类
便携式:可以方便地移到各直流屏上进行直流接地检测
固定式:固定在某一直流屏上进行直流接地检测
按运行分类
在线式:正常时接入直流系统替代绝缘监察及电压监察功能,发生接地时投入信号源进行直流接地检测。
离线式:正常时,不接入直流系统,只有发生直流接地时,短时接入运行的直流系统,找出接地后,退出运行。
4.       结构特征
便携式:由信号发送(信号源)和信号接收(含卡钳)两部分组成。
固定式:由正常运行检测部分及接地检测部分组成,其中接地检测部分由信号发送和信号接收组成。
5.       装置的功能及主要性能指标
5.1便携式:
5.1.1便携式直流接地监测仪应能实现在不拉开直流负荷开关的情况下,确定故障支路,在直流辐射网络中应能实现接地点定位。
5.1.2接地检测灵敏度应不少于10KΩ,当直流系统接有较大容量的抗干扰电容或电缆分布电容,其等效电容小于20μF时,仍有一定的灵敏度。
5.2具有绝缘监察功能,能数字显示直流正负母线对地绝缘电阻值,误差不应大于10%。当绝缘电阻值降低到某一整定值时,应发直流接地报警信号。
5.2.2具有电压监察功能,能数字显示直流正负母线对地电压,其误差不应大于5%,当直流系统电压异常时,发过压或欠压报警信号。
5.2.3当直流系统发生接地时,短时投入信号源。实现在不拉开直流负荷开关的情况下,确定并排除故障支路后,应退出信号源。
5.2.4固定式接地检测灵敏度应达到便携式5.1.2条性能指标。
5.2.5固定式装置应具有“过压”“欠压”“直流接地”动作信号,并具有同时起动中央报警的接点。
5.2.6当支路电容小于10μF时,对支路接地电阻测量精度不应有太大的影响,其测量误差应小于10%。
6.装置接入直流系统的技术要求
6.1装置应具有完整的自检及保护功能,以确保即使装置故障也不致影响直流系统的正常运行。
6.2装置信号源幅值应小于20伏,并通过串接一电容接入直流系统,装置接入直流系统后,不应引起出口继电器误动作。
6.3信号源接入直流系统中,应对直流系统的纹波系数无明显的影响。
6.4对于固定式装置由于长期接入直流系统,其内阻应不小于100KΩ,以保证装置投入运行,不致明显降低直流系统的绝缘水平。
7一般技术要求
7.1对元件结构的有关要求
7.1.1为了保护产品质量,所有的电子元件必须按照有关技术标准经过老化筛选。
7.1.2插拔式结构的插件接触应可靠,带电插拔时,应保证直流回路不短接,交流电压回路不短路。
7.2装置交流电源在220 ±10%电压范围内波动时,应能正常工作。
7.3装置在现场各种强磁场及噪声干扰下,不应误报警及误发接地信号。
7.4在线运行的装置应进行绝缘试验,试验项目为:
a、工频耐压试验
b、绝缘电阻试验
c、冲击电压试验
试验结果应符合GB4858有关规定
7.5装置基本安全要求应符合GB6584.7校准中I类安全仪器的要求。
7.6装置在工作温度为0-4℃时,极限条件-10℃-50℃,存贮条件在-20-60℃时应能正常工作。
7.7装置在40℃时,湿度为20-90%RH,贮存条件50℃90%RH下24小时,应能正常工作。
7.8装置应坚固耐用,应能耐受以下类型的振动,频率循环范围5-55-5HZ驱动振幅(峰值)为0.075mm
7.9装置应能经得起正常搬运与装卸时受到的冲击,以及各种偶然的倾斜跌落。
7.9.1装置耐受以下类型的冲击:
   加速度147m/s2脉冲持续时间6 ±1ms冲击次数3个轴向各做一次。
7.9.2装置应承受以下条件的倾斜跌落,跌落高度或角度50mm或30·跌落次数以底面4个边为轴各跌落一次。
7.9.3装置外观应完好,无显著机械损伤,脱漆锈蚀现象,安装正确,操作灵活,无障碍,面板上标记字迹清楚。
8试验方法
8.1装置的电气性能试验按有关程序批准的调试大纲进行,并应符合本标准的有关条款。
8.2装置其他试验方法按GB6587.2-7标准有关规定进行。
9检验规则
9.1装置需经制造厂检验部门检验合格后方可出厂。
9.2装置检验分出厂检验和型式检验。
9.2.1出厂检验
应按本标准第5章、第6章、及第7章的7.1-7.3条进行检验,每台装置都应进行出厂检验。
9.2.2型式检验装置每年抽取1-2台按本标准第5章、第6章、第7章的全部要求进行检验。
10标志、包装
10.1装置铭牌上应具有下列内容
a、产品型号及名称
b、产品电源电压、频率
c、制造日期和生产批号
d、制造厂名称
10.2包装
10.2.1装置应进行存放包装。应防湿、防潮、防晒、防振动,保证产品在运输和贮存过程中不受损坏。
10.2.2包装标志应具有下列内容
a、产品型号和名称
b、制造厂名称
c、装箱年月
d、毛重
e、包装箱外型尺寸
f、“小心轻放”“向上”“怕湿”等符合GB191规定
10.2.3包装箱内应有如下文件
a、产品合格证
b、使用说明书
c、安装调试大纲
d、质量反馈单
 
 
 
附件2 用户报
用户报告一、陈村水电站、纪村水电站用户报告
WZJ-1型微机直流绝缘监测装置在我站运行情况报告
一、1998年9月8日在纪村水电站安装一台WZJ-1型微机直流绝缘监测装置,经人工模拟接地试验正确后投入运行。98年12月7日装置运行中显示直流系统负极对地绝缘电阻为8KΩ,经验查是事故照明回路线头破损引起,故障消除后负极对地绝缘电阻恢复为65 KΩ。
二、1999年7月7日在陈村水电站安装一台WZJ-1型微机直流绝缘监测装置,在旁母#410保护屏后模拟负极经4KΩ电阻接地,装置显示:
CPU-8031 UU     228V
R+   72KΩ(正常时R+100KΩ)
R-   3 KΩ(正常时R-98 KΩ)
此时接地信号灯亮,并发出直流绝缘下降GP信号,将装置信号开关投入,正极灯亮,负极灯不亮,表示直流负极有接地故障。用接受器上的卡钳检查出接地支路。人工模拟直流系统接地故障,装置反应正确,用卡钳表可准确找出故障点位置。装置投入正常运行。
99年8月20日坝变#4开关事故跳闸同时发直流绝缘下降GP信号,WZJ-1装置显示R-为98 KΩ,负极对地绝缘电阻恢复正常。经检查是#4开关直流操作电源刀闸,直流系统对地绝缘正常。
三、WZJ-1型微机直流绝缘监测装置在我站投运两台,运行稳定,在直流系统发生接地故障时反应正确,可准确找出故障点位置。由于WZJ-1装置安装在我站中控室的控制屏上,可便于运行人员随时了解直流系统对地的绝缘情况,同时装置可现实直流系统的电压值,(而老式继电型绝缘监测装置不具备以上功能,目前已停用。)因此WZJ-1型微机直流绝缘监测装置在我站自投运以来深受现场人员的欢迎。
陈村水电站电气分场 周二保 1999年9月9日
 
用户报告二、三门峡电厂用户报告
WZJ-1型微机直流接地监测仪使用情况证明
合肥英特电力设备有限公司生产的WZJ-1型微机直流接地监测仪在我厂使用半年多,性能可靠,方便继电保护人员查找直流接地点,售后服务周到。
电检班 余映照 98年4月16日
情况属实,生产部 王杰 98年4月29日
 
用户报告三、铜陵发电厂用户报告
WZJ-1微机直流系统绝缘监察装置现场使用情况
我厂使用的合肥英特电力设备有限公司生产的WZJ-1微机直流系统绝缘监察装置在线我厂自投运以来,现场运行一直较为良好,基本上反映直流系统绝缘状况,且该装置上在查找直流接地时,极大的方便了继电保护人员查找直流接地,使我们减轻了不少负担。我厂老机组和新机组共装六套,运行情况良好。
                                                  铜陵发电厂维修分场
                               继电保护班 杨文清
用户报告之四、信阳地区电业局用户报告
使用证明
安徽省电力试验研究所研制,合肥英特仪器厂生产的WZJ-1型微机直流接地监测装置和JZJ-1型直流接地监测仪在我局使用一年多,装置性能可靠,快速不停电查找直流一点接地,售后服务做的也很好。
                                                                总工 熊世泽    98年10月12
用户报告之五、河南省平顶山姚孟电厂用户报告
WZJ-1型微机直流接地监测装置使用证明
安徽省电力试验所研制生产的WZJ-1型微机直流接地监测装置在我厂使用一年多,装置性能可靠,查找直流系统接地方便、快捷,确实很好用。
                                                                                  继电班 崔文
附件3 部分业绩表
 
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