微机绝缘监测仪.docx
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微机绝缘监测仪
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第五章微机绝缘监测仪
直流系统接地监测作为系统正常运行的保证，日益受到厂家及用户的重视。
各类接地监测装置也层出不穷。
本章节主要讲述了传统接地监测原理及我公司开发的WJY3000A系列微机型绝缘监测仪、继电器型绝缘监测仪和便携式绝缘监测装置的工作原理及特性，供大家参考、使用。
1传统绝缘监测仪检测原理
1.1工作原理
绝缘监测仪主机检测正负直流母线的对地电压，通过对地电压计算出正负母线对地绝缘电阻。
当绝缘电阻低于设定的报警值时，自动启动支路巡检功能。
传统绝缘监测仪工作原理框图见图5-1。
图5-1：
传统绝缘监测仪原理图
1.2母线检测原理
1.2.1平衡电桥检测法
平衡电桥法在绝缘监测仪主机内部设置2个阻值相同的对地分压电阻R1、R2，通过它们测得母线对地电压V1、V2。
平衡电桥检测原理框图见图5-2。
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图5-2：
平衡电桥检测原理图
当Rx=Ry=∞时，系统无接地。
此时，V1=V2＝110V。
当系统单端接地时，得以下方程
（1）：
通过此方程式可求得单端接地电阻Rx或Ry。
当系统出现双端接地时，得以下方程
（2）：
此时，不能直接求解，处理方法是将Rx、Ry中较大的一个视为无穷大，按单端接地的情况求解，所求得的接地电阻值大于实际值。
Rx、Ry的实际值越接近，则测量误差越大，达到Rx=Ry时，测量误差∞。
1.2.2不平衡电桥检测法
不平衡电桥检测是由主机内部两个阻值相等的对地电阻通过电子开关K1、K2按照一定的开合顺序接地。
不平衡电桥检测原理见图5-3。
图5-3：
不平衡电桥检测原理图
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在一个检测周期内，K1闭合K2断开，测得V1、V2，得方程（3）
然后K1断开K2闭合，经一定延时后再次测量V1、V2，得方程（4）
解联立方程（3）、（4）就可直接求得正负母线接地电阻Rx、Ry。
1.2.3两种检测方法性能比较
平衡电桥和不平衡电桥由于本身电路的限制，都有各自的优点及缺点，其比较见表5-1。
表5-1平衡电桥和不平衡电桥检测对比表
法；对于大型电厂直流系统，由于馈出回路接线复杂、分布电容较大，宜采用平衡电桥检测方式。
1.3支路检测原理
1.3.1交流法
较早的绝缘监测仪对于支路电阻检测基本上都采用了小信号注入法，即当母线检测接地异常时，将一个约5～10V，10～20Hz的低频信号注入母线，交流CT通过锁相技术等方式便可检测到不平衡电流即漏电流，然后再通过数据线将检测信号送至主机做响应处理。
图5-4为交流法支路检测原理图。
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图5-4：
交流法支路检测原理图
该方式CT结构简单、成本较低。
但由于向直流母线注入交流信号，容易引起设备误动或干扰设备，检测精度受接地电容影响，不能识别母线接地极性，已经逐渐被淘汰。
1.3.2直流法
采用直流有源CT，不需注入交流信号。
当出现接地时，直流CT将直流漏电流变换为0~5V或4~20mA的电信号。
该方式的优点是无需向母线注入交流信号，受接地电容的影响小，能识别接地母线的极性，能测量双端接地。
缺点是成本高于交流CT，环境温度和工作电压的波动影响测量精度。
2奥特迅公司绝缘监测仪介绍
2.1概述
奥特迅公司根据多年直流成套专业供应商的经验，依托强大的研发力量，集合国内外先进的检测技术，推了WJY3000A型新一代智能微机绝缘监测仪。
该装置采用直流原理，智能数字有源CT，从结构及原理上有了新的突破，投放市场以来得到了广大用户的认可，运行已达3000多套。
同时，奥特迅公司为了适应不同用户的要求，还开发了JYJ-A型绝缘监测继电器及BXJY-A型便携式绝缘监测仪，下面将一一为大家介绍。
2.2WJY3000A型微机绝缘监测仪原理
主机在线检测正负直流母线的对地电压，通过对地电压计算出正负母线对地绝缘电阻。
当绝缘电阻低于设定的报警值时，自动启动支路巡检功能。
支路漏电流检测采用直流有源CT，不需向母线注入信号。
每个CT内含CPU，被检信号直接在CT内部转换为数字信号，由CPU通过串行口上传至绝缘监测仪主机。
支路检测精度高、抗干扰能力强。
采用智能型CT，所有支路的漏电流检测同时进行，支路巡检速度高。
46WJY3000A型微机绝缘监测仪原理框图见图5-5：
图5-5：
WJY3000A原理框图
本套装置的母线电压检测采用独立的、高精度、高抗干扰能力的双积分型A/D转换器，检测速度快。
由于采用智能数字式CT，所有CT通过一根五芯通信线与主机相连，改变了以往CT到主机接线复杂的缺点，抗干扰能力也得到了增强。
CT自行计算数据，避免了传统接地仪由CT采集漏电流量，由主机进行多次计算的方式，故检测速度也得到了极大的提升，每个CT的检测时间仅0.2ms。
WJY3000A型微机绝缘监测仪与传统的绝缘检测仪对比见表5-2。
表5-2WJY3000A型绝缘监测仪与传统的绝缘检测仪对比表
2.3智能CT
WJY3000A型绝缘监测仪所配CT较本章1.3所讲述的两种方式已有了较明显的变化，其内置CPU，漏电流在CT内直接转换为数字量，数字滤波采用256次的平均值，测量精度高，抗干扰能力强。
CT自身保存校准值，CT测量精度与主机性能无关。
由于检测的是波形相对变化量，所以电源的波动不影响检测精度。
CT与主机通过一根5芯电缆连接，所有CT并联在一起。
CT的TXD接主机的RXD，CT的TXD要接主机的TXD，其他V+、V－、GND则同名相连。
详细接线图见图5-6。
图5-6：
WJY3000A型微机绝缘监测仪CT连接示意图
2.4WJY3000A微机绝缘监测仪参数、特点
2.4.1WJY3000A微机绝缘监测仪技术参数
环境温度：
－５℃～＋50℃
相对湿度：
90％（最大）
大气压：
80～107KPa
被测系统电压等级：
直流220Ｖ、110Ｖ、48Ｖ
工作电源：
直流220V、110V、48V
工作电源范围：
直流150V～286V、80V～160V、35V～80V
功率消耗：
小于40Ｗ
重量：
6Ｋg
母线电压测量精度：
≤1％
母线电压测量范围：
0～300Ｖ
母线对地电阻测量精度：
误差小于２％
母线对地电阻测量范围：
0～1000KΩ
支路接地电阻测量精度：
误差小于10％
可同时监测两段母线
监测支路数：
≤200L
通讯规约：
奥特迅规约、部颁规约、用户指定规约等
2.4.2WJY3000A微机绝缘监测仪特点描述
1）一般功能
（1）大屏幕汉字显示，具有操作提示信息，便于人机对话；
（2）无需在直流系统中注入任何信号，对直流系统无影响；
（3）抗直流供电系统对地大电容的影响；
（4）直流传感器抗电流冲击后的剩磁影响，保证传感器长期的稳定性；
（5）传感器与主机采用数字信号传输，传感器与主机的接线简单、使用方便，抗干扰能力强；
（6）用于主分屏直流系统时，装置可设为主机或分机；
（7）数字显示母线电压，电压超过允许范围时发出报警信号；
（8）数字显示正负母线的对地绝缘电阻值，当绝缘电阻低于设定值时发出报警信号；并自动巡查各支路对地绝缘电阻；
（9）汉字显示历史记录，装置掉电后信息不丢失。
2）特殊功能
（1）可手动选择巡检速度；
（2）自动识别直流系统单母接线和单母线分段接线；
（3）实时监测每个CT的运行状态；
（4）CT自诊断，故障时CT自动报警；
（5）能够通过主机键盘调整每个CT的校准值；
（6）CT自身保存校准值，校准值与主机性能无关，可任意更换主机；
（7）能监测馈出线具有环路的直流系统，准确测量环路接地；
（8）实时显示正负母线接地电阻—时间曲线，当出现接地故障时，自动锁定并存贮电阻—时间曲线；记录时间30天，失电后数据不丢失；
（9）能检测正负母线和支路平衡接地，分别显示故障支路的正负母线接地电阻值；
（10）支路巡检速度基本与支路数量无关。
2.5WJY3000A微机绝缘监测仪结构、外形
2.5.1前面板
（1）显示器
采用大屏幕液晶全中文显示，配有背光。
按面板上任意键背光将自动开启（除“清屏”键外）两分钟内无键盘操作，背光自动关闭。
（2）功能键
四个功能键在不同的菜单下，具有不同的功能，具体功能在显示器右侧与功能键对应的位置给出提示。
（3）光标上、下、左、右移动键
（4）清屏键
在任意状态下,按清屏键,程序将重新初始化液晶显示器,保持原显示器内容不变。
（5）确认键
在设定参数完成后按“确认”键保存所设定的参数。
（6）数字键
包括10位数字和一位小数点。
2.5.2后面板
（1）主机/分机接口RS485
系统带有分机时，主机的“主机／分机”接口与分机的通讯接口RS232／RS485相连，分机必须采用RS485接口。
（2）故障报警输出
故障报警输出为空接点输出
（3）被测直流系统的母线电压信号
（4）CT接口
CT接口为四个5针的插座,每个插座内均有独立的光电隔离驱动器,四个插座可互换。
（5）通讯接口RS232/RS485
当作为主机使用时用于与上位机通讯，作为分机使用时用于与主机通讯
接口定义：
2—RXD、3—TXD、5—GND、8—A、9—B
2.5.3外型尺寸
内嵌式455mm×115mm×
272mm
2.6继电器型绝缘监测仪
对于35kV及以下变电站，直流系统绝缘监测亦可采用简单的母线绝缘监测继电器，型号为：
JYJ－A，电压等级为220V、110V、48V。
主要性能参数：
JYJ系列绝缘监视继电器是监视直流母线绝缘情况的一种继电器，监视母线对地的接地电流，当母线对地电流增大到一定值时，继电器可发出警告信号。
本继电器与其它绝缘继电器的区别是，有电流的数字显示，“动作电流”连续可调，并可区分正、负极接地，动作灵敏，使用时灵活方便。
可直接替换其它类型的绝缘监视继电器。
外形尺寸：
106×56×130mm
开孔尺寸：
100×50mm（也可支架安装于屏后）
重量：
0.75kg
2.7BXJY-A型便携式绝缘监测仪
2.7.1工作原理
本装置是由一台信号源主机以及一块小电流检测钳形表组成，能够检测出直流馈电电缆的接地点。
主机产生信号源，对地向直流正、负母线注入10V15Hz的低频交流信号，当有馈电支路发生接地时，则该支路馈电电缆从直流屏起点处至接地处对地应有漏电流流过，而电缆的接地处至负载终点端应无漏电流。
通过钳形表检测对地漏电流，循着馈电电缆从直流屏起点处往负载终点端逐段测量，电流开始为零的位置即为接地点。
2.7.2主要型号
BXJY-A
2.7.3主要性能参数：
环境温度：
-5℃-+50℃
相对湿度：
≤90％
大气压：
80－107kPa
电压等级：
直流220V、110V。
（可同时检测两段母线）
工作电源：
直流80V-286V
对地漏电流测量范围：
0.3-15mA
适应馈电电缆最大直径：
Φ30mm
2.7.4性能特点：
⏹
能够检测出直流馈电回路支路电缆的接地点，快速准确⏹
接线简单，对于使用奥特迅公司微机接地仪的系统更简单⏹
能够适应220V和110V两种直流电压等级的系统，检测范围广⏹
本仪器独立使用，无须依赖任何其他装置
测量对地漏电流时，钳型表无方向
2.7.5外观尺寸
本章内容小结
本章节介绍了直流系统绝缘检测装置的发展趋势，对传统检测方式及新型直流原理检测方式进行了比较。
同时对WJY3000A型微机绝缘监测仪的工作原理、性能特点及优势做了详细的描述。
第六章蓄电池智能放电仪
本章主要介绍电池放电装置的发展方向及工作原理。
并讲述了奥特迅公司BFD系列智能型蓄电池放电仪的工作原理、各项参数及其功能特点。
1蓄电池放电仪概述
蓄电池组作为直流系统的备用电源，其地位极其重要。
正常工作时，由市电经整流后供给负载用电。
若市电中断，则由蓄电池组连续不断的向负载供电。
所以蓄电池是整个供电系统的重要组成部分，是保证供电电源不中断的最后屏障。
如果此屏障故障，后果不堪设想。
为了保证蓄电池能够在事故情况下起到关键的备用作用，保证系统的正常运行，根据DL/724-2000《电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程》规定，对于新装或大修后的蓄电池组，应每年进行一次核对性放电，以保证要使蓄电池经常处于充分充满的状态，而又不产生过充电，应放出额定容量的80%以上。
以前放电设备主要采用可变电阻、电阻盘、水阻等，需要人工调节电流，控制精度低，劳动强度大。
采用逆变方式对电池放电，虽没有上述缺点，但其为脉冲放电，电流纹波很大，对电池造成不良影响，并对电网造成很大污染。
若在放电过程中电网停电，有可能引发严重的意外事故。
核对式放电一般分为：
在线式放电与离线式放电两种。
在线式放电指蓄电池已经投入运行，不能从系统中脱离出来做核对性放电，按照常规在线放电的30%～50%额定容量放电，放电终止电压不低于直流系统正常运行所要求的最低电压值，放电电流为放电仪电流与蓄电池提供母线负载电流之和，然后根据蓄电池放电电压/电流与容量的关系曲线（曲线由蓄电池厂家提供），推算出蓄电池组的剩余容量。
这种放电方式适合有一组蓄电池的直流系统、已经投运而直流母线又不能断电的情况。
离线式放电指蓄电池组没有投入运行，如新设备安装中，或者可以从直流系统中脱离出来，按照常规可做核对性放电实验即放出95%～100%额定容量，放电电流、放电终止电压以及放电时间按照惯例选取：
按照10小时率容量计算法，电流取0.1C10，时间10小时，一般一蓄电池厂家提供参数为准。
这种放电方式适合新蓄电池安装时或两组蓄电池的直流系统。
2奥特迅公司BFD系列智能放电仪
2.1概述
深圳奥特迅电力设备有限公司凭着多年服务于电力系统的运行经验，于2001年成功开发出新一代BFD系列智能放电装置，并已广泛应用于600MW、300MW火电机组、500kV变电站等电力行业。
该装置采用PTC新型功率元器件作为放电元件，全新的控制原理，体积小，重量轻，放电电流在大范围内连续可调，稳流精度高，并不产生谐波电流。
采用大屏幕液晶汉字显示，操作方便，智能化程度高。
在达到放电终止电压或设定时间后能自动停止放电，自动处理并保存放电数据和放电曲线，掉电后数据不丢失。
同时，该装置配合奥特迅公司生产的蓄电池巡检仪及后台软件工作，放电时监测每节电池电压。
放电完成后，还可通过笔记本电脑提取放电数据，对放电结果进行记录、分析、报表和打印等
2.2型号命名
BFDR
额定电流
系列号
标称电压
放电仪
便携式
如：
BFD220R20指便携式放电仪，额定电压220V，额定放电电流20A。
2.3产品规格
BFD系列智能放电装置规格尺寸见表6-1。
表6-1BFD系列智能放电装置规格尺寸表
2.4工作原理
BFD系列智能放电装置采用PTC（PositiveTemperatureCoefficient）陶瓷电阻作为功率元件，其本身具有极高的正温度系数，具有恒度特性、无明火、不发红、安全可靠的特点。
目前已广泛应用于空调、恒源加热器等领域。
用PTC电阻作为恒流放电装置的功率元件，正是充分利用了极高的正温度系数这一特性，通过PWM脉宽调制技术无级调节风机转速，达到控制PTC的温度从而将放电电流稳定的目的。
PTC电阻的温度特性见图6-1。
R
T
图6-1：
PTC电阻T-R曲线
由于放电回路里无任何易损坏电子元器件，故只要我们合理地选择额定工作点，在任何故障情况下均不会对直流系统构成危害。
例如：
当风机失控（全速）则温度最低，放电电流小于额定值；风机停转则温度升高，放电电流也小于额定值。
试验显示，额定电流200A的放电仪故障实测结果是：
风机停转时电流小于2A，风机全速时电流小于15A。
因此，采用PTC陶瓷电阻的恒流放电仪是绝对安全可靠的，并且体积小、重量轻，性能指标也大大优于相控有源逆变放电仪，特别适于便携式的要求。
图6-2为BFD智能放电仪控制原理框图。
采用闭环负反馈控制，整个控制以放电仪内采样器检测电流作判据，其测量值与比较器的设定值比较后，通过PWM脉宽调制电路控制风扇转速，从而控制放电电阻温度。
利用PTC电阻具有正温度特性这一特点，就可以控制放电电阻来实现恒流放电。
PTC风扇
PWM
电池组
采样器
图6-2：
放电仪控制原理图
2.5BFD系列智能放电与逆变放电的性能比较
目前市场上应用的放电装置主要有电阻放电和逆变放电两种方式，奥特迅公司生产的BFD系列智能放电装置与逆变放电装置的比较见表6-2。
高频有源逆变器是采用SPWM控制，由IGBT将直流变为交流再通过工程变压器隔离后馈入电网，逆变过程中逆变器必须与电网同步。
当逆变器故障时有可能会危及电网或蓄电池组，例如：
同步控制故障可能导致网侧短路和蓄电池冲击放电；IGBT故障可能导致蓄电池短路放电。
相控有源逆变器，从原理上讲只要相控整流器将触发角后移180o即构成有源逆变器，但各项性能指标及稳定性却很难达标。
相控有源逆变器在逆变过程中若出现“逆变复”或“电网停电”则控制器无法关断可控硅即出现失控，这是由可控硅的特性决定的难缺，无法克服。
正是由于这些原因，国由一些生产相控整流器的老牌厂家已停止相控有源逆变器的生产。
这里要重点讲的是对于大容量放电装置的选择：
随着电力事业的蓬勃发展，国内发电机组的容量不断提升，蓄电池组的容量也较过去有了明显的增加。
大型电厂动力系统用蓄电池基本都达到了1500Ah～2500Ah左右，蓄电池放电核容试验电流达到150A～250A。
用户在考虑这样大容量的放电设备时较难选择，往往认为电阻式放电装置热量较大，同时放电能量以热能散发，易造成能源浪费。
忽略了电阻放电的便捷性、易控制性、成本低的特点。
举例说，200A放电装置，若采用高频逆变放电装置，采购金额一般达到10～15万元左右，而采用智能型PTC陶瓷电阻放电装置采购金额一般只需3～5万元。
我们不难看出，假设一年对蓄电池组核对性放电一次，按10h率放电。
放出容量约计400KVA·h，按电厂每度电0.2元计算，并考虑逆变器效率80％～85％，一次放电产生电费仅需40余元。
以放电装置一般5～10年的寿命来看，逆变放电较PTC电阻放电成本高出10万元左右。
从售后服务
角度来说，逆变放电装置维修复杂，智能型PTC电阻放电基本不存在维修情况，故PTC电阻放电方式也节省了一笔可观的维修费用。
奥特迅公司研发的BFD系列智能放电装置放电电流0～250A任意可调，采用小车式或组柜安装，突破了逆变放电在波形、同步、定量检测等问题上的束缚，对直流系统及电网不产生任何可能存在的危害。
对于100A～250A大容量放电装置我们建议用户采用可移动小车式，便于在合适位置对蓄电池组进行放电核容，并且一套装置可存贮10组数据，大大节省了放电装置数量及采购成本。
2.6智能放电仪后台监控软件
放电仪后台监控软件（V1.0）是奥特迅最新推出的放电仪后台监控软件。
该软件具有丰富有效的功能、美观友好的用户界面及可靠稳定的质量，它可以监控目前奥特迅生产的各种型号的放电仪产品。
使用本系统可实现放电仪与电池巡检系统及环境的无人或少人值守。
采用串口方式进行通信时，将被所需监控的放电仪通过串口与监控软件V1.0系统的微机直接相连。
这种监控方式最为直接、方便。
监控系统功能包括：
⏹能够对放电仪实现四遥功能，即：
遥测、遥信、遥调、遥控等各功能；⏹能够远程控制放电仪的启动放电或停止放电；⏹能够远程设置放电电流，终止电压，放电时间；
⏹能够实时查看放电电流，单节电池电压，已放电时间，已放容量等；⏹可以实时显示放电的电池端电压曲线；
⏹可以查看各单节电池电压，实时打印电池数据；
⏹放电时实时对各放电数据进行记录，放电完成后可对放电数据进行分析打印；⏹放电完成后显示单节电池电压曲线，电池端电压曲线等；⏹放电完成打印放电结果。
2.7主要技术指标
BFD系列为便携式蓄电池放电仪，可并机运行，即一台主机可带任意台分机。
主、分机结构完全相同可通过键盘任意设定为主机或分机，若设为主机则可独立运行，若设为分机则需主机控制。
⏹工作电源：
90V～270VDC，直接取至蓄电池组⏹电池电压：
48V/110V/220V+25%⏹放电电流：
（0.25～1.20）倍额定电流⏹稳流精度：
<0.5%
⏹显示精度：
<0.2%⏹环境温度：
-10℃～40℃
⏹数据存贮量：
可存贮10组蓄电池放电数据及曲线⏹通讯接口：
RS232/RS485⏹外形：
小车式或组柜安装
2.8操作使用说明
BFD系列放电仪详细操作说明可参见《智能型蓄电池放电仪－BFD220/110系列使用说明书》，这里只做简单描述。
系统开机自检后显示
此时可按“上移/增加”，“下移/减小”键移动光标“←”，把光标移到相应的位置后按“确认/设定”键，即可进入该项。
参数设置
参数设置菜单共有两屏，用“上移/增加”“下移/减小”可上下移动光标“_”或翻页。
设定参数的含义：
放电电流——放电时的稳流值；
终止电压——放电时当电池电压低于此电压时，自动停止放电；设定时间——当放电时间达到设定时间时停止放电；
电池组号——本仪器最多可存储10组数据,掉电后不丢失。
电池组号“G”的取值范围为1～10；
工作方式——分为主机和分机两种工作方式，一台主机可带有多台分机。
主机可独立工作，而分机必须在主机控制下才能工作；分机个数——设定主机所带分机的个数；
分机编号——当设为分机时便弹出此项，分机编号为1～N，必须从1开始连续编号；
放电电流：
020.00A终止电压：
185.00V
设定时间：
10：
00电池组号：
01
时钟设定——设置系统时间；数据浏览
停止放电⏹手动停止放电⏹达到设定时间
⏹
达到终止电压（单只/整组）
放电结果
另有放电曲线可供用户查询。
在无直流电源的情况下，可将交流220V接入放电仪的电池输入端，闭合输入开关，即可查看放电数据或通过串行口提取放电数据。
多机并联运行接线方式见图6-3。
图6-3：
多机并联接线示意图
平均电压：
02.00V电池温度：
25.00℃巡检仪通讯：
正常1＃第一组放电结果：
放电电流：
020.0A起始电压：
221.0V终止电压：
185.0V
放电时间：
10:
05放出容量：
201.7Ah开始时间：
2004/02/1810:
20电池电压：
220.0V电池电流：
20.00A单节最大：
02.50V单节最小：
01.80V
参数设定
1.主、分机方式：
将其中一台设为主机，其它台设为分机，设定方法见参数设置一节，分机只需设置分机编号，其它参数由主机控制，分机设置无效。
2.计算机控制方式：
将所有放电仪均设为分机，放电过程由计算机全程控制。
计算机提取放电数据
将计算机与放电仪主机的任一个串口通过专用通讯电缆相联，启动计算机和放电仪后，即可根据Windows提示信息操作并提取放电数据。
由计算机提取放电数据时，放电仪接交直流电源均可。
本章内容小结
本章节主要介绍蓄电池放电核容设备的应用原理。
同时介绍了奥特迅BFD系
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