在現(xiàn)代工業(yè)以及能源領(lǐng)域當(dāng)中，直流供電系統(tǒng)憑借其高效且穩(wěn)定的特性，被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)充電、光伏發(fā)電、儲(chǔ)能電站、變電站等諸多場(chǎng)景，不過(guò)要是直流系統(tǒng)出現(xiàn)絕緣故障，就有可能引發(fā)設(shè)備損壞，甚至還可能致使系統(tǒng)癱瘓或者出現(xiàn)安全事故，對(duì)直流系統(tǒng)開(kāi)展實(shí)時(shí)絕緣監(jiān)測(cè)，成為保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
一、 直流系統(tǒng)絕緣問(wèn)題的背景
直流系統(tǒng)通常采用不接地（IT）配電方式，即系統(tǒng)的正極和負(fù)極均不直接接地。這種設(shè)計(jì)雖然提高了系統(tǒng)的可靠性，但也帶來(lái)了絕緣監(jiān)測(cè)的挑戰(zhàn)。一旦系統(tǒng)中出現(xiàn)絕緣電阻下降或單極接地故障，若不及時(shí)檢測(cè)和處理，可能引發(fā)短路、漏電等嚴(yán)重后果。特別是在光伏發(fā)電、儲(chǔ)能系統(tǒng)、電動(dòng)汽車(chē)充電等場(chǎng)景中，直流電壓范圍從十幾伏至上千伏，絕緣故障的風(fēng)險(xiǎn)更為突出。
直流系統(tǒng)一般采用不接地配電方式，也就是系統(tǒng)的正極和負(fù)極都不直接接地，這種設(shè)計(jì)雖說(shuō)提高了系統(tǒng)的可靠性，卻也給予了絕緣監(jiān)測(cè)方面的挑戰(zhàn)，一旦系統(tǒng)里出現(xiàn)絕緣電阻下降或者單極接地故障，要是不及時(shí)檢測(cè)和處理，就可能引發(fā)短路、漏電等嚴(yán)重后果，在光伏發(fā)電、儲(chǔ)能系統(tǒng)、電動(dòng)汽車(chē)充電等場(chǎng)景里，直流電壓范圍從十幾伏到上千伏，絕緣故障的風(fēng)險(xiǎn)更為明顯。

圖片1：產(chǎn)品應(yīng)用背景示意圖

二、絕緣監(jiān)測(cè)的基本原理與方法
絕緣監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵之處在于對(duì)直流系統(tǒng)正負(fù)極與地之間絕緣電阻值展開(kāi)實(shí)時(shí)檢測(cè)，當(dāng)下主流的監(jiān)測(cè)方法有不平衡橋法、平衡橋法以及注入信號(hào)法。
不平衡橋法借助動(dòng)態(tài)投切電阻來(lái)達(dá)成監(jiān)測(cè)目的，它可檢測(cè)系統(tǒng)里任意位置出現(xiàn)的接地故障，哪怕正負(fù)極同時(shí)存在絕緣方面的問(wèn)題也可以有效識(shí)別出來(lái)，不過(guò)它的響應(yīng)速度相較于平衡橋法會(huì)稍微低一些。平衡橋法是基于靜態(tài)測(cè)量方式，速度比較快，然而在雙端接地的情況下有可能出現(xiàn)測(cè)量誤差，注入信號(hào)法則是依靠注入低頻信號(hào)來(lái)實(shí)施監(jiān)測(cè)，不會(huì)受到系統(tǒng)電壓波動(dòng)的影響，只是容易受到分布電容的干擾。

圖片2：絕緣監(jiān)測(cè)方法原理圖

在實(shí)際應(yīng)用中，不同場(chǎng)景需根據(jù)系統(tǒng)特性選擇合適的監(jiān)測(cè)方法。例如，在電壓較高、電容較大的系統(tǒng)中，不平衡橋法更具優(yōu)勢(shì)；而在需要快速響應(yīng)的場(chǎng)合，平衡橋法可能更為適用。

三、直流絕緣監(jiān)測(cè)產(chǎn)品的分類(lèi)與功能
為滿(mǎn)足不同場(chǎng)景的需求，市場(chǎng)上出現(xiàn)了多種直流絕緣監(jiān)測(cè)儀。例如，安科瑞電氣推出的AIM-D系列產(chǎn)品，涵蓋了通用型、充電樁專(zhuān)用型、儲(chǔ)能專(zhuān)用型等多個(gè)類(lèi)別，適用于10V至1500V的直流系統(tǒng)。

產(chǎn)品型號(hào)中的代號(hào)具有明確含義：
“AIM”代表安科瑞絕緣監(jiān)測(cè)儀；
“D”表示直流系統(tǒng)專(zhuān)用；
“T”為通用型，“H”和“L”分別對(duì)應(yīng)高、低電壓范圍；
“S”代表儲(chǔ)能應(yīng)用，“CA”為充電樁專(zhuān)用。

這類(lèi)產(chǎn)品通常具備以下功能：
實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)正負(fù)極對(duì)地絕緣電阻，范圍可達(dá)1kΩ至10MΩ；
支持RS485通訊，兼容Modbus-RTU協(xié)議；
提供LED指示燈、液晶顯示或撥碼開(kāi)關(guān)等人機(jī)交互方式；
部分型號(hào)支持多路DO輸出，用于報(bào)警或聯(lián)動(dòng)控制。

圖片3：產(chǎn)品功能及選型表 ?

四、絕緣監(jiān)測(cè)在典型場(chǎng)景中的應(yīng)用
1. 光伏發(fā)電系統(tǒng)
光伏發(fā)電系統(tǒng)借助光伏組件把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽?jīng)過(guò)匯流箱以及逆變器之后并入電網(wǎng)，該系統(tǒng)直流側(cè)大多采用不接地設(shè)計(jì)，要是匯流箱或者直流母線(xiàn)出現(xiàn)絕緣下降的情況，就有可能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生影響。
比如說(shuō)，在光伏匯流箱前端安裝絕緣監(jiān)測(cè)儀，可實(shí)時(shí)檢測(cè)直流母線(xiàn)以及支路對(duì)地的絕緣狀況。一旦檢測(cè)到電阻值低于設(shè)定的閾值，設(shè)備便會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒運(yùn)維人員及時(shí)排查故障，防止事態(tài)擴(kuò)大。

圖片4：光伏系統(tǒng)應(yīng)用示意圖

2. 儲(chǔ)能系統(tǒng)
電化學(xué)儲(chǔ)能電站一般是由電池簇、匯流柜、逆變器以及電池管理系統(tǒng)也就是BMS等共同構(gòu)成，絕緣監(jiān)測(cè)功能可依靠BMS或者儲(chǔ)能變流器來(lái)達(dá)成，也可借助獨(dú)立的絕緣監(jiān)測(cè)儀給予完成。
在電池簇進(jìn)行充放電的過(guò)程當(dāng)中，如果絕緣電阻處于過(guò)低的狀態(tài)，那么系統(tǒng)就有可能發(fā)出報(bào)警信號(hào)或者跳閘信號(hào)。為了防止多個(gè)監(jiān)測(cè)儀同時(shí)開(kāi)展工作造成數(shù)據(jù)干擾，可以采用分時(shí)控制策略，讓主控模塊對(duì)各設(shè)備進(jìn)行協(xié)調(diào)，使其輪流進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以此保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

圖片5：儲(chǔ)能系統(tǒng)監(jiān)測(cè)示意圖 ?

3. 電動(dòng)汽車(chē)充電樁
直流充電樁的內(nèi)部含有交流轉(zhuǎn)直流模塊、智能切換單元、電表以及絕緣監(jiān)測(cè)儀等多個(gè)組件，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，充電樁在充電之前要對(duì)直流輸出回路開(kāi)展絕緣檢測(cè)工作，以此保證絕緣電阻可符合安全方面的要求。
就拿雙槍充電樁來(lái)說(shuō)，控制器會(huì)對(duì)絕緣監(jiān)測(cè)儀的分時(shí)工作進(jìn)行協(xié)調(diào)：要是單槍使用，那么就啟動(dòng)對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)儀，要是雙槍同時(shí)使用，就會(huì)按照優(yōu)先級(jí)來(lái)分配監(jiān)測(cè)任務(wù)。這樣的設(shè)計(jì)保障了安全性，還避免了資源沖突。

圖片6：充電樁內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

4. 直流電源屏
在變電站或工業(yè)控制場(chǎng)合，直流屏為監(jiān)測(cè)設(shè)備提供備用電源。當(dāng)交流電源失電時(shí)，直流系統(tǒng)需持續(xù)供電，此時(shí)絕緣監(jiān)測(cè)儀可實(shí)時(shí)檢測(cè)母線(xiàn)及支路的絕緣狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)接地故障，確?？刂圃O(shè)備不間斷運(yùn)行。

圖片7：直流屏系統(tǒng)接線(xiàn)圖

五、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與合規(guī)性
直流絕緣監(jiān)測(cè)產(chǎn)品在設(shè)計(jì)以及應(yīng)用方面要遵循好多個(gè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
就像《GB/T 18487.1 - 2015》里規(guī)定的，電動(dòng)汽車(chē)充電系統(tǒng)在充電之前得進(jìn)行絕緣檢查，要是絕緣電阻低于100Ω/V的話(huà)就應(yīng)該停止充電；
《NB/T 33001 - 2018》要求充電機(jī)要有絕緣檢測(cè)功能，并且要和車(chē)輛檢測(cè)功能一起協(xié)同工作，儲(chǔ)能電站設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)清楚地說(shuō)明儲(chǔ)能單元需要有絕緣監(jiān)測(cè)能力。
這些標(biāo)準(zhǔn)給絕緣監(jiān)測(cè)設(shè)備的性能以及應(yīng)用給出了明確的指導(dǎo)，同時(shí)也呈現(xiàn)出行業(yè)對(duì)直流系統(tǒng)安全性的非常重視。

六、結(jié)語(yǔ)
直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)屬于保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)手段，借助實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)絕緣電阻，及時(shí)察覺(jué)并處置故障，可有效防止設(shè)備損壞以及系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)，隨著光伏、儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域迅速發(fā)展，絕緣監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用會(huì)變得日益廣泛，其關(guān)鍵性也會(huì)日益突出，安科瑞電氣等企業(yè)所推出的系列化且場(chǎng)景化的產(chǎn)品，為不同領(lǐng)域的直流系統(tǒng)給出了可靠的監(jiān)測(cè)解決方案，推動(dòng)行業(yè)達(dá)成更高效更安全的技術(shù)升級(jí)。

圖片8：產(chǎn)品外觀尺寸圖圖片9：產(chǎn)品證書(shū)與報(bào)告 ?

審核編輯 黃宇