光伏直流绝缘监测装置的设计-江苏安科瑞.PDF

光伏直流绝缘监测装置的设计 安科瑞 戴金花 江苏安科瑞电器制造有限公司 摘要：阐述光伏直流绝缘监测装置在光伏直流浮地系统中的重要性，分析现有绝缘监测方法的优缺 点，同时提出了一种基于电桥平衡原理的改进型方法，配合直流漏电流传感器能够检测母线及支路的绝缘 状况，快速定位故障点，保障系统的安全运行。 关键词：光伏直流；绝缘监测；电桥平衡；漏电流传感器 0 引言 光伏直流浮地系统中，电池组件经汇流箱和直流柜汇流后输入到逆变器，线路多、分布广，易 出现绝缘不良的问题。一旦出现两点接地，将可能造成直流电源短路、设备烧毁等故障，甚至威胁到 现场维护人员的人身安全。因此，光伏直流伏地系统必须使用绝缘监测装置来监测系统的绝缘情况， 保证系统的安全运行。 1 绝缘监测的方法 目前，国内外绝缘检测装置采用的检测方法主要有以下三种： 1) 交流注入法：向直流系统注入低频交流信号，由装设在各分支的电流互感器进行信号检测实现分 支定位，但易受光伏直流分布电容大的干扰。 2) 综合判据法：一种人为投入检测电阻来拉偏正负母线对地电压的方法，但不断地接入单侧探测接 地电阻，会导致正负母线对地电压不断变化，波动很大。 3) 电桥平衡法：无需注入交流信号，正负母线对地电压波动小，但不能检测正负母线绝缘电阻同时 等值下降的状态，且无法实现故障分支定位。 本文设计了一种基于电桥平衡原理改进型方法的绝缘监测装置，配合直流漏电流传感器能够实时快速 定位故障支路，无需注入交流信号，克服了不能检测等值绝缘下降的问题。 2 绝缘监测原理及步骤 电桥平衡改进型监测绝缘方法的基本原理为：通过两次投入平衡电阻来测量正负母线对地绝缘 电阻以及支路绝缘电阻，当出现正负母线对地同时等值绝缘下降时，正负母线对地投入非等值电阻进 行检测。母线、支路绝缘监测等效电路如图1、图2所示，U+、U-分别为直流正负母线对地电压，RX+、 RX-为支路上的正负对地绝缘电阻 （x为自然数），R+、R-为正负母线对地绝缘电阻，R+为各支路正 对地绝缘电阻的并联值 （R+ R1+// R2+// R3+//……// RX+），R-各支路负对地绝缘电阻的并联值 （R- R1-// R2-// R3-//……// RX-），R为平衡电阻，K1、K2、K3、K4为控制平衡电桥投入的继 电器，I为直流漏电流传感器测量值。 图1 母线绝缘监测等效电路图 2支路绝缘电阻监测等效电路 具体绝缘监测步骤如下： 1) 将K1、K2、K3、K4均闭合，此时正负母线对地分别投入平衡电阻1R，测得正负母线对地电压分 别记为U1+、U1-，传感器测得漏电流记为I1，由此可列出如下方程组： 1 2 2) 将K1、K2闭合，K3、K4断开，此时正负母线对地分别投入平衡电阻2R，测得正负母线对地电压 分别记为U2+、U2-，传感器测得漏电流记为I2，由此可列出如下方程组： 3 4 联立1.3两式可以计算出正负母线对地绝缘电阻R+和R-， 联立2.4两式可以计算出正负支路对地绝缘电阻Rx+和Rx-。 3) 当U1+和U1-等值时，将K1、K2、K4 闭合，K3断开，此时母线正对地投入电阻2R，母线负对地 投入电阻1R，测得正负母线对地电压分别记为U3+、U3-，传感器测得漏电流记为I3，由此可列出如 下方程： 5 6 联立35两式可以计算出正负母线对地绝缘电阻R+和R-， 联立46两式可以计算出正负支路对地绝缘电阻Rx+和Rx-。 3 光伏直流绝缘监测装置的设计 3.1功能结构 光伏直流绝缘监测装置功能结构如图3所示。开关电源给监测装置供电；MCU通过控制平衡电 桥的投切采集母线和支路的相关数据，根据平衡电桥改进型方法进行数据计算得到实际绝缘阻值；按 键及数码管显示实现就地数据显示及参数配置；RS485接口实现后台实时数据监测；继电器输出实现 报警功能。 图3 功能结构框图 3.2母线绝缘监测 母线绝