變電站直流系統(tǒng)安全隱患的排查和處理

鄧明燕

(四川電力送變電建設(shè)公司，四川 成都 610051)

0 概述

2010年3月底，新建遂寧500 kV變電站投產(chǎn)在即，但由于遂寧變電站兩段220 V直流系統(tǒng)電壓均一直處于波動(dòng)狀態(tài)，在各直流絕緣接地巡檢裝置液晶屏上顯示的正、負(fù)對(duì)地電壓幅值雖然有拉偏但還穩(wěn)定，用萬(wàn)用表直接監(jiān)測(cè)I、II段直流系統(tǒng)正、負(fù)母線對(duì)地電壓幅值既不平衡也不穩(wěn)定，正極對(duì)地電壓和負(fù)極對(duì)地電壓一直持續(xù)往復(fù)波動(dòng)，正、負(fù)對(duì)地電壓幅值波動(dòng)范圍相對(duì)應(yīng)地從43.0 V升到177.0 V然后又降至43.0 V，周而復(fù)始，幾乎不到一分鐘就循環(huán)往復(fù)一次，用專業(yè)術(shù)語(yǔ)表述為典型的“乒乓效應(yīng)”，此時(shí)正、負(fù)母線之間電壓幅值一直穩(wěn)定在220 V，如圖1所示遂寧500 kV變電站220 V直流系統(tǒng)電壓波動(dòng)圖(注:II段直流系統(tǒng)電壓波動(dòng)圖與I段完全一致)。

1 原因排查

圖1 遂寧500 kV變電站220 V I段直流系統(tǒng)電壓波動(dòng)圖

遂寧500 kV變電站220 V直流系統(tǒng)配置為兩段，各自獨(dú)立工作，沒(méi)有電氣聯(lián)系，各段采用分布式輻射網(wǎng)絡(luò)供電，各直流屏均配置一臺(tái)哈爾濱光宇公司生產(chǎn)的DIM5A型分布式微機(jī)絕緣監(jiān)測(cè)裝置來(lái)進(jìn)行直流系統(tǒng)接地巡檢工作，該裝置采用平衡橋和不平衡橋結(jié)合的方式(該設(shè)計(jì)原理是該公司推出的新技術(shù)，遂寧變電站是首個(gè)使用)，完成正負(fù)母線對(duì)地電壓、正負(fù)母線對(duì)地電阻的監(jiān)測(cè);支路檢測(cè)不需要外加信號(hào)，根據(jù)電流差原理對(duì)支路因接地產(chǎn)生的對(duì)地漏電流進(jìn)行在線無(wú)接觸測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)各支路正負(fù)對(duì)地電阻監(jiān)測(cè)以及接地故障的選線定位，其工作原理結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2所示。

圖2 DIM5A分布式微機(jī)絕緣直流系統(tǒng)接地巡檢儀原理結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1.1 直流系統(tǒng)工作原理

本站有一個(gè)主控樓和4個(gè)保護(hù)小室，其中主控樓220 V直流總控室有2段直流母線2臺(tái)直流絕緣接地巡檢裝置，主變壓器小室及220 kV小室有6個(gè)分屏6臺(tái)直流絕緣接地巡檢裝置，2個(gè)500 kV小室每個(gè)小室各有2個(gè)分屏、2臺(tái)直流絕緣接地巡檢裝置。

每段直流母線各帶6臺(tái)直流絕緣接地巡檢裝置運(yùn)行，其工作原理為6臺(tái)絕緣監(jiān)測(cè)裝置采取并機(jī)運(yùn)行方式，輪值分時(shí)工作，當(dāng)工作令牌到達(dá)哪個(gè)絕緣監(jiān)測(cè)裝置時(shí)，此絕緣監(jiān)測(cè)裝置開始工作，首先投入平衡橋，該平衡橋臂KP開關(guān)自動(dòng)合上，投入1 MΩ平衡橋?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)直流正、負(fù)母線對(duì)地電壓狀況，當(dāng)監(jiān)測(cè)到母線出現(xiàn)絕緣降低后，絕緣監(jiān)測(cè)裝置根據(jù)預(yù)先設(shè)好的定值來(lái)判斷直流電壓拉偏情況而決定是否投入該裝置不平衡橋臂Kb開關(guān)，即是否投入100 kΩ不平衡橋;當(dāng)母線電壓對(duì)地拉偏值超過(guò)絕緣降低預(yù)期設(shè)定值后，這時(shí)絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)根據(jù)檢測(cè)到電壓的情況啟動(dòng)支路檢測(cè)方案，絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)投入不平衡橋進(jìn)入母線及支路對(duì)地阻值檢測(cè)程序從而實(shí)現(xiàn)接地故障的選線定位，而此時(shí)由于絕緣降低被拉偏的直流母線電壓會(huì)因?yàn)榻^緣監(jiān)測(cè)裝置不平衡橋的投入導(dǎo)致被拉偏的直流母線電壓更加深度拉偏。

遂寧變電站220V直流系統(tǒng)改進(jìn)前等效回路簡(jiǎn)化工作原理如圖3所示(注:II段與I段完全一致)。

1.2 電壓波動(dòng)原因分析

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)絕緣檢測(cè)發(fā)現(xiàn)遂寧500 kV變電站現(xiàn)場(chǎng)絕緣狀況不是很理想，因?yàn)閾尮て谕两ê碗姎獍惭b施工交叉嚴(yán)重，房屋門窗未安裝，墻面未粉刷，二次設(shè)備均安裝就位，導(dǎo)致保護(hù)屏盤及端子積灰嚴(yán)重;220 kV戶外GIS裝置特別是開關(guān)和隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)箱，一下雨絕緣就整體明顯下降。但即使如此，也只會(huì)導(dǎo)致直流系統(tǒng)電壓拉偏，而不是造成直流系統(tǒng)電壓循環(huán)波動(dòng)。

圖3 遂寧變電站直流系統(tǒng)改進(jìn)前220 VⅠ段直流系統(tǒng)等效回路簡(jiǎn)化圖

為了準(zhǔn)確判斷遂寧500 kV變電站220 V直流系統(tǒng)電壓波動(dòng)的真實(shí)原因，調(diào)試人員首先將總路和各支路計(jì)6臺(tái)直流絕緣接地巡檢裝置全部退出運(yùn)行，將各支路橋臂接地解開，同時(shí)退出外部所有直流負(fù)載支路，在正極和負(fù)極母線對(duì)地之間各外接一只100 kΩ電阻平衡橋臂，確保直流系統(tǒng)正、負(fù)對(duì)地母線電壓完全平衡，U+=110 V，U-=110 V，然后逐一投入各負(fù)載支路。

這期間發(fā)現(xiàn)由于500 kV遂洪線高抗本體和高抗保護(hù)屏未安裝完畢，導(dǎo)致5052斷路器和5053斷路器支路絕緣偏低，暫時(shí)退出直流;由于220 kV遂桐Ⅰ、Ⅱ線保護(hù)屏未搬遷到場(chǎng)，二次電纜未完成接線導(dǎo)致支路絕緣偏低，也暫時(shí)退出直流;對(duì)全站保護(hù)屏盤及接線端子進(jìn)行除灰和吸潮處理;對(duì)220 kV戶外GIS裝置機(jī)構(gòu)進(jìn)行加熱器烘干處理，同時(shí)對(duì)受潮嚴(yán)重的接線端子和接點(diǎn)進(jìn)行更換。

通過(guò)以上方法對(duì)遂寧變電站直流系統(tǒng)進(jìn)行絕緣排查后，兩段220 V直流系統(tǒng)正、負(fù)對(duì)地母線電壓相對(duì)平衡，直流系統(tǒng)正、負(fù)母線對(duì)地電壓分別為107.0 V和113.0 V，符合規(guī)程要求，整個(gè)過(guò)程沒(méi)有電壓波動(dòng)情況發(fā)生。

此時(shí)再將1臺(tái)直流絕緣接地巡檢裝置接入直流系統(tǒng)，直流系統(tǒng)正、負(fù)母線電壓沒(méi)有發(fā)生波動(dòng)，但當(dāng)接入6臺(tái)直流絕緣接地巡檢裝置后，直流系統(tǒng)正、負(fù)母線電壓波動(dòng)情況再次發(fā)生，通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)最終發(fā)現(xiàn)，造成220 V直流系統(tǒng)正、負(fù)母線電壓波動(dòng)的根本原因?yàn)?每段直流母線6臺(tái)直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置運(yùn)行方式是輪值分時(shí)工作，當(dāng)1號(hào)機(jī)開始工作時(shí)，1號(hào)機(jī)投入平衡橋，當(dāng)電壓平衡時(shí)1號(hào)機(jī)斷開平衡橋退出轉(zhuǎn)為待機(jī)模式(即退出公共接地點(diǎn):直流系統(tǒng)公共接地點(diǎn)退出時(shí)直流正、負(fù)母線對(duì)地電壓是懸浮的)，其余裝置工作過(guò)程與之類似。這樣就存在系統(tǒng)并機(jī)時(shí)，當(dāng)前一臺(tái)機(jī)器平衡橋退出到下一臺(tái)機(jī)器平衡橋投入時(shí)存在時(shí)間差，即該時(shí)間段直流系統(tǒng)內(nèi)沒(méi)有平衡橋(即沒(méi)有公共接地點(diǎn))，6臺(tái)裝置的循環(huán)投入和退出也就是公共接地點(diǎn)的循環(huán)投入和退出，從而導(dǎo)致直流系統(tǒng)正、負(fù)母線對(duì)地電壓循環(huán)波動(dòng)。

2 改進(jìn)措施及效果

由于直流系統(tǒng)正、負(fù)母線對(duì)地電壓循環(huán)往復(fù)的持續(xù)波動(dòng)對(duì)分析直流系統(tǒng)故障原因帶來(lái)困難，無(wú)法正確判斷直流系統(tǒng)是否有絕緣降低或接地，一旦投運(yùn)將會(huì)嚴(yán)重危及系統(tǒng)安全運(yùn)行。

為了確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，調(diào)試人員向廠家提出修改設(shè)計(jì)原理，避免6臺(tái)絕緣監(jiān)測(cè)設(shè)備間因輪值工作間隙退出平衡橋而丟失公共接地點(diǎn)導(dǎo)致直流系統(tǒng)電壓波動(dòng)的工作模式，避免直流系統(tǒng)絕緣降低時(shí)由于投入各裝置的不平衡橋?qū)е轮绷飨到y(tǒng)電壓被深度拉偏的工作模式。廠家也接受該建議，現(xiàn)場(chǎng)立即著手修改軟件，變更了出廠的設(shè)計(jì)原則，修改了平衡橋的運(yùn)行方式:即退出所有不平衡橋，取消每段直流母線6臺(tái)直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置輪值分時(shí)工作模式，改為永久投入6臺(tái)裝置平衡橋(即公共接地點(diǎn)永久存在)的工作模式。經(jīng)過(guò)廠家現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)修改軟件和試驗(yàn)檢測(cè)，最終有效解決了直流系統(tǒng)正、負(fù)對(duì)地電壓波動(dòng)問(wèn)題，遂寧變電站220 V直流系統(tǒng)已投入系統(tǒng)運(yùn)行，性能穩(wěn)定，狀況良好。

圖4 遂寧變電站改進(jìn)后220 VⅠ段直流系統(tǒng)等效回路簡(jiǎn)化圖

遂寧變電站220 V直流系統(tǒng)廠家設(shè)計(jì)程序改進(jìn)后等效回路簡(jiǎn)化工作原理如圖4所示(注:Ⅱ段與Ⅰ段完全一致)。