直流母線對(duì)地電壓波動(dòng)原因分析及解決方案

趙俊蕾

河北滄州供電公司

直流母線對(duì)地電壓波動(dòng)原因分析及解決方案

趙俊蕾

河北滄州供電公司

在投運(yùn)的變電站直流電源系統(tǒng)中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)“正負(fù)直流母線對(duì)地電壓”不停地波動(dòng)變化，波動(dòng)幅度還都比較大，這就會(huì)導(dǎo)致故障錄波器頻繁啟動(dòng)，同時(shí)對(duì)直流電源系統(tǒng)受電設(shè)備的安全運(yùn)行造成了隱患，如：可能導(dǎo)致保護(hù)出口繼電器的誤動(dòng)等事故，本文主要對(duì)波動(dòng)的原因進(jìn)行分析、由波動(dòng)引發(fā)的影響進(jìn)行總結(jié)以及提出解決方案。

直流電源系統(tǒng)；正負(fù)直流母線對(duì)地電壓；絕緣監(jiān)察裝置；平衡橋；不平衡橋

1 正負(fù)直流母線對(duì)地電壓波動(dòng)產(chǎn)生的原因

由于直流電源系統(tǒng)為不接地系統(tǒng)，因此在系統(tǒng)中裝設(shè)了用于監(jiān)察并查找絕緣故障（或接地）的裝置——絕緣監(jiān)察裝置，絕緣監(jiān)察裝置的運(yùn)行可能導(dǎo)致正負(fù)直流母線對(duì)地電壓的變化，下面對(duì)其進(jìn)行分析。

1.1 絕緣監(jiān)察裝置工作原理

絕緣監(jiān)察裝置主機(jī)檢測(cè)正負(fù)直流母線的對(duì)地電壓，通過對(duì)地電壓計(jì)算出正負(fù)母線對(duì)地絕緣電阻。當(dāng)絕緣電阻低于設(shè)定值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。目前，檢測(cè)絕緣故障的方法只有兩種，平衡電橋檢測(cè)法和不平衡電橋檢測(cè)法：

1.1.1 平衡電橋檢測(cè)法

平衡電橋法在絕緣監(jiān)察裝置主機(jī)內(nèi)部設(shè)置2個(gè)阻值相同的對(duì)地分壓電阻R1、R2，通過它們測(cè)得母線對(duì)地電壓V1、V2。平衡電橋檢測(cè)原理框圖見圖1。

圖1 平衡電橋檢測(cè)原理圖

當(dāng)Rx=Ry=∞時(shí)，系統(tǒng)無接地。此時(shí)，V1=V2＝110V。

當(dāng)系統(tǒng)單端接地時(shí)，得以下方程（1）：

通過此方程式可求得單端接地電阻Rx或Ry。

當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)雙端接地時(shí)，得以下方程（2）：

此時(shí)，不能直接求解，處理方法是將Rx、Ry中較大的一個(gè)視為無窮大，按單端接地的情況求解，所求得的接地電阻值大于實(shí)際值。Rx、Ry的實(shí)際值越接近，則測(cè)量誤差越大，達(dá)到Rx=Ry時(shí)，測(cè)量誤差∞。

1.1.2 不平衡電橋檢測(cè)法

不平衡電橋檢測(cè)是由主機(jī)內(nèi)部兩個(gè)阻值相等的對(duì)地電阻通過電子開關(guān)K1、K2按照一定的開合順序接地。不平衡電橋檢測(cè)原理見圖2。

圖2 不平衡電橋檢測(cè)原理圖

在一個(gè)檢測(cè)周期內(nèi)，K1閉合K2斷開，測(cè)得V1、V2，得方程（3）

然后K1斷開K2閉合，經(jīng)一定延時(shí)后再次測(cè)量V1、V2，得方程（4）

解聯(lián)立方程（3）、（4）就可直接求得正負(fù)母線接地電阻Rx、Ry。

1.2 正負(fù)直流母線對(duì)地電壓產(chǎn)生的原因

絕緣監(jiān)察裝置的兩種檢測(cè)模式——平衡電橋和不平衡電橋由于本身電路的限制，都有各自的優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)，其比較見下表。

表1 平衡電橋和不平衡電橋檢測(cè)對(duì)比表

從上述對(duì)比中可以看出，要想在各種狀況下都能準(zhǔn)確測(cè)出絕緣故障，就必須選用不平衡橋檢測(cè)模式，但不平衡橋檢測(cè)模式就會(huì)導(dǎo)致正負(fù)直流母線對(duì)地電壓的波動(dòng)變化。

2 正負(fù)直流母線對(duì)地電壓波動(dòng)引發(fā)的影響

正負(fù)直流母線對(duì)地電壓波動(dòng)會(huì)對(duì)變電站內(nèi)事故監(jiān)測(cè)設(shè)備及直流電源系統(tǒng)受電設(shè)備造成下列影響。

2.1 對(duì)故障錄波器的影響。

由于正負(fù)直流母線對(duì)地電啟動(dòng)壓在波動(dòng)過程中超過了故障錄波器的設(shè)定值，導(dǎo)致故障錄波器頻繁啟動(dòng)。

2.2 對(duì)直流電源系統(tǒng)受電設(shè)備的影響。

直流電源系統(tǒng)為不接地系統(tǒng)，當(dāng)出現(xiàn)一點(diǎn)絕緣故障時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)正常運(yùn)行，不應(yīng)對(duì)受電設(shè)備的安全運(yùn)行造成影響。但由于正負(fù)母線對(duì)地電壓的波動(dòng)幅值過大就會(huì)造成受電設(shè)備的誤動(dòng)或拒動(dòng)，原因分析如下：

誤動(dòng)分析：如圖3，J2為保護(hù)出口繼電器，其動(dòng)作條件為動(dòng)作能量（大于5W）和電壓（大于55～75%UN）；

圖3

1）配電線路中的分布電容可以提供J2的動(dòng)作能量；

2）當(dāng)J2和J11之間發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，如果負(fù)母線對(duì)地電壓又高于55%UN就可能會(huì)滿足J2的動(dòng)作電壓條件；

綜上所述，由于配電線路中的分布電容無法控制，只能控制母線對(duì)地電壓的波動(dòng)范圍，若負(fù)母線對(duì)地電壓幅值高于55%UN，在發(fā)生一點(diǎn)接地故障時(shí)，即使控制接點(diǎn)J11未閉合，也可能會(huì)導(dǎo)致保護(hù)出口繼電器J2動(dòng)作，即保護(hù)出口繼電器J2誤動(dòng)。

拒動(dòng)分析：如圖4，J3為保護(hù)出口繼電器，其動(dòng)作條件為動(dòng)作能量（大于5W）和電壓（大于55～75%UN）；

圖4

1）配電線路中的分布電容可以提供J2的動(dòng)作能量；

2）當(dāng)J2和J11之間發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，如果負(fù)母線對(duì)地電壓又高于55%UN就可能會(huì)滿足J2的動(dòng)作電壓條件；

綜上所述，由于配電線路中的分布電容無法控制，只能控制母線對(duì)地電壓的波動(dòng)范圍，若負(fù)母線對(duì)地電壓幅值高于55%UN，在發(fā)生一點(diǎn)接地故障時(shí)，即使控制接點(diǎn)J41已斷開，其保護(hù)出口繼電器J3也可能不復(fù)歸，即保護(hù)出口繼電器J3拒動(dòng)。

正負(fù)直流母線對(duì)地電壓波動(dòng)嚴(yán)重危害到了對(duì)受電設(shè)備的安全運(yùn)行，必須對(duì)絕緣監(jiān)察裝置的運(yùn)行模式及參數(shù)加以規(guī)范。

3 針對(duì)“正負(fù)直流母線對(duì)地電壓波動(dòng)引”的解決方案

由于要想實(shí)現(xiàn)“任何絕緣故障均能準(zhǔn)確檢測(cè)”的目標(biāo)，就必須用到“不平衡橋檢測(cè)法”，所以“正負(fù)母線對(duì)地電壓波動(dòng)”就不可避免，只能從以下三個(gè)方面去解決：

3.1 減少不平衡橋的運(yùn)行次數(shù)

規(guī)定絕緣監(jiān)察裝置正常運(yùn)行在平衡橋模式，每天只投入一次不平衡橋，并且在上班開始的時(shí)間投入，便于運(yùn)維人員觀察、處理。

3.2 減小正負(fù)母線對(duì)地電壓的波動(dòng)幅度

由于保護(hù)出口繼電器的最小動(dòng)作電壓為55%UN，因此應(yīng)控制正、負(fù)母線對(duì)地電壓的壓差不能超過10%UN，否則就會(huì)影響受電設(shè)備的正常運(yùn)行，同時(shí)正負(fù)母線對(duì)地電壓波動(dòng)幅度超限時(shí)應(yīng)報(bào)警。

3.3 采用絕緣監(jiān)察裝置與絕緣監(jiān)察繼電器配合使用方式

傳統(tǒng)的絕緣監(jiān)察繼電器作為絕緣監(jiān)視的最初裝置，能夠在母線對(duì)地絕緣達(dá)到繼電器整定值時(shí)動(dòng)作發(fā)出信號(hào)，以提醒運(yùn)維人員及時(shí)進(jìn)行查找接地故障。而絕緣監(jiān)察裝置以上兩種解決方案均存在不利影響，如采用兩者配合使用的方式，在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，將絕緣監(jiān)察裝置退出運(yùn)行，采用絕緣監(jiān)察繼電器監(jiān)視直流系統(tǒng)對(duì)地絕緣。當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，絕緣監(jiān)察繼電器動(dòng)作發(fā)出告警信號(hào)，此時(shí)運(yùn)維人員到站后可以將絕緣監(jiān)察裝置投入運(yùn)行，通過絕緣監(jiān)察裝置快速選出故障支路，這樣即避免了因絕緣監(jiān)察裝置檢測(cè)時(shí)因電壓波動(dòng)不合格引起保護(hù)誤動(dòng)誤動(dòng)作跳閘和故障錄波器頻繁啟動(dòng)，又能在直流系統(tǒng)發(fā)生接地時(shí)，有效利用絕緣監(jiān)察裝置的先進(jìn)性快速選出故障之路，兩者起到了互補(bǔ)的作用。

4 結(jié)語

絕緣監(jiān)察裝置作為直流電源系統(tǒng)中必不可少的一個(gè)重要功能單元，它的性能直接影響到系統(tǒng)的安全運(yùn)行。本文只是在正負(fù)母線對(duì)地電壓波動(dòng)方面對(duì)其成因、危害及解決方案進(jìn)行了表面的剖析，只是起到一個(gè)拋磚引玉的作用，希望能引起業(yè)內(nèi)專家的重視及深層次的探討。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.22.074