升壓站直流系統(tǒng)假接地現(xiàn)象的分析與處理

王 義，沈 杰，凌大軍

(中外合資合肥第二發(fā)電廠，安徽 合肥 231607)

0 引言

發(fā)電廠升壓站系統(tǒng)是連接發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)主網(wǎng)架的過(guò)渡環(huán)節(jié)。直流系統(tǒng)在升壓站系統(tǒng)中主要承擔(dān)給繼電保護(hù)設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備、通訊系統(tǒng)和事故照明等設(shè)備不間斷提供直流電源，進(jìn)而保障整個(gè)電力設(shè)備的安全穩(wěn)定和可靠運(yùn)行，是整個(gè)升壓站系統(tǒng)的主要組成部分之一。直流系統(tǒng)所轄的線路和設(shè)備很多，直流母線及其出線電纜的實(shí)際敷設(shè)龐大而復(fù)雜。在運(yùn)行過(guò)程中，由于負(fù)荷電流、空氣溫度濕度、實(shí)際運(yùn)行方式等外部因素的影響，電纜及其接頭處都有可能出現(xiàn)老化而造成直流接地故障。

目前針對(duì)直流系統(tǒng)接地的微機(jī)裝置已經(jīng)比較成熟，一般情況下都能夠準(zhǔn)確反映金屬性直接接地和經(jīng)小電阻接地的故障。但對(duì)于接地電阻較大以及一些潛在的接地隱患，如某根饋線的整體絕緣下降卻未造成接地故障等問(wèn)題卻很難反映出來(lái)。但當(dāng)絕緣下降或者對(duì)地有比較大的容性電流時(shí)，微機(jī)裝置也不能及時(shí)反映。這就不僅需要維護(hù)人員全面了解該系統(tǒng)，而且要定期對(duì)直流系統(tǒng)的運(yùn)行狀況就地手動(dòng)檢查。

1 直流系統(tǒng)接地原因

電廠正常運(yùn)行時(shí)，升壓站直流系統(tǒng)的正負(fù)極對(duì)地的絕緣電阻相等，正負(fù)極對(duì)地電壓的差值在允許誤差范圍內(nèi)。

在發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，以負(fù)接地為例，反映為負(fù)極對(duì)地電壓向著零電位靠近，正極對(duì)地電壓則向著遠(yuǎn)離零電位的方向變大。在接地的瞬間，可能經(jīng)長(zhǎng)電纜較大的對(duì)地分布電容形成回路，從而遠(yuǎn)距離啟動(dòng)中間繼電器跳閘，造成開(kāi)關(guān)誤動(dòng)作。若單點(diǎn)接地未形成回路，雖然對(duì)其他裝置的運(yùn)行沒(méi)有影響，如各個(gè)線路的保護(hù)、通訊、信號(hào)和監(jiān)控裝置，但直流系統(tǒng)的供電可靠性將極大降低。若是再發(fā)生第2點(diǎn)接地，甚至第3點(diǎn)接地，極易造成直流短路并使開(kāi)關(guān)誤動(dòng)和拒動(dòng)。所以只要有1點(diǎn)接地或有1點(diǎn)接地的隱患，都應(yīng)及時(shí)查找，盡快消除或者隔離。

直流接地故障的主要原因有：雨水天氣，因室外的二次接線盒密封不好，進(jìn)水后造成短路；由于老鼠等小動(dòng)物咬破電纜引起接地；接線松動(dòng)至脫落引起接地；誤接線接地；插件內(nèi)原件損壞接地等。

2 直流接地查找方法

直流回路數(shù)量多、分布廣，接地點(diǎn)較難查找。比較有效的查找方法是，先根據(jù)運(yùn)行方式、近期的操作情況、氣候影響等來(lái)判斷可能的接地點(diǎn)，再遵循先信號(hào)和照明回路，后監(jiān)控、通訊和控制回路；先室外回路后室內(nèi)回路；先饋線后母線，再電源的原則，采取逐一拉斷負(fù)荷出線尋找的方法來(lái)查找。若拉電后直流接地現(xiàn)象消失，說(shuō)明故障點(diǎn)在該開(kāi)關(guān)控制的下級(jí)回路當(dāng)中；然后再層層分解，一段段排除。同時(shí)應(yīng)注意，在切斷各專(zhuān)用直流回路時(shí)，斷電時(shí)間不宜太長(zhǎng)，并應(yīng)預(yù)先做好防止繼電保護(hù)等誤動(dòng)作的措施。

3 合肥二電廠升壓站直流系統(tǒng)異常現(xiàn)象

3.1 升壓站直流系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)

合肥二電廠升壓站直流系統(tǒng)采用3臺(tái)充電設(shè)備(KADA31—150 A/110 V 多功能充電浮充電機(jī))、2組蓄電池 (GGm—400 Ah、2 V，52只 / 組)、直流母線分段運(yùn)行。直流系統(tǒng)帶有閃光裝置以及完善的絕緣監(jiān)察和電壓監(jiān)察裝置(見(jiàn)圖1)，一旦直流系統(tǒng)發(fā)生異?；蚪^緣明顯下降時(shí)能及時(shí)發(fā)出預(yù)告，以便運(yùn)行人員及時(shí)、準(zhǔn)確解決問(wèn)題。

圖1 網(wǎng)控直流系統(tǒng)

正常運(yùn)行時(shí)，2臺(tái)充電機(jī)工作，1臺(tái)備用，2臺(tái)充電機(jī)分別對(duì)2段母線供電，并且對(duì)各自所帶的蓄電池組提供浮充電流。直流電源系統(tǒng)配置的電壓監(jiān)察裝置整定為(-5 %～+10 %)Un，即欠壓值105 V，過(guò)壓值120 V。當(dāng)直流母線電壓超出此范圍時(shí)，發(fā)信號(hào)。絕緣監(jiān)察裝置動(dòng)作電流為3.1 mA，即當(dāng)絕緣電阻降到6.4 kΩ以下時(shí)，發(fā)信號(hào)。

3.2 升壓站直流系統(tǒng)異?，F(xiàn)象

電廠機(jī)組大修期間檢修人員發(fā)現(xiàn)升壓站直流系統(tǒng)I母和II母電壓均不正常，且都是正極電壓偏大、負(fù)極電壓偏小。測(cè)量中電壓值呈一定的規(guī)律性變化，以I母為例(見(jiàn)圖2)，正極電壓從92 V呈指數(shù)下降，經(jīng)十幾秒后穩(wěn)定在72.6 V；負(fù)極電壓從-49.3 V呈指數(shù)上升，經(jīng)十幾秒后穩(wěn)定在-39.2 V。

圖2 I母對(duì)地電壓測(cè)量值

絕緣監(jiān)察裝置的4KK轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)在斷開(kāi)位置時(shí)，微機(jī)接地巡檢儀無(wú)任何不正常指示，其他相關(guān)信號(hào)裝置也無(wú)報(bào)警和跳閘現(xiàn)象。初步推斷為在直流系統(tǒng)中負(fù)極電纜的某處存在接地點(diǎn)，且過(guò)渡阻抗很可能顯著呈現(xiàn)電容性。

4 直流接地點(diǎn)排查

4.1 常規(guī)排查

首先，維護(hù)人員根據(jù)先室外后室內(nèi)的排查原則，將升壓站網(wǎng)控樓至集控樓電子間的信號(hào)、控制和通訊電纜線解除，解除后用500 V的搖表測(cè)量被解除電纜的對(duì)地與線間絕緣，室外電纜對(duì)地絕緣良好。因此推斷，在室內(nèi)的某處可能存在故障點(diǎn)。

在對(duì)直流系統(tǒng)的室內(nèi)部分進(jìn)行檢查時(shí)，工作人員采用便攜式絕緣監(jiān)察裝置，對(duì)2條母線所帶的負(fù)荷依次檢查。該便攜式絕緣監(jiān)察裝置的原理為，通過(guò)裝置在檢查對(duì)象的母線上加一個(gè)電壓，然后用鉗形電流表依次測(cè)量每一個(gè)出線開(kāi)關(guān)下口的電流值，若被測(cè)的出線的電流值顯示相對(duì)加大，則可以判定該出線有接地現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)對(duì)所有饋線的檢查，都未能發(fā)現(xiàn)異常的支路。

4.2 故障排查過(guò)程中的異常現(xiàn)象

在采取上述方法后依然不能消除異?，F(xiàn)象的情況下，維護(hù)人員在與運(yùn)行人員協(xié)調(diào)并做好解除直流失壓保護(hù)的措施后，采用逐個(gè)短時(shí)間拆卸各條出線保險(xiǎn)的方法，依次觀察保險(xiǎn)拆卸后異?，F(xiàn)象是否被消除。然而在所有出線保險(xiǎn)經(jīng)過(guò)短時(shí)拆卸后，異?，F(xiàn)象依舊存在，工作人員遂懷疑是母線本身對(duì)地絕緣不好。

在進(jìn)行檢查直流母線的準(zhǔn)備工作時(shí)，在切換絕緣監(jiān)察裝置的瞬間，萬(wàn)用表測(cè)得的母線對(duì)地電壓突然恢復(fù)到正常值且變得穩(wěn)定。這個(gè)過(guò)程中的操作為，將萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)4KK由“斷開(kāi)”位置轉(zhuǎn)換到“I母”位置，接著運(yùn)行人員又將4KK開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換到“II母”位置，此時(shí)電壓值也能恢復(fù)正常(絕緣監(jiān)察裝置原理見(jiàn)圖3)。因此，運(yùn)行人員判斷可能是由于該轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)中的“斷開(kāi)”位置觸點(diǎn)使用時(shí)間太久老化而絕緣下降，只要更換該開(kāi)關(guān)即可。此時(shí)，5KK轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)在“母監(jiān)”位置，電壓表相關(guān)指示正常。

絕緣監(jiān)察裝置的原理為，通過(guò)阻值很大且相等的電阻R1和R2串聯(lián)于正負(fù)極母線之間，從R1和R2之間引出一點(diǎn)經(jīng)過(guò)一過(guò)渡電阻和不平衡電流繼電器接地，以此來(lái)給系統(tǒng)提供一個(gè)參考零電位的同時(shí)，檢測(cè)正負(fù)極電壓不平衡時(shí)產(chǎn)生的不平衡電流，并發(fā)出信號(hào)。

圖3 絕緣監(jiān)察裝置的原理

萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)4KK的功能邏輯如表1所示，其中“×”為接通，“○”為斷開(kāi)。

表1 4KK的功能邏輯

當(dāng)4KK在“I母”位置時(shí)，I母電壓在被監(jiān)察狀態(tài)；當(dāng)4KK在“II母”位置時(shí)，II母電壓在被監(jiān)察狀態(tài)；當(dāng)4KK在斷開(kāi)位置時(shí)，絕緣監(jiān)察裝置退出運(yùn)行。

萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)5KK的功能邏輯如表2所示。

表2 5KK的功能邏輯

當(dāng)5KK在“負(fù)對(duì)地”位置時(shí)，電壓表顯示被監(jiān)察母線的負(fù)對(duì)地電壓值。在“正對(duì)地”位置時(shí)，顯示被監(jiān)察母線的正對(duì)地電壓值。在“母監(jiān)”位置時(shí)，LJ繼電器投入，當(dāng)存在不平衡電流時(shí)動(dòng)作于發(fā)信號(hào)，ZJJ即為信號(hào)繼電器，此時(shí)電壓表顯示被監(jiān)察母線的正負(fù)極之間的電壓差值。在“WDCX”位置時(shí)，絕緣監(jiān)察裝置退出，由WDCX(微機(jī)直流系統(tǒng)絕緣在線監(jiān)測(cè)裝置)投入運(yùn)行。

為了將絕緣監(jiān)察裝置完全退出，且直流系統(tǒng)不受4KK開(kāi)關(guān)的影響，運(yùn)行人員將絕緣監(jiān)察裝置的4個(gè)保險(xiǎn)1RD，2RD，3RD，4RD全部卸下。當(dāng)再次測(cè)量系統(tǒng)對(duì)地電壓時(shí)，發(fā)現(xiàn)電壓又恢復(fù)到原來(lái)的電壓浮動(dòng)現(xiàn)象。隨后恢復(fù)4個(gè)保險(xiǎn)，直流系統(tǒng)電壓正常。由此可以排除該異?，F(xiàn)象是由于4KK開(kāi)關(guān)內(nèi)絕緣下降引起的。因?yàn)槿羰?KK開(kāi)關(guān)的問(wèn)題，在保險(xiǎn)卸下后，系統(tǒng)電壓應(yīng)該恢復(fù)正常。

5 假接地現(xiàn)象的分析

根據(jù)上述現(xiàn)象，重點(diǎn)對(duì)保險(xiǎn)以及4KK開(kāi)關(guān)位置分析。經(jīng)檢查保險(xiǎn)均良好，4KK開(kāi)關(guān)本身的問(wèn)題也已經(jīng)排除。在保險(xiǎn)裝上后，5KK在“母監(jiān)”位置的前提下，4KK開(kāi)關(guān)在“斷開(kāi)”位置時(shí)系統(tǒng)電壓也不正常。

當(dāng)4KK在“I母”位置時(shí)(在“II母”位置時(shí)相同)，絕緣監(jiān)察裝置工作在對(duì)I母的監(jiān)察狀態(tài)，I母正負(fù)極間串聯(lián)R1和R2 2個(gè)電阻，并從2個(gè)電阻之間引出線，經(jīng)電阻R和電流繼電器LJ接地，形成回路。這就相當(dāng)于在絕緣監(jiān)察裝置投入使用的同時(shí)，將直流系統(tǒng)的零電位與接地零電位相連，作為參考零電位。而在絕緣監(jiān)察裝置退出時(shí)，系統(tǒng)因失去零電位參考，在用萬(wàn)用表測(cè)量電壓時(shí)，電壓會(huì)出現(xiàn)浮動(dòng)，呈現(xiàn)假接地現(xiàn)象。

當(dāng)5KK投入到WDCX裝置時(shí)，該絕緣監(jiān)察裝置相當(dāng)于被退出，4KK不再起作用，而系統(tǒng)的零電位參考點(diǎn)則依然是通過(guò)該絕緣監(jiān)察裝置的接地點(diǎn)獲得，以保證系統(tǒng)和WDCX裝置的正常運(yùn)行。故當(dāng)4KK在斷開(kāi)位置時(shí)，只有5KK在“WDCX”位置，直流系統(tǒng)才有相應(yīng)的參考零電位，5KK在其他位置，系統(tǒng)都將會(huì)顯示電壓異常浮動(dòng)。

因此無(wú)論何種運(yùn)行方式，直流系統(tǒng)的電壓零點(diǎn)都必須固定一個(gè)參考零電位，以確保母線對(duì)地電壓的幅值穩(wěn)定。當(dāng)失去參考零電位時(shí)用萬(wàn)用表測(cè)量母線對(duì)地電壓，則由于長(zhǎng)電纜的對(duì)地分布電容經(jīng)過(guò)萬(wàn)用表內(nèi)阻形成回路后出現(xiàn)一個(gè)新的動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程，而出現(xiàn)圖2中母線對(duì)地電壓隨時(shí)間呈指數(shù)衰減形式的現(xiàn)象。系統(tǒng)失去零電位時(shí)，雖然不會(huì)對(duì)運(yùn)行造成影響，但在零點(diǎn)漂移較大且存在一點(diǎn)接地時(shí)，可能造成誤發(fā)信號(hào)甚至誤動(dòng)或者拒動(dòng)，給系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行埋下了隱患。

6 結(jié)束語(yǔ)

直流系統(tǒng)接地故障的排除可能很容易，即只要通過(guò)在線直流接地檢測(cè)裝置就能直接確定；也可能很難，即出現(xiàn)無(wú)任何信號(hào)指示但直流電壓依然不正常的情形。后者往往不易發(fā)現(xiàn)，也更難消除。在查找和解決直流接地故障的傳統(tǒng)方法基礎(chǔ)上，可考慮直流系統(tǒng)的參考零電位是否穩(wěn)定，給直流系統(tǒng)接地問(wèn)題的解決提供了一種新思路和新方法。

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