一种真双极直流配电网绝缘监测定位系统及方法与流程

1.本发明涉及一种绝缘故障检测和定位的系统及方法，尤其是对真双极不接地直流配电网的绝缘监测定位系统及方法。


背景技术：

2.直流配电系统可分为单极系统、伪双极系统、真双极系统，其中真双极系统存在正、负、零三极；负载有的接入正零极、有的接入零负极，有的接入正负极。真双极系统双极具有独立性，不但有利于供电系统的分期建设，而且具备不平衡运行能力，在单极故障时不影响另一极正常运行；可以为直流负载提供不同等级的直流电压，整体运行方式较为灵活，可提升电网运行的灵活性、可靠性。
3.在直流配网的应用过程中，绝缘事故的发生将直接影响运行稳定性和供电可靠性，导致供电故障，造成经济损失。直流绝缘监测的目的是对直流系统进行监测，检查系统绝缘程度是否在规定范围内，及时发现问题缺陷，为运维检修提供依据。
4.直流配网的绝缘监测主要参考交流变电站直流系统的直流绝缘监测方法，目前主要有电桥法、频率注入法和漏电流法。但变电站直流电源系统均为单极浮地系统，而直流配网接地方式多样，直流配网真双极系统存在正、负、零三极线，且可能存在多个直流电源、环网结构，传统直流绝缘监测手段是否能精准进行绝缘监测定位需要重新论证。
5.电桥法包括平衡电桥法和不平衡电桥法。平衡电桥法是通过在直流母线正负极同时接入阻值相同的桥臂电阻，在母线与大地之间搭建一个平衡电桥。在系统正常运行时，电桥维持平衡，绝缘故障时，电桥平衡被打破，通过检测到电桥中流过的电流来判断出绝缘故障。不平衡电桥法通过在平衡桥式的桥臂电阻处增加可控开关，以控制两极桥臂电阻的交替接入，测量正负极的对地分压，并计算判断绝缘情况。现有的电桥法自身特点会导致在正负极对地绝缘同时下降时，电桥仍平衡，会出现监测盲区。且电桥法只能用在两极之间，无法在三极之间搭建电桥,如在三极之间两两搭建电桥，则会相互干扰，无法进行有效的绝缘检测计算。再者，电桥法一般用于检测母线或系统整体绝缘情况，无法反映各馈线的绝缘情况。
6.频率注入法通过在直流母线某极与大地之间叠加一个交流信号。在系统正常运行时，可认为交流信号无回路；绝缘故障时，交流信号通过绝缘接地点经大地流回信号源形成回路，通过测量此处的电流，计算判断绝缘故障情况。现有的频率注入法，同样存在无法同时监测真双极系统三极的问题，在三极间如有多组注入会相互干扰，无法进行有效的绝缘监测及绝缘故障定位。因此，传统的直流绝缘检测技术方案，难以适应和解决直流配网真双极系统的绝缘监测定位问题。
7.漏电流法主要检测直流支路馈线的绝缘故障，通过馈线漏电流的大小，判断其是否存在绝缘故障。现有的漏电流法，主要用来判断馈线绝缘故障，无法确定母线绝缘故障以及馈线绝缘故障所在极性。除此以外，真双极不接地系统各极均浮空，当发生单点绝缘故障时，不能形成故障回路，故障特征不明显，无法通过常规的漏电流法定位绝缘故障点。


技术实现要素：

8.发明目的：本发明的目的是提供一种能够精确地对真双极系统进行绝缘监测和故障馈线定位的绝缘监测定位系统；本发明的另一目的是提供一种对真双极系统进行绝缘监测和故障馈线定位的方法。
9.技术方案：本发明所述的真双极直流配电网绝缘监测定位系统，包括绝缘监控运行控制终端、每段母线的各极之间设置的绝缘监测仪、每段母线的各极上设置的故障电阻以及直流配电网馈线侧设置的漏电保护终端；
10.所述绝缘监控运行控制终端根据直流配电网的运行方式和拓扑关系确定所述绝缘监测仪的接入时序，绝缘监测仪监测计算所接入母线两极的绝缘状态并上报绝缘监控运行控制终端；
11.所述绝缘监控运行控制终端在母线绝缘故障时，控制存在故障的母线各极上的故障电阻依次短时接地，漏电保护终端计算馈线绝缘电阻进行故障定位。
12.所述绝缘监控运行控制终端将绝缘监测仪按照直流配电网的运行方式分组，每组的绝缘监测仪轮循，按时序依次接入直流配电网。
13.所述绝缘监测仪分组的方式为：每段母线的正极与零极之间、以及负极与零极之间，均部署一台绝缘监测仪；若母线各极存在并联运行情况，则所有并联运行的母线的正负极的绝缘监测仪组成一个轮循组，否则每条母线正负极的绝缘监测仪组成一个轮循组；所述绝缘监测仪所连接的母线两极为无压状态时，该绝缘监测仪不参与轮循；并联运行的母线的正负极绝缘监测仪组成的轮循组中，仅编号最小的母线连接的绝缘监测仪参与轮循。
14.所述绝缘监控运行控制终端按照直流配电网的运行方式将故障电阻分组，每组的故障电阻投切，按时序依次短时接地。所述故障电阻的分组方式为：若母线各极存在并联运行情况，则所有并联运行的母线的各极所接故障电阻组成一个投切组，否则每条母线各极所接故障电阻组成一个投切组；所述故障电阻所接母线为无压状态时，将该故障电阻从投切组中删除；本组存在正极并联的母线，仅保留编号最小母线所连接的正极故障电阻参与投切；本组存在负极并联的母线，仅保留编号最小母线所连接的负极故障电阻参与投切；在本组所有母线中，仅保留编号最小母线所连接的零极故障电阻参与投切。
15.所述漏电保护终端在故障电阻投切过程中，根据母线各极对地电压和馈线漏电流计算馈线的绝缘阻值，若绝缘阻值低于阈值，则漏电保护终端执行跳闸并将告警信息上报至绝缘监控运行控制终端。
16.本发明所述的真双极直流配电网绝缘监测定位方法包括如下步骤：
17.(1)直流配电网上设置的绝缘监控运行终端获取直流配电网拓扑及运行状态，根据拓扑及运行状态将每段母线各极之间连接的绝缘监测仪分组，控制各组绝缘监测仪依次接入进行绝缘故障监测；
18.(2)当监测到母线出现绝缘故障，绝缘监控运行终端确定故障母线的极性并告警；同时控制每段母线各极连接的故障电阻依次投切；
19.(3)直流配电网上设置的漏电保护终端根据母线各极对地电压和馈线漏电流计算馈线的绝缘阻值，若绝缘阻值低于阈值，则漏电保护终端执行跳闸并将告警信息上报至绝缘监控运行控制终端。
20.有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点在于，能够对真双极不接地直流系
统的正、负、零三极进行绝缘监测，包括对直流系统整体单极、多极的接地及绝缘降低情况的判别，同时通过控制故障电阻的投切，在馈线漏电保护装置处汇集多组特征量值，计算得出各馈线正负极的绝缘阻值，从而实现对真双极系统从绝缘监测到绝缘故障馈线定位。
附图说明
21.图1为本发明的绝缘监测定位系统结构图；
22.图2为本发明的馈线绝缘电阻计算原理图；
23.图3位本发明实施例的绝缘监测定位系统示意图；
24.图4为本发明的绝缘监测定位方法流程图。
具体实施方式
25.下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
26.如图1所示，本发明所述的真双极直流配电网绝缘监测定位系统，包括绝缘监控运行控制终端、每段母线的各极之间设置的绝缘监测仪、每段母线的各极上设置的故障电阻以及直流配电网馈线侧设置的漏电保护终端。
27.每段直流母线的各极之间均部署一台所述绝缘监测仪，每段直流母线有唯一编号，绝缘监测仪根据绝缘监控运行控制终端制定的轮循策略依次接入，采用频率注入法实时监测计算所接入直流两极的绝缘状态，在检测到两极中存在单极绝缘接地、阻值降低，或两极绝缘接地、阻值降低等情况时，将信息传递给绝缘监控运行控制终端。
28.所述绝缘监控运行控制终端采集各条直流母线的进线开关状态、母联开关状态、所有直流母线的各极电压，并据此分析获得当前站内运行方式及拓扑关系,并制定绝缘监测仪轮循策略。轮循策略制定遵循原则是：既要轮循到所有工作状态的母线，也要保证绝缘监测仪不会相互干扰，策略制定方法为：
29.(a)组建轮循组：所有存在并联运行情况的母线，即正极或负极的母联开关合位，所带正负极绝缘监测仪加入一个轮循组；无并联运行情况的母线，其正负极绝缘监测仪为一个轮循组。
30.(b)组内筛选：若某母线的正极或负极未运行，即处于无压状态，则该极的绝缘监测仪不参与轮循；所有并联运行的电极，仅保留编号最小母线所带的绝缘监测仪参与轮循。经本原则筛选后所确定的轮循组是当前运行拓扑的唯一解。
31.(c)各组轮循：各轮循组的绝缘监测仪各自轮循，互相独立。组内所有参与轮循的绝缘监测仪，按设定时序依次轮流投入运行，避免同时投入造成相互干扰。
32.在发生绝缘故障时，绝缘监控运行控制终端收到绝缘监测仪发出的告警信息，分析确定存在绝缘故障的母线及极性。
33.每段母线各极均部署所述故障电阻，故障电阻通过开关将所在极接地，开关平时处于断开状态，不影响直流配电网正常运行。当直流配电网发生绝缘故障时，绝缘监控运行控制终端控制故障电阻投切，通过故障电阻与绝缘故障点形成的不同回路，体现不同的绝缘接地电气特征，投切的原则为：确保所有监测到绝缘故障的母线的各极均有且只有一个相关电阻进行投切，投切方法为：
34.(a)组建投切组：所有监测到绝缘故障的母线，如存在并联运行情况，即正极或负
极的母联开关合位，其所带正、负、零极人造故障电阻加入一个投切组；如母线分列运行，其正、负、零极人造故障电阻组成一个投切组。
35.(b)组内筛选：若某母线的正极或负极未运行，即处于无压状态，则该极的电阻退出本组；所有并联运行的正极或负极，仅保留编号最小母线所带的电阻；每组零极电阻仅保留编号最小母线所带的电阻。
36.(c)故障电阻投切：绝缘监控运行控制终端控制本组电阻依次进行短时投切，组内每个故障电阻须完成一次投切，电阻投入持续达100毫秒后切除。
37.绝缘监控运行控制终端在电阻投切过程中，以goose报文方式与漏电保护终端交互信息，提供电压电流等电气特征量信息，以满足漏电保护终端的绝缘故障定位计算需求。
38.如图2所示，所述漏电保护终端部署于直流配电网的馈线侧，在人造故障电阻投切过程中收到运行控制终端的goose报文信息，根据不同极性电阻投切所获得的几组各极对地电压、馈线漏电流数据，并计算得到本条馈线两极各自的绝缘阻值，若当前绝缘阻值低于阈值，漏电保护终端执行跳闸和告警，并通过goose报文将故障信息上报至绝缘监控运行控制终端。
39.在漏电保护终端完成绝缘故障定位后，绝缘监控运行控制终端通过goose报文获取结果，并就地告警及上送主站。
40.如图3和图4所示，本实施例以包括两段母线的真双极直流馈电系统为例，当前运行状态为i母进线开关合位，ii母进线开关分位，母联开关合位。
41.系统当前为正常运行状态时，本发明所述的真双极直流配电网绝缘监测定位方法为：运行控制终端根据采集到的i母进线、ii母进线、母联开关位置，判断当前系统两母处于并列运行状态，正负极均有电；运行控制终端制定轮循策略，由于两母并联，保留1#绝缘监测仪、2#绝缘监测仪参与轮循，运行控制终端控制1#、2#绝缘监测仪轮流交替投入工作。
42.假设此时1#馈线发生直流正极绝缘故障，2#馈线发生直流零极绝缘故障，本发明所述的真双极直流配电网绝缘监测定位方法包括如下步骤：
43.(1)1#绝缘监测仪在投入运行后，报出正极、零极绝缘故障；2#绝缘监测仪投入运行后，报出零极绝缘故障；
44.(2)1#、2#绝缘监测仪分别报出绝缘故障告警；绝缘监控运行控制终端收到绝缘监测仪的绝缘告警信息，综合判断为直流系统正极、零极均存在绝缘故障；
45.(3)绝缘监控运行控制终端控制i母正极故障电阻的开关进行投切，使正极产生短时接地；在故障电阻投切过程中，1#馈线漏电保护装置与绝缘监控运行控制终端交互，并记录此时的正极电压u
11
、零极电压u
011
、漏电流i
11
；
46.(4)运行控制终端控制i母负极人造故障电阻的开关进行投切，使负极产生短时接地；在故障电阻投切过程中，2#馈线漏电保护装置与绝缘监控运行控制终端交互，并记录此时的负极电压u-22
、零极电压u
022
、漏电流i
22
；
47.(5)绝缘监控运行控制终端控制i母零极人造故障电阻的开关进行投切，使零极产生短时接地；在故障电阻投切过程中，1#馈线漏电保护装置与绝缘监控运行控制终端交互，记录此时的正极电压u
13
、零极电压u
013
、漏电流i
13
；2#馈线漏电保护装置与运行控制终端交互，记录此时的负极电压u-23
、零极电压u
023
、漏电流i
23
；
48.(6)根据基尔霍夫定律可得到公式公式i＝u
x
/r
x
uy/ry，漏电保护终端将记录的三
组数据进行多元方程计算，通过方程组求解得其电阻计算公式为：
49.r
1
＝(u
13
*u
011-u
013
*u
11
)/(u
011
*i
13-u
013
*i
11
)
50.r
10
＝(u
013
*u
11-u
13
*u
011
)/(u
11
*i
13-u
13
*i
11
)
51.r
2-＝(u-23
*u
022-u
023
*u-22
)/(u
022
*i
23-u
023
*i
22
)
52.r
20
＝(u
023
*u-22-u-23
*u
022
)/(u-22
*i
23-u-23
*i
22
)
53.1#馈线算得其正极绝缘阻值r
1
、零极绝缘阻值r
10
；2#馈线算得其负极绝缘阻值r
2-、零极绝缘阻值r
20
。
54.(7)1#馈线漏电保护装置判断r
1
小于绝缘故障门槛值，采取跳闸措施并上报1#馈线正极绝缘故障；2#馈线漏电保护装置判断r
20
小于绝缘故障门槛值，采取跳闸措施并上报2#馈线零极绝缘故障；
55.(8)绝缘监控运行控制终端收到漏电保护终端上报的故障信息，汇总后上送主站。