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直流電源、EPS、UPS

WZJ-10型微機直流接地監測裝置

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1、概述

WZJ-10系列微機直流接地監測裝置,是在吸收和總結國內同類產品的經驗教訓基礎上研制出來的新一代產品,微機采用美國ATMEL公司生產的具有先進Harvard總線結構和RISC精簡指令集高性能微處理器作為主CPU芯片,由于該處理器擁有高達128KB的Flash memory和4KB SRAM memory,無須外引總線,大大提高了產品的可靠性和抗干擾能力。信號接收回路采用小信號處理技術及多級濾波。裝置具有抗干擾能力強、對直流系統影響小、可靠性高等特點。廣泛應用于發電廠、變電所及廠礦企業直流系統中,直流系統正常運行時,可在線檢測直流系統電壓及正負母線絕緣電阻,當直流系統發生一點接地時投入低頻振蕩器,可以自動報出接地支路和支路接地電阻值。并通過卡鉗接收器,在不拉開直流負荷的情況下,定點查找直流一點接地。


2、目前國內接地儀存在問題分析
2.1母線絕緣監測
目前國內生產的直流接地儀采用不疊加信號原理,傳感器采用直流霍爾原理采樣支路信號。母線絕緣監測采用電橋平衡原理監測直流系統絕緣狀況,當監測出正負母線對地電壓出現不平衡并達到一定值時發出直流系統接地信號,而不能反映實際絕緣電阻值的大小,假設母線電壓為220伏,正負母線電壓差達到50伏時動作發接地信號,假設故障母線為負母線,這時有下式成立:
U+ + U- =220
U+ - U- =50 求的:U+ =135伏,U-=75伏
  
即當正常母線絕緣電阻為135KΩ時,故障母線小于75KΩ時動作
當正常母線絕緣電阻為45KΩ時,故障母線小于25KΩ時動作
當正常母線絕緣電阻為9KΩ時,故障母線小于5KΩ時動作
可見目前國內接地儀裝置動作值受正常母線絕緣電阻影響,由于我國氣候及變電所運行時間長短都將影響直流系統絕緣電阻值大小,尤其是陰雨天氣可能并未接地,僅僅發生了正負絕緣不對稱,裝置就會誤報接地,而當正負絕緣同時對稱下降,即使下降到1KΩ以下也不報警。
2.2常規支路接地巡檢
當系統監測出直流系統發生接地故障時,啟動常規巡檢功能,自動查找支路接地
假設直流系統支路2已發生接地,接地裝置通過2個平衡電阻Ro接地,如圖1所示,這時等效電路如圖2所示,可以很方便地計算出Rg接地電阻值。


       


圖1 支路巡檢原理圖                                     圖2 等效電路圖
U=IgRo+(RgIg/Ro+Ig)Ro
Rg=1/2(U/Ig-Ro)
裝置報出支路2發生一點接地。
對于一套直流系統,只能保持2個平衡電阻Ro和一個接地點,才能準確計算出支路接地電阻Rg,對主機和分屏機系統,一般電阻Ro設在主機內部,而分屏機不設,分屏機接地也利用主機兩個平衡電阻進行計算。
傳統的接地儀支路巡檢功能只能確定故障支路不能確定具體的接地點。
3、WZJ-10型基本工作原理
3.1母線電壓及母線絕緣電阻測量
正常采集母線正對地電壓和負對地電壓,并進行累加,數字顯示母線電壓值,當達到直流系統過壓、欠壓整定值時,發過壓、欠壓報警信號。計算公式如下:
在裝置內投入拉偏電阻,第二次采集正對地電壓和負對地電壓,并計算出正母線對地絕緣電阻和負母線對地絕緣電阻,當絕緣電阻低于整定值時,發接地報警信號。見圖3所示:



圖3 母線絕緣電阻測量
計算公式如下:



         

正常情況當正(負)母線對地絕緣電阻低于5KΩ時,發直流接地報警信號。也可根據客戶要求設定整定值。
3.2支路接地檢測
當發生接地報警信號后,裝置自動投入低頻信號,可自動巡檢,找出接地支路及支路接地電阻。
為防止對直流系統的影響,低頻信號回路中接入較大電阻,并通過電容同時耦合到正負母線上,對于正常的支路直流負荷,直流電流大小相等、方向相反,產生的磁場相互抵消,所以互感器二次無信號,而當支路發生接地時,接地支路便與低頻信號回路接地點構成回路,在互感器二次就能感應出一低頻交流信號,再通過相位比較將阻性分量和容性分量區分開來,通過計算機計算、數字顯示,接地支路號和對應的電阻值。
目前生產接地儀廠家均采用單一相位比較原理,來克服電容對測量接地支路電阻的影響,但在支路電容較大或現場干擾較大時,經常會出現誤報接地支路現象,使用效果不是很理想。
為了更準確地找出接地支路,本裝置采用相位比較、最大值比較、幅值比較綜合判斷接地支路,有效地解決誤報接地支路問題,其原理如下:
1.相位比較原理:當發生非金屬性接地時,基準電壓相位與支路傳感器二次信號相位進行比相,計算出支路電阻分量,消除電容的影響;
2.最大值比較原理:當發生金屬性接地時,失去比相,直接采集支路傳感器二次信號,采集信號最大的支路即為接地支路;
3.幅值比較原理:當現場干擾信號較大時,完成對測量值的誤差修正。
采用這三種原理綜合判斷,可以很好地解決接地儀誤判接地支路問題,這一點已在大量的現場運行中得到了證實。
裝置原理框圖見圖4所示。



圖 4 支路接地檢測原理


3.3卡鉗表定點
當確定故障支路后,可借助于卡鉗表在不拉開直流開關的情況下確定具體接地點,實現定點功能。見圖5所示。



圖5 卡鉗表定點原理


定點原則:在接地點前卡,表頭有指示;在接地點后卡,表頭無指示;在有指示和無指示之間,就是接地點。
舉例說明:如圖6所示,假如線路保護1中,保護屏1內收發信機發生接地。首先,支路掃查顯示支路2發生接地,這時用卡鉗表在保護屏1電源進線a處和保護屏1電源出線f處用卡鉗卡,這時,a有指示,f無指示。說明保護屏2、保護屏3無直流接地,接地點在保護屏1內。在b處卡有指示,說明高頻相差無接地,在e處無指示,說明舉例保護無接地,在收發信機c處和d處卡,c有指示,d無指示,說明接地點在收發信機內部用過這種方法可以確定具體接地點。



 

圖6 定點功能示意圖


4、WZJ-10F直流分屏機
4.1分屏機原理
對大型火力發電廠經常會出現設計直流分屏的情況,分屏機是適用于大型火電廠具有直流分屏的場合,其功能是查找直流分屏機接地支路,原理接線如圖7所示。



圖7  分屏機原理圖


當分屏支路2F發生接地時,主機WZJ-10顯示支路2發生接地,分屏機WZJ-10F顯示支路2F發生接地,由于分屏機不帶信號源,所以不能單獨使用,分屏支路數可以根據用戶要求任意擴展,分屏機開孔尺寸與WZJ-10型主機開孔尺寸一致。由于分屏機價格比較便宜,是大型電廠較理想的配置。
4.2 WZJ-10型主機與WZJ-10F分屏機的功能
主機具有自動顯示母線電壓、正負母線對地絕緣電阻值及支路電阻值的功能。對于一套直流系統,只能保持一個接地點,才能準確計算出支路接地電阻Rg,對主機和分屏機構成的直流系統,一般平衡電阻R0設在主機內部,分屏機不設接地點。分屏機接地也利用主機兩個平衡電阻進行計算。分屏機只顯示分屏直流系統接地支路號及接地支路電阻值。
4.3接地裝置分段
單段母線:適用于單段母線無降壓硅鏈直流系統,合母控母共用。
母線分段:適用于雙段母線無降壓硅鏈,分別接Ⅰ段母線合母控母、Ⅱ段母線合母控母。
適用于單段母線帶降壓硅鏈,分別接控制母線、合閘母線。
四段母線:適用于雙段母線帶降壓硅鏈,分別接Ⅰ段合母、Ⅰ段控母、Ⅱ段合母、Ⅱ段控母。
對于直流母線分段系統,可以裝兩臺單段接地儀,也可以考慮采用裝一臺帶分段的接地儀、基本原理是內部帶一個切換繼電器,當繼電器切換到Ⅰ段母線時,接地儀監測Ⅰ段母線電壓、絕緣電阻及支路電阻值,這時Ⅱ段母線失去監測;當繼電器切換到Ⅱ段母線時,監測Ⅱ段母線電壓、絕緣電阻及支路電阻值,Ⅰ段母線失去監測;分屏機原理一樣。由于主機與分屏機切換都是各自獨立的,時間上不一定同步。同時當主機和分屏機均采用分段接地儀時,會出現主機監測Ⅰ段母線時,分屏機切換在Ⅱ段母線上工作。這樣,分屏機Ⅱ段母線上有接地時,無法利用主機Ⅱ段母線上平衡電阻接地點構成回路,算出支路電阻值,須等到主機切換到Ⅱ段母線上時,才能算出分屏機Ⅱ段母線接地支路電阻值。目前我公司采用主機切換時間大于2倍分屏機切換時間來解決分屏機分段接地儀與主機的時間配合問題。這種辦法造成了接地儀查找接地速度太慢,可靠性降低。建議設計院或用戶選型時,主機選用分段接地裝置,分屏機采用單段接地裝置。
四段母線接地裝置監測原則同雙段母線,當某段運行時,另外3段失去監測。一般不推薦四段母線,而是采用兩臺雙段接地裝置來替代。
4.4接地裝置接地點的設置
一套直流系統中使用多臺接地裝置時,只能保持一臺接地裝置帶接地點。當主機帶分屏機運行時,主機帶接地點,分屏機不帶。當分段運行的兩臺接地裝置因母聯開關合上并聯運行時,應停用一臺接地裝置。
4.5接地裝置與上位機通訊
通訊規約:用戶提出規約要求時,本裝置可按用戶要求的通訊規約修改程序,實現數據通訊。用戶無規約要求時,本裝置按合肥英特通訊規約編程,上位機按合肥英特通訊規約修改程序,實現數據通訊。
485接口通訊:485接口通訊可以向上位機上傳母線電壓、正母線對地電阻、負母線對地電阻、接地支路數及接地支路電阻,并可根據用戶要求上傳直流負荷開關狀態量(開或閉)。分屏機可以上傳接地支路數和支路電阻。
開關量接口:對于不要求485通訊的場合,接地裝置可以提供過壓、欠壓、接地三付空接點給上位機。
5、裝置結構
5.1裝置型號分類
主機:WZJ-10型;直流分屏機:WZJ-10F型。主機和分屏機開孔尺寸一致。
5.2面板布置及操作說明



圖8
消音:有故障時本產品會有聲音報警,按此鍵關閉聲音報警。
復歸:復歸報警信號及報警監測功能。
菜單:在正常顯示界面(主界面、母線數據和支路數據界面)時,按此鍵進入系統主菜單,更改和設置配置和參數。
取消:返回上一級菜單或主界面。
確定:進入選定的菜單項或選定的功能和界面。
5.3安裝尺寸
裝置尺寸:258(長)X 132(寬)X 250(深),開孔尺寸226 X 132。



圖9
5.4端子接線



圖10

附件1             華東電網直流接地監測儀技術條件


前 言
為了搞好繼電保護管理年繼電保護產品質量監督管理工作,解決用戶對直流監測儀產品選型難的問題,提高華東電網直流系統運行水平,特組織編寫了《華東電網直流接地監測儀入網技術條件》并由安徽省電力試驗研究所系統室主任李大欽同志編寫。
初稿完成后,于1995年6月在上海組織了由上海市調度所、江蘇省中調所、安徽省中調所、上海超高中壓輸變電公司等單位專家參加的審查會,對初稿進行了修正。本技術條件適用于華東電網三省一市,各單位可參照本技術條件對產品質量進行考核,嚴把質量關。由于華東電網首次組織制定這類產品技術條件,本條件在使用中可能有不妥之處,各單位在使用中如發現有錯誤或不足之處可函告華東電力調度局繼保科,以便進一步修定。
中國華東電力集團公司調度局

一九九六年五


直流接地監測儀技術條件
1. 主題內容和適用范圍
本標準規定直流接地監測儀的產品分類、技術要求、試驗方法、檢驗規則、標志、包裝等內容
本標準適用于直流系統發生一點接地,可以在不拉開直流負荷的情況下,尋找直流一點接地的裝置。該裝置使用場合為各大中小型火電廠,500KV及以下變電所及各廠礦企業的直流系統、電壓等級為220伏、110伏。
2. 引用標準
GB2900.1     電工名詞術語,基本名詞術語
GB4858       電氣繼電器的絕緣試驗
GB191- 90      包裝、儲運圖示標志
GB6587.2-86    電子測量儀器溫度試驗
GB6587.3-86    電子測量儀器濕度試驗
GB6587.4-86    電子測量儀器振動試驗
GB6587.5-86    電子測量儀器沖擊試驗
GB6587.7-86    電子測量儀器基本安全試驗
3.產品分類
按結構分類
便攜式:可以方便地移到各直流屏上進行直流接地檢測
固定式:固定在某一直流屏上進行直流接地檢測
按運行分類
在線式:正常時接入直流系統替代絕緣監察及電壓監察功能,發生接地時投入信號源進行直流接地檢測。
離線式:正常時,不接入直流系統,只有發生直流接地時,短時接入運行的直流系統,找出接地后,退出運行。
4.結構特征
便攜式:由信號發送(信號源)和信號接收(含卡鉗)兩部分組成。
固定式:由正常運行檢測部分及接地檢測部分組成,其中接地檢測部分由信號發送和信號接收組成。
5.裝置的功能及主要性能指標
5.1便攜式:
5.1.1便攜式直流接地監測儀應能實現在不拉開直流負荷開關的情況下,確定故障支路,在直流輻射網絡中應能實現接地點定位。
5.1.2接地檢測靈敏度應不少于10KΩ,當直流系統接有較大容量的抗干擾電容或電纜分布電容,其等效電容小于20μF時,仍有一定的靈敏度。
5.2具有絕緣監察功能,能數字顯示直流正負母線對地絕緣電阻值,誤差不應大于10%。當絕緣電阻值降低到某一整定值時,應發直流接地報警信號。
5.2.2具有電壓監察功能,能數字顯示直流正負母線對地電壓,其誤差不應大于5%,當直流系統電壓異常時,發過壓或欠壓報警信號。
5.2.3當直流系統發生接地時,短時投入信號源。實現在不拉開直流負荷開關的情況下,確定并排除故障支路后,應退出信號源。
5.2.4固定式接地檢測靈敏度應達到便攜式5.1.2條性能指標。
5.2.5固定式裝置應具有“過壓”“欠壓”“直流接地”動作信號,并具有同時起動中央報警的接點。
5.2.6當支路電容小于10μF時,對支路接地電阻測量精度不應有太大的影響,其測量誤差應小于10%。
6.裝置接入直流系統的技術要求
6.1裝置應具有完整的自檢及保護功能,以確保即使裝置故障也不致影響直流系統的正常運行。
6.2裝置信號源幅值應小于20伏,并通過串接一電容接入直流系統,裝置接入直流系統后,不應引起出口繼電器誤動作。
6.3信號源接入直流系統中,應對直流系統的紋波系數無明顯的影響。
6.4對于固定式裝置由于長期接入直流系統,其內阻應不小于100KΩ,以保證裝置投入運行,不致明顯降低直流系統的絕緣水平。
7一般技術要求
7.1對元件結構的有關要求
7.1.1為了保護產品質量,所有的電子元件必須按照有關技術標準經過老化篩選。
7.1.2插拔式結構的插件接觸應可靠,帶電插拔時,應保證直流回路不短接,交流電壓回路不短路。
7.2裝置交流電源在220 ±10%電壓范圍內波動時,應能正常工作。
7.3裝置在現場各種強磁場及噪聲干擾下,不應誤報警及誤發接地信號。
7.4在線運行的裝置應進行絕緣試驗,試驗項目為:
a、工頻耐壓試驗
b、絕緣電阻試驗
c、沖擊電壓試驗
試驗結果應符合GB4858有關規定
7.5裝置基本安全要求應符合GB6584.7校準中I類安全儀器的要求。
7.6裝置在工作溫度為0-4℃時,極限條件-10℃-50℃,存貯條件在-20-60℃時應能正常工作。
7.7裝置在40℃時,濕度為20-90%RH,貯存條件50℃90%RH下24小時,應能正常工作。
7.8裝置應堅固耐用,應能耐受以下類型的振動,頻率循環范圍5-55-5HZ驅動振幅(峰值)為0.075mm
7.9裝置應能經得起正常搬運與裝卸時受到的沖擊,以及各種偶然的傾斜跌落。
7.9.1裝置耐受以下類型的沖擊:
加速度147m/s2脈沖持續時間6 ±1ms沖擊次數3個軸向各做一次。
7.9.2裝置應承受以下條件的傾斜跌落,跌落高度或角度50mm或30·跌落次數以底面4個邊為軸各跌落一次。
7.9.3裝置外觀應完好,無顯著機械損傷,脫漆銹蝕現象,安裝正確,操作靈活,無障礙,面板上標記字跡清楚。
8試驗方法
8.1裝置的電氣性能試驗按有關程序批準的調試大綱進行,并應符合本標準的有關條款。
8.2裝置其他試驗方法按GB6587.2-7標準有關規定進行。
9檢驗規則
9.1裝置需經制造廠檢驗部門檢驗合格后方可出廠。
9.2裝置檢驗分出廠檢驗和型式檢驗。
9.2.1出廠檢驗
應按本標準第5章、第6章、及第7章的7.1-7.3條進行檢驗,每臺裝置都應進行出廠檢驗。
9.2.2型式檢驗裝置每年抽取1-2臺按本標準第5章、第6章、第7章的全部要求進行檢驗。
10標志、包裝
10.1裝置銘牌上應具有下列內容
a、產品型號及名稱
b、產品電源電壓、頻率
c、制造日期和生產批號
d、制造廠名稱
10.2包裝
10.2.1裝置應進行存放包裝。應防濕、防潮、防曬、防振動,保證產品在運輸和貯存過程中不受損壞。
10.2.2包裝標志應具有下列內容
a、產品型號和名稱
b、制造廠名稱
c、裝箱年月
d、毛重
e、包裝箱外型尺寸
f、“小心輕放”“向上”“怕濕”等符合GB191規定
10.2.3包裝箱內應有如下文件
a、產品合格證
b、使用說明書
c、安裝調試大綱
d、質量反饋單
附件2 用戶報告
用戶報告一、陳村水電站、紀村水電站用戶報告
WZJ-1型微機直流絕緣監測裝置在我站運行情況報告
一、1998年9月8日在紀村水電站安裝一臺WZJ-1型微機直流絕緣監測裝置,經人工模擬接地試驗正確后投入運行。98年12月7日裝置運行中顯示直流系統負極對地絕緣電阻為8KΩ,經驗查是事故照明回路線頭破損引起,故障消除后負極對地絕緣電阻恢復為65 KΩ。
二、1999年7月7日在陳村水電站安裝一臺WZJ-1型微機直流絕緣監測裝置,在旁母#410保護屏后模擬負極經4KΩ電阻接地,裝置顯示:
CPU-8031 UU     228V
R+   72KΩ(正常時R+100KΩ)
R-   3 KΩ(正常時R-98 KΩ)
此時接地信號燈亮,并發出直流絕緣下降GP信號,將裝置信號開關投入,正極燈亮,負極燈不亮,表示直流負極有接地故障。用接受器上的卡鉗檢查出接地支路。人工模擬直流系統接地故障,裝置反應正確,用卡鉗表可準確找出故障點位置。裝置投入正常運行。
99年8月20日壩變#4開關事故跳閘同時發直流絕緣下降GP信號,WZJ-1裝置顯示R-為98 KΩ,負極對地絕緣電阻恢復正常。經檢查是#4開關直流操作電源刀閘,直流系統對地絕緣正常。
三、WZJ-1型微機直流絕緣監測裝置在我站投運兩臺,運行穩定,在直流系統發生接地故障時反應正確,可準確找出故障點位置。由于WZJ-1裝置安裝在我站中控室的控制屏上,可便于運行人員隨時了解直流系統對地的絕緣情況,同時裝置可現實直流系統的電壓值,(而老式繼電型絕緣監測裝置不具備以上功能,目前已停用。)因此WZJ-1型微機直流絕緣監測裝置在我站自投運以來深受現場人員的歡迎。
陳村水電站電氣分場 周二保 1999年9月9日
用戶報告二、三門峽電廠用戶報告
WZJ-1型微機直流接地監測儀使用情況證明
合肥英特電力設備有限公司生產的WZJ-1型微機直流接地監測儀在我廠使用半年多,性能可靠,方便繼電保護人員查找直流接地點,售后服務周到。
電檢班 余映照 98年4月16日
情況屬實,生產部 王杰 98年4月29日
用戶報告三、銅陵發電廠用戶報告
WZJ-1微機直流系統絕緣監察裝置現場使用情況
我廠使用的合肥英特電力設備有限公司生產的WZJ-1微機直流系統絕緣監察裝置在線我廠自投運以來,現場運行一直較為良好,基本上反映直流系統絕緣狀況,且該裝置上在查找直流接地時,極大的方便了繼電保護人員查找直流接地,使我們減輕了不少負擔。我廠老機組和新機組共裝六套,運行情況良好。
銅陵發電廠維修分場
繼電保護班 楊文清
用戶報告之四、信陽地區電業局用戶報告
使用證明
安徽省電力試驗研究所研制,合肥英特儀器廠生產的WZJ-1型微機直流接地監測裝置和JZJ-1型直流接地監測儀在我局使用一年多,裝置性能可靠,快速不停電查找直流一點接地,售后服務做的也很好。
總工 熊世澤    98年10月12日
用戶報告之五、河南省平頂山姚孟電廠用戶報告
WZJ-1型微機直流接地監測裝置使用證明

安徽省電力試驗所研制生產的WZJ-1型微機直流接地監測裝置在我廠使用一年多,裝置性能可靠,查找直流系統接地方便、快捷,確實很好用。


繼電班 崔文


附件3 部分業績表
安徽平圩電廠
貴州黔北電廠
安徽洛河電廠
貴州安順電廠
安徽田家庵電廠
貴州納雍電廠
安徽田集電廠
貴州六盤水電廠
安徽淮北電廠
四川紫屏浦水利水電
安徽合肥電廠
河南沁北電廠(河南省最大火電廠)
安徽銅陵電廠
河南三門峽電廠
安徽宿州匯源發電有限公司
河南信陽華豫電廠
安徽安慶石化自備電廠
河南平頂山姚夢電廠
安徽佛子嶺水電站
山西漳澤電廠
上海閘北電廠
山東濰坊發電廠
上海石洞口第二電廠
山東臨沂發電有限公司
上海崇明發電廠
內蒙古呼和浩特熱電廠
江蘇呂四港電廠
內蒙古包頭市第二熱電廠
江蘇高資電廠
內蒙古托克托熱電廠(內蒙古最大火電廠)
江蘇徐塘電廠
廣東華能汕頭電廠
江蘇望亭電廠
廣東梅縣電廠
江蘇華能南通電廠
廣東韶關電廠
江蘇新海發電廠
廣東沙頭角電廠
江蘇鹽城發電廠
湖北孝感電廠
江蘇鹽城熱電廠
湖北青山熱電廠
江蘇揚州發電廠
云南宣威電廠
江蘇諫壁發電廠
云南曲靖電廠
阿塔電站
江西九江電廠
 
江西新余電廠
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