DCS-6000 直流系统绝缘监察装置

一、DCS-6000直流系统绝缘监察装置概述

    是在原有产品的基础上进行技术创新和提升。提高了装置的测量精度和抗电容干扰的能力。在性能指标的适应性、调试的方便性及运行的可靠性方面均处于国内水平。装置利用了信号相位锁定、超前校正及跟踪积木式结构等技术，从根本上解决了判断数据不全、选线不准等弊病。且根据2011年12月国家电网公司制定的《十八项国家电网公司十八项电网重大反事故措施》中的第五项“防止变电站全停及重要客户停电事故”中明确提出了原有的直流电源系统绝缘监测装置，要求增加交流窜直流故障的测记和报警功能。本装置采用实时跟踪信息零处理技术，解决了交流信号窜入直流故障的测记和报警，是作为直流系统逐步改造提升的理想设备。广泛适用于电力、石化、冶金、邮电、铁路等行业发电厂及变电站。是一种提高电网自动化管理水平、确保安全运行及故障准确定位的理想智能仪器。

整机测量原理说明

    根据直流系统的特殊性，本装置的测量从测量内容区分，可分为四大部分，一是母线监测，二是分支回路查巡，三是交流窜直流监与报警，直流系统交流成份纹波的监测。

2.1直流母线监测

2.1.1 在直流系统中，分别从桥网络A和桥网络B读取X和Y两个直流中心对地电压值。

见图－ ◎ U 为直流系统母线电压            ◎ U+为直流系统母线正极对地电压

       ◎ U－为直流系统母线负极对地电压   ◎ R+为直流系统母线正极对地电阻

       ◎ R－为直流系统母线负极对地电阻   ◎ X为电桥网络A直流中点对地电压

       ◎ Y为电桥网络B直流中点对地电压

 2.1.2根据电路基本原理分析，要准确求出正对地电阻R+和负对地电阻R－，必建立两组独立的电桥网络方程，将其联立求解，才能真正求出两个电阻R+和R－的电阻值。R1、R2、R分别组成电桥网络，R1≠R2为常量，我们充分利用两个不平衡桥网络A和网络桥B。可以导出绝缘电阻R+和R－仅与母线电压及测量值“X”与“Y”有关。经电脑编程分别计算出R+与R－的数值，同时也可以计算出母线正端对地电压U+与母线对地电压U－值。结构原理如图一所示。

  2.2支回路查巡，故障定位，报警。

   主机中配有大功率电阻做为电桥，检测支路时定时启动电桥电阻信号接至直流系统的正负极与地之间。利用电阻电桥之间的转换，不同的接地电阻与投入的电桥电阻之间的并联，产生不同对地电压，产生了不同的接地漏电流，安装于各支路的传感器检测每个支路漏电流。工作原理见（图二）所示。如果支路有电阻接地、交流窜入故障、直流互窜故障的支路信号、对于故障回路则该支路上的传感器产生感应电压，感应电压的大小与支路电阻成反比。感应电压信号经模拟选择开关、放大、带通滤波、相位比较、滤波、A/D转换、送CPU进行数据处理，再通过RS485接口转入主机。

随着电网容量的不断扩大，电压等级的不断提高，分支回路也相应的增多，有的变电站已多达500分支回路以上。为了满足这方面的需求，本装置利用了总线技术，采用分层分布式设计。将每16回路增加一个采集模块，这种分层分布式的分散结构不需改变原有的主机结构。并可以拓展到512个回路。采样模块和主机之间利用RS485接口实现并接。每个模块地址码可以在现场随意设定，大大提高了产品的适用性和装置的可靠性。

2.3 直流系统中交流成份（纹波）的监测。故障报警。

    电路采用耦合、交直流分解等特殊电路处理，能实时准确地对直流电源纹波含量即纹波电压值，计算直流中的纹波系数，如图三。

2.4 交流窜直流保护，故障幅度与录波与波形分析,窜入支路故障定位。

    主机配置母线交流电压检测电路，母线通过电容隔直流、差分运放、快速整流、滤波、高速AD，实时检测母线上的交流信号，并反馈至主芯片，若外部交流窜入电压大于所设定的信号，通过声光报警及干接点输出报警相关信息，并启动了支路巡查电路，巡查电路确定故障支路。并记录保存本次报警相关信息，大大提高系统的安全性和可靠性。如图四。

2.5 直流互窜检测，故障定位与分析。

    本机内置快速高精度检测电路，实时检测现场两段母线之间的直流互窜故障，并准确查找互窜支路，大大提高系统的安全性和可靠性。为了保证直流电源对变电站安全运行需要。常常设有两段独立的直流电源。同一变电站两段直流是要求分开独立运行，由于接线错误，设备老化通常会造成两段母线发生了电气上的连接，出现了两段母线手拉手现象。现有的直流系统是采用两个电桥监测各自的母线，两段母线出现了电气上的连接也说是会出现我们常说的“两点接地现象”。两点接地现象常常会对变电站的继电保护正常运行造成一定的危险。我们利用了现有直流接地装置的技术升级，将电桥电路的智能化技术与支路巡查电路进行充分的结合，成功解决了直流系统两段母线出现了电气上的连接，也就是发生了手接手的两点接地进行了告警，并通过支路巡查定位，准确地查找发生两段直流母线互窜的回路。我们将两台独立测量的直流绝缘监察装置通过测量与通迅技术，进行数据分析，进行了定位，有效地查找发生直流互窜接地的回路。

发生直流互窜的主要归纳为有五种工作方式：

现象一、*段母线负端与第二段母线负互窜。

现象二： *段母线正和第二段母线正互窜.

现象三：*段母线正和第二段母线正，*段母线负和第二段母线负同时互窜

现象四：*段母线负端和第二段母线正端互窜，或*段母线正端和第二段母线负端互窜。

功能特点

本装置采用Cortex-M3内核的STM32芯片为主控芯片，集成度高，抗干扰能力强，运行速度快，功耗低。

3.1 操作界面基于菜单式的人性化设计。

3.2相关的所有参数均可通过菜单进行设置，相关的所有报警均通过声光输出和相应的干接点输出。

3.3准确检测直流电压、模块状态、直流绝缘及接地选线为；精确区分母线接地、支路接地，并显示接地电阻阻值；自动分辨两条或两条以上支路同时接地的故障等。

3.4可随时操作界面进入全部支路的巡检操作，以观察全部支路的接地状况。

3.5 可随时操作界面进入全部支路的单检操作，分全部支路单检（通过按键循环检测）和选定支路单检（通过按键选定某一支路检测）。

3.6 保存显示当前5次的母线绝缘报警记录。

3.7 提供检测2段母线的纹波电压和纹波系数。

3.8 对CT极性无*性要求、无方向要求。

3.9 信号采集数据采用RS485接口技术，使数据的有效传输距离可达 1000米。

3.10装置提供串行数据通讯接口（RS－232、RS－485）和外部设备连系。

3.11 装置提供100M的以太网接口。

3.12支路检测速度快.巡检16路以后的数据时，平均每路巡检时间低于1秒。

3.13 本机可以通过参数设定设置交流窜入报警门限（交流有效值）。

3.14装置采用实时跟踪信息零处理技术，解决了交流信号窜入直流故障的测记和报

警。  

3.15采用彩屏液晶显示、中文界面、显示直观明了，并带有液晶自动保护功能。

3.16本系统可提供简单的多机连接功能，适用于复杂的多级直流系统中，不会出

误报及拒报现象。

3.17 纹波测量：采用实时全数字宽带测量、实时测量全范围的直流电源纹波、电

压值、并计算纹波系数值，有效记录直流电源中的交流含量。

DCS-6000直流系统绝缘察装置技术性能指标

4.1 适应环境温度：-10℃～+55℃：湿度≤90％

4.2 大气压：80-110KPA；

4.3 直流系统电压等级：220Vdc、110Vdc、48Vdc、24Vdc；

4.4装置工作电压：AC/DC 85-265v

4.5 母线段数：二段

4.6 继电器接点电流：DC220V/3A

4.7 母线电压测量精度：±0.5％

4.8 母线绝缘电阻测量精度：0-5KΩ误差0.1KΩ

                           5-50KΩ误差≤5％

                           50-100KΩ误差≤10％

4.9 继电器动作报警时间:    ≤2秒

4.10 支路绝缘电阻测量精度：0.5-10KΩ误差≤15％

10-25KΩ误差≤20％

4.11 交流窜入电压测量范围：0-300V

4.12  交流窜入电压测量精度：≤1%

4.13 纹波测量范围：0-100V

4.14 纹波测量精度大于1%

4.15装置功耗：≤30W

4.16 装置重量：≤8Kg

4.17 外型尺寸：（长×高×深）：360×135×280㎜，

4.18 采集单元外型：155×95×43㎜

 DCS-6000直流系统绝缘察装置产品图片

5.1主机前面板各部件功能介绍：见上图所示。

5.1.1按键“上”键、“下”键、“左”键、“右”键、“确定”键、“取消”键。

5.1.2指示灯

电源指示灯：仪器通上电源时，该灯亮。

信号指示灯：仪器进入支路检测状态后，该灯亮。

超压报警灯：母线电压超过门限设定值时，该灯亮。

欠压报警灯：母线电压低于门限设定值时，该灯亮。

绝缘报警灯：母线对地绝缘电阻低于门限设定值时，该灯亮。

支路报警灯：支路检测时，接地电阻值低于门限设定值时，该灯亮。

瞬时接地灯：母线瞬时对地绝缘电阻值低于门限设定值时，该灯亮。

 交流串路灯：当有交流窜入时，该灯亮。

5.1.3液晶显示器

中文显示设定参数,母线监测数据及支路检测数据等.

5.1.4电源开关

电源开关置于机箱后面，置ON时接通仪器工作电源，置OFF时，电源切断。

5.2主机后面面板简介

后面板上贴有接线端子功能表，见下图所示。其中故障报警继电器输出为常闭触点，当仪器正常工作时，该继电器触点断开；当仪器发生故障时，该继电器触点闭合。其它报警继电器输出均为常开触点，只有报警输出时，相应的继电器触点才闭合。

通电前检查

6.1装置到货后，首先应检查包装箱上的产品登记单与装置箱体上的质量检验合格证，并确认与订货*。

6.2打开装置机箱对装置各部件进行检查，确定各部件有无松动及损坏现象，检查有关电缆线连接是否可靠。

6.3核对装置工作电源电压和现场电压是否相符。

6.4上述各项检查完毕方可通电试验。

装置安装

7.1本装置可单独安放在工作台或安装在直流屏柜内。系统为了适应不同的用户，在外观设计时选用了两种机型，4U的机型里面安装了两个采样模块，小机型里面没有安装采样部件。具体安装尺寸见图五。

7.2互感器安装

7.2.1互感器应安装在支路距母线的近端（后安装在分支路空气开关或熔丝之间）。

7.2.2常见的规格有内径为φ18、φ44、φ90及K20四种见图六（三种）。

7.2.3互感器的一个接线端子连接在采样模块的信号输入支路端子上而另一个接线端子连接在采样模块的接地输入端子上。

7.5.4采样模块是装置的子系统，它的地线是独立的，所以各个互感器的接地点应接在所属模块的接地点上。以防相互干扰，采样模块的地线不和大地连接.采集模块超过4个需要加一个12V的电源.用户在使用时请注意。

7.5.5采样模块和主机的连线可参考连线图七。

八、DCS-6000直流系统绝缘察装置操作说明

请确认接线均正确，然后开启电源开关。

分单机运行和多机运行

例： 相关设置（“参数设置”及主机板内拨码开关）说明如下：

单机状态：主从机为单机，主机板内拨码开关（1sw1）全置off，如图。

开机显示相关参数如下：

1、母线支路自动检测

   若干秒后自动进入下一界面

显示如下

直流互窜引起接地

   注：模块数根据支路数计算。

如果母线不平衡则显示如下

此时装置自动进入支路检测，显示如下

检测完成显示如下

直流互窜引起显示如下

如果支路不存在接地，则自动返回“母线检测”

2、母线支路手动检测

在“母线检测”页面检测模块完成后，按“返回”键则进入主菜单显示如下

通过“上”和“下”键及“确定”键选择相应的功能、母线检测

界面显示和“ 1、母线支路自动检测”相同

、支路巡检显示如下

        支路单检

支路单检分全部支路单检和选定支路单检

全部支路单检

   选定支路单检

      使用相应的按键选择选定的支路号

参数设置

参数设置一

输入密码（1234）如下

点击“确定”键后显示如下

使用相应的按键设置参数

  按“确定”键则保存设置当前页面的所有参数

  按“取消”键则保存上次的所有参数

参数设置简要说明：

交流窜电指窜入的交流有效值。出厂设置25V(可根据实际情况设定)

超压报警门限设置，对220V系统出厂设置242V,110V系统出厂设置121V(可根据实际情况设定)

欠压报警门限设置，对220系统出厂设置198V,110V系统出厂设置98V(可根据实际情况设定)

直流窜电即直流互窜，等于门限值时，存在直流互窜

绝缘预警门限值的设置，门限值为绝缘报警值设定值的2倍

绝缘报警门限值的设置，门限值一般设定为40K（国家规程要求220V系统为25K，110V为7K），出厂设置40K。

支路报警门限值的设置。门限值一般设定位10-40K，如果母线绝缘接地电阻测量值小于设定值，则进入支路查巡工作状态，出厂设置25K。

纹波报警门限值的设置，门限值出厂设置300mV,大于门限值报警，反之不报。

母线段数的设置，设定数为1，则装置工作在单段母线监测状态；设定数为2，则装置工作在两段母线之间巡回监测状态。

支路数的设置，设定的支路数与实际安装的支路数应相同。

主从机选择分“单机”、“主机”和“从机”（从1-从15）。

波特率选择分为1200、2400、4800、9600bit/s(为PC通信的波特率)。

PC地址为PC接口对应的本机地址（PC通信方式RS485、RS232由板内2s1 四位拨码开关设置）。

参数设置二

 输入密码（4321）点击“确定”键后显示如下

 使用相应的按键设置参数

  按“确定”键则保存设置当前页面的所有参数

  按“取消”键则保存上次的所有参数

参数设置简要说明：

开机自行启动检测桥：是与否   出厂设置为“是”

上电自行启动检测桥：是与否   出厂设置为“否”

定时启动检测桥时间：出厂设置24小时（可根据需要设定）

防误动对地电压偏差比值：出厂设置 1.222

高阻补偿电桥：启动与关闭 出厂设置为“启动”

低阻补偿电桥：启动与关闭 出厂设置为“启动”

母线电桥选择支持“平衡桥”、“不平衡桥”和“平衡+不平衡桥”，出厂设置为“平衡桥”

开关机记录：启动与关闭 出厂设置为“启动”

(3)、启退电桥

      手动启动检测桥（检测3次自动退出），即手动开启检测桥检测现场的整体绝缘。

（4）、纹波参数

        显示如下

（5）、故障记录

       显示故障记录

（6）、绝缘分析

    可以分析数月的母线正负绝缘状况。

   多机运行

即多台装置通过RS485组网构成一个多机系统，一台装置作为主机，若干台装置作为从机。

主机开机显示如下

从机开机显示如下（从机参数只有“主从机”有效，其他均无效）

主机从机连接成功显示如下

 若无接地则主机一直显示母线信息，界面基本同单机运行

若有接地则主机查找支路，界面基本同单机运行

从机则一直查找支路

若主机接地排除，则主从机均返回母线检测和显示界面

  注：主从机相关附加说明

主机或单机在运行中可以改为从机

从机只有在开机（或复位）的状态下，按“返回”键进入参数设置才能改为 主机或单机

从机在运行中按键无效，显示如下

九、 DCS-6000直流系统绝缘察装置通讯

9.1通讯

   本仪器具有串行数据通讯接口（RS485或RS232）和后台机连接，其接线

  口定义见后面板上接线端子功能所示。

9.2通讯规约

9.2.1通讯格式

a、起始符：EB.90   EB.90

b、接地选线装置站号：参数显示中的“PC地址”，出厂为50H。

c、信息长度：从命令码到校验码所含字节数（包含校验码）。

d、校验码：信息段的代码和（当信息段长度为零时，校验码为零）。

e、结束符：90.EB。

9.2.2初始化方式

  8bit数据位，1位起始位、1位停止位、异步、无奇偶校验，全双工或半

双工，波特率：9600bps，串行口：RS485或RS232。

9.2.3数据采集命令

a、C1读取*段第二段母线参数（格式数据为16进制）

下传格式：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，信息长度，C2，信息段，校验

          码，90.EB

 信息段数据发送次序（共18字节）

1、母线电压   2、正对地电阻   3、负对地电阻

每种数据用是三个字节，*个字节内容为十进制阶码，后二个字节为有效数字（均用压缩BCD码表示）。阶码高位阶码的符合位。例如：母线电压为220.1V，则发送三个数据字节为：03H，22H，01H（0.2201×1000）。

b、C3读取支路接地电阻

下传格式：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，信息长度，C4，信息段，校验

          码，90.EB

信息段数据说明（字节数有接地时为3的倍数、无接地为2）

支路电阻数据用三个字节，*、二字节为支路序号，十六进制数表示，第二字节为阻值。例如：第131支路的绝缘电阻值为10 KΩ，则该路数据为：00H，83H,10H。

没有接地支路上传时，则发送的数据为：AA，55。

c、C7读取各个报警信息

下传格式：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，信息长度，C8，信息段，校验

          码，90.EB

信息段说明如下(共8字节)

9.2.4上位机每次发送后，接收等待时间建议为：≤3S

9.2.5本装置可以按用户要求制定新的通讯规约。

十、常见故障处理

10.1在系统接入正常工作电源，系统面板上各指示灯正常显示，按键操作正常后，在支路中人为接入测试接地电阻，系统要首先检测母线上是否有接地现象，然后进入母线参数计算，算出母线接地电压和接地电阻，再进入支路巡检，顺序检测各个支路的接地电阻。如果系统不能进入支路巡检或要很长时间才能进入支路巡检，或各支路的接地电阻显示为× × ×K,这时的故障原因有：①*个采样模块的编码错误。②采样模块的数据线和电源线连接有错误。③采样模块的A，B线和系统的A，B线错位。这时可按以上提示，仔细查找故障点，重新插好连线接头，再试机。

10.2系统不能正常工作，在进入支路巡检时报出许多错误支路，但在支路巡检结束后，这些错误数据自动消除，后报出正确的接地支路。出现这种故障现象的原因是所对应的采样模块所管理的16个支路的传感器的地线和本模块的地线连接错误，或和大地连接。如果在安装时没有按照这个要求安装，会有测试不准或误报现象。

10.3系统工作正常，各模块工作也正常，但不能查出接地的支路。这时应检查传感器和采样模块之间的连线是否正常。

10.4瞬时接地故障：仪器正常接入直流系统后，因为各电站直流系统和地之间组成的电容不同。所以仪器刚接入的瞬间会产生充放电现象，会干扰瞬间接地的检测。为此瞬间接地的门限值可根据直流系统的接地电容选择，一般出厂设置在3K-5K。如果设置偏高，就会产生瞬间接地故障。

十一、售后服务支持及承诺

11.1凡订购本公司产品，本公司将免费为用户负责安装、调试，并向用户提供技术培训和咨询。享受终身维修服务。

11.2产品质量保证期为：自出厂之日十八个月内。

11.3在质量保证期内，仪器出现因制造质量引起的故障免费维修。

11.4仪器在出厂一个月内，发现制造质量问题，负责免费调换。