山西電網(wǎng)直流絕緣監(jiān)測(cè)儀運(yùn)行情況分析

尉 鑌

(山西省電力公司,山西太原 030001)

山西電網(wǎng)直流絕緣監(jiān)測(cè)儀運(yùn)行情況分析

尉 鑌

(山西省電力公司,山西太原 030001)

指出系統(tǒng)的絕緣狀況對(duì)繼電保護(hù)和變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著非常重要的作用,絕緣監(jiān)測(cè)裝置是檢測(cè)變電站直流電源系統(tǒng)絕緣狀況的重要設(shè)備,通過對(duì)山西電網(wǎng)部分變電站絕緣監(jiān)測(cè)儀現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)絕緣監(jiān)測(cè)儀存在電壓波動(dòng)、無兩極接地檢測(cè)功能、裝置自帶較大對(duì)地電容、高阻接地時(shí)正負(fù)極對(duì)地電壓偏差過大等問題,提出解決措施。

絕緣監(jiān)測(cè)儀;校驗(yàn);兩極接地;對(duì)地電壓波動(dòng);對(duì)地分布電容

0 引言

變電站直流電源系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)儀是在線檢測(cè)直流系統(tǒng)絕緣狀況的重要設(shè)備,運(yùn)行維護(hù)人員主要通過該設(shè)備判斷系統(tǒng)絕緣情況,并進(jìn)行接地故障查找處理。

目前,微機(jī)化的絕緣監(jiān)測(cè)儀除有告警功能外,還具備接地支路選線功能。告警檢測(cè)主要采用平衡橋、乒乓及雙橋等原理,而接地選線則主要采用漏電流和注入信號(hào)2種方式,通過穿芯互感器檢測(cè)支路的漏電流或低頻信號(hào)電流大小來判斷支路是否接地。由于系統(tǒng)的復(fù)雜性,發(fā)生接地的方式很多,如單極單點(diǎn)接地、單極多點(diǎn)接地、2套直流系統(tǒng)串入導(dǎo)致系統(tǒng)絕緣低、交流電源串入直流系統(tǒng)等。

為全面了解山西電網(wǎng)絕緣檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀況,從2008年12月至2009年7月,對(duì)部分單位的40多座110 kV及以上變電站的絕緣監(jiān)測(cè)裝置和系統(tǒng)對(duì)地電容進(jìn)行了全面的檢測(cè)。以下主要通過某分公司18個(gè)變電站的測(cè)試數(shù)據(jù),從高阻正負(fù)極偏差過大、正負(fù)極對(duì)地電壓波動(dòng)過大、絕緣監(jiān)測(cè)儀自帶較大對(duì)地電容、無兩極接地檢測(cè)功能4方面來探討絕緣監(jiān)測(cè)儀的的缺陷對(duì)直流系統(tǒng)運(yùn)行安全的影響。

1 在線檢測(cè)方法

本次分析的18個(gè)變電站中,包括110 kV變電站5個(gè)、220 kV站11個(gè)、500 kV站2個(gè),檢測(cè)時(shí)間在2008年11月17日至11月25日。

1.1 絕緣監(jiān)測(cè)裝置的校驗(yàn)

直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置的現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)采用專用的直流接地校驗(yàn)儀進(jìn)行,校驗(yàn)原理如圖1,將待校驗(yàn)的絕緣監(jiān)測(cè)儀的+KM(母線)、-KM及接地線,從運(yùn)行的直流系統(tǒng)解開,再分別接入專用直流接地校驗(yàn)儀對(duì)應(yīng)端子,另將其接地支路穿過絕緣監(jiān)測(cè)儀的支路檢測(cè)互感器 (CT)。專用校驗(yàn)裝置可輸出直流系統(tǒng)電壓、直流系統(tǒng)電容、支路對(duì)地電容,并可模擬各種接地類型故障。

圖1 直流接地校驗(yàn)儀校驗(yàn)原理接線

1.2 對(duì)地電容的測(cè)量

采用專用的對(duì)地電容測(cè)量設(shè)備,帶電測(cè)量運(yùn)行中直流電源系統(tǒng)的對(duì)地電容,如圖2所示。該設(shè)備通過向系統(tǒng)中注入1個(gè)超低頻、低電流、低功率的交變信號(hào),通過檢測(cè)系統(tǒng)容抗大小,來檢測(cè)系統(tǒng)分布電容。

2 校驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

a)電壓波動(dòng),引起正負(fù)極壓差超過40 V,有6個(gè)站,占33%。

圖2 對(duì)地電容測(cè)量

當(dāng)直流系統(tǒng)存在接地故障或絕緣降低時(shí),電壓產(chǎn)生波動(dòng),引起系統(tǒng)正負(fù)極壓差過大,最高的臺(tái)頭110 kV站,正負(fù)極壓差為 170 V,其中霍州500 kV站雖然波動(dòng)為42 V,因其為110 V系統(tǒng),如果換算為220 V系統(tǒng),將為84 V。各站測(cè)試情況如表1。

表1 電壓波動(dòng)情況表

對(duì)于直流系統(tǒng)正負(fù)極電壓波動(dòng)的情況,運(yùn)行維護(hù)人員有所反映,但對(duì)具體產(chǎn)生原因和過程了解不是很清楚,通過這次校驗(yàn),對(duì)絕緣裝置問題導(dǎo)致正負(fù)極對(duì)地電壓波動(dòng)的情況有一個(gè)較清晰的了解。

b)絕緣電阻雖未達(dá)到25 kΩ告警值,因系統(tǒng)絕緣降低,引起正負(fù)極壓差超過40 V,有15個(gè)站,占83.3%。

測(cè)試中模擬系統(tǒng)絕緣電阻降為100 kΩ,在15個(gè)對(duì)地電壓差超過40 V的變電站中,最高電壓差達(dá)180 V。數(shù)據(jù)見表2。

表2 絕緣降低導(dǎo)致正負(fù)極壓差超過40 V統(tǒng)計(jì)表 V

100 kΩ接地由于遠(yuǎn)大于接地故障告警整定值25 kΩ,絕緣監(jiān)測(cè)裝置不發(fā)告警信號(hào),運(yùn)行維護(hù)人員并不認(rèn)為發(fā)生了接地故障,因而不會(huì)處理。這樣將導(dǎo)致直流系統(tǒng)長(zhǎng)期在正負(fù)極壓差過大的環(huán)境中運(yùn)行。文獻(xiàn)[1]指出,當(dāng)電壓偏離50%母線電壓時(shí),如果發(fā)生接地故障極易造成保護(hù)誤動(dòng)。

c)絕緣監(jiān)測(cè)裝置內(nèi),帶有較大的對(duì)地電容,有2個(gè)站,占11%。

測(cè)試表明,500 kV臨汾、220 kV鄭莊兩站,絕緣監(jiān)測(cè)裝置本身對(duì)地各有近200μF的電容,結(jié)果如表3所示。

表3 絕緣絕緣裝置帶對(duì)地電容情況表

從表中數(shù)據(jù)分析,500 kV臨汾、220 kV鄭莊兩站,絕緣裝置本身對(duì)地各有超過200μF的電容。由于電容的充放電作用,在控制回路發(fā)生接地時(shí),易造成保護(hù)誤動(dòng)。

d)兩極接地不能告警。

從校驗(yàn)情況看,在所校驗(yàn)的18個(gè)站中,有14個(gè)站的直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置沒有兩極接地告警功能,占校驗(yàn)站數(shù)的77%。

3 絕緣監(jiān)測(cè)儀問題對(duì)系統(tǒng)安全的影響

3.1 電壓波動(dòng)

如圖3所示,有些絕緣裝置通過切換k1、k2,分別在正負(fù)極不同時(shí)刻投入電阻R1、R2,增加接地信號(hào)電流,以便更容易檢測(cè)出接地支路。

上述切換,將使正負(fù)極對(duì)地電壓產(chǎn)生上下波動(dòng),波動(dòng)曲線如圖3b,圖中虛線表示直流系統(tǒng)存在對(duì)地電容時(shí)其充放電過程。不難發(fā)現(xiàn),當(dāng)投入k1,即在正極接入電阻R1時(shí),負(fù)極對(duì)地電壓可能大于50%母線電壓。當(dāng)如圖3a出口繼電器回路接地時(shí),如嘉泉站電壓波動(dòng)為101 V,則意味著加在線圈兩端的電壓為0.5×220+101/2=165.5 V,大于70%母線電壓 (154 V),該繼電器必誤動(dòng)!

可見對(duì)地電壓大幅波動(dòng)是非常危險(xiǎn)的。

據(jù)了解,在全國(guó)各地因絕緣裝置電壓波動(dòng)問題導(dǎo)致的安全事故很多,也證明了電壓波動(dòng)對(duì)直流系統(tǒng)安全運(yùn)行存在較大的影響。

3.2 兩極接地

兩極接地故障是指直流系統(tǒng)正負(fù)母線絕緣電阻同時(shí)降低或出現(xiàn)接地的現(xiàn)象,一般認(rèn)為這種情況極少發(fā)生,可以不予考慮,實(shí)際情況并非如此。雖然在本次檢測(cè)中,沒有發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在兩極接地的情況,但在廣東某地在現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)正負(fù)極絕緣都只有10 kΩ左右而裝置沒有告警的情況。在最近浙江幾個(gè)變電站檢查中,發(fā)現(xiàn)因報(bào)廢的絕緣裝置接線沒有解除,裝置中的平衡橋沒有退出造成系統(tǒng)兩極絕緣降低的情況。

圖3 電壓波動(dòng)產(chǎn)生原因

兩極絕緣下降如果長(zhǎng)期存在于直流系統(tǒng)而又不被發(fā)現(xiàn)并排除,將使直流系統(tǒng)面臨出現(xiàn)大的短路電流的風(fēng)險(xiǎn),隨之引起火災(zāi)和損壞直流電源。還會(huì)降低接地檢測(cè)的靈敏度,有一點(diǎn)接地故障發(fā)生時(shí),不能準(zhǔn)確告警,給系統(tǒng)留下安全隱患。

3.3 高阻時(shí)正負(fù)極對(duì)地電壓偏差過大

這主要是絕緣監(jiān)測(cè)裝置平衡橋電阻選擇的問題所致,目前絕緣裝置的基本檢測(cè)原理均采用平衡橋原理,基本原理如圖4所示。

圖4 平衡橋電阻檢測(cè)原理

從以上電路可以得出:

平衡橋電阻值選擇越大,當(dāng)任一極發(fā)生絕緣降低時(shí),兩極所產(chǎn)生的壓差越大。

3.4 裝置正負(fù)極帶較大的對(duì)地電容

在本次檢測(cè)的變電站中發(fā)現(xiàn)有裝置帶了近200μf的對(duì)地電容。這是絕緣裝置生產(chǎn)廠家只考慮自身裝置加大電容后,可提高裝置的抗干擾能力,而沒有考慮到電容加大后,人為提高了系統(tǒng)對(duì)地電容值,從而提高了保護(hù)誤動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。

4 問題的整改

根據(jù)上述絕緣監(jiān)測(cè)裝置存在的問題和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,認(rèn)為對(duì)絕緣監(jiān)測(cè)裝置的整改可采取以下幾種方案來進(jìn)行。

a)絕緣監(jiān)測(cè)裝置的生產(chǎn)廠家對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)改造、更換。

b)選擇技術(shù)較先進(jìn)的廠家對(duì)絕緣監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行整體改造。

c)加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行絕緣裝置的現(xiàn)場(chǎng)巡檢和定期校驗(yàn)。

目前,在山西省太原、晉中等地已針對(duì)絕緣監(jiān)測(cè)裝置存在的問題,對(duì)部分問題較為嚴(yán)重的變電站進(jìn)行了整改,從現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收和改造后的運(yùn)行情況看,達(dá)到了預(yù)期的效果。

5 結(jié)論

對(duì)山西電網(wǎng)在運(yùn)的直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置采用專用校驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行全面校驗(yàn),發(fā)現(xiàn)了原電阻法對(duì)絕緣裝置進(jìn)行校驗(yàn)所未發(fā)現(xiàn)的問題。在電阻法進(jìn)行校驗(yàn)時(shí),在系統(tǒng)中接入1個(gè)25 kΩ的電阻,檢測(cè)人員擔(dān)心會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)絕緣降低,從而只能對(duì)絕緣監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行最基本的報(bào)警功能檢測(cè),而對(duì)影響系統(tǒng)安全的因素?zé)o法做全面的試驗(yàn)。有鑒于此,有必要采取如下措施解決絕緣裝置存在的問題。

a)建議配備專用校驗(yàn)儀器,定期對(duì) “絕緣監(jiān)測(cè)儀”進(jìn)行校驗(yàn),對(duì)絕緣監(jiān)測(cè)裝置的性能進(jìn)行全面評(píng)估。

b)在今后設(shè)備選型和技術(shù)改造方面加強(qiáng)產(chǎn)品技術(shù)環(huán)節(jié)的審查,防止技術(shù)缺陷產(chǎn)品進(jìn)入電網(wǎng)運(yùn)行。

c)對(duì) “絕緣監(jiān)測(cè)儀”由于自身的問題導(dǎo)致電壓波動(dòng)較大或帶有較大的對(duì)地電容的裝置,要盡快進(jìn)行整改,以及時(shí)消除系統(tǒng)安全隱患。

d)加強(qiáng)絕緣檢測(cè)相關(guān)專業(yè)方面的技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)交流。

[1] 黃劍.便攜式直流接地檢測(cè)儀對(duì)電力設(shè)備運(yùn)行的影響分析 [J].廣東電力,2007,20(3):34-37.

YU Bin
(ShanxiElectric Power Corporation,Taiyuan,Shanxi 030001,China)

The state of insu lation plays an essential ro le in relay p rotection and the stab le operation of substation.Insulation monitoring device is key for testing the insulation status of DC pow er system in substation.Based on the analysis of the data from on-site calibration o f insulationmonitors in some of the substations of ShanxiG rid,it is found that there are some problems on the insulation monitors,involving voltage fluctuation,non-polarized grounding detec tion,installation of a larger built-to-ground capacitance,the deviation of positive-and-negative-to-ground voltage being too large and so on,and the so lutions thereof are proposed.

insulation monitor;check;bipolar grounding;voltage f luctuations to ground;distributed capacitance to ground

TM 762

A

1671-0320(2010)02-0018-03

2010-01-11,

2010-03-02

尉 鑌 (1975-),男,山西大同人,1997年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電力系統(tǒng)及自動(dòng)化專業(yè),工程師,從事變電運(yùn)行和直流工作。