直流電源系統絕緣監測裝置
一、LYDCS-6000直流電源系統絕緣監測裝置概述
在原有產品的基礎上進行技術創新和提升。提高了裝置的測量精度和抗電容干擾的能力。在性能指標的適應性、調試的方便性及運行的可靠性方面均處于國內水平。裝置*利用了信號相位鎖定、超前校正及跟蹤積木式結構等技術，從根本上解決了判斷數據不全、選線不準等弊病。且根據2011年12月國家電網公司制定的《十八項國家電網公司十八項電網重大反事故措施》中的第五項“防止變電站全停及重要客戶停電事故”中明確提出了原有的直流電源系統絕緣監測裝置，要求增加交流竄直流故障的測記和報警功能。本裝置采用實時跟蹤信息零處理技術，解決了交流信號竄入直流故障的測記和報警，是作為直流系統逐步改造提升的理想設備。廣泛適用于電力、石化、冶金、郵電、鐵路等行業發電廠及變電站。是一種提高電網自動化管理水平、確保安全運行及故障準確定位的理想智能儀器。
二、整機測量原理說明
根據直流系統的特殊性，本裝置的測量從測量內容區分，可分為四大部分，一是母線監測，二是分支回路查巡，三是交流竄直流監與報警，直流系統交流成份紋波的監測。
2.1直流母線監測
2.1.1 在直流系統中，分別從橋網絡A和橋網絡B讀取X和Y兩個直流中心對地電壓值。
見圖－
◎ U 為直流系統母線電壓 ◎ U+為直流系統母線正極對地電壓
◎ U－為直流系統母線負極對地電壓 ◎ R+為直流系統母線正極對地電阻
◎ R－為直流系統母線負極對地電阻 ◎ X為電橋網絡A直流中點對地電壓
◎ Y為電橋網絡B直流中點對地電壓
圖一
2.1.2根據電路基本原理分析，要準確求出正對地電阻R+和負對地電阻R－，必建立兩組獨立的電橋網絡方程，將其聯立求解，才能真正求出兩個電阻R+和R－的電阻值。R1、R2、R分別組成電橋網絡，R1≠R2為常量，我們充分利用兩個不平衡橋網絡A和網絡橋B。可以導出絕緣電阻R+和R－僅與母線電壓及測量值“X”與“Y”有關。經電腦編程分別計算出R+與R－的數值，同時也可以計算出母線正端對地電壓U+與母線對地電壓U－值。結構原理如圖一所示。
2.2支回路查巡，故障定位，報警。
主機中配有大功率電阻做為電橋，檢測支路時定時啟動電橋電阻信號接至直流系統的正負極與地之間。利用電阻電橋之間的轉換，不同的接地電阻與投入的電橋電阻之間的并聯，產生不同對地電壓，產生了不同的接地漏電流，安裝于各支路的傳感器檢測每個支路漏電流。工作原理見（圖二）所示。如果支路有電阻接地、交流竄入故障、直流互竄故障的支路信號、對于故障回路則該支路上的傳感器產生感應電壓，感應電壓的大小與支路電阻成反比。感應電壓信號經模擬選擇開關、放大、帶通濾波、相位比較、濾波、A/D轉換、送CPU進行數據處理，再通過RS485接口轉入主機。
隨著電網容量的不斷擴大，電壓等級的不斷提高，分支回路也相應的增多，有的變電站已多達500分支回路以上。為了滿足這方面的需求，本裝置利用了總線技術，采用分層分布式設計。將每16回路增加一個采集模塊，這種分層分布式的分散結構不需改變原有的主機結構。并可以拓展到512個回路。采樣模塊和主機之間利用RS485接口實現并接。每個模塊地址碼可以在現場隨意設定，大大提高了產品的適用性和裝置的可靠性。
圖二
2.3 直流系統中交流成份（紋波）的監測。故障報警。
電路采用耦合、交直流分解等特殊電路處理，能實時準確地對直流電源紋波含量即紋波電壓值，計算直流中的紋波系數，如圖三。
圖三
2.4 交流竄直流保護，故障幅度與錄波與波形分析,竄入支路故障定位。
主機配置母線交流電壓檢測電路，母線通過電容隔直流、差分運放、快速整流、濾波、高速AD，實時檢測母線上的交流信號，并反饋至主芯片，若外部交流竄入電壓大于所設定的信號，通過聲光報警及干接點輸出報警相關信息，并啟動了支路巡查電路，巡查電路確定故障支路。并記錄保存本次報警相關信息，大大提高系統的安全性和可靠性。如圖四。
圖四
2.5 直流互竄檢測，故障定位與分析。
本機內置快速高精度檢測電路，實時檢測現場兩段母線之間的直流互竄故障，并準確查找互竄支路，大大提高系統的安全性和可靠性。為了保證直流電源對變電站安全運行需要。常常設有兩段獨立的直流電源。同一變電站兩段直流是要求分開獨立運行，由于接線錯誤，設備老化通常會造成兩段母線發生了電氣上的連接，出現了兩段母線手拉手現象。現有的直流系統是采用兩個電橋監測各自的母線，兩段母線出現了電氣上的連接也說是會出現我們常說的“兩點接地現象”。兩點接地現象常常會對變電站的繼電保護正常運行造成一定的危險。我們利用了現有直流接地裝置的技術升級，將電橋電路的智能化技術與支路巡查電路進行充分的結合，成功解決了直流系統兩段母線出現了電氣上的連接，也就是發生了手接手的兩點接地進行了告警，并通過支路巡查定位，準確地查找發生兩段直流母線互竄的回路。我們將兩臺獨立測量的直流絕緣監察裝置通過測量與通迅技術，進行數據分析，進行了定位，有效地查找發生直流互竄接地的回路。
發生直流互竄的主要歸納為有五種工作方式：
現象一、*段母線負端與第二段母線負互竄。
現象二： *段母線正和第二段母線正互竄.
現象三：*段母線正和第二段母線正，*段母線負和第二段母線負同時互竄
現象四：*段母線負端和第二段母線正端互竄，或*段母線正端和第二段母線負端互竄。
三、LYDCS-6000功能特點
采用Cortex-M3內核的STM32芯片為主控芯片，集成度高，抗干擾能力強，運行速度快，功耗低。
3.1 操作界面基于菜單式的人性化設計。
3.2相關的所有參數均可通過菜單進行設置，相關的所有報警均通過聲光輸出和相應的干接點輸出。
3.3準確檢測直流電壓、模塊狀態、直流絕緣及接地選線為；區分母線接地、支路接地，并顯示接地電阻阻值；自動分辨兩條或兩條以上支路同時接地的故障等。
3.4可隨時操作界面進入全部支路的巡檢操作，以觀察全部支路的接地狀況。
3.5 可隨時操作界面進入全部支路的單檢操作，分全部支路單檢（通過按鍵循環檢測）和選定支路單檢（通過按鍵選定某一支路檢測）。
3.6 保存顯示當前5次的母線絕緣報警記錄。
3.7 提供檢測2段母線的紋波電壓和紋波系數。
3.8 對CT極性無*性要求、無方向要求。
3.9 信號采集數據采用RS485接口技術，使數據的有效傳輸距離可達 1000米。
3.10裝置提供串行數據通訊接口（RS－232、RS－485）和外部設備連系。
3.11 裝置提供100M的以太網接口。
3.12支路檢測速度快.巡檢16路以后的數據時，平均每路巡檢時間低于1秒。
3.13 本機可以通過參數設定設置交流竄入報警門限（交流有效值）。
3.14裝置采用實時跟蹤信息零處理技術，解決了交流信號竄入直流故障的測記和報警。
3.15采用彩屏液晶顯示、中文界面、顯示直觀明了，并帶有液晶自動保護功能。
3.16本系統可提供簡單的多機連接功能，適用于復雜的多級直流系統中，不會出誤報及拒報現象。
3.17 紋波測量：采用實時全數字寬帶測量、實時測量全范圍的直流電源紋波、電壓值、并計算紋波系數值，有效記錄直流電源中的交流含量。
四、LYDCS-6000技術性能指標
4.1 適應環境溫度：-10℃～+55℃：濕度≤90％
4.2 大氣壓：80-110KPA；
4.3 直流系統電壓等級：220Vdc、110Vdc、48Vdc、24Vdc；
4.4裝置工作電壓：AC/DC 85-265v
4.5 母線段數：二段
4.6 繼電器接點電流：DC220V/3A
4.7 母線電壓測量精度：±0.5％
4.8 母線絕緣電阻測量精度：0-5KΩ*.1KΩ
5-50KΩ誤差≤5％
50-100KΩ誤差≤10％
4.9 繼電器動作報警時間: ≤2秒
4.10 支路絕緣電阻測量精度：0.5-10KΩ誤差≤15％
10-25KΩ誤差≤20％
4.11 交流竄入電壓測量范圍：0-300V
4.12 交流竄入電壓測量精度：≤1%
4.13 紋波測量范圍：0-100V
4.14 紋波測量精度大于1%
4.15裝置功耗：≤30W
4.16 裝置重量：≤8Kg
4.17 外型尺寸：（長×高×深）：360×135×280㎜，
4.18 采集單元外型：155×95×43㎜
五、LYDCS-6000產品圖片
5.1主機前面板各部件功能介紹：見上圖所示。
5.1.1按鍵“上”鍵、“下”鍵、“左”鍵、“右”鍵、“確定”鍵、“取消”鍵。
5.1.2指示燈
電源指示燈：儀器通上電源時，該燈亮。
信號指示燈：儀器進入支路檢測狀態后，該燈亮。
超壓指示燈：母線電壓超過門限設定值時，該燈亮。
欠壓指示燈：母線電壓低于門限設定值時，該燈亮。
絕緣指示燈：母線對地絕緣電阻低于門限設定值時，該燈亮。
支路指示燈：支路檢測時，接地電阻值低于門限設定值時，該燈亮。
瞬時接地燈：母線瞬時對地絕緣電阻值低于門限設定值時，該燈亮。
交流串路燈：當有交流竄入時，該燈亮。
5.1.3液晶顯示器
中文顯示設定參數,母線監測數據及支路檢測數據等.
5.1.4電源開關
電源開關置于機箱后面，置ON時接通儀器工作電源，置OFF時，電源切斷。
5.2主機后面面板簡介
后面板上貼有接線端子功能表，見下圖所示。其中故障報警繼電器輸出為常閉觸點，當儀器正常工作時，該繼電器觸點斷開；當儀器發生故障時，該繼電器觸點閉合。其它報警繼電器輸出均為常開觸點，只有報警輸出時，相應的繼電器觸點才閉合。
六、通電前檢查
6.1裝置到貨后，首先應檢查包裝箱上的產品登記單與裝置箱體上的質量檢驗合格證，并確認與訂貨*。
6.2打開裝置機箱對裝置各部件進行檢查，確定各部件有無松動及損壞現象，檢查有關電纜線連接是否可靠。
6.3核對裝置工作電源電壓和現場電壓是否相符。
6.4上述各項檢查完畢方可通電試驗。
七、安裝
7.1本裝置可單獨安放在工作臺或安裝在直流屏柜內。系統為了適應不同的用戶，在外觀設計時選用了兩種機型，4U的機型里面安裝了兩個采樣模塊，小機型里面沒有安裝采樣部件。具體安裝尺寸見圖五。
圖五
7.2互感器安裝
7.2.1互感器應安裝在支路距母線的近端（后安裝在分支路空氣開關或熔絲之間）。
7.2.2常見的規格有內徑為φ18、φ44、φ90及K20四種見圖六（三種）。
7.2.3互感器的一個接線端子連接在采樣模塊的信號輸入支路端子上而另一個接線端子連接在采樣模塊的接地輸入端子上。
圖六
7.3采集模塊的安裝：
按回路的需要增加相應的互感器和采集模塊，各采樣模塊之間采用≥0.5平方毫米的導線相連接。各分支路互感器接在采集模塊的信號輸入端。（各采樣模塊的輸入端的地線是獨立的，不和大地連接）參照圖五
7.4 主從機（多機系統運行）部分安裝簡要說明：
7.4.1 主從機之間通過RS485通訊連接，即每臺機器后面面板的第39（RS485A）、第40（RS485B）端子并聯。
7.4.2 所有模塊均通過五芯線連至主機后面面板第31-35端子。
7.5采樣模塊
7.5.1采樣模塊的使用，采樣模塊是本裝置拓展采樣回路的關鍵部件，是拓展多級聯機的入口。
7.5.2采樣模塊的編碼：采樣模塊編號采用8421方式，以先后順序從1到99。
7.5.3采樣模塊的編碼方法：（安裝面向下，文字標志面向上）。8位撥碼開關分別表示十進制的個位（1.2.3.4），和十位（5.6.7.8），每一位按照二進制方式計算，直到9。各位開關在靠近NO的字樣邊是0，選中的數字鍵向下有效。所以在使用時要注意采樣模塊的編碼要按順序編制，檢查無誤后才能通電運行。如要設置第63塊，見下表：
7.5.4采樣模塊是裝置的子系統，它的地線是獨立的，所以各個互感器的接地點應接在所屬模塊的接地點上。以防相互干擾，采樣模塊的地線不和大地連接.采集模塊超過4個需要加一個12V的電源.用戶在使用時請注意。
7.5.5采樣模塊和主機的連線可參考連線圖七。
圖七
八、操作說明
請確認接線均正確，然后開啟電源開關。
分單機運行和多機運行
例： 相關設置（“參數設置”及主機板內撥碼開關）說明如下：
單機狀態：主從機為單機，主機板內撥碼開關（1sw1）全置off，如圖。
多機狀態：
主機：主從機為主機，如圖。
從機數由主機板內撥碼開關（1sw1）的狀態確定。
若包含從機0臺（基本等同于單機運行），如下
若包含從機1臺，如下
若包含從機2臺，如下
根據二進制編碼以此類推，大支持15個從機。
從機1: 主從機為從1機，主機板內撥碼開關（1sw1）無效，如圖。
從機2: 主從機為從2機，主機板內撥碼開關（1sw1）無效，如圖。
單機運行
即一臺主機帶若干個模塊（可不帶模塊）獨立運行
開機顯示相關參數如下：
1、母線支路自動檢測
若干秒后自動進入下一界面
顯示如下
直流互竄引起接地
注：模塊數根據支路數計算。
如果母線不平衡則顯示如下
此時裝置自動進入支路檢測，顯示如下
檢測完成顯示如下
直流互竄引起顯示如下
如果支路不存在接地，則自動返回“母線檢測”
2、母線支路手動檢測
在“母線檢測”頁面檢測模塊完成后，按“返回”鍵則進入主菜單顯示如下
通過“上”和“下”鍵及“確定”鍵選擇相應的功能、母線檢測
界面顯示和“ 1、母線支路自動檢測”相同
- 、支路巡檢顯示如下
支路單檢
支路單檢分全部支路單檢和選定支路單檢
全部支路單檢
選定支路單檢
使用相應的按鍵選擇選定的支路號
- 、參數設置
?參數設置一
輸入密碼（1234）如下
點擊“確定”鍵后顯示如下
使用相應的按鍵設置參數
按“確定”鍵則保存設置當前頁面的所有參數
按“取消”鍵則保存上次的所有參數
參數設置簡要說明：
交流竄電指竄入的交流有效值。出廠設置25V(可根據實際情況設定)
超壓報警門限設置，對220V系統出廠設置242V,110V系統出廠設置121V(可根據實際情況設定)
欠壓報警門限設置，對220系統出廠設置198V,110V系統出廠設置98V(可根據實際情況設定)
直流竄電即直流互竄，等于門限值時，存在直流互竄
絕緣預警門限值的設置，門限值為絕緣報警值設定值的2倍
絕緣報警門限值的設置，門限值一般設定為40K（國家規程要求220V系統為25K，110V為7K），出廠設置40K。
支路報警門限值的設置。門限值一般設定位10-40K，如果母線絕緣接地電阻測量值小于設定值，則進入支路查巡工作狀態，出廠設置25K。
紋波報警門限值的設置，門限值出廠設置300mV,大于門限值報警，反之不報。
母線段數的設置，設定數為1，則裝置工作在單段母線監測狀態；設定數為2，則裝置工作在兩段母線之間巡回監測狀態。
支路數的設置，設定的支路數與實際安裝的支路數應相同。
主從機選擇分“單機”、“主機”和“從機”（從1-從15）。
波特率選擇分為1200、2400、4800、9600bit/s(為PC通信的波特率)。
PC地址為PC接口對應的本機地址（PC通信方式RS485、RS232由板內2s1 四位撥碼開關設置）。
?參數設置二
輸入密碼（4321）點擊“確定”鍵后顯示如下
使用相應的按鍵設置參數
按“確定”鍵則保存設置當前頁面的所有參數
按“取消”鍵則保存上次的所有參數
參數設置簡要說明：
開機自行啟動檢測橋：是與否 出廠設置為“是”
上電自行啟動檢測橋：是與否 出廠設置為“否”
定時啟動檢測橋時間：出廠設置24小時（可根據需要設定）
防誤動對地電壓偏差比值：出廠設置 1.222
高阻補償電橋：啟動與關閉 出廠設置為“啟動”
低阻補償電橋：啟動與關閉 出廠設置為“啟動”
母線電橋選擇支持“平衡橋”、“不平衡橋”和“平衡+不平衡橋”，出廠設置為“平衡橋”
開關機記錄：啟動與關閉 出廠設置為“啟動”
(3)、啟退電橋
手動啟動檢測橋（檢測3次自動退出），即手動開啟檢測橋檢測現場的整體絕緣。
（4）、紋波參數
顯示如下
（5）、故障記錄
顯示故障記錄
（6）、絕緣分析
可以分析數月的母線正負絕緣狀況。
- 、多機運行
即多臺裝置通過RS485組網構成一個多機系統，一臺裝置作為主機，若干臺裝置作為從機。
主機開機顯示如下
從機開機顯示如下（從機參數只有“主從機”有效，其他均無效）
主機從機連接成功顯示如下
若無接地則主機一直顯示母線信息，界面基本同單機運行
若有接地則主機查找支路，界面基本同單機運行
從機則一直查找支路
若主機接地排除，則主從機均返回母線檢測和顯示界面
注：主從機相關附加說明
- 主機或單機在運行中可以改為從機
- 從機只有在開機（或復位）的狀態下，按“返回”鍵進入參數設置才能改為 主機或單機
- 從機在運行中按鍵無效，顯示如下
九、通訊
9.1通訊
本儀器具有串行數據通訊接口（RS485或RS232）和后臺機連接，其接線
口定義見后面板上接線端子功能所示。
9.2通訊規約
9.2.1通訊格式
起始符 | 目的站 | 源站號 | 信息長度 | 命令碼 | 信息段 | 校驗碼 | 結束碼 |
4字節 | 1字節 | 1字節 | 2字節 | 1字節 | 若干字節 | 1字節 | 2字節 |
a、起始符：EB.90 EB.90
b、接地選線裝置站號：參數顯示中的“PC地址”，出廠為50H。
c、信息長度：從命令碼到校驗碼所含字節數（包含校驗碼）。
d、校驗碼：信息段的代碼和（當信息段長度為零時，校驗碼為零）。
e、結束符：90.EB。
9.2.2初始化方式
8bit數據位，1位起始位、1位停止位、異步、無奇偶校驗，全雙工或半
雙工，波特率：9600bps，串行口：RS485或RS232。
9.2.3數據采集命令
a、C1讀取*段第二段母線參數（格式數據為16進制）
下傳格式：EB.90.EB.90，目的站，源站，00，02，C1，00，90.EB
回送格式：EB.90.EB.90，目的站，源站，信息長度，C2，信息段，校驗
碼，90.EB
信息段數據發送次序（共18字節）
1、母線電壓 2、正對地電阻 3、負對地電阻
每種數據用是三個字節，*個字節內容為十進制階碼，后二個字節為有效數字（均用壓縮BCD碼表示）。階碼高位階碼的符合位。例如：母線電壓為220.1V，則發送三個數據字節為：03H，22H，01H（0.2201×1000）。
b、C3讀取支路接地電阻
下傳格式：EB.90.EB.90，目的站，源站，00，02，C3，00，90.EB
回送格式：EB.90.EB.90，目的站，源站，信息長度，C4，信息段，校驗
碼，90.EB
信息段數據說明（字節數有接地時為3的倍數、無接地為2）
支路電阻數據用三個字節，*、二字節為支路序號，十六進制數表示，第二字節為阻值。例如：第131支路的絕緣電阻值為10 KΩ，則該路數據為：00H，83H,10H。
沒有接地支路上傳時，則發送的數據為：AA，55。
c、C7讀取各個報警信息
下傳格式：EB.90.EB.90，目的站，源站，00，02，C7，00，90.EB
回送格式：EB.90.EB.90，目的站，源站，信息長度，C8，信息段，校驗
碼，90.EB
信息段說明如下(共8字節)
報警名稱 有無報警 | 有 | 無 |
*段母線超壓報警 | 0xff | 0x00 |
*段母線欠壓報警 | 0xff | 0x00 |
*段母線絕緣報警 | 0xff | 0x00 |
瞬時報警 | 0xff | 0x00 |
第二段母線超壓報警 | 0xff | 0x00 |
第二段母線欠壓報警 | 0xff | 0x00 |
第二段母線絕緣報警 | 0xff | 0x00 |
支路報警 | 0xff | 0x00 |
9.2.4上位機每次發送后，接收等待時間建議為：≤3S
9.2.5本裝置可以按用戶要求制定新的通訊規約。
十、常見故障處理
10.1在系統接入正常工作電源，系統面板上各指示燈正常顯示，按鍵操作正常后，在支路中人為接入測試接地電阻，系統要首先檢測母線上是否有接地現象，然后進入母線參數計算，算出母線接地電壓和接地電阻，再進入支路巡檢，順序檢測各個支路的接地電阻。如果系統不能進入支路巡檢或要很長時間才能進入支路巡檢，或各支路的接地電阻顯示為× × ×K,這時的故障原因有：①*個采樣模塊的編碼錯誤。②采樣模塊的數據線和電源線連接有錯誤。③采樣模塊的A，B線和系統的A，B線錯位。這時可按以上提示，仔細查找故障點，重新插好連線接頭，再試機。
10.2系統不能正常工作，在進入支路巡檢時報出許多錯誤支路，但在支路巡檢結束后，這些錯誤數據自動消除，后報出正確的接地支路。出現這種故障現象的原因是所對應的采樣模塊所管理的16個支路的傳感器的地線和本模塊的地線連接錯誤，或和大地連接。如果在安裝時沒有按照這個要求安裝，會有測試不準或誤報現象。
10.3系統工作正常，各模塊工作也正常，但不能查出接地的支路。這時應檢查傳感器和采樣模塊之間的連線是否正常。
10.4瞬時接地故障：儀器正常接入直流系統后，因為各電站直流系統和地之間組成的電容不同。所以儀器剛接入的瞬間會產生充放電現象，會干擾瞬間接地的檢測。為此瞬間接地的門限值可根據直流系統的接地電容選擇，一般出廠設置在3K-5K。如果設置偏高，就會產生瞬間接地故障。
十一、售后服務支持及承諾
11.1凡訂購本公司產品，本公司將免費為用戶負責安裝、調試，并向用戶提供技術培訓和咨詢。享受終身維修服務。
11.2產品質量保證期為：自出廠之日十八個月內。
11.3在質量保證期內，儀器出現因制造質量引起的故障免費維修。
11.4儀器在出廠一個月內，發現制造質量問題，負責免費調換。
