太浦河泵站直流電源裝置絕緣降低報警故障的分析與處置

馬士磊 張慧峰 梁加洲

(太湖流域管理局蘇州管理局，江蘇 蘇州 215004)

1 工程概況

太浦河泵站工程配備GZDW-B系列帶觸摸屏程控直流電源裝置一套，以滿足工程供配電系統(tǒng)正?；蚍钦顟B(tài)下的直流控制電源和高壓開關(guān)分合閘的供電需求。該裝置將高頻開關(guān)電源、監(jiān)控單元、功率輸出、顯示等單元集中安裝于一屏，電池單獨(dú)裝于另一屏，高頻開關(guān)電源采用N+1模式，并保留了備硅+自動調(diào)壓電路。系統(tǒng)額定輸出電壓為DC220V，額定輸出電流為10A，電池容量為200Ah(見圖1)。

圖1 直流系統(tǒng)原理

監(jiān)控系統(tǒng)主要包括主監(jiān)控、交流檢測單元、直流檢測單元、開關(guān)量檢測單元、絕緣檢測單元、電池巡檢單元，分別采用艾默生EMU10模塊、EAU01模塊、EDU01模塊、EGU01模塊、EGU01模塊、EBU02模塊。主監(jiān)控的功能包括數(shù)據(jù)的采集、處理及傳輸，接收后臺發(fā)來的控制命令，接收各類操作命令等。

2 故障現(xiàn)象

運(yùn)行人員在例行巡視檢查過程中發(fā)現(xiàn)，直流電源裝置控制柜主監(jiān)控面板故障報警指示燈亮紅色，柜后報警音響響起，查看監(jiān)控系統(tǒng)告警記錄顯示“1號母線絕緣下降”“1#EGU01絕緣模塊11號饋出支路絕緣下降”“1#EGU01絕緣模塊13號饋出支路絕緣下降”，絕緣檢測模塊EGU01“RS485”指示燈常亮紅色、“ALARM”指示燈常亮黃色，進(jìn)一步查看主監(jiān)控模塊EMU10觸摸屏絕緣數(shù)據(jù)顯示正母線對地U+：+171.3V，R+：500kΩ，負(fù)母線對地U-：-65.9V，R-：44.9kΩ(見表1)。

表1 監(jiān)控系統(tǒng)絕緣數(shù)據(jù)

3 故障危害

因直流接地種類較多，此處僅對正極接地、負(fù)極接地、兩極接地三種情況進(jìn)行闡述。

3.1 正極接地

合閘控制回路，當(dāng)A點(diǎn)、B點(diǎn)接地時，電流回路自+KM到達(dá)A點(diǎn)，跳過合閘觸點(diǎn)直通B點(diǎn)，再經(jīng)過合閘線圈回到-KM，有可能引起誤合故障(見圖2)。

圖2 正極多點(diǎn)接地合閘回路控制原理

同理，分閘控制回路，當(dāng)A點(diǎn)、B點(diǎn)接地時，電流回路自+KM到達(dá)A點(diǎn)，跳過分閘觸點(diǎn)直通B點(diǎn)，再經(jīng)過分閘線圈回到-KM，有可能引起誤分故障。

3.2 負(fù)極接地

合閘控制回路，當(dāng)A點(diǎn)、B點(diǎn)接地時，電流回路自+KM經(jīng)過合閘觸點(diǎn)到達(dá)A點(diǎn)后，跳過合閘線圈直通B點(diǎn)，再回到-KM，有可能引起拒合故障，同時控制母線正負(fù)極短路，使直流電源保險熔斷或開關(guān)跳閘，系統(tǒng)失去保護(hù)及控制電源，還有可能燒毀繼電器接點(diǎn)(見圖3)。

圖3 負(fù)極多點(diǎn)接地合閘回路控制原理

同理，分閘控制回路，當(dāng)A點(diǎn)、B點(diǎn)接地時，電流回路自+KM經(jīng)過分閘觸點(diǎn)到達(dá)A點(diǎn)后，跳過分閘線圈直通B點(diǎn)，再回到-KM，有可能引起拒分故障，同時控制母線正負(fù)極短路，使直流電源保險熔斷或開關(guān)跳閘，系統(tǒng)失去保護(hù)及控制電源，還有可能燒毀繼電器接點(diǎn)。

3.3 兩極接地

合閘控制回路，當(dāng)A點(diǎn)、B點(diǎn)接地時，電流回路自+KM經(jīng)過A點(diǎn)后，跳過合閘觸點(diǎn)、合閘線圈直通B點(diǎn)，再回到-KM，有可能引起拒合故障，同時控制母線正負(fù)極短路，使直流電源保險熔斷或開關(guān)跳閘，系統(tǒng)失去保護(hù)及控制電源，還有可能燒毀繼電器接點(diǎn)。分閘控制回路同理(見圖4)。

圖4 兩極多點(diǎn)接地合閘回路控制原理

綜上所述，直流系統(tǒng)出現(xiàn)接地后，有可能出現(xiàn)誤合、誤分、拒合、拒分、保護(hù)及控制電源消失、繼電器接點(diǎn)燒毀等故障，對于配備多種高壓電氣設(shè)備的大型泵站工程而言，上述故障的存在則可能進(jìn)一步造成地區(qū)行洪排澇、突發(fā)水污染事故處置、水源地供水安全、生態(tài)補(bǔ)水等重大水事件。

4 故障分析

查閱圖紙后得知，11號饋出支路和13號饋出支路分別為變電站高程7.00m層事故應(yīng)急照明配電箱和泵房高程6.15m層事故應(yīng)急照明配電箱電源回路。由此可以初步確定，故障源在11號饋出支路和13號饋出支路中，運(yùn)行人員只需逐段排查11號饋出支路和13號饋出支路及其下級支路絕緣情況即可。

5 故障處置

5.1 拉路排查

5.1.1 拉路試探原理

直流饋出支路數(shù)量繁多、分布范圍廣，接地隱患點(diǎn)更是難以查找，相對有效的辦法就是拉路試探，即逐一對每路直流饋出支路空氣開關(guān)拉閘停電，觀察直流接地或絕緣降低現(xiàn)象是否消失；若停電后直流接地或絕緣降低現(xiàn)象消失，則接地點(diǎn)就位于本直流饋出支路空氣開關(guān)控制的下級回路中；若停電后直流接地或絕緣降低現(xiàn)象繼續(xù)存在，則本直流饋出支路空氣開關(guān)控制的下級回路中沒有直流接地或絕緣降低現(xiàn)象存在。

5.1.2 直流饋出支路分層分級配置原理

大型泵站工程直流系統(tǒng)中的直流饋出支路空氣開關(guān)采用分層分級配置，從直流母線往下經(jīng)過一段線、饋出支路空氣開關(guān)、二段線、配電箱、三段線至用電末端(見圖5)。

圖5 直流饋出支路分層分級配置示意圖

5.1.3 拉路試探操作

當(dāng)運(yùn)行人員單獨(dú)拉開11號饋出支路事故應(yīng)急照明空氣開關(guān)后，故障信號未發(fā)生變化，主監(jiān)控模塊EMU10告警記錄僅顯示“1號母線絕緣下降”和“1#EGU01絕緣模塊13號饋出支路絕緣下降”；運(yùn)行人員合上11號饋出支路事故應(yīng)急照明空氣開關(guān)，再次單獨(dú)拉開13號饋出支路事故應(yīng)急照明空氣開關(guān)后，故障信號未發(fā)生變化，主監(jiān)控模塊EMU10告警記錄僅顯示“1號母線絕緣下降”和“1#EGU01絕緣模塊11號饋出支路絕緣下降”；運(yùn)行人員合上13號饋出支路事故應(yīng)急照明空氣開關(guān)后，同時拉開11號饋出支路和13號饋出支路事故應(yīng)急照明空氣開關(guān)，故障報警指示燈熄滅，報警音響停止，主監(jiān)控模塊EMU10告警記錄不再刷新，絕緣檢測模塊EGU01“RS485”指示燈閃爍、“ALARM”指示燈熄滅，主監(jiān)控模塊EMU10觸摸屏絕緣數(shù)據(jù)顯示正母線對地U+：+119.7V，R+：500kΩ，負(fù)母線對地U-：-117.6V，R-：498kΩ，系統(tǒng)恢復(fù)正常。

5.1.4 縮小拉路操作范圍

通過上述故障分析和拉路試探操作，已確定接地故障源為變電站高程7.0m層事故應(yīng)急照明配電箱和泵房高程6.15m層事故應(yīng)急照明配電箱及其下級電源回路(見圖6～圖8)。因這兩路均為事故應(yīng)急照明電源回路，回路電源短暫斷開不會影響泵站工程重要設(shè)備運(yùn)行，故運(yùn)行人員對配電箱內(nèi)的空氣開關(guān)再次進(jìn)行拉合試探操作。

圖6 變電站高程7.0m層事故應(yīng)急照明配電箱NZ1系統(tǒng)

圖7 泵房高程6.15m層事故應(yīng)急照明配電箱NB1系統(tǒng)

圖8 泵房高程1.45m層事故應(yīng)急照明配電箱NB2系統(tǒng)

運(yùn)行人員首先拉開13號饋出支路事故應(yīng)急照明空氣開關(guān)，再拉開變電站高程7.0m層事故應(yīng)急照明配電箱NZ1內(nèi)部NZ1-1～NZ1-6回路空氣開關(guān)，系統(tǒng)恢復(fù)正常，說明11號饋出支路事故應(yīng)急照明空氣開關(guān)至配電箱NZ1內(nèi)部總開關(guān)一段回路無故障；再依次單獨(dú)合上配電箱NZ1內(nèi)部NZ1-1～NZ1-6回路空氣開關(guān)，僅當(dāng)單獨(dú)合上NZ1-4回路空氣開關(guān)時，系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障報警，說明直流接地故障源位于NZ1-4回路中。

同理，運(yùn)行人員首先拉開11號饋出支路事故應(yīng)急照明空氣開關(guān)，再拉開泵房高程6.15m層事故應(yīng)急照明配電箱NB1內(nèi)部NB1-1～NB1-6回路空氣開關(guān)，系統(tǒng)恢復(fù)正常，說明13號饋出支路事故應(yīng)急照明空氣開關(guān)至配電箱NB1內(nèi)部總開關(guān)一段回路無故障；再依次單獨(dú)合上配電箱NB1內(nèi)部NB1-1～NB1-6回路空氣開關(guān)，當(dāng)單獨(dú)合上NB1-1、NB1-3、NB1-5、NB1-6回路空氣開關(guān)時，系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障報警，說明直流接地故障源位于NB1-1、NB1-3、NB1-5、NB1-6回路中。

因NB1-6回路連接泵房高程1.45m層事故應(yīng)急照明配電箱NB2，故需進(jìn)一步排查下級回路；運(yùn)行人員拉開配電箱NB1內(nèi)部NB1-1～NB1-5回路空氣開關(guān)和配電箱NB2內(nèi)部NB2-1～NB2-6回路空氣開關(guān)，系統(tǒng)恢復(fù)正常，說明13號饋出支路事故應(yīng)急照明空氣開關(guān)通過配電箱NB1內(nèi)部總開關(guān)至配電箱NB2內(nèi)部總開關(guān)一段回路無故障；再依次單獨(dú)合上配電箱NB2內(nèi)部NB2-1～NB2-6回路空氣開關(guān)，當(dāng)合上NB2-4回路空氣開關(guān)時，系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障報警，說明直流接地故障源位于NB2-4回路中。

綜上所述，確定直流接地故障源分別位于NZ1-4、NB1-1、NB1-3、NB1-5、NB2-4回路中。

5.2 絕緣檢測

通過上面拉路試探法，可將接地故障源定位于一段簡單回路中，然后就可以用絕緣搖表對故障回路中的每一根接線遙測絕緣，進(jìn)而把接地故障源限定在電纜、端子或燈具中。若解開電纜兩側(cè)端子后遙測電纜絕緣正常，則接地點(diǎn)位于端子或燈具中；若解開電纜兩側(cè)端子后遙測電纜絕緣異常，則接地點(diǎn)就位于該段電纜中。照此辦法，運(yùn)行人員分別對上述排查出的故障回路NZ1-4、NB1-1、NB1-3、NB1-5、NB2-4進(jìn)行絕緣檢測，結(jié)果見表2。

表2 回路絕緣檢測結(jié)果

因上述故障回路NB1-1、NB1-3、NB1-5、NB2-4電纜當(dāng)初施工工藝不當(dāng)，未采取套管等防護(hù)措施而直接埋入混凝土內(nèi)，加之年代久遠(yuǎn)，導(dǎo)致電纜多處破損、老化，絕緣嚴(yán)重降低，已無再利用可能，于是對上述故障回路電纜全部進(jìn)行更換。通過上述處置措施后，直流系統(tǒng)接地問題徹底解決。

6 鞏固措施

為防止類似故障再次出現(xiàn)，運(yùn)行人員采取了全面摸排、改造線路等鞏固措施。

6.1 全面摸排

按照事故應(yīng)急照明電源、通信電源、附屬設(shè)備電源、儲能回路電源、信號回路電源、操作回路電源的順序，全面摸排回路電纜絕緣、端子連接、用電終端故障等情況，防患于未然。

6.2 改造電路

將泵站事故應(yīng)急照明電源由直流電改為具有獨(dú)立雙回路供電的交流電，同時將直流電作為事故應(yīng)急照明燈具的備用電源。

7 結(jié) 語

供電方式優(yōu)化后，直流電源裝置未再出現(xiàn)絕緣降低故障報警現(xiàn)象。此故障排查經(jīng)驗(yàn)及改造優(yōu)化措施可為同行業(yè)者借鑒。