一种变电站直流系统绝缘选线试验装置的研究与设计
广东电网有限责任公司中山供电局的研究人员毛焱、冯灿成，在2018年第11期《电气技术》杂志上撰文指出，直流系统是变电站安全运行的重要组成部分。变电站直流系统绝缘选线试验是直流定检工作中的重要一环，可在直流负载支路绝缘降低时，有效检验直流系统中安装的绝缘监测装置能否准确发出绝缘降低支路选线告警。
本文通过设计简易合理的控制电路，利用转换开关实现接地母线选择，并通过接地电阻调节及漏电流传感器线夹设计，提高变电站直流系统绝缘选线试验效率，降低试验过程误碰直流母线的风险，达到提高人机功效的最终目的。
变电站直流系统[1-2]由充电装置、免维护铅酸蓄电池、馈出回路、调压装置和相关的控制、测量、信号、保护、调节单元等设备组成，为控制、信号、继电保护、自动装置及事故照明等提供可靠的工作电源。其中配置的绝缘监测装置，用于直流支路绝缘低时选出接地母线及接地直流支路，并迅速发出告警信号。
工作人员在直流系统验收及定检过程中需有效验证装置选线功能是否完备。当前在变电站直流定检工作中大多采用自制的简易接地试验导线，在试验过程中需多次接触直流母线，并将试验导线穿过狭小的支路漏电CT，试验过程风险大，工作效率低。因此，设计一种安全高效的变电站直流系统绝缘选线试验装置对变电站直流系统维护工作显得尤为重要。
1 设计方案
1.1 绝缘监测装置选线工作原理
变电站直流馈线柜中的每条支路都安装有漏电流传感器，用于检测支路绝缘情况。漏电流传感器环绕安装在直流回路的正负出线上，装置运行时会实时检测各支路传感器输出的信号。
当支路绝缘情况正常时，流过传感器的电流大小相等，方向相反，其输出信号为零；当支路有接地时，漏电流传感器有差流流过，传感器将差流信号传输至绝缘监测装置，装置通过参数计算及时选出接地母线、接地支路，发出告警信号，并将信号上送至厂站和主站监控系统。
变电站直流系统绝缘选线工作原理示意图如图1所示。
图1 变电站直流系统绝缘选线工作原理示意图
1.2 绝缘选线试验装置工作原理
试验装置的结构[3-6]主要由接地母线切换回路、线夹导通检测回路及接地电流控制回路三部分组成，如图2所示。
图2 绝缘选线试验装置原理示意图
具体原理如下：可伸缩导线从直流母线（控制母线+和控制母线）取电，利用转换开关实现接地母线选择，并通过钳形线夹将接地电流穿过各直流支路漏电流传感器，辅助于可调电阻调整接地电流，最终达到直流系统绝缘选线试验要求。
如图2所示，当转换开关YK切换至“0”位置时，线框1中的线夹导通检测回路的YK接点闭合。当线夹插入J2孔并闭合时，L2指示灯点亮[7]，表示J2线夹闭合完好，L3—L7指示灯的功能同理于L2指示灯。当L2—L7指示灯均点亮时，J2—J7线夹均可正常使用。
若某盏灯不亮，则检查该线夹是否闭合完好，或更换备用线夹。若不使用该插孔，则直接拨动其对应的短接开关，将该插孔短接，此时对应插孔的指示灯点亮。导通检测回路中的直流电源电压为3V，发光二极管导通压降约1.8V，导通电流约15mA，鉴于YK接点电阻及二极管亮度要求，按照欧姆定律，串联电阻R2—R7阻值选用100。
线夹导通检测回路测试完毕后，用线夹夹好需测试的各个支路漏电流传感器，之后将可调电阻R1调节至合适阻值（110V直流系统采用7k，220V直流系统采用15k），并用万用表在电阻测试孔测量R1的实际阻值，图2中线框2所示的回路即为接地电流控制回路。
调节R1至合适阻值后，将接地线夹插入J8插孔，并连接至直流馈线柜的接地铜排上，之后分别将正负直流母线线夹，插入J0和J1插孔，然后利用接地母线切换回路（图2中线框3所示）切换YK位置，当切换至“1”时，模拟正直流母线接地，此时红色指示灯点亮；当切换至“2”时，模拟负直流母线接地，此时绿色指示灯点亮，并串接保险丝[8]确保电路安全。
此时，绝缘监测装置中会显示出接地母线，并选出线夹夹住的各直流支路，重复该试验，即可完成整个变电站直流系统绝缘选线试验工作。鉴于当前变电站直流馈线柜中直流支路的数量大约有60个，且每排按10个支路设计，共有6排，故设计6个线夹，方便现场使用。
以110V直流系统中单个直流支路检验为例，首先将YK调至“0”档位，并将线夹插入J2插孔，此时L2点亮，然后合上短接开关2～6，L3—L7点亮。然后将接地线夹插入J8，将母线线夹插入J0和J1，将J2线夹钳住待检测直流支路漏电CT，并调节R1至7k，测量无误后，将YK切换至“1”档位，红色指示灯点亮，检查绝缘检测装置应发正直流母线接地，并选出检测的支路；将YK切换至“2”档位，绿色指示灯点亮，检查绝缘检测装置应发负直流母线接地，并选出检测的支路。
1.3 绝缘选线试验装置外观设计
为利于变电站维护人员安全高效地使用该试验装置，研究人员创新性地对装置外观进行了设计。
如图3所示，装置面板接线采用插入式结构，利用耳机插孔接线，便于试验导线接线和收纳。线夹采用导线型设计，细小轻便，能有效应用于空间狭小的漏电流传感器上。面板上的指示灯均采用低功耗柔光型，并通过颜色差异区分不同电路工作状态。
电阻调节及测量口便于试验过程中电阻调节及测量当前阻值。接地母线切换开关采用拨动型开关，每种状态配置相应的辅助接点，满足装置功能要求。
图3 绝缘选线试验装置主视图
图4是试验装置后视图，装置背板设计主要包括散热和装置固定两部分。散热采用条状散热孔，散热效果好。装置固定采用永磁铁，固定安装于装置背板两侧，试验过程中能牢固吸附于变电站的直流馈线柜上，释放试验人员双手。
图4 绝缘选线试验装置后视图
2 装置试验数据对比
以110kV变电站直流系统为例，按照配置1个直流馈线柜[9-10]，共有直流馈线50条统计，利用传统简易试验线，一人监护，一人操作，需工作1h；采用该试验装置，一人监护，一人操作，用时0.5h。
通过试验数据的对比，该绝缘选线试验装置可将传统绝缘选线试验工时缩短一半，效率提高的主要来源在于避免了传统试验中反复在漏电CT中穿接试验线和接母线夹、接地夹。另外，该试验装置降低了试验人员误碰直流母线的风险，确保了人员及设备的安全。
图5 装置试验数据对比图
绝缘选线试验装置能在不频繁接触直流母线的情况下，高效地完成变电站直流系统绝缘选线试验工作。试验装置面板设计简洁，指示清晰明了，方便试验人员现场操作，可在行业内广泛推广。