變電站直流系統(tǒng)接地點(diǎn)定位新技術(shù)的應(yīng)用研究

摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電能已經(jīng)是人們生活中不可或缺的能源。但我國很多地區(qū)的氣候惡劣，潮濕、溫差巨大等因素很容易導(dǎo)致變電站直流系統(tǒng)出現(xiàn)故障，并且如今的監(jiān)測系統(tǒng)并不完善，排查故障的過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，這就促使了變電站直流系統(tǒng)接地點(diǎn)定位必須應(yīng)用新技術(shù)，提高定位效率。本文主要分析了常見的變電站直流系統(tǒng)接地故障以及原因，并且著重介紹了一種基于分布式漏電流檢測定位技術(shù)的直流接地定位系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：直流接地；故障定位裝置；變電站；定位新技術(shù)

中圖分類號(hào)：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）12-0074-02

1 引 言

變電站直流系統(tǒng)的作用在于向信號(hào)回路、繼電保護(hù)與自動(dòng)裝置、控制系統(tǒng)等提供直流電源。它的正常與否直接影響到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可以說電網(wǎng)的正常運(yùn)行跟直流系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性緊密相關(guān)。整個(gè)變電站直流系統(tǒng)只有絕緣檢測裝置接地，其余各條線路上的任何一點(diǎn)都不與大地相連。當(dāng)一處接地故障在直流供電系統(tǒng)某點(diǎn)發(fā)生時(shí)，故障線路與接地故障點(diǎn)必須盡快找到并且立即排除故障，如果不及時(shí)處理，再次故障就很容易發(fā)生主控制回路、繼電保護(hù)裝置等的誤動(dòng)或拒動(dòng)，很可能造成嚴(yán)重的供電事故。所以變電站直流系統(tǒng)必須要應(yīng)用一種高效、準(zhǔn)確度高的直流系統(tǒng)接地點(diǎn)定位技術(shù)，為電網(wǎng)的正常運(yùn)行提供保障。

2 變電站直流系統(tǒng)接地點(diǎn)定位技術(shù)現(xiàn)狀

我國目前的變電站直流系統(tǒng)接地點(diǎn)定位技術(shù)主要分為兩種，一種是基于電橋平衡原理的直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測技術(shù)，另一種是基于變頻探測原理的直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測技術(shù)。兩種技術(shù)雖然都有一定的優(yōu)勢但也都存在一些問題?；陔姌蛟淼谋O(jiān)測方法雖然應(yīng)用較多但是卻不能區(qū)分多支路故障。而近幾年新引用的被大量使用的根據(jù)變頻探測原理設(shè)計(jì)的直流系統(tǒng)絕緣檢測的方法仍然存在不足之處：①在分布電容過大時(shí)，可能存在無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障線路的問題。②直流系統(tǒng)的電源質(zhì)量會(huì)受到其發(fā)射的低頻交流信號(hào)的影響，產(chǎn)生不穩(wěn)定的現(xiàn)象。③這種技術(shù)無法檢測到具體的故障點(diǎn)，只能針對(duì)某一直流回路檢測并判斷接地。

3 常見的直流系統(tǒng)接地故障

目前大部分的接地故障主要是因?yàn)槟承╇娎|或者金屬的絕緣層因?yàn)榧竟?jié)、天氣等環(huán)境因素的變化產(chǎn)生破損或者老化，而且某些設(shè)備在運(yùn)行中可能因?yàn)橐恍┵|(zhì)量問題使某些元件失去絕緣性，形成接地，造成故障。以下分析故障的具體成因：

（1）設(shè)備絕緣材料不合格，長時(shí)間使用后絕緣表皮老化，引起支路系統(tǒng)接地。

（2）金屬部件因?yàn)槟承┰蛎撀涞綆щ娫O(shè)備上造成接地故障，或者郊外的變電站被動(dòng)物誤闖，接觸到帶電元件造成直流系統(tǒng)接地故障。根據(jù)以往發(fā)現(xiàn)的事例，變電站的使用時(shí)間過長并且沒有及時(shí)進(jìn)行檢修，某些金屬部件脫落接觸到帶電元件上，直流系統(tǒng)回路短路，造成接地故障；并且在郊外的帶電工作的回路會(huì)偶爾被某些小動(dòng)物進(jìn)入，從而發(fā)生接地短路故障；而且二次線的絕緣表皮因?yàn)榘惭b某些部件時(shí)受到磨損，導(dǎo)致絕緣效果降低，造成直流接地。

（3）金屬設(shè)備或者元器件、電纜等組件絕緣性能因?yàn)樘鞖獬睗穸嘤昊蛘咭驗(yàn)檫\(yùn)行環(huán)境不佳，從而使絕緣性能大大削弱，使直流系統(tǒng)直接接地。而且季節(jié)性的連綿陰雨等特殊天氣條件也可能會(huì)使直流系統(tǒng)造成接地故障，但此類故障可能會(huì)在特殊天氣隨季節(jié)變換后消失。

（4）金屬設(shè)備或者電纜等組件因?yàn)椴划?dāng)甚至錯(cuò)誤地操作以及維護(hù)不合理等情況，形成潛在的接地故障。以往發(fā)現(xiàn)的事例有：直流系統(tǒng)中帶電設(shè)備由于設(shè)計(jì)、安裝的不當(dāng)，造成同接地設(shè)備或者其他帶電設(shè)備的絕緣間距過小，當(dāng)出現(xiàn)較大電壓時(shí)，間隙很可能被較大電壓擊穿，造成接地故障；設(shè)備被誤碰或者受到震動(dòng)，二次接線的接頭因此產(chǎn)生松動(dòng)甚至脫落的情況，接觸到金屬后形成接地故障；二次接線的松動(dòng)事例中，連接的電纜的另一頭由于被誤認(rèn)為不帶電，或者認(rèn)為是備用芯，從而直接讓其接觸金屬，但由于設(shè)備正在運(yùn)行，所以產(chǎn)生了直流接地故障。

4 變電站直流系統(tǒng)接地點(diǎn)定位技術(shù)

本節(jié)分析了五種變電站直流系統(tǒng)接地點(diǎn)定位技術(shù)，前四種定位技術(shù)目前已經(jīng)開始應(yīng)用，最后一種定位技術(shù)便是本文的重點(diǎn)推薦技術(shù)。

4.1 小波變換檢測定位技術(shù)

接地支路的判斷最有效的根據(jù)就是支路的接地電阻的數(shù)值，一般情況下，存在故障的支路接地電阻一般都低于20kΩ，所以在判斷接地支路時(shí)只要可以精確地計(jì)算電阻值，那么就可以準(zhǔn)確的找到發(fā)生故障的支路。但是由于以前計(jì)算支路電阻的方法不夠準(zhǔn)確主要因?yàn)閷?duì)地電容的影響較大，一般只能求測出大致范圍，因此檢測的結(jié)果很可能存在較大誤差。為了準(zhǔn)確的計(jì)算出支路接地電阻值，所以采用了小波變換監(jiān)測定位技術(shù)，小波分析可以準(zhǔn)確地分析處理特定頻率信號(hào)的幅值和相位信息，因此很適合提取信號(hào)特征。對(duì)于支路接地電阻的計(jì)算問題，低頻相電量通過小波變換監(jiān)測定位技術(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的提取，處理得到的數(shù)據(jù)之后，各支路接地電阻值就可以被計(jì)算出來，從而判斷出故障支路，對(duì)地電容對(duì)直流系統(tǒng)中檢測結(jié)果的影響從而被避免。

4.2 數(shù)字濾波器的檢測定位技術(shù)

數(shù)字濾波器的檢測定位技術(shù)可以通過提高信噪比，將10Hz以上的頻率干擾通過硬件濾掉，用數(shù)字濾波器去除低頻干擾，對(duì)支路電流的相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，然后通過處理，精確地找到接地支路。這樣不僅可以克服低頻干擾，而且可以解決掉低頻信號(hào)注入法帶來的電壓干擾以及其他許多干擾的問題。這種方法主要是將同步信號(hào)通過信號(hào)發(fā)生器發(fā)往支路電流檢測器，通過接收到的系統(tǒng)參數(shù)和信號(hào)參數(shù)和電流傳感器傳來的采樣電流數(shù)據(jù)，支路電流檢測器再進(jìn)行數(shù)字濾波、計(jì)算。信號(hào)電流在通過設(shè)備消除頻率較高的干擾后在進(jìn)行數(shù)字濾波解決頻率較低的干擾，可以很好地排除大部分的干擾，處理后的電流信號(hào)只剩下原始的相位和分量，因此就可以根據(jù)得到的結(jié)果進(jìn)行計(jì)算接地電阻，從而準(zhǔn)確判斷故障支路。

4.3 Duffing振子檢測定位技術(shù)

Duffing振子檢測定位技術(shù)是一種通過Duffing振子系統(tǒng)發(fā)生相變的條件，來準(zhǔn)確提取強(qiáng)噪音背景下支路電流、電壓的相應(yīng)數(shù)據(jù)，以此來完成對(duì)接地支路的定位。Duffing振子檢測定位技術(shù)可以解決現(xiàn)有技術(shù)方法帶來的問題，將分布電容的影響通過Duffing振子和變頻檢測相結(jié)合的方法很好地進(jìn)行了解決。尤其是許多檢測環(huán)境比較差的前提下，許多檢測方法的精確度很受到一定的影響，但Duffing振子檢測定位技術(shù)的準(zhǔn)確度在極差的條件下也可以保證。但這種方法不足之處是檢測需要時(shí)間較長，但總體來說可以滿足現(xiàn)在大部分檢測的要求，應(yīng)用前景也較為廣泛。

4.4 分形原理檢測定位技術(shù)

在一般情況下，直流系統(tǒng)的供電方式結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，基本的方式都是分段環(huán)形供電，檢測的難度相對(duì)來說比較大，支路電流以及接地支路電流的不同比較小，所以一般的檢測裝置不能分辨，所以不能準(zhǔn)確地判斷出接地支路。而分形原理檢測定位技術(shù)基于分形理論的環(huán)網(wǎng)故障識(shí)別方法，可以準(zhǔn)確地說明兩種信號(hào)的不同之處，在環(huán)網(wǎng)支路完成該故障定位。

4.5 分布式漏電流檢測定位技術(shù)

4.5.1 定位基本原理

變電站的直流系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下，與地電位沒有任何聯(lián)系。對(duì)于變電站有絕緣監(jiān)察裝置情況下，高阻值電阻將直流母線與地電位直接相連。直流母線的對(duì)地電壓可以在系統(tǒng)中沒有其他接地點(diǎn)的情況下保持恒定，接地電流也不會(huì)出現(xiàn)，但如果絕緣損壞支路出現(xiàn)接地點(diǎn)那么就會(huì)形成回路，改變對(duì)地電壓，那么就會(huì)產(chǎn)生電流。將接地裝置安裝在每一個(gè)直流電源進(jìn)線上時(shí)，沒有直流接地點(diǎn)的情況下，正、負(fù)電流饋線上的電流是大小相等、方向相反的狀態(tài)，定位監(jiān)測裝置檢測不到電流的存在。而一點(diǎn)出現(xiàn)了接地點(diǎn)，正負(fù)電流饋線上的電流就不能相互抵消，出現(xiàn)了差值，這差值就是通過接地電阻入地的漏電流，系統(tǒng)可以監(jiān)測到漏電流，并將信息傳送到監(jiān)控中心裝置。對(duì)漏電流進(jìn)行分析后，監(jiān)控裝置就可以確定到漏電流出現(xiàn)的定位裝置以及安裝位置，從而確定接地點(diǎn)的具體位置。

4.5.2 技術(shù)優(yōu)勢

（1）安裝的定位裝置對(duì)于變電站的影響很小，對(duì)于支路系統(tǒng)的改動(dòng)小，并且裝置體積小，便于安裝，工作量小。

（2）接地點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)可以快速進(jìn)行反應(yīng)，準(zhǔn)確判斷，可以及時(shí)對(duì)接地點(diǎn)進(jìn)行處理，避免對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生不良影響。

（3）環(huán)網(wǎng)多段運(yùn)行的影響小，可以適應(yīng)支路出現(xiàn)多接地點(diǎn)的情況。

（4）維護(hù)人員通過設(shè)置放置于變電站內(nèi)的圖形管理界面，便于維護(hù)管理和故障處理工作。

分布式漏電流檢測定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在故障發(fā)生時(shí)及時(shí)發(fā)出警報(bào)，并且在短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確地找到接地位置，大大減少了以往排查所耗費(fèi)的時(shí)間，完成了對(duì)絕緣故障的實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以說是極大地提高了發(fā)現(xiàn)故障、處理故障的工作效率。

5 結(jié) 語

變電站直流系統(tǒng)中應(yīng)用一種實(shí)用、好用的接地點(diǎn)定位技術(shù)，對(duì)于直流系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定同電網(wǎng)的正常運(yùn)作有著重要的意義。本文闡述的分布式漏電流檢測定位技術(shù)極大的提高了故障檢測處理的效率，減少了工作人員的工作量，其應(yīng)用價(jià)值與意義對(duì)于變電站直流系統(tǒng)來講可以說是非常巨大的。

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收稿日期：2018-3-25