電氣直流系統(tǒng)的運(yùn)行及故障處理

高衛(wèi)東

摘要：電氣直流系統(tǒng)在發(fā)電廠的設(shè)備運(yùn)行中非常重要，它為繼電保護(hù)裝置、自動裝置、控制系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、事故照明、UPS 等設(shè)備提供工作電源，是保證發(fā)電廠正常運(yùn)行的必備條件。但由于直流系統(tǒng)某兩點(diǎn)接地短接了有關(guān)元件，就會造成繼電保護(hù)的誤動作，甚至造成斷路器的誤跳、拒跳和直流熔絲熔斷等嚴(yán)重情況。因此做好電氣直流系統(tǒng)的運(yùn)行及故障處理工作十分重要。

關(guān)鍵詞：電氣;直流系統(tǒng);運(yùn)行;故障處理

前言：

直流輸電系統(tǒng)由于其在傳輸容量、傳輸距離、線路損耗等方面的優(yōu)勢得到了飛速的發(fā)展。研究表明，多端直流輸、配電系統(tǒng)在大規(guī)模及分布式新能源接入、弱系統(tǒng)供電（偏遠(yuǎn)地區(qū)及海島等）以及城市配電等領(lǐng)域具有巨大的優(yōu)勢。隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，直流系統(tǒng)將成為未來電力系統(tǒng)的重要組成部分，因此研究電氣直流系統(tǒng)的運(yùn)行及故障處理具有重要意義。

1直流系統(tǒng)的構(gòu)成

直流輸電具有傳送功率大、線路造價(jià)低、控制性能好等優(yōu)點(diǎn)，是目前發(fā)達(dá)國家作為高電壓、大容量、長距離送電和異步聯(lián)網(wǎng)的重要手段。具體而言，直流系統(tǒng)主要由充電模塊、監(jiān)控單元、直流饋電單元、降壓單元、絕緣監(jiān)測、蓄電池組等組成。一臺完整的充電柜一般由若干臺高頻開關(guān)電源模塊組成，正常情況下，單個(gè)的充電模塊故障不會對直流系統(tǒng)的運(yùn)行造成影響，在故障時(shí)可以臨時(shí)使用備用充電機(jī)的模塊替代，然后單獨(dú)將故障模塊拔下處理。由于目前電氣設(shè)備制造工藝水平的不斷提高，除直流電動機(jī)負(fù)荷外，一般很少有沖擊負(fù)荷的出現(xiàn)[1]。特別是在開關(guān)的控制回路中，分合閘線圈及儲能電機(jī)的電流都非常小，在工作狀態(tài)對直流母線電壓影響幾乎很小。監(jiān)控單元作為充電模塊和蓄電池組的指揮系統(tǒng)，在根據(jù)設(shè)置參數(shù)進(jìn)行控制的同時(shí)還能夠進(jìn)行故障監(jiān)視，及時(shí)將故障信息傳送給 DCS 等上位機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)，以便運(yùn)行人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。

2直流系統(tǒng)接地故障的危害

直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地是直流系統(tǒng)常見的異常運(yùn)行狀態(tài)，雖不立即產(chǎn)生后果，但潛在危險(xiǎn)性很大。直流接地故障中，危害較大的是兩點(diǎn)接地，可能造成嚴(yán)重后果。直流系統(tǒng)發(fā)生兩點(diǎn)接地故障，便可能構(gòu)成接地短路，造成繼電保護(hù)、信號、自動裝置誤動或拒動，或造成直流保險(xiǎn)熔斷，使保護(hù)及自動裝置、控制回路失去電源。在復(fù)雜的保護(hù)回路中同極兩點(diǎn)接地，還可能將某些繼電器短接，不能動作于跳閘、致使越級跳閘。

1 兩點(diǎn)接地可造成斷路器或保護(hù)誤動作。以某電氣直流系統(tǒng)為例，當(dāng)直流接地同時(shí)發(fā)生在 A，B 兩點(diǎn)時(shí)，斷路器控制開關(guān) SA 的 6～7 觸點(diǎn)、KQ 線圈、QF 觸點(diǎn)被短路接，跳閘線圈勵(lì)磁，使斷路器跳閘，此時(shí)，一次系統(tǒng)并未發(fā)生故障，所以稱為斷路器誤跳。當(dāng) B，C 兩點(diǎn)及 A，E 兩點(diǎn)接地時(shí)，都能使斷路器誤跳閘，同樣，當(dāng)兩點(diǎn)接地使保護(hù)出口動作時(shí)，即造成保護(hù)誤動作[2]。

2 兩點(diǎn)接地可造成斷路器或保護(hù)拒動。當(dāng)直流接地同時(shí)發(fā)生在A、D 兩點(diǎn)時(shí)，跳閘線圈回路被短路接，此時(shí)若一次系統(tǒng)發(fā)生故障，保護(hù)動作，不能使跳閘線圈勵(lì)磁，將造成斷路器拒動。

3 兩點(diǎn)接地可造成直流熔絲熔斷。當(dāng)接地點(diǎn)發(fā)生在 A，D 兩點(diǎn)時(shí)，會引起熔斷器熔斷，當(dāng)接地點(diǎn)發(fā)生在 D、E 兩點(diǎn)而保護(hù)動作時(shí)，不但斷路器拒跳，而且熔斷器熔斷，同時(shí)有燒壞繼電器的可能。4. 兩點(diǎn)接地可造成誤發(fā)信號，在正常運(yùn)行中斷路器控制開關(guān)觸點(diǎn) SA 的有關(guān)觸點(diǎn)是接通的，而斷路器的輔助觸點(diǎn) QF 是斷開的，中央事故信號回路不通，不發(fā)信號。但當(dāng)發(fā)生 A，F(xiàn) 兩點(diǎn)接地時(shí)，QF被短接，中央事故信號回路誤發(fā)斷路器跳閘信號。直流系統(tǒng)接地故障，不僅對設(shè)備不利，而且對整個(gè)電力系統(tǒng)的安全構(gòu)成威脅。（1）直流電源為 220 V，兩極對地電壓絕對值差超過 50 V 或絕緣能力降低到 25 kΩ。（2）直流電源為 48 V，任一極對地電壓有明顯變化時(shí)，應(yīng)視為直流系統(tǒng)接地。

3電氣直流系統(tǒng)的運(yùn)行及故障處理措施

3.1尋找接地點(diǎn)的一般原則

當(dāng)直流系統(tǒng)中有一點(diǎn)接地時(shí)，運(yùn)行人員應(yīng)盡快找到接地點(diǎn)，隔離故障點(diǎn)并消除故障，防止發(fā)展成兩點(diǎn)接地故障。（1）對于兩段以上并列運(yùn)行的直流母線，先采用“分網(wǎng)法”，拉開兩段母線的分段刀閘，判明屬哪一段母線接地，以縮小查找范圍。（2）對直流母線上允許短時(shí)停電的直流負(fù)荷饋線，采用“瞬間停電法”尋找。當(dāng)拉開某一回路時(shí)，如接地信號消失，并且各極對地電壓恢復(fù)正常（不能只靠接地信號消失為準(zhǔn)），則說明接地點(diǎn)在該回路上。如接地發(fā)生在某一專用直流回路時(shí)，可按先次要設(shè)備后主要設(shè)備取下（拉開）該回路的各分支路的熔斷器或刀閘來找出接地點(diǎn)。（3）對于不允許短時(shí)停電的重要直流負(fù)荷，可采用“轉(zhuǎn)移負(fù)荷法”查找接地點(diǎn)。（4）如接地不在各直流負(fù)荷上時(shí)，可瞬間解列充電設(shè)備、蓄電池和倒換直流母線查找接地點(diǎn)[3]。（5）在電容補(bǔ)償裝置運(yùn)行中，查找直流系統(tǒng)接地時(shí)，如需判斷帶有補(bǔ)償電容的控制回路有無接地時(shí)，則必須將具有公共負(fù)極的補(bǔ)償控制回路全部斷開，否則會由于電容器上的殘余電壓造成接地假象而誤判斷。

3.2掌握科學(xué)故障判斷方法

首先，利用絕緣監(jiān)察裝置判斷，變電站的直流母線一般分為兩段，每段母線上均裝有絕緣監(jiān)察裝置，直流系統(tǒng)正常工作時(shí)，裝置數(shù)字顯示母線電壓，監(jiān)測直流系統(tǒng)正、負(fù)母線絕緣狀況，當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生接地時(shí)，裝置自動啟動報(bào)警之后產(chǎn)生低頻信號，由正負(fù)直流母線平衡對地注入直流系統(tǒng)，再通過安裝于每一支路上的傳感器接收這一低頻交流信號，CPU對各條線路所采集信號電流進(jìn)行分析，判斷出故障線路號及接地電阻值，完成自動選接地線的功能。其次，利用拉路法進(jìn)行判斷，根據(jù)負(fù)荷的重要性，依次短時(shí)拉開直流屏所供直流負(fù)荷各回路。當(dāng)切除某一回路時(shí)故障消失，則說明故障就在該回路之內(nèi)。繼續(xù)運(yùn)用拉路法，就可以進(jìn)一步確定故障在此回路的哪一支路當(dāng)中。例如，斷開直流屏主控控制回路熔斷器，絕緣監(jiān)察裝置”接地”信號消失，說明故障在此回路中。最后，逐段排除法，讓直流負(fù)荷分段開環(huán)運(yùn)行，再斷開直流母線分段開關(guān)及回路環(huán)路開關(guān)，然后采用拉路法，故障范圍更容易確定。

3.3明確查找接地故障時(shí)的注意事項(xiàng)

故障識別與故障定位算法是故障隔離的基礎(chǔ)，是故障清除過程的重要組成部分。查找接地故障時(shí)的注意事項(xiàng)1. 瞬停直流電源時(shí)，應(yīng)經(jīng)調(diào)度同意，時(shí)間不應(yīng)超過 3 s，動作應(yīng)迅速，防止失去保護(hù)電源及帶有重合閘電源的時(shí)間過長。2. 為防止誤判斷，觀察接地現(xiàn)象是否消失時(shí)，應(yīng)從信號、光字牌和絕緣監(jiān)察表計(jì)指示情況綜合判斷。3. 盡量避免在高峰負(fù)荷時(shí)進(jìn)行[4]。4. 防止人為造成短路或另一點(diǎn)接地導(dǎo)致誤跳閘。5. 按符合實(shí)際的圖紙進(jìn)行，防止拆錯(cuò)端子線頭，防止恢復(fù)接線時(shí)遺留或接錯(cuò);所拆線頭應(yīng)做好記錄和標(biāo)記。6. 使用儀表檢查時(shí)，表計(jì)內(nèi)阻應(yīng)不低于 2 000 Ω。7. 查找故障，必須兩人及以上進(jìn)行，防止人身觸電，要做好安全監(jiān)護(hù)。8. 防止保護(hù)誤動作，必要時(shí)在瞬斷操作電源前，解除可能誤動的保護(hù)，操作電源正常后再投入保護(hù)

總結(jié)：

快速性、選擇性、靈敏性和可靠性是電力系統(tǒng)對繼電保護(hù)的基本要求，直流系統(tǒng)的故障識別原理與隔離方案的研究也必須遵循這一基本原則。而雖然國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究，但多端直流系統(tǒng)故障識別的快速性與故障隔離的選擇性問題仍然未能得到解決，為此今后還需不斷對電氣直流系統(tǒng)的運(yùn)行及故障處理工作做出研究。

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