變電站直流系統(tǒng)幾次絕緣異常情況的分析及處理

【摘要】 介紹了浙江電網(wǎng)500kV雙龍運(yùn)維站的直流系統(tǒng)絕緣異常情況，詳細(xì)分析了異常的發(fā)生及發(fā)展過(guò)程，結(jié)合該站直流系統(tǒng)接線情況以及接地監(jiān)測(cè)裝置的原理，闡述了該異常的處理過(guò)程和結(jié)果，并提出了整改措施和建議。

【關(guān)鍵詞】 變電站 直流系統(tǒng) 絕緣

直流系統(tǒng)在變電站中為控制、信號(hào)、繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置及事故照明等二次設(shè)備提供穩(wěn)定可靠的直流電源，是變電站的“心臟”，其重要性不言而喻。但作為一個(gè)大型的多分支供電網(wǎng)絡(luò)，其接地故障發(fā)生的概率較大。

同時(shí)，隨著供電支路的增加，受分布電容因素、氣候條件、檢修工藝等情況的影響，也可能會(huì)出現(xiàn)因絕緣整體下降而觸發(fā)的直流絕緣故障告警信號(hào)，500kV及以上電壓等級(jí)的變電站內(nèi)，這一現(xiàn)象尤其明顯。本文從浙江電網(wǎng)500kV雙龍運(yùn)維站幾個(gè)變電站近幾年這一期間的運(yùn)行異常情況出發(fā)，梳理了異常發(fā)生的過(guò)程，從該站直流系統(tǒng)接地監(jiān)測(cè)裝置原理出發(fā)，詳細(xì)描述了各類異常發(fā)生的處理過(guò)程和處理結(jié)果，給出了運(yùn)行注意事項(xiàng)和建議。

一、直流系統(tǒng)接線情況

雙龍運(yùn)維站現(xiàn)管轄萬(wàn)象變、信安變、丹溪變、雙龍變、芝堰變，共五個(gè)500kV變電站，本站直流系統(tǒng)一般均采用雙重化配置，共有直流Ⅰ段和直流Ⅱ段兩段母線，直流母線每段母線帶一段控制母線，有的沒(méi)有合閘母線，（有的變電站每段母線設(shè)有合閘母線和控制母線，合閘母線和控制母線之間通過(guò)自動(dòng)降壓硅鏈連接，合閘母線工作電壓220V）。沒(méi)有合母的變電站的所有直流負(fù)載會(huì)部接在控制母線上，控制母線工作電壓110V。

共設(shè)三臺(tái)充電機(jī)，其中1號(hào)充電機(jī)帶直流Ⅰ段負(fù)荷，2號(hào)充電機(jī)帶直流Ⅱ段負(fù)荷，，由1號(hào)、2號(hào)充電機(jī)分別帶直流Ⅰ、Ⅱ段運(yùn)行。Ⅰ、Ⅱ段母線各配置一套絕緣監(jiān)測(cè)裝置。（有3號(hào)充電機(jī)備用的變電站，3號(hào)充電機(jī)可帶直流Ⅰ、Ⅱ段負(fù)荷運(yùn)行，正常運(yùn)行時(shí)3號(hào)充電機(jī)備用。）

一般情況下，直流Ⅰ、Ⅱ段母線不得并列運(yùn)行，直流負(fù)荷為輻射形供電方式。接地監(jiān)測(cè)裝置接于控制母線上，理想情況下，接地監(jiān)測(cè)裝置顯示控母正/負(fù)極對(duì)地電壓均衡，為+/-55V。

二、直流系統(tǒng)運(yùn)行異常情況及處理

2010至2014年期間，直流系統(tǒng)絕緣故障情況在該站時(shí)有發(fā)生，特別是近幾年雙龍運(yùn)維站多次發(fā)生直流接地故障，成為影響該站安全穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間最久、程度最大的安全隱患。

2.1萬(wàn)象變直流Ⅰ段母線運(yùn)行異常

500kV萬(wàn)象變電站直流系統(tǒng)絕緣故障告警信號(hào)，最早發(fā)生在2013年3-7月份，在這一時(shí)間內(nèi)，直流Ⅰ段絕緣故障頻繁告警，直流Ⅰ段控母正、負(fù)極對(duì)地電壓嚴(yán)重偏移，通常為正對(duì)地80V左右、負(fù)對(duì)地30V左右。

為消除此類告警信息影響到運(yùn)維人員正常監(jiān)視，檢修人員多次對(duì)變電站內(nèi)直流系統(tǒng)進(jìn)行了檢查，都沒(méi)能查出故障點(diǎn)來(lái)，期間檢修人員大至診斷是21、22繼保小室內(nèi)直流有接地情況，采用拉路法查找接地（只拉測(cè)控回路，因?yàn)榻拥爻霈F(xiàn)時(shí)，一般天氣都不是很好，調(diào)度不同意接停保護(hù)回路），采用鉗型電流表測(cè)回路泄漏電流法，也沒(méi)能找到故障點(diǎn)。而且，隨后的運(yùn)行情況表明，當(dāng)雨水天氣時(shí)，直流Ⅰ段母線對(duì)地電壓倒不是很差，反而是雨水天氣的第二天，雨停了，天氣有所變好，直流母線電壓甚至達(dá)到正對(duì)地高于90V、負(fù)對(duì)地低于20V，

此時(shí)，變電站人員分析，一年前，也就是直流接地情況頻發(fā)前，該站所用變的油位計(jì)曾發(fā)生油位過(guò)低報(bào)警，檢修人員對(duì)其進(jìn)行了檢修處理，當(dāng)時(shí)打開了所用變的油位計(jì)，更換了部分零部件，在恢復(fù)接線時(shí)，該油位計(jì)的密封工作沒(méi)有做好，使得在雨水天氣時(shí)，少量的雨水進(jìn)入了油位計(jì)，油位計(jì)內(nèi)直流回路接地。

檢修人員對(duì)所用變油位計(jì)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)油位計(jì)內(nèi)有水珠，上次檢修后的封堵部分有松動(dòng)，表計(jì)內(nèi)直流回路接于油位計(jì)的中上部，在雨水天氣時(shí)，雨水在油位計(jì)的下部，沒(méi)有造成直流接地現(xiàn)象，到了雨停后，氣溫升高，雨水蒸發(fā)，水蒸氣上升，在直流電部位凝結(jié)，最后導(dǎo)致直流發(fā)生接地現(xiàn)象。檢修人員對(duì)該所用變的油位計(jì)拆封，對(duì)油位計(jì)干燥，重做封堵，直流接地告警消失。

2.2丹溪變直流Ⅱ段母線運(yùn)行異常

500kV丹溪變電站該站直流系統(tǒng)絕緣故障告警信號(hào)，最早發(fā)生在2010年11～12月份，在這一時(shí)間內(nèi)，直流Ⅱ段絕緣故障頻繁告警，直流Ⅱ段合母正、負(fù)極對(duì)地電壓嚴(yán)重偏移，通常為正對(duì)地80V左右、負(fù)對(duì)地40V左右。為消除此類告警信息影響到運(yùn)維人員正常監(jiān)視，檢修人員首次調(diào)低該站直流Ⅱ段接地監(jiān)測(cè)裝置的絕緣電阻門限值、接地電阻門限值，當(dāng)時(shí)將兩者設(shè)置為20kΩ（初始值為25kΩ），但這一方法顯然沒(méi)有太大的實(shí)際意義。

而且，隨后的運(yùn)行情況表明，當(dāng)雨水天氣時(shí)，直流Ⅱ段母線對(duì)地電壓甚至達(dá)到正對(duì)地高于100V、負(fù)對(duì)地低于20V，此時(shí)的母線絕緣電阻會(huì)低于接地監(jiān)測(cè)裝置設(shè)定的20kΩ，直流接地監(jiān)測(cè)裝置仍頻繁告警。

期間，檢修人員曾會(huì)同省電力試驗(yàn)研究院、相關(guān)廠方專業(yè)人員對(duì)該站直流系統(tǒng)絕緣狀況進(jìn)行多次檢查，使用便攜式鉗型檢測(cè)儀對(duì)直流Ⅱ段各支路進(jìn)行進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)得直流分屏各支路絕緣電阻基本都接近999kΩ，但分屏整體絕緣有所下降。

同時(shí)，檢修人員發(fā)現(xiàn)該站站內(nèi)ⅡEN5000系列故錄開關(guān)量采集板件對(duì)個(gè)別支路的對(duì)地絕緣影響較為明顯。

因此最終給出的結(jié)論有兩種：1、直流Ⅱ段母線整體絕緣下降；2、站內(nèi)ⅡEN5000系列故錄開關(guān)量采集板件對(duì)地絕緣不良。

針對(duì)ⅡEN5000系列故錄板件絕緣不良現(xiàn)象，相關(guān)職能部門曾提出過(guò)采用獨(dú)立的UPS電源給相關(guān)問(wèn)題故錄單獨(dú)供電的方案，但該方案目前尚未執(zhí)行。

至2012年底，該站直流Ⅱ段母線對(duì)地絕緣降低現(xiàn)象已存在約兩年的時(shí)間，一直沒(méi)有得到直接有效的處理，于是，檢修人員進(jìn)一步調(diào)整該站直流Ⅱ段接地監(jiān)測(cè)裝置的絕緣電阻門限值、接地電阻門限值，設(shè)定為目前的15kΩ。之后，該站直流Ⅱ段母線絕緣告警信號(hào)不再頻繁出現(xiàn)。

2013年12月，該站運(yùn)維人員在直流Ⅱ段母線接地監(jiān)測(cè)裝置上發(fā)現(xiàn)直流Ⅱ段母線對(duì)地電壓出現(xiàn)嚴(yán)重不均衡現(xiàn)象：U+為95V左右，U-為25V左右，此時(shí)R+約為121kΩ，R-約為22kΩ，而監(jiān)控后臺(tái)則沒(méi)有給出任何絕緣異常信號(hào)，經(jīng)萬(wàn)用表測(cè)量，直流Ⅱ段母線對(duì)地電壓數(shù)值與直流監(jiān)測(cè)儀顯示完全相符。經(jīng)過(guò)檢修人員的詳細(xì)檢查，確證系220kV #2故障錄波器某一開關(guān)量輸入回路絕緣不良引起。

雖經(jīng)處理，但該站直流Ⅱ段母線對(duì)地絕緣異常情況沒(méi)有得到明顯改善。陰雨天氣下母線對(duì)地絕緣電阻進(jìn)一步稍有下降，其電壓偏移程度也有所加大。多年的運(yùn)行情況表明，該站直流Ⅱ段母線對(duì)地整體絕緣下降的可能性較大。

2.3絕緣老化引起的直流母線運(yùn)行異常

2013年12月500kV萬(wàn)象變電站，發(fā)生直流Ⅰ段母線運(yùn)行異常，該站直流Ⅰ段絕緣故障告警現(xiàn)象開始頻繁出現(xiàn)，潮濕天氣情況下，該現(xiàn)象更為嚴(yán)重。開始階段，檢修人員將直流Ⅰ段母線絕緣告警信號(hào)的出現(xiàn)，也簡(jiǎn)單地歸結(jié)為系統(tǒng)對(duì)地整體絕緣下降，經(jīng)檢修人員檢查，確證系站內(nèi)1號(hào)電容器的網(wǎng)門閉鎖回路引出線對(duì)地絕緣不良引起，檢修人員對(duì)相關(guān)引出線進(jìn)行了更換處理。在本次接地故障得到有效處理之后，該站直流母線Ⅰ段對(duì)地絕緣已完全恢復(fù)正常。

2013年12月500kV丹溪變電站，發(fā)生直流Ⅰ段母線運(yùn)行異常，經(jīng)檢修人員檢查，確證系站內(nèi)#1所用變壓力釋放閥及本體瓦斯繼電器相關(guān)接點(diǎn)引出線對(duì)地絕緣不良引起，檢修人員對(duì)相關(guān)引出線進(jìn)行了更換處理。

三、直流系統(tǒng)絕緣異常情況分析

綜上所述，該站站內(nèi)直流接地故障告警信號(hào)的觸發(fā)，可以分為兩類情形：一是由直流對(duì)地整體絕緣下降導(dǎo)致；二是由直流發(fā)生直流接地故障導(dǎo)致，直流接地一種是絕緣老化引起，一種是檢修工藝不到位引起。直流系統(tǒng)對(duì)地整體絕緣下降時(shí)，其現(xiàn)象與直流系統(tǒng)非直接接地現(xiàn)象類似：接地極電壓下降，對(duì)地絕緣電阻低于正常值，非接地極電壓升高，極間電壓保持不變。

3.1直流系統(tǒng)絕緣整體下降情況分析

變電站內(nèi)的直流系統(tǒng)是一個(gè)大型的多分支供電網(wǎng)絡(luò)，其對(duì)地絕緣狀況一定程度上要受直流電纜對(duì)地分布電容的影響。且隨著站內(nèi)改、擴(kuò)建工程的不斷進(jìn)行，直流系統(tǒng)將越來(lái)越龐大、復(fù)雜，影響程度進(jìn)一步加深。而500kV變電站場(chǎng)地相對(duì)較大，直流分支相對(duì)更多，其影響則更為明顯。對(duì)地分布電容除影響直流系統(tǒng)對(duì)地整體絕緣外，還會(huì)影響到利用便攜式直流檢測(cè)儀檢測(cè)故障點(diǎn)的精確性：對(duì)部分直流接地故障，在主回路上還能判別，往下一級(jí)則已查不出接地支路，如果檢測(cè)儀的抗分布電容干擾指標(biāo)不夠，還可能出現(xiàn)誤報(bào)。

四、對(duì)直流系統(tǒng)接地情況分析和運(yùn)行注意事項(xiàng)

該站直流系統(tǒng)Ⅰ、Ⅱ段母線對(duì)地絕緣異常情況，分別是由于直流接地故障、直流系統(tǒng)對(duì)地整體絕緣下降兩種情況引起。針對(duì)直流Ⅱ段母線整體絕緣下降的情況，建議采取如下措施：

1、重視直流系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)工作，尤其應(yīng)注意保持直流屏柜、保護(hù)屏、自動(dòng)化屏清潔、干燥等，應(yīng)對(duì)直流系統(tǒng)作全面檢查，改善直流系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境。對(duì)屏內(nèi)的加熱器、室內(nèi)空調(diào)設(shè)備要定期檢查，保證其正常運(yùn)行；

2、變電站多建在山、田邊上，小動(dòng)物活動(dòng)較頻繁，對(duì)電纜有一定的危害性，而變站室外設(shè)備，特別是電纜溝內(nèi)，無(wú)法杜絕小動(dòng)物，值班員只能是認(rèn)真巡視，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患；

3、定期巡查直流系統(tǒng)的對(duì)地絕緣，利用精度較高的查找裝置定期檢查各個(gè)直流回路，對(duì)絕緣較差的直流回路加強(qiáng)監(jiān)測(cè)；

4、組織專業(yè)人員對(duì)站內(nèi)老設(shè)備的絕緣進(jìn)行進(jìn)行細(xì)致檢測(cè)，若確實(shí)存在質(zhì)量不良或老化現(xiàn)象，應(yīng)立即進(jìn)行更換，或采取其余有效應(yīng)對(duì)措施。運(yùn)行人員巡視時(shí)要特別老設(shè)備的巡視，盡早、盡快的發(fā)現(xiàn)直流系統(tǒng)的隱患和缺陷；

5、在保證直流檢測(cè)儀不頻繁報(bào)警的前提下，適當(dāng)提高絕緣電阻、接地電阻門限值，從而提高檢測(cè)儀的靈敏性，以便運(yùn)維人員能及時(shí)發(fā)現(xiàn)絕緣進(jìn)一步下降的異常現(xiàn)象；

6、作為運(yùn)行單位，要加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行人員的培訓(xùn)力度，使之掌握直流系統(tǒng)相關(guān)知識(shí)，尤其應(yīng)熟練掌握站內(nèi)直流系統(tǒng)的近年來(lái)的運(yùn)行狀況、可能存在的隱患，只有如此，才能在面對(duì)直流系統(tǒng)異常狀況時(shí)，做到正確的及時(shí)的處理故障；

7、加強(qiáng)對(duì)站內(nèi)改、擴(kuò)建工程的管理，對(duì)新接入直流系統(tǒng)的電纜及設(shè)備，特別是檢修后投入運(yùn)行的設(shè)備必須首先確保其絕緣情況的完好。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]浙江省電力公司檢修分公司 雙龍運(yùn)維站運(yùn)行分析

[2]浙江省電力公司檢修分公司 雙龍運(yùn)維站現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行規(guī)程

[3]浙江省電力公司檢修分公司 變電運(yùn)行管理制度

[4]電力系統(tǒng)用蓄電池直流電源裝置運(yùn)行與維護(hù)技術(shù)規(guī)程

[5]國(guó)家電網(wǎng)公司《預(yù)防直流電源系統(tǒng)事故措施》

[6]電力用直流電源監(jiān)控裝置（DL/T 856—2004）