圖1為城軌直流牽引供電系統(tǒng)示意圖。整流機(jī)組將AC35kV、AC33kV或AC10kV交流電源轉(zhuǎn)換成DC750V、DC1500V，通過直流開關(guān)柜分配、饋出至對(duì)應(yīng)的接觸網(wǎng)為車輛供電，因此直流電纜是整個(gè)系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，而且處于近電源端的位置，一旦系統(tǒng)發(fā)生金屬性短路，故障電流將高達(dá)10kA，事故將直接影響行車安全和人身安全，由此可見，直流電纜絕緣性能對(duì)整個(gè)牽引供電系統(tǒng)至關(guān)重要。

2直流電纜絕緣監(jiān)測方案

2.1直流電纜結(jié)構(gòu)

城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)用直流電纜選用低壓、無鹵、阻燃、防水、防鼠蟻銅芯鎧裝電纜，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由導(dǎo)體、絕緣層、金屬鎧裝層、外護(hù)套組成。為降低工程難度，對(duì)電纜的絕緣監(jiān)測應(yīng)盡量不改變?cè)�有直流供電系統(tǒng)架構(gòu)和直流電纜的結(jié)構(gòu)。

2.2直流電纜絕緣監(jiān)測接線方案

直流電纜絕緣監(jiān)測接線方案如圖3所示，每回直流電纜由多根電纜并聯(lián)組成。將同一回路的多根直流電纜的金屬鎧裝層通過導(dǎo)線連接在一起，在導(dǎo)體和鎧裝層之間并聯(lián)電阻R1，在鎧裝層和負(fù)之間并聯(lián)電阻R2。

設(shè)置電壓變送器分別采集導(dǎo)體對(duì)負(fù)的電壓U和金屬鎧裝層對(duì)負(fù)的電壓US，并將U和US發(fā)送給智能監(jiān)測單元進(jìn)行運(yùn)算。選取R1=200Ω，R2=200Ω，電壓變送器輸入電壓為±2000V，輸出電流為±20mA。

3直流電纜絕緣監(jiān)測原理

3.1直流電纜絕緣監(jiān)測原理與計(jì)算方法

圖4為直流電纜絕緣監(jiān)測等效電氣原理圖。

圖中：U為導(dǎo)體(正)對(duì)負(fù)的電壓(1#電壓變送器測量的電壓)；UC為導(dǎo)體對(duì)金屬鎧裝層的電壓；US為金屬鎧裝層對(duì)負(fù)的電壓(2#電壓變送器測量的電壓)；RC為導(dǎo)體與金屬鎧裝層之間的絕緣電阻；RS為金屬鎧裝層與負(fù)之間的絕緣電阻；R1為與RC并聯(lián)的附加電阻；R2為與RS并聯(lián)的附加電阻。

R1與RC并聯(lián)的電阻R1＇：

正常運(yùn)行時(shí)，RC、RS、R1、R2為固定值，因此金屬鎧裝層對(duì)負(fù)的電壓US只隨導(dǎo)體對(duì)負(fù)電壓U的變化而變化。因此，正常運(yùn)行時(shí)，US/U為固定值，不隨電壓的變化而變化，其值小于1。

3.2電纜導(dǎo)體對(duì)金屬鎧裝層絕緣故障分析

根據(jù)圖4，當(dāng)導(dǎo)體對(duì)金屬鎧裝層絕緣故障時(shí)，其絕緣電阻RC減小，而金屬鎧裝層對(duì)負(fù)的絕緣電阻RS不變，US隨RC的減小而增大，US/U也隨之增大；嚴(yán)重情況下RC=0，此時(shí)US=U，US/U=1。

3.3電纜金屬鎧裝層對(duì)地絕緣故障分析

根據(jù)圖4，當(dāng)金屬鎧裝層對(duì)負(fù)絕緣故障時(shí)，其絕緣電阻RS減小，而導(dǎo)體對(duì)金屬鎧裝層的絕緣電阻RC不變，US隨RS的減小而減小，US/U也隨之減小；嚴(yán)重情況下RS=0，此時(shí)US=0，US/U=0。

4告警值的設(shè)定

4.1電纜導(dǎo)體對(duì)金屬鎧裝絕緣故障時(shí)的報(bào)警設(shè)置

正常運(yùn)行時(shí)US/U為固定值，設(shè)為A，導(dǎo)體對(duì)鎧裝層絕緣故障嚴(yán)重情況下US/U=1，設(shè)基準(zhǔn)為 (1−A)。實(shí)時(shí)監(jiān)測U及US，并計(jì)算US/U的值，隨著絕緣電阻的下降，US/U的值增大。計(jì)算電壓偏差百分比(US/U−A)/(1−A)的值，并根據(jù)該值進(jìn)行報(bào)警。

表1所示為直流電纜導(dǎo)體對(duì)鎧裝層絕緣故障時(shí)的報(bào)警值計(jì)算，報(bào)警值(電壓偏差百分比)可設(shè)為39.29%，對(duì)應(yīng)導(dǎo)體對(duì)金屬鎧裝層的絕緣電阻降低到正常時(shí)的0.01倍。

4.2電纜鎧裝層對(duì)負(fù)絕緣故障時(shí)的報(bào)警設(shè)置

正常運(yùn)行時(shí)US/U為固定值A(chǔ)，鎧裝層對(duì)負(fù)絕緣故障嚴(yán)重情況下US=0，設(shè)基準(zhǔn)為A。隨時(shí)監(jiān)測U及US，并計(jì)算US/U的值，隨著絕緣電阻的下降，US/U的值減小，計(jì)算電壓偏差百分比(US/U−A)/A的值，根據(jù)該值進(jìn)行報(bào)警。如表2所示計(jì)算，報(bào)警值可設(shè)為−56.41%，對(duì)應(yīng)鎧裝層對(duì)負(fù)的絕緣電阻降低到正常時(shí)的0.01倍。

5絕緣監(jiān)測及絕緣故障定位產(chǎn)品

5.1絕緣監(jiān)測及絕緣故障定位產(chǎn)品

AIM-T系列工業(yè)用絕緣監(jiān)測儀

AIM-T系列絕緣監(jiān)測儀主要應(yīng)用在工業(yè)場所IT配電系統(tǒng)中，主要包括AIM-T300、AIM-T500和AIMT500L三款產(chǎn)品，均適用于純交流、純直流以及交直流混合的系統(tǒng)。

其中AIM-T300適用于450V以下的交流、直流以及交直流混合系統(tǒng)，AIM-T500適用于800V以下的交流、直流以及交直流混合系。AIM-T500L相比AIM-T500增加了絕緣故障定位功能。

參考文獻(xiàn)：

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［4］安科瑞IT系統(tǒng)絕緣監(jiān)測故障定位裝置及監(jiān)控系統(tǒng)（中英文）2020.01版