關(guān)于一起直流屏絕緣故障的分析

林矗

摘要：本文介紹了一起由于感應(yīng)電勢導(dǎo)致交流分量竄入直流回路中引起的直流屏絕緣故障，并建議在高壓柜尤其是動(dòng)力饋線柜敷設(shè)控制電纜時(shí)，將直流控制電纜與交流控制電纜分開進(jìn)行敷設(shè)，以防止該故障的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：直流屏；絕緣故障；感應(yīng)電勢

中圖分類號：TM571.61文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號：1674-3024（2016）13-248-02

前言

直流屏是直流電源操作系統(tǒng)的簡稱。簡單地說，直流屏就是提供穩(wěn)定直流電源的設(shè)備。發(fā)電廠和變電站中的電力操作電源現(xiàn)今采用的都是直流電源，它為控制負(fù)荷和動(dòng)力負(fù)荷以及直流事故照明負(fù)荷等提供電源，是當(dāng)代電力系統(tǒng)控制、保護(hù)的基礎(chǔ)。直流屏由交配電單元、充電模塊單元、降壓硅鏈單元、直流饋電單元、配電監(jiān)控單元、監(jiān)控模塊單元及絕緣監(jiān)測單元組成。主要應(yīng)用于電力系統(tǒng)中小型發(fā)電廠、水電站、各類變電站，和其他使用直流設(shè)備的用戶（如石化、礦山、鐵路等），適用于開關(guān)分合閘及二次回路中的儀器、儀表、繼電保護(hù)和故障照明等場合。城南水廠一泵房屬于高壓泵房，在高壓配電系統(tǒng)中安裝有一套直流控制屏作為高壓配電系統(tǒng)操作電源，采用了南京空軍通訊電氣設(shè)備總廠設(shè)計(jì)生產(chǎn)的GZG23系列程控直流電源屏。本文將介紹一起較為少見由于感應(yīng)電動(dòng)勢引起的直流屏絕緣故障。

1.故障現(xiàn)象

城南水廠一泵房直流屏安裝于2007年，經(jīng)過三年的運(yùn)行，2010年運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)該套系統(tǒng)時(shí)常會(huì)報(bào)絕緣故障。經(jīng)水廠技術(shù)人員檢查發(fā)現(xiàn)正負(fù)對地絕緣均良好，用數(shù)字式萬用表測量輸出電壓值也均正常，且切除直流輸出后，故障仍然存在。更換絕緣監(jiān)察繼電器后，故障消除，然而運(yùn)行一段時(shí)間后，故障現(xiàn)象又重新出現(xiàn)。后經(jīng)過仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)絕緣監(jiān)察繼電器殼體發(fā)熱，且內(nèi)部有高速抖動(dòng)的聲音，但此時(shí)無絕緣故障報(bào)警。用示波器在直流屏輸出端檢測出一個(gè)頻率為50Hz，幅值約為70V交流分量，當(dāng)手動(dòng)切除部分直流負(fù)載后，該交流分量消失，繼電器高速抖動(dòng)現(xiàn)象消失。

2.直流屏對地絕緣下降的危害及絕緣監(jiān)察工作原理

當(dāng)直流系統(tǒng)的正極或負(fù)極與大地之間的絕緣水平下降到某一整定值或低于某一整定值時(shí)，統(tǒng)稱為直流系統(tǒng)接地。當(dāng)正極絕緣水平低于某一規(guī)定值時(shí)稱為正接地，當(dāng)負(fù)極絕緣水平低于某一規(guī)定值時(shí)成為負(fù)接地。按照故障類型可以分為

（1）直接接地又叫金屬性接地。直接接地是指直流系統(tǒng)電源正極或負(fù)極對地的電阻等于零的情況。當(dāng)直接接地情況在直流系統(tǒng)中如果同時(shí)出現(xiàn)兩點(diǎn)時(shí)，就可能造成斷路器誤動(dòng)或拒動(dòng)。

（2）間接接地又叫非金屬接地。間接接地是指直流系統(tǒng)電源正極或負(fù)極對地的電阻降低至某一個(gè)允許值之下。這時(shí)的接地電阻是否會(huì)對系統(tǒng)造成危害，要看各個(gè)單位的具體情況。

（3）絕緣降低是指直流系統(tǒng)所采用的電纜、設(shè)備的絕緣電阻由于某種原因低于出場數(shù)值。這些電纜設(shè)備構(gòu)成的直流系統(tǒng)的直流電源的正負(fù)極對地絕緣電阻總體上低于允許值。

由于直流系統(tǒng)是不接地系統(tǒng)，因此直流系統(tǒng)中有一點(diǎn)接地是不會(huì)對直流系統(tǒng)造成直接危害的，但是必須及時(shí)消除故障，否則如果再發(fā)生一點(diǎn)接地就可能造成對整個(gè)電力系統(tǒng)的嚴(yán)重危害。當(dāng)直流系統(tǒng)正極接地時(shí)，將會(huì)造成保護(hù)誤動(dòng)的可能：當(dāng)直流系統(tǒng)負(fù)極接地時(shí)，將會(huì)造成保護(hù)拒動(dòng)的可能。

直流屏絕緣監(jiān)察主要通過對正負(fù)極對地電壓來實(shí)現(xiàn)。如圖1所示，為直流屏絕緣監(jiān)測示意圖。SB2為正對地電壓按鈕，SB3為負(fù)對地電壓按鈕，PV3為電壓表，方框?yàn)橹绷髌羶?nèi)部絕緣監(jiān)察繼電器，其中1號觸點(diǎn)接地，2號觸點(diǎn)接直流屏正極，6號觸點(diǎn)接直流屏負(fù)極。當(dāng)沒有操作時(shí)，電壓表測量值為直流屏正負(fù)極間電壓值，當(dāng)按下SB2正對地電壓按鈕后，SB2常閉觸點(diǎn)打開，常開觸點(diǎn)閉合，測量的即為負(fù)極對地電壓值，同理SB3。該型直流屏內(nèi)部安裝有阿繼電氣有限公司生產(chǎn)的ZJJ-1A型絕緣監(jiān)察繼電器，額定電壓為220V，動(dòng)作電流為2.2mA。其內(nèi)部接線如圖2所示。該型繼電器采用電阻平衡電橋原理，用于監(jiān)視低壓直流母線絕緣情況，當(dāng)母線對地絕緣降到一定水平時(shí)，會(huì)發(fā)出絕緣破壞報(bào)警。具體動(dòng)作步驟如下：見圖3，在外部，5腳與7腳相接，R3為正對地絕緣電阻，R4為負(fù)對地絕緣電阻，正常情況下，正負(fù)對地絕緣電阻相等，因此靈敏元件CJ無電流流過。當(dāng)直流系統(tǒng)絕緣發(fā)生破壞，即正極或負(fù)極完全或部分接地時(shí)，R3和R4阻值發(fā)生變化，不平衡電流即流過CJ，當(dāng)不平衡電流大于動(dòng)作電流時(shí)，CJ動(dòng)作，常開觸點(diǎn)閉合，引起出口元件ZJ動(dòng)作，ZJ常開觸點(diǎn)閉合，發(fā)出絕緣故障報(bào)警。

3.故障分析

經(jīng)過檢查，我們發(fā)現(xiàn)，城南水廠一泵房高壓柜主要用于高壓電機(jī)啟停操作。在該高壓柜二次回路中，有一組跳車自動(dòng)關(guān)閥門的引出線，其作用為當(dāng)高壓斷路器跳閘時(shí)，為防止水流倒灌引起機(jī)組倒車，串聯(lián)在閥門關(guān)二次回路中的高壓斷路器常開輔助觸點(diǎn)閉合，閥門接觸器吸合，閥門關(guān)閉，由此可知，當(dāng)高壓斷路器處于分閘狀態(tài)下，該干接點(diǎn)通有220V交流電。在同一根控制電纜中，還接有從高壓柜引至機(jī)旁箱分閘和合閘按鈕，而該組控制線則接在高壓柜直流回路中。經(jīng)過檢測和分析，我們發(fā)現(xiàn)，由于該電纜（型號為KVV8*1.5mm2）使用時(shí)間較長，各導(dǎo)線之間絕緣程度下降，導(dǎo)致交流分量竄進(jìn)直流回路。由于直流系統(tǒng)是不接地系統(tǒng)，因此正負(fù)極對地電壓均保持為110V左右，而交流分量竄進(jìn)直流系統(tǒng)后，隨著正弦波形的變化，會(huì)分別導(dǎo)致正負(fù)對地電壓升高，在R1和R2上產(chǎn)生不平衡電流，引起絕緣監(jiān)察繼電器誤動(dòng)作。且由于交流分量頻率為50Hz，因此在每個(gè)周期里都會(huì)造成不平衡電流反向一次，由此引起繼電器高速動(dòng)作，時(shí)間長了以后，ZJ觸點(diǎn)發(fā)熱粘連，無法脫開，直流屏則長期報(bào)絕緣故障。

4.解決方法及結(jié)論

城南水廠組織施工人員對閥門控制線纜進(jìn)行重新敷設(shè)，采用RVVP2*1.5屏蔽電纜，徹底隔絕直流系統(tǒng)與交流系統(tǒng)，保證直流系統(tǒng)負(fù)載干凈。該故障現(xiàn)象未再發(fā)生。在配電系統(tǒng)中直流系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)比較復(fù)雜，發(fā)生接地的機(jī)會(huì)也較多。直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)影響不大，仍可繼續(xù)進(jìn)行。但是一點(diǎn)接地長期存在是非常危險(xiǎn)的，若發(fā)生另一點(diǎn)接地時(shí)，就有可能引起信號回路、控制回路、繼電保護(hù)裝置和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作或造成直流電源短路。為防止直流系統(tǒng)出現(xiàn)一點(diǎn)接地的運(yùn)行，必須裝設(shè)直流絕緣監(jiān)察裝置。在實(shí)際運(yùn)行中，為了方便起見，高壓開關(guān)柜至機(jī)旁箱控制電纜往往會(huì)采用一根多芯（8芯或者12芯）電纜，里面同時(shí)有交直流控制電纜。當(dāng)線纜絕緣下降后，交流電就會(huì)在直流系統(tǒng)中產(chǎn)生感應(yīng)電勢，引起直流系統(tǒng)故障。建議今后直流系統(tǒng)與交流系統(tǒng)控制電纜還需分開敷設(shè)，最好采用屏蔽電纜，以防止類似情況發(fā)生。