從一起直流接地故障探析大型廠站直流系統(tǒng)運(yùn)行

徐　鵬（龍灘水力發(fā)電廠，廣西 天峨 547300）

從一起直流接地故障探析大型廠站直流系統(tǒng)運(yùn)行

徐鵬
（龍灘水力發(fā)電廠，廣西 天峨 547300）

摘要：通過(guò)對(duì)一起直流系統(tǒng)瞬時(shí)接地故障的分析，指出由于寄生回路的存在，導(dǎo)致兩套完全獨(dú)立的直流系統(tǒng)微機(jī)絕緣監(jiān)測(cè)裝置同時(shí)誤報(bào)接地故障；大型廠站內(nèi)大量微機(jī)型絕緣監(jiān)測(cè)裝置、靜態(tài)型保護(hù)裝置、濾波回路及長(zhǎng)電纜等設(shè)備的廣泛使用，使得直流系統(tǒng)運(yùn)行面臨很多新問(wèn)題；對(duì)新形勢(shì)下大型廠站的直流系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：直流系統(tǒng)；瞬時(shí)接地；絕緣監(jiān)測(cè)裝置；等效電容

在電力系統(tǒng)中，直流系統(tǒng)直接關(guān)系到發(fā)電廠、變電站乃至整個(gè)電網(wǎng)的安全、可靠和穩(wěn)定運(yùn)行。直流負(fù)荷一般采用輻射供電方式的設(shè)計(jì)原則[1]，直流回路電纜分布廣、元器件多、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行條件較差，當(dāng)發(fā)生接地或絕緣降低故障時(shí)很難發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，這直接催生了直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置的廣泛應(yīng)用。本文從一起由絕緣監(jiān)測(cè)裝置引起的直流瞬時(shí)接地故障分析入手，探討新形勢(shì)下發(fā)電廠、變電站直流系統(tǒng)運(yùn)行需重視的一些問(wèn)題。

1　事故發(fā)生經(jīng)過(guò)

某日，運(yùn)行人員將7號(hào)發(fā)電機(jī)出口斷路器切換至“現(xiàn)地”準(zhǔn)備操作，當(dāng)按下“7號(hào)機(jī)接地開(kāi)關(guān)807617”現(xiàn)地合閘按鈕時(shí)，監(jiān)控突然報(bào)出“公用LCU公用直流Ⅱ段母線(xiàn)接地”、“7-9號(hào)機(jī)組直流Ⅱ段母線(xiàn)接地”、“10kVⅦ段母線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)柜ⅦG1-18開(kāi)關(guān)跳閘回路斷線(xiàn)”等信號(hào)，隨后以上信號(hào)立即全部復(fù)歸。

繼電保護(hù)人員現(xiàn)場(chǎng)檢查微機(jī)絕緣監(jiān)測(cè)裝置故障記錄情況，發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)公用直流Ⅱ段絕緣監(jiān)測(cè)裝置報(bào)正極接地，接地電阻18.1kΩ，接地選線(xiàn)支路為“206支路-10kVⅥ段小母線(xiàn)”；7號(hào)機(jī)組交直流分饋電柜內(nèi)絕緣監(jiān)測(cè)裝置報(bào)負(fù)極接地，接地電阻20.2kΩ，接地選線(xiàn)支路為“214支路-7號(hào)發(fā)電機(jī)出口斷路器隔離開(kāi)關(guān)/接地開(kāi)關(guān)控制電源”，從兩套直流系統(tǒng)的微機(jī)絕緣監(jiān)測(cè)裝置故障記錄情況來(lái)看，本次故障為直流瞬時(shí)接地故障，兩套直流系統(tǒng)同時(shí)發(fā)生故障且同時(shí)復(fù)歸。

2　事故原因查找及分析

2.1事故原因查找過(guò)程

事故發(fā)生時(shí)，運(yùn)行人員正在配合檢修人員做安全措施，準(zhǔn)備現(xiàn)地電動(dòng)操作7號(hào)機(jī)組靠主變側(cè)接地刀閘807617合閘，根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)和微機(jī)絕緣監(jiān)測(cè)裝置記錄的時(shí)間來(lái)看，正是在運(yùn)行人員按下7號(hào)發(fā)電機(jī)斷路器控制柜面板上的807617合閘按鈕時(shí)，公用直流Ⅱ段、7號(hào)機(jī)組交直流饋電屏微機(jī)絕緣監(jiān)測(cè)裝置同時(shí)報(bào)正極或負(fù)極接地。經(jīng)檢查確認(rèn)，兩套絕緣監(jiān)測(cè)裝置選測(cè)的接地支路均不準(zhǔn)確。

經(jīng)過(guò)逐一排查，發(fā)現(xiàn)事故原因是由于近期廠用電10kV備自投裝置改造過(guò)程中，由于新增加的10kVⅥ段備自投裝置需引入10kVⅥ段進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)16DL的輔助接點(diǎn)，工作人員現(xiàn)場(chǎng)檢查16DL已無(wú)剩余接點(diǎn)后，誤將已用在7號(hào)機(jī)組靠主變側(cè)接地刀閘807617閉鎖回路中的一個(gè)16DL常閉輔助接點(diǎn)接入到了10kVⅥ段備自投裝置中，由于10kVⅥ段進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)16DL和7號(hào)發(fā)電機(jī)斷路器控制柜的直流電源系統(tǒng)分屬兩個(gè)不同的系統(tǒng)，兩套分別安裝在直流母線(xiàn)上的微機(jī)絕緣監(jiān)測(cè)裝置互相監(jiān)測(cè)對(duì)方內(nèi)部的人工接地點(diǎn)，造成誤報(bào)接地故障，由于人工接地點(diǎn)處于直流正、負(fù)母線(xiàn)的中間位置，所以可能會(huì)報(bào)正極或負(fù)極接地。此外，由于該人工接地點(diǎn)僅在按下7號(hào)機(jī)組靠主變側(cè)接地刀閘807617合閘按鈕瞬間才將回路接通，導(dǎo)致反映出來(lái)的為瞬時(shí)接地故障，按鈕彈回后就立即復(fù)歸。

2.2事故原因分析

目前微機(jī)型絕緣監(jiān)測(cè)裝置已廣泛應(yīng)用于大型廠站直流系統(tǒng)中，便于絕緣監(jiān)視和故障選線(xiàn)，一般每段直流母線(xiàn)設(shè)置一套。微機(jī)型絕緣監(jiān)測(cè)裝置一般都基于電橋原理計(jì)算正、負(fù)極接地電阻，都在絕緣監(jiān)測(cè)裝置內(nèi)部設(shè)置了一個(gè)人工接地點(diǎn)與廠站等電位地網(wǎng)可靠連接。

本次瞬時(shí)接地故障正是由于寄生回路的存在（共用一個(gè)接點(diǎn)使得兩個(gè)本應(yīng)完全獨(dú)立的回路互為對(duì)方的寄生回路），使得兩套完全獨(dú)立的直流系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測(cè)裝置互相監(jiān)測(cè)對(duì)方內(nèi)部的人工接地點(diǎn)而誤報(bào)接地。發(fā)生故障時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)二次接線(xiàn)簡(jiǎn)圖如圖1所示，該圖為7號(hào)發(fā)電機(jī)出口接地刀閘807617的合閘閉鎖回路，SH29為現(xiàn)地合閘按鈕接點(diǎn)，K29是合閘繼電器，S821為本體閉鎖操作接點(diǎn)，正常運(yùn)行情況下根據(jù)廠家設(shè)計(jì)的本體閉鎖邏輯，S821接點(diǎn)是完全斷開(kāi)的，所以瞬時(shí)接地故障只會(huì)在現(xiàn)地電動(dòng)操作，按下SH29按鈕時(shí)才會(huì)出現(xiàn)，按鈕彈回時(shí)故障復(fù)歸。

圖1故障時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)二次接線(xiàn)簡(jiǎn)圖

直流接地可能會(huì)引起其他二次設(shè)備出現(xiàn)故障，如在本次事故中就造成10kVⅦ段母線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)柜ⅦG1-18開(kāi)關(guān)保護(hù)裝置的光耦誤動(dòng)作（該光耦動(dòng)作電壓較低），監(jiān)控報(bào)“10kVⅦ段母線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)柜ⅦG1-18開(kāi)關(guān)跳閘回路斷線(xiàn)動(dòng)作/復(fù)歸”信號(hào)。

3　關(guān)于直流系統(tǒng)運(yùn)行的探討

3.1微機(jī)型絕緣監(jiān)測(cè)裝置對(duì)直流系統(tǒng)的影響

基于直流系統(tǒng)在發(fā)電廠、變電站的重要作用，用于監(jiān)視直流系統(tǒng)絕緣狀況和故障檢查的微機(jī)型絕緣監(jiān)測(cè)裝置得到了廣泛的應(yīng)用，目前直流系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測(cè)裝置國(guó)內(nèi)沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范，各廠家裝置原理各異，但基本上都基于了平衡橋方式、雙橋方式或乒乓方式等電橋原理計(jì)算正負(fù)極接地電阻，再輔以向直流系統(tǒng)注入輔助信號(hào)進(jìn)行接地選線(xiàn)的基本原理。絕緣監(jiān)測(cè)裝置為現(xiàn)場(chǎng)直流系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)視提供了很大的便利，但同時(shí)也帶來(lái)了一些新的問(wèn)題，對(duì)電氣設(shè)備運(yùn)行的影響很大。

（1）絕緣監(jiān)測(cè)裝置本身帶了較大的對(duì)地電容，造成系統(tǒng)分布電容過(guò)高；

（2）采用注入式原理接地選線(xiàn)的絕緣監(jiān)測(cè)裝置，在注入低頻信號(hào)時(shí)會(huì)使系統(tǒng)對(duì)地電容大幅增加；

（3）直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置接地選線(xiàn)時(shí)會(huì)造成直流系統(tǒng)電壓對(duì)地波動(dòng)；

（4）現(xiàn)場(chǎng)可能多套絕緣監(jiān)測(cè)裝置并聯(lián)運(yùn)行，造成直流系統(tǒng)中存在多個(gè)人工接地點(diǎn)，可能會(huì)影響裝置的正常運(yùn)行；

（5）不能準(zhǔn)確反應(yīng)交流串入直流系統(tǒng)、環(huán)網(wǎng)等重大隱患。

目前在很多大型廠站的直流系統(tǒng)普遍存在以上問(wèn)題，特別是使用較老絕緣監(jiān)測(cè)裝置的廠站，一般來(lái)說(shuō)這些問(wèn)題運(yùn)行單位都很難自己解決，除非直接換型，這些問(wèn)題還是要靠絕緣監(jiān)測(cè)裝置廠家在橋電阻、濾波電容等參數(shù)選擇、軟件算法等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，運(yùn)行單位也要重視絕緣監(jiān)測(cè)裝置的檢驗(yàn)，考察其正常運(yùn)行時(shí)、故障選線(xiàn)時(shí)對(duì)直流系統(tǒng)的影響。

3.2應(yīng)重視直流一點(diǎn)接地故障的排查

以往的相關(guān)專(zhuān)業(yè)書(shū)籍中對(duì)直流接地的描述，都指出直流一點(diǎn)接地時(shí)正負(fù)極間電壓不變，不影響設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行，只強(qiáng)調(diào)要及時(shí)排除故障，不能再發(fā)生兩點(diǎn)接地，因?yàn)閮牲c(diǎn)接地就會(huì)造成斷路器誤動(dòng)或拒動(dòng)，對(duì)直流一點(diǎn)接地故障重視不夠，此外還簡(jiǎn)單的普遍認(rèn)為正極接地容易誤動(dòng)，負(fù)極接地容易拒動(dòng)。殊不知這些觀點(diǎn)對(duì)目前分布電容較大的大型廠站已經(jīng)不再完全適用，由于微機(jī)型絕緣監(jiān)測(cè)裝置、靜態(tài)型保護(hù)裝置、濾波回路、長(zhǎng)電纜等對(duì)地等效電容較大的設(shè)備大量使用，在直流一點(diǎn)接地時(shí)，無(wú)論是正極接地還是負(fù)極接地都有可能造成開(kāi)關(guān)誤跳閘。

圖2直流系統(tǒng)等效電路圖

目前，典型的直流系統(tǒng)等效電路圖如圖2所示，圖中C+為直流正極對(duì)地等效電容，C-為直流負(fù)極對(duì)地等效電容，C為從保護(hù)裝置到斷路器中間繼電器的長(zhǎng)電纜對(duì)地電容，一般來(lái)說(shuō)電纜越長(zhǎng)電容越大，根據(jù)電路圖，利用三要素法，假定最終的穩(wěn)態(tài)電壓值VC（∞）為零，可以推導(dǎo)出中間繼電器K兩側(cè)的電壓為：設(shè)備運(yùn)行具有很大的安全隱患。

3.3加強(qiáng)反措的檢查和執(zhí)行力度，提升設(shè)備自身可

靠性

一般廠站對(duì)地電容在設(shè)備安裝投產(chǎn)完畢后就客觀存在，運(yùn)行單位很難去改變，此時(shí)為了防止斷路器的不正確動(dòng)作，就應(yīng)該加強(qiáng)斷路器控制回路自身的可靠性，這主要靠提高斷路器控制回路中的出口或中間繼電器的動(dòng)作電壓（或動(dòng)作功率）來(lái)實(shí)現(xiàn)。相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)中間繼電器的動(dòng)作電壓有具體要求：直流出口跳閘中間繼電器的動(dòng)作電壓應(yīng)為0.5～0.7（為中間繼電器工作電壓）[2]。跳閘出口繼電器的起動(dòng)電壓不應(yīng)低于直流額定電壓的50%，以防止繼電器線(xiàn)圈正電源側(cè)接地時(shí)因直流回路過(guò)大的電容放電引起誤動(dòng)作。

另外，在保護(hù)裝置內(nèi)部對(duì)外部開(kāi)入信號(hào)設(shè)置短暫延時(shí)也可以達(dá)到防止外部開(kāi)入接點(diǎn)抖動(dòng)引起保護(hù)誤動(dòng)，對(duì)于一些現(xiàn)場(chǎng)改造難度大的回路，可以采取在控制回路中串入或并聯(lián)適當(dāng)電阻的方式，提高整個(gè)中間繼電器的動(dòng)作電壓和動(dòng)作電流，達(dá)到提高回路可靠性的目的。

VC（0）為接地瞬間正極（或負(fù)極）對(duì)地電壓，衰減時(shí)間常數(shù)為τ=RC

可以看出中間繼電器K的端電壓是以接地瞬間正極（或負(fù)極）對(duì)地電壓VC（0）為初始值的指數(shù)衰減函數(shù)，從（1）式可以看出，中間繼電器K動(dòng)作與否，與直流系統(tǒng)正負(fù)極對(duì)地電容、長(zhǎng)電纜對(duì)地電容、對(duì)地絕緣電阻、絕緣監(jiān)測(cè)裝置內(nèi)部橋電阻有關(guān)，當(dāng)初值VC（0）較大，中間繼電器兩側(cè)電壓VK衰減至其動(dòng)作時(shí)間后，若此時(shí)的中間繼電器電壓瞬時(shí)值仍大于其動(dòng)作電壓值，該中間繼電器就會(huì)誤動(dòng)，如圖3所示。

4　結(jié)論

圖3中間繼電器V-t圖

新形勢(shì)下大型廠站的直流系統(tǒng)運(yùn)行面臨很多新問(wèn)題，要提高直流系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，保障現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須運(yùn)行單位、廠家等多方共同努力，運(yùn)行單位一定要摒棄舊觀念，做好防范，增強(qiáng)外部回路的可靠性，使用各種手段嚴(yán)防由直流系統(tǒng)引起其他設(shè)備異常或故障，廠家應(yīng)不斷通過(guò)技術(shù)革新，減少微機(jī)絕緣監(jiān)測(cè)裝置等設(shè)備的自身問(wèn)題對(duì)直流系統(tǒng)運(yùn)行的影響，只有這樣才能保證電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。

近年來(lái)，由于直流一點(diǎn)接地造成的保護(hù)裝置、斷路器誤動(dòng)作事故已發(fā)生多起，繼電保護(hù)專(zhuān)業(yè)人員已經(jīng)對(duì)此高度重視，也采取了很多措施。但對(duì)于發(fā)電廠的一些自動(dòng)化回路，一般運(yùn)行環(huán)境惡劣，更易造成一點(diǎn)接地，其他專(zhuān)業(yè)對(duì)這些直流接地的重視程度不足，

參考文獻(xiàn)：

[1]DL/T5044-2004.電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定[S].

[2]JBT9568-2000.電力系統(tǒng)繼電器、保護(hù)及自動(dòng)裝置通用技術(shù)條件[Z].

中圖分類(lèi)號(hào)：TM86

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-5387（2015）01-0018-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.01.006

收稿日期：2014-08-26

作者簡(jiǎn)介：徐鵬（1983-），男，工程師，從事繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置調(diào)試、檢修維護(hù)及運(yùn)行管理工作。