直流系統(tǒng)絕緣降低誤報警故障處理及分析

李 霞

（清遠蓄能發(fā)電有限公司，廣東 清遠 511853）

0 引言

直流系統(tǒng)是發(fā)電廠、變電站的一個重要組成部分，為斷路器控制回路、信號回路、繼電保護和自動裝置等二次回路提供所需的操作電源。直流系統(tǒng)接地可能造成繼電保護誤動、拒動，危害電網(wǎng)的安全。正常情況下，直流系統(tǒng)正負極均是對地絕緣的，當直流系統(tǒng)絕緣破壞或系統(tǒng)內(nèi)負荷存在環(huán)網(wǎng)時，均會造成直流系統(tǒng)正負極對地絕緣異常。當電廠直流系統(tǒng)出現(xiàn)接地異常時，應及時消除，以保證電廠設備安全穩(wěn)定運行。

1 清蓄電廠直流接地問題分析

1.1 清蓄電廠直流系統(tǒng)非金屬性接地故障現(xiàn)象概述

清蓄電廠地下廠房直流系統(tǒng)自投產(chǎn)以來時常發(fā)現(xiàn)多條支路同時出現(xiàn)絕緣降低告警（現(xiàn)場絕緣監(jiān)測告警定值設置為25kΩ），維持3～5s后自動消失，且無規(guī)律的短時再次出現(xiàn)并復歸。多條支路常伴隨著故障支路發(fā)出絕緣異常告警，但實際檢查卻發(fā)現(xiàn)為絕緣監(jiān)測系統(tǒng)誤報警?，F(xiàn)場選擇一條無絕緣報警的支路，用導線將其正負極對地分別短時間短接（1～10s）。發(fā)現(xiàn)除接地短接的支路外還有多條支路顯示有絕緣異常，檢查發(fā)現(xiàn)除接地短接的支路外的支路并不是真正的絕緣降低，而是所在支路電流互感器靈敏度不夠高，在其他支路有接地時感應電流造成的支路誤報絕緣異常。更換誤報警支路電流互感器后此現(xiàn)象有所減弱但并未消失。

清蓄電廠地下廠房直流系統(tǒng)接線方式如圖1所示，采用雙交流電源輸入，分段獨立運行，中間以母聯(lián)開關(guān)（正常運行時為斷開狀態(tài)）相連。

1.2 清蓄電廠直流系統(tǒng)非金屬性接地故障查找

采用分別測量各故障支路正對地、負對地電壓的方法來查找直流接地故障。檢查部分故障支路后發(fā)現(xiàn)直流系統(tǒng)并未發(fā)生永久性接地故障，且母線電壓存在小范圍內(nèi)波動，并不適合采取這種方法檢查。考慮到清蓄電廠地下廠房直流系統(tǒng)線路相對較長，所帶的下級負荷較多、分布較廣、較容易受環(huán)境的影響（比如灰塵，潮氣的腐蝕）造成電纜的絕緣降低及破壞，初步懷疑間斷性的絕緣降低告警為現(xiàn)場環(huán)境中灰塵或潮濕環(huán)境引起。經(jīng)過長時間對直流系統(tǒng)室內(nèi)盤柜通風及多次的盤柜清灰，絕緣降低告警出現(xiàn)的雖不如前期頻繁，但告警并未完全消除。故排除完全由灰塵、潮氣的腐蝕等造成直流系統(tǒng)的絕緣降低。

采用XHJD-1000型直流系統(tǒng)接地故障查找儀對接地故障點進行查找。直流系統(tǒng)接地故障查找儀接地指示燈亮，故障查找儀診斷系統(tǒng)的確有接地。用故障探測儀對直流系統(tǒng)饋電支路進行查找，發(fā)現(xiàn)僅有一條支路存在接地現(xiàn)象。確定故障支路后對其直流電源電纜上的同一個點進行多次接地測量發(fā)現(xiàn)相同的位置接地點方向指示反復在變換，不同時間測量的接地方向指示都不同。初步懷疑系統(tǒng)內(nèi)有環(huán)路對測試結(jié)果造成影響。查看直流系統(tǒng)負荷圖確實發(fā)現(xiàn)存在負荷接線不當造成兩路直流電源負極相連形成了環(huán)路。

2 清蓄電廠環(huán)路供電系統(tǒng)

2.1 清蓄電廠環(huán)路供電系統(tǒng)描述

清蓄電廠SFC系統(tǒng)直流電源為兩段母線同時運行，電源分別取自兩段母線，在負荷側(cè)采用二極管隔離后同時向負載供電。如圖2所示。

圖2 清蓄電廠SFC系統(tǒng)直流電源供電示例圖

SFC系統(tǒng)直流電源雖然兩段直流母線并未直接并聯(lián)形成環(huán)流，但負荷側(cè)正極采用二極管隔離后同時向負載供電，負極并接供給負荷直流負極用電造成兩段母線存在電氣上的聯(lián)系，導致整個直流饋電系統(tǒng)形成網(wǎng)絡環(huán)流。清蓄電廠直流系統(tǒng)兩段母線上均裝有檢測母線對地絕緣的絕緣監(jiān)測儀，如圖3所示。在直流系統(tǒng)正常運行時絕緣監(jiān)測儀實時監(jiān)測正負母線的對地電壓，測算母線絕緣電阻值。因SFC系統(tǒng)支路本身接地電阻僅為35kΩ，絕緣檢測儀判定直流母線絕緣下降時發(fā)出報警信號，點亮故障燈，并將故障標志上送監(jiān)控模塊，同時啟動低頻信號注入一個較小的交流電流信號投向各支路。穿套在該支路的互感器會感應出電流信號，經(jīng)過放大后進入AD采樣并上報監(jiān)控模塊進行支路絕緣降低報警。

圖3 絕緣監(jiān)測儀工作原理框圖

因SFC系統(tǒng)將兩段完全獨立的直流母線在負載側(cè)間接相連，而負荷端對地絕緣電阻又相對較低，故兩段直流母線上的兩個絕緣監(jiān)測儀不斷地向各個支路投入小電流的交流信號，導致直流系統(tǒng)每段饋電支路上每個直流互感器都能檢測到漏電流，致使絕緣檢測裝置不能正常的檢測各支路絕緣情況，頻繁的出現(xiàn)SFC系統(tǒng)支路絕緣異常告警。

多條支路常伴隨著SFC系統(tǒng)支路發(fā)出絕緣異常告警信號，但實際檢查卻發(fā)現(xiàn)為絕緣監(jiān)測系統(tǒng)誤報警。現(xiàn)場選擇一條無絕緣報警的支路，用導線將其正負極對地分別短時間短接（1～10s）。發(fā)現(xiàn)除接地短接的支路外還有多條支路顯示有絕緣異常，檢查發(fā)現(xiàn)除接地短接的支路外的支路并不是真正的絕緣降低，而是所在支路電流互感器靈敏度不夠高，在環(huán)路支路檢測到小電流流過時電流互感器感應出的感應電流造成的支路誤報絕緣異常。更換誤報警支路電流互感器后此現(xiàn)象消失。

2.2 環(huán)路供電系統(tǒng)電流分布

當直流系統(tǒng)內(nèi)存在多個負荷環(huán)流時，系統(tǒng)電流分布較為復雜?，F(xiàn)建立環(huán)路供電系統(tǒng)電流分布圖如下頁圖4所示。

在圖4所示的環(huán)路供電網(wǎng)絡中，根據(jù)基爾霍夫電流定律

圖4 環(huán)路供電網(wǎng)絡電流分析

對負荷1，存在關(guān)系式：

對于負荷2，存在關(guān)系式：

對于I段直流母線，存在關(guān)系式：

對于II段母線，存在關(guān)系式：

由(1)、(2)、(3)、(4)式可組成一個多解方程組。但對于現(xiàn)場接線已經(jīng)確定的直流系統(tǒng)來說，其對應的每一條支路的電流值與線路阻抗有關(guān)，當電纜敷設完成后線路阻抗便已確定，故直流系統(tǒng)中各支路電流值唯一確定。由多解方程式可知，在回路負載絕緣良好的情況下回路電流會根據(jù)導線和負載的阻抗進行再分配，對于單條饋線，從母線流入CT的電流與從CT流回負母線的電流不一定相等，就會產(chǎn)生電流差，造成絕緣監(jiān)測裝置誤報警。

2.3 直流環(huán)路對直流系統(tǒng)安全性的影響

直流系統(tǒng)如果長期處于環(huán)路運行，有可能會導致蓄電池使用年限縮短，電纜融化導致火災，保護誤動作幾率加大等不安全事件發(fā)生。

（1）電纜融化導致火災：各系統(tǒng)控制回路電纜一般較細，內(nèi)徑較小，在直流系統(tǒng)發(fā)生環(huán)路故障時，會長期存在一個環(huán)路電流，這樣會致使電纜長期有電流流過而溫度過熱，若故障不消除，長期過熱將有可能造成火災事故。

（2）縮短蓄電池使用壽命：當蓄電池在進行浮充電壓充電時，由于蓄電池容量及自我放電能力的差別將導致一組蓄電池過充，另一組欠充，會影響蓄電池性能。

（3）存在環(huán)流的直流系統(tǒng)內(nèi)若發(fā)生一點接地很容易引發(fā)兩點及兩點以上的接地故障，或因故障點接地電流過大造成保護裝置誤動作。

3 結(jié)語

電廠直流系統(tǒng)日益復雜，增加了直流系統(tǒng)絕緣異常故障查找的困難性，根據(jù)現(xiàn)場絕緣檢測儀實際報警信息內(nèi)容，合理利用直流系統(tǒng)接地故障查找儀準確快速的定位故障點有助于提高故障查找效率，有助于維護電廠安全可靠運行。本文對清蓄電廠直流系統(tǒng)絕緣異常問題進行了系統(tǒng)的排查，最終發(fā)現(xiàn)其絕緣異常問題系由SFC系統(tǒng)負載側(cè)間接將兩段完全獨立的直流母線連接在一起造成系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)運行，因SFC系統(tǒng)支路本身接地電阻較低，僅為35 kΩ，故兩段直流母線上的兩個絕緣監(jiān)測儀不斷地向各個支路投入小電流的交流信號，導致直流系統(tǒng)每段饋電支路上每個直流互感器都能檢測到漏電流，致使絕緣檢測裝置不能正常的檢測各支路絕緣情況，頻繁的出現(xiàn)SFC系統(tǒng)支路絕緣異常告警，在小電流交流信號注入間隙，絕緣降低異常告警自然復歸。

為徹底解決清蓄電廠出現(xiàn)的絕緣降低異常告警，后續(xù)將對SFC系統(tǒng)進行解環(huán)。

參考文獻：

[1] GB/T19826-2005電力工程直流電源設備通用技術(shù)條件及安全要求[S].

[2] DL/T5044-2004電力工程直流系統(tǒng)設計技術(shù)規(guī)程[S].

[3] 陳勇.變電站直流系統(tǒng)接地故障分析[J].內(nèi)蒙古石油化工，2007(6)：60-61.

[4] 萬和勇.三峽左岸電站直流系統(tǒng)絕緣檢測優(yōu)化措施[J].水電自動化與大壩監(jiān)測，2006,30（6）：24-26.

[5] 陳安偉，樂全明，于文斌，等.直流系統(tǒng)環(huán)路供電方式及環(huán)路接地問題研究 [J].電力系統(tǒng)保護與控制，2010,38（11）：133-136.

[6] 王旭榮,等.淺談變電站直流系統(tǒng)接地故障及處理[J].內(nèi)蒙古石油化工,2008(21)：77-780.

[7] 劉森，張海鳳，李書勇.廣州換流站直流電源系統(tǒng)的改造設計與實施[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2009，37(9):49－52．

[8] 張信，盧燦燏.直流系統(tǒng)接地的危害分析與處理[J].中州煤炭,2007（1）：58-60.