直流系統(tǒng)絕緣不良誤報(bào)警問題分析與處理

沙 澎

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北唐山 063210）

1 引言

直流系統(tǒng)是變電站二次系統(tǒng)的重要組成部分,是變電站控制保護(hù)的基礎(chǔ)，為全站的保護(hù)及通信自動(dòng)化設(shè)備提供直流電源。作為繼電保護(hù)控制系統(tǒng)的電源來源，直流系統(tǒng)在變電站系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行中的重要地位不言而喻。

而絕緣不良報(bào)警問題作為直流系統(tǒng)的多發(fā)問題，往往并不是簡單的線路破損造成的，直流系統(tǒng)的接線方式、直流用電設(shè)備回路結(jié)構(gòu)等潛在問題時(shí)刻影響著變電站二次系統(tǒng)的正常運(yùn)行，甚至可能引發(fā)更大的變電站主系統(tǒng)的事故。

2 問題描述

某變電站直流系統(tǒng)配置兩套蓄電池組、兩套獨(dú)立整流模塊，設(shè)置兩段直流母線分列運(yùn)行，每段母線均安裝獨(dú)立的絕緣監(jiān)察設(shè)備，如圖1所示。投入運(yùn)行后，兩段母線的絕緣監(jiān)察設(shè)備間斷發(fā)出若干支路“絕緣不良”報(bào)警，故障信號(hào)不能復(fù)歸。微機(jī)測控裝置顯示220 V直流一段+KM+162 V，-KM-58 V；220 V直流二段+KM+152 V，-KM-66 V。

3 檢查、分析

根據(jù)絕緣監(jiān)察裝置的報(bào)警信息及故障現(xiàn)象，初步判斷為直流系統(tǒng)某處存在絕緣不良。我們采用人工拉路法手動(dòng)短時(shí)切除各配電線路的方式逐一排查，以求盡快縮小排查范圍。按照一般負(fù)荷、較重要負(fù)荷、重要負(fù)荷的順序依次拉路檢查：

圖1 直流系統(tǒng)配置圖

斷合事故照明回路；斷合直流通信電源回路；斷合遙信信號(hào)回路；斷合合閘回路；斷合控制回路；斷合保護(hù)測控裝置電源回路。

隨著直流配電線路的逐個(gè)切除，故障不但沒有消失，反而有新的故障線路出現(xiàn)，這給排查工作帶來了很大困難。

斷開一段直流母線各配線開關(guān)，正對(duì)地、負(fù)對(duì)地均有負(fù)電，正、負(fù)間無電壓。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際問題現(xiàn)象，經(jīng)與直流屏廠家技術(shù)人員現(xiàn)場檢查、圖紙接線分析，推斷為直流一段、二段母線在負(fù)荷側(cè)存在并列。

經(jīng)檢查，某兩路直流配線間存在寄生回路，從而確認(rèn)了環(huán)網(wǎng)問題的存在。查閱圖紙資料并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際接線情況，發(fā)現(xiàn)該環(huán)路并非施工接線錯(cuò)誤，而是設(shè)備二次線設(shè)計(jì)缺陷所致。如圖2所示，直流系統(tǒng)控母一段斷路器就地控制回路與二段斷路器遠(yuǎn)方控制回路負(fù)極在N52端子處并列。

圖2 直流屏至某斷路器間隔二次控制回路簡圖

4 原因分析

我們首先簡化出正常情況下直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測模塊電路原路圖，以直流一段系統(tǒng)為例，如圖3所示。

圖3 單套直流系統(tǒng)對(duì)地示意圖

R+、R-分別為直流正、負(fù)母線對(duì)地等效電阻；R1、R2為絕緣監(jiān)測裝置等效平衡電橋電阻，R1=R2；K為接地檢測繼電器。兩段直流系統(tǒng)各配置一套絕緣監(jiān)測裝置。直流系統(tǒng)在絕緣情況良好時(shí)，R+≈R-，直流正負(fù)母線對(duì)地電壓平衡，K不動(dòng)作。當(dāng)配電線纜或設(shè)備端子排因受潮、老化、回路接地等原因?qū)е陆^緣下降，使得R+≠R-，K繼電器因流過不平衡電流而動(dòng)作報(bào)警。

而實(shí)際上，由于直流系統(tǒng)一段與二段負(fù)極存在并列問題，各極對(duì)地電壓分別為+1KM +162 V，-1KM -58 V，+2KM +152 V，-2KM -66 V。從對(duì)地電壓數(shù)據(jù)可知，直流系統(tǒng)一段、二段存在負(fù)絕緣不良的特征。此特征與負(fù)極并列問題有沒有必然聯(lián)系，問題在哪里呢？

兩套直流系統(tǒng)負(fù)極并列運(yùn)行示意圖如圖4，R1+、R1-、R2+、R2-分別為直流一、二段正、負(fù)母線對(duì)地等效電阻；R11、R12、R21、R22分別為直流一、二段絕緣監(jiān)測裝置等效平衡電橋電阻。正常情況下R1+=R1-，R2+=R2-，R11=R12，R21=R22。由于直流一、二段負(fù)極并列，使得原本平衡的等值網(wǎng)絡(luò)遭到破壞：

R12′=R22′=R12∥R22；

R12′＜R11；

R22′＜R21；

同樣：

R1-′=R2-′=R1-∥R2-；

R1-′＜R1+；

R2-′＜R2+。

以上推導(dǎo)過程，可以清楚地解釋各段母線正、負(fù)極對(duì)地電壓不平衡且負(fù)極電壓偏低的現(xiàn)象。

而按照等值網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，似乎不但不能解釋絕緣監(jiān)測裝置偶然報(bào)警，反而出現(xiàn)了推理矛盾。

我們知道，絕緣電阻本身就是不確定的因素，它的大小與本身的絕緣材料、環(huán)境溫濕度等均存在必然關(guān)聯(lián)。這也恰好與絕緣監(jiān)測裝置的偶然報(bào)警構(gòu)成了必然發(fā)生的偶然關(guān)系。

圖4 負(fù)極合環(huán)情況下的直流系統(tǒng)對(duì)地示意圖

5 解決辦法

為了驗(yàn)證以上的分析是否正確，現(xiàn)場將并列運(yùn)行的兩路直流配電線路斷電，觀察系統(tǒng)故障現(xiàn)象。經(jīng)檢查，絕緣監(jiān)查裝置報(bào)警信號(hào)消失，直流系統(tǒng)絕緣電阻恢復(fù)正常，直流電壓亦恢復(fù)至正常值。

說明兩支路負(fù)極并列運(yùn)行是問題所在，因此問題處理原則自然可以明確，即斷開直流一段與直流二段兩個(gè)支路負(fù)極的并列點(diǎn)，并保證該回路所帶斷路器遠(yuǎn)方跳閘、就地跳閘回路共用同一直流控制電源。

結(jié)合設(shè)備二次原理圖，經(jīng)過現(xiàn)場討論研究，制定出處理方案：去掉兩根線、增加一條線。改進(jìn)接線如圖5所示，改正后，斷路器就地控制、合閘回路（S52、N52）所需電源僅由保護(hù)控制電源，即直流系統(tǒng)控母二段提供。

圖5 改造后的設(shè)備直流電源接線圖

6 結(jié)束語

在直流系統(tǒng)運(yùn)行過程中，我們會(huì)經(jīng)常遇到各種直流絕緣不良問題。而由于下級(jí)支路環(huán)網(wǎng)運(yùn)行造成的絕緣監(jiān)查裝置誤報(bào)警給問題的判斷和處理帶來了困難。支路環(huán)網(wǎng)問題大都由于施工過程中錯(cuò)誤接線，甚至是電氣二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)紕漏造成。因此，應(yīng)在設(shè)計(jì)、施工過程中加強(qiáng)監(jiān)管，將問題消滅在萌芽當(dāng)中；此外，在送電前的直流回路的獨(dú)立性、寄生回路的檢查也是消除直流系統(tǒng)缺陷的關(guān)鍵一步。

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