1、前言

在对500kV变电站的直流绝缘监测装置进行调研后发现有部分变电站在正常运行时，直流系统对地电压存在较大的波动；部分变电站在接地告警选线时，直流系统对地电压存在较大的波动。本文对直流系统对地电压的波动的原因和影响进行了简单的分析。

2、对地电压波动产生的原因分析

在现场试验中，直流系统中绝缘监测装置投入使用时，对地电压出现波动，退出绝缘监测装置时，对地电压的波动伴随消失。目前，微机化的绝缘监测仪除有告警功能外、还具备接地支路选线功能。告警检测主要采用平衡桥、乒乓及双桥等原理，而接地选线则主要采用漏电流和注入信号两种方式，通过穿芯互感器检测支路的漏电流或低频信号电流大小来判断支路是否接地。由于系统的复杂性，发生接地的方式很多，如有单极单点接地、单极多点接地、两套直流系统串入导致系统绝缘低、交流电源串入直流系统等接地类型。

2.1绝缘监测装置的工作原理

绝缘监测装置主要采用平衡桥的原理：

R+=（KV+-V-）R/K（V--V+）（1）

K=R+/R-（2）

当正负极对地电阻R+、R-为无穷大时，正负极对地电压V+、V-等于桥电阻的分压，而桥电阻相等，因此V+=V-时没有接地故障。发生接地时，在正负极接地电阻R+、R-产生接地电流I+、I-，R+不等于R-时，I+亦不等于I-，V+不等于V-，使正负极对地电压不平衡。

测量正负极对地电压，用公式（1）即可计算出接地极的对地电阻，判断接地与否。由于事先并不知道R-的大小，K值是未知的，因而实际上用公式（1）是不能求出R+的。在实际应用中，一般假定非接地母线电阻非常高，K值很大，用公式（2）计算接地极电阻R3：

R+=V+xR/（V--V+）（3）

2.2电压波动

电压波动实际上就是正负极对地电压周期性变大、变小，即周期性偏离50%母线电压与接地故障引起的电压电偏性质是相当，波动值越大，偏移则越多。切换桥电阻主要是为了克服平衡桥电阻不能检测两极接地故障而增加的，即人为地改变平衡，正确检测正负绝缘电阻，切换桥电阻越小，对地电压变化越明显，在接地点产生的接地电流也越大，因而检测灵敏度也越高，因而大部分产品选择的切换桥电阻值是比较小的，以加大支路接地电流检测灵敏度。

如某公司产品中的切换桥为16k，导致电压150~170V的波动。如图1所示，有些绝缘装置通过切换K1、K2，分别在正负极不同时刻投入电阻R1、R2，以增加接地信号电流，方便更容易检测出接地支路。

图 1母线直流电压采样调理电路图

上述切换，将使正负极对地电压产生上下波动，如图2（b），图中虚线表示直流系统存在对地电容时，其充放电过程。不难发现，当投入K1，即在正极接入电阻R1时，使得负极对地电压可能大于50％母线电压。当如图2（a）出口继电器回路接地时，如龙泉站电压波动为101V，则意味着加在线圈两端的电压为：0.5×220+101/2=165.5V，大于70％母线电压（154V），该继电器必误动。可见对地电压大幅波动是非常危险的。

3、对地电压波动过大对系统安全影响分析

接地引起保护误动有如下几种形式：①正极接地；②负极接地；③控制端正极接地；④控制端负极接地。

本文分析正极接地跟保护误动的关系，正极任意点发生接地故障，将通过出口继电器节点控制电缆对地电容的放电，在被控制回路J（中间继电器或光耦），产生电压VJ，通过3要素法，可推导出式（4）。该电压是以接地瞬间正极对地电压V+（0）为初始值的指数衰减函数，其衰减时间常数T=RJ×C。RJ为J的等效电阻，C为接在被控制回路J电源正极的所有控制电缆对地电容。

VJ=V+（0）e－t/T（4）

V+（0）＝V×R+//R1/（R+//R1+R-//R2）（5）

T=RJ×C（6）

接地瞬间正极对地电压越高、时间常数越大及J的动作电压越低，则误动的可能性越大。

4、减少电压波动对系统影响措施

从以上分析看，对地电压波动是由平衡桥和切换桥相互切换而产生的，为了对直流系统所有可能的接地故障进行检测，绝缘监测装置必须在平衡桥和切换桥进行切换。为了减少因两桥之间切换导致过大的电压波动，必须在平衡桥、切换桥之间电阻的选择上进行合理确定。从检测精度看，要有5%的变化幅度，才能较为精确地测正、负极电阻，检测误差可控制在10～20%以内，按《直流电源系统运行规范》第二十八条，若220V系统压差达到40V，即10%的偏移，将视为接地故障。因此必须小于10%的波动，5%应该较为合适，大概要使切换桥电阻=4倍×平衡桥电阻值即可。当然，选择平衡桥及切换桥电阻，不但要考虑两桥之间阻值的匹配，而且还要考虑电阻的功率，以保证装置能够长久运行的需要。

5、结论

绝缘监测装置平衡桥、切换桥之间电阻的选择对直流系统对地电压波动幅值的影响较大，对系统安全运行造成了一定的影响，因此建议绝缘监测装置生产厂家将检测两极接地的切换桥对地电压波动幅度降低到系统电压的5％以内。

参考文献：
［1］王洪，黄彬，林雄武，等．电力系统交流电窜入直流故障监测与定位［J］．电气应用，2015，34(12):151－155．

［2］王洪，张广辉，梁志强，等．电力直流电源系统的网络化管理及状态检修［J］．电网技术，2010，54(2):185－189．