IT配电系统分布绝缘参数测量方法研究
来源：公文范文 发布时间：2022-12-24 12:00:04 点击：
摘 要：为了实现测量中性点不接地配电系统(IT系统)母线绝缘参数的目的，通过向系统加载脉冲信号，然后测量系统响应信号的电压值，进而计算得到系统母线的分布电容和绝缘电阻值，利用测量值监测系统的绝缘状况。通过对大量仿真数据的分析可知，该方法具有较高的绝缘监测效率。
关键词：中性点不接地配电系统； 脉冲信号； 母线； 绝缘监测
中图分类号：
TN911.7-34; TM744
文献标识码：A
文章编号：1004-373X(2012)05
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Research on insulating parameter measurement in IT power distribution system
JI Wei-zhen, ZHANG Li-cai
(School of Information And Control Engineering, Xi’an University of Architecture and Technology, Xi’an 710055, China)
Abstract：
A method of measuring insulating parameter of the bus of non-ground neutral power distribution system (IT system) is introduced, through loading the pulse signal to the system, then measuring the voltage value of response signal, and then calculating capacitance of the bus system and insulation resistance, through the system bus capacitance and insulation of resistance changes, then monitoring the insulation situation of system. Through the analysis of the simulation data, this method is of high efficiency on insulation monitoring.
Keywords： IT power distribution system; impulsive signal; bus; insulation monitoring
收稿日期：2011-09-22
0 引 言
中性点不接地配电系统(IT配电系统)的突出优点在于发生单相绝缘故障后，仍然能使供电短时间持续进行0.5～2 h，所以IT配电系统一般用于不允许停电的场所，在大型电厂、医院手术室［1］及地下矿井［2］等场所都得到了广泛的应用。
它采用中性点不直接接地方式，因而在发生单相绝缘故障时，不具备故障电流返回电源的低阻通路，流经接地点的电流小，电网三相的线电压仍然对称，电气设备的外露导电部分对地故障电压很低，不致引发事故，因而IT配电系统的供电可靠性高，安全性好［3］。
IT系统的主要缺点有：IT系统不宜引出中性线，不能提供220 V电源以及IT系统电气装置对绝缘水平有较高要求，这些都增加了配电系统的复杂性和建设成本［4］。
1 IT配电系统的绝缘监测
当IT配电系统发生单相绝缘故障时，未故障相的相电压升高为线电压，故障系统的长时间运行可能导致未故障相绝缘薄弱的地方再次产生绝缘故障而发生相间短路，引发火灾等严重事故。《民用建筑电器设计规范》(JGJ 16-2008)第7.2.3条规定，IT配电系统必须配备绝缘监视仪［5］。绝缘监视仪的作用就是实时监测线路的绝缘状况，在最短的时间内发现IT配电系统的单相绝缘故障，保障配电系统正常运行。
文献\[6\]中绝缘监测所采用的方法是在电网对地之间施加一定频率的对称方波信号，信号的负荷就是电网对地的绝缘电阻和电网对地的分布电容并联，在测量端得到的电压跌落值就反映了绝缘电阻的下降,当绝缘电阻降低到设定值时,触发报警电路。
文献\[6\]中所述方法的缺点是必须通过调节分布电容适配旋钮来确定方波周期，从而达到减小电网分布电容对监测信号影响的目的。文献\[4\]中所述方法的明显缺点是对方波周期的选择存在一定的盲目性，分布电容的不确定性对绝缘电阻的测量精度造成了较大的不良影响。
本文选择直接对电网的分布电容进行计算，将电网分布电容作为IT配电系统绝缘监测中一个重要参数。通过对电网分布电容和绝缘电阻的实时监测可以得出系统绝缘参数随时间变化的曲线，该曲线能够反映IT系统的绝缘状况，从而提升了绝缘监视仪的绝缘监测性能。
2 IT配电系统绝缘参数测量原理
现有检测直流系统绝缘的方法主要有电桥平衡原理和低频探测原理［7］。低频探测原理中又可以分为单频法和双频法［8］。本方法结合单频法和双频法的优点，将一个周期脉冲信号注入网络中。
绝缘参数的测量模型如图1所示,图中L为IT配电系统中待监测母线，Ui(t)为单频矩形脉冲激励信号，Ce为线路的分布电容，Riso为线路的绝缘电阻，R1,R2,R3为系统内部用于保护测量回路的分压电阻，U(t)为待测量的电压信号，Uc(t)为电网分布电容两端的电压。待测母线L上的谐波分量通过滤波器与测量系统隔离。
式中:R1∥R3表示R1和R3的并联。
由上述公式可知，系统首先需要测量电压信号U(t)，然后将U(t)分别代入式(2)和式(4)就可以求得分布电容两端的电压信号Uc(t)，最后再将U(t)和Uc(t)代入式(5)和式(6)计算所需要的绝缘参数Ce和Riso。
3 IT配电系统绝缘参数测量算法实现
算法的实现步骤概括如下：
(1) 数据采集得到采样信号电压U(t)；
(2) 判断是否为一个完整信号周期，如果不是则执行步骤(1)继续采集，否则执行步骤(3)；
(3) 对步骤(2)中读取的数据进行线性抽取，减少数据的运算量；
(4) 根据式(2)和式(4)利用步骤(3)中的U(t)计算Uc(t)；
(5) 分别计算Uc(t)在t1和t2时间区间内的微分dUc(t1),dUc(t2)；
(6) 根据式(5)和式(6)计算Ce和Riso；
(7) 将步骤(6)中计算得到的参数值显示；
(8) 本轮计算完毕，执行步骤(1)进入下一轮测量。实现算法的流程图如图2所示。
4 仿真实验数据分析
在Matlab中采用上述方法对实验采集数据进行计算和仿真。
实验误差曲线如图3所示。
假设绝缘电阻分别为1 MΩ,2 MΩ,5 MΩ和10 MΩ，则母线分布电容和绝缘电阻的测量误差曲线分别如图3(a)~图3(h)所示,实验数据见表1，表2。
图3(a)中，在t=10处计算得到的分布电容值的误差最小。
图3(b)中，同样在t=10处计算得到的绝缘电阻值的误差最小。
图3(c)中，分布电容Ce的最大误差为0.66%，并且随着采样点数的增加呈下降趋势。
图3(d)中，绝缘电阻Riso的最大误差为0.93%，绝缘电阻Riso的值在一个相对稳定的值上下浮动，绝缘电阻Riso的最小误差在0.05%以下。
图3(e)中，分布电容Ce的最大误差为0.69%，并且随着采样点数的增加呈下降趋势。
图3 实验误差曲线
图3(f)中，绝缘电阻Riso的最大误差为1.1%，绝缘电阻Riso的值在一个相对稳定的值上下浮动，绝缘电阻Riso的最小误差在0.2%以下。
图3(g)中，分布电容Ce的最大误差为1.23%，并且随着采样点数的增加呈下降趋势。
图3(h)中，绝缘电阻Riso的最大误差为1.45%，绝缘电阻Riso的值在一个相对稳定的值上下浮动，绝缘电阻Riso的最小误差在0.35%以下。
从表1和表2的数据中可知，通过本方法测量计算出的分布电容和接地电阻值的误差在2%之内，随着被测接地电阻的增大，测量误差也在逐渐的增大，但是由于电阻本身比较大，可以认为系统处于绝缘状态，因此该误差的增大并没有对最终绝缘性能的监测产生较大影响，反之，人们更为关注在绝缘电阻较小区间内的测量误差，由实验可得当绝缘电阻小于1 MΩ时，测量误差在0.2%上下波动，可以采用人为误差补偿的方法进一步提高测量计算精度。本算法可以提高绝缘监测系统的绝缘监测性能。
5 结 语
本方法通过读取测量端的电压信号，进而计算出电网的分布电容和接地电阻的值，为绝缘监测系统提供实时、可靠的监测数据，提高了IT配电系统运行的安全性和可靠性，具有广泛的应用前景。
参 考 文 献
［1］吴恩远,马名东,徐军.IT系统在医疗场所的应用及绝缘监测功能扩展［J］.供电与配电,2010,29(4):19-22.
［2］伍小杰,邢文涛,刘向超,等.矿井中性点不接地系统电弧接地故障的仿真研究［J］.煤炭科学技术,2010,38(5):92-96.
［3］谢联文.IT配电系统单相接地故障分析［J］.电气应用,2008,27(7):30-33.
［4］王厚余.论IT系统的应用［J］.建筑电气,2008,27(11):3-7.
［5］中国建筑东北设计研究院.JGJ 16-2008 民用建筑电气设计规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2008.
［6］沈骞.DJY型绝缘监控仪的原理及应用［J］.电气传动,2000(2):64.
［7］杨洲,侯大成,李静.一种新型绝缘监测系统的设计［J］.中国测试技术,2007,33(4):126-128.
［8］王勇.船舶交流电力系统绝缘监测系统的研究［D］.武汉:华中科技大学,2007.
［9］刘介才.工厂供电［M］.3版.北京:机械工业出版社,1998.
［10］王显平.电力系统故障分析［M］.北京:中国电力出版社,2008.
作者简介：
冀维臻 男，1986年出生，河北石家庄人，硕士研究生。主要从事信号与信息处理、无线传感网方面的研究。
张立材 男，1959年出生，副教授。主要从事信号与信息处理、自动控制理论方面的研究。
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