巖灘電廠典型直流系統(tǒng)假接地故障的分析及處理

蔣 駿

（大唐巖灘水力發(fā)電有限責(zé)任公司，廣西 巖灘 530811）

直流系統(tǒng)運(yùn)行狀況的好壞直接關(guān)系到發(fā)電廠能否正常運(yùn)行，直流系統(tǒng)最為常見的問題就是發(fā)生直流一點(diǎn)接地故障。假如直流系統(tǒng)存在一點(diǎn)接地，此時(shí)二次設(shè)備不會(huì)受到影響，仍然能夠繼續(xù)正常工作。但此時(shí)必須盡快排查并消除接地點(diǎn)，否則發(fā)展成直流系統(tǒng)兩點(diǎn)接地，形成直流短路，將可能引起保護(hù)誤動(dòng)或者拒動(dòng)。直流系統(tǒng)定期檢修期間，時(shí)常會(huì)遇到寄生回路的情況。在寄生回路作用下，直流系統(tǒng)之間通過設(shè)備聯(lián)系在一起，從而導(dǎo)致“假接地”現(xiàn)象的出現(xiàn)。

1 巖灘電廠直流系統(tǒng)與絕緣監(jiān)測(cè)裝置概況

巖灘電廠共設(shè)置有3套完全獨(dú)立的直流系統(tǒng)， 按一期和擴(kuò)建分別設(shè)置廠用220V直流系統(tǒng)、500kV站控直流系統(tǒng)以及擴(kuò)建220V直流系統(tǒng)。

每套直流系統(tǒng)均采用兩段母線、兩套充電機(jī)帶兩組蓄電池的配置。 直流系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)分段運(yùn)行， 互為備用， 除了主饋電回路外， 每套機(jī)組交直流控制電源系統(tǒng)還為每臺(tái)機(jī)組現(xiàn)地設(shè)置1個(gè)分饋電屏。為便于監(jiān)視直流系統(tǒng)絕緣情況， 每段直流母線上均帶有一臺(tái)微機(jī)絕緣監(jiān)測(cè)裝置。

其中擴(kuò)建直流系統(tǒng)于2017年11月進(jìn)行升級(jí)改造，改造后每段均有兩套絕緣監(jiān)測(cè)裝置，舊的絕緣監(jiān)測(cè)裝置為哈爾濱九洲公司的JZ-MC-V絕緣監(jiān)測(cè)裝置，監(jiān)測(cè)機(jī)旁直流支路和直流母線的絕緣情況；新的絕緣監(jiān)測(cè)裝置為哈爾濱九洲公司JZ-IPD-V絕緣監(jiān)測(cè)裝置，監(jiān)測(cè)保護(hù)室直流支路和直流母線的絕緣情況。

直流系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)， 絕緣監(jiān)測(cè)裝置在線監(jiān)測(cè)正、負(fù)極母線電壓與正、負(fù)極對(duì)地絕緣電阻。上述條件其中一個(gè)條件不滿足定值要求時(shí)， 裝置就會(huì)進(jìn)行支路接地檢測(cè)， 向母線注入低頻交流信號(hào)， 在各支路的正負(fù)出線上安裝毫安級(jí)交流互感器， 直流分量在交流互感器的二次側(cè)沒有反應(yīng)， 但能精確的檢測(cè)到各支路低頻交流的幅值和相位， 通過微機(jī)計(jì)算出各支路低頻交流的有功分量， 進(jìn)而計(jì)算出各支路的絕緣電阻， 選出接地支路。

2 案例分析

2.1 缺陷情況

2018年8月11日23時(shí)03分03秒，12日01時(shí)46分10秒，監(jiān)控系統(tǒng)有“二期：直流系統(tǒng)Ⅰ段母線接地”信號(hào)，分別于18s、35s后自動(dòng)復(fù)歸，現(xiàn)場(chǎng)檢查直流Ⅰ段母線、蓄電池未發(fā)現(xiàn)異常。17時(shí)29分22秒，22時(shí)46分59秒，23時(shí)28分16秒，監(jiān)控系統(tǒng)有“二期：直流系統(tǒng)Ⅰ段母線接地”信號(hào)，分別于18秒、17秒、18秒后自動(dòng)復(fù)歸，現(xiàn)場(chǎng)檢查直流Ⅰ段母線電壓正常，蓄電池電壓正常，母線及各支路絕緣未發(fā)現(xiàn)異常。

2.2 產(chǎn)生原因分析

擴(kuò)建每段直流系統(tǒng)有兩套絕緣監(jiān)測(cè)裝置，一套舊的，一套新的，舊的監(jiān)測(cè)機(jī)旁直流支路和直流母線絕緣，新的監(jiān)測(cè)保護(hù)室直路支路和直流母線，兩套新的裝置都不時(shí)顯示有6-7、6-8支路絕緣低于24kΩ，有時(shí)甚至低到3.1kΩ，這時(shí)觀察正母和負(fù)母對(duì)地電阻為+999kΩ和-999kΩ正常，負(fù)母線對(duì)地電壓為-114V正常，沒有直流接地現(xiàn)象，分析是支路誤報(bào)，6-7、6-8為機(jī)旁直流進(jìn)線支路，可能是由于勵(lì)磁系統(tǒng)兩段直流負(fù)極并接在一起，導(dǎo)致有環(huán)網(wǎng)，產(chǎn)生假接地現(xiàn)象。監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)直流Ⅰ母線接地信號(hào)，查歷史記錄只有在1號(hào)充電柜上安裝的舊絕緣監(jiān)測(cè)裝置查到有母線接地報(bào)警信號(hào)，新的裝置沒有母線接地報(bào)警信號(hào)記錄，如果出現(xiàn)真正的接地情況，應(yīng)該兩套裝置均應(yīng)報(bào)母線接地信號(hào)，分析為誤報(bào)。

2.3 故障情況比對(duì)分析

通過查詢資料，將真、假直流接地特征進(jìn)行歸納對(duì)比，如表 1所示。各種缺陷情況以相同的指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，可找到各種故障的特征量，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)快速判定故障類型、排除故障有一定指導(dǎo)作用。

通過對(duì)表 1 的分析，可得出以下結(jié)論：裝置報(bào)直流接地信號(hào)，不一定是發(fā)生了直流接地；裝置不報(bào)直流接地信號(hào)，也不一定沒有發(fā)生直流接地。在現(xiàn)場(chǎng)工作中，判斷是否發(fā)生了直流接地，應(yīng)以絕緣監(jiān)察裝置發(fā)出的直流接地信號(hào)為參考，但最直接、有效的判據(jù)應(yīng)是回路對(duì)地?fù)u絕緣的絕緣值偏低。若回路絕緣正常，當(dāng)斷開相關(guān)回路某點(diǎn)時(shí)，測(cè)量該點(diǎn)兩端均有電且電位均正常，并且直流接地現(xiàn)象消失，則可判定發(fā)生了直流接地假象。

2.4 處理方法

經(jīng)過判斷，故障出現(xiàn)的原因可能為寄生回路作用下，直流系統(tǒng)之間通過設(shè)備聯(lián)系在一起，從而導(dǎo)致“假接地”現(xiàn)象的出現(xiàn)。將冗余的直流系統(tǒng)接線進(jìn)行簡(jiǎn)化，并更換直流系統(tǒng)中老化的霍爾元件以及電容等元器件，擴(kuò)建直流系統(tǒng)監(jiān)控裝置已經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間沒有報(bào)出接地信號(hào)。

3 防范措施

3.1 慎用信號(hào)公共端

早期每個(gè)開關(guān)柜的控制系統(tǒng)都是單一的，如果采用 1 個(gè)公共端，就會(huì)大大減少外送電纜，達(dá)到簡(jiǎn)化接線、節(jié)約成本的目的。但是每一個(gè)開關(guān)柜都可能需要向多個(gè)控制系統(tǒng)輸送信號(hào)，如中控室、監(jiān)控系統(tǒng)等，而這些控制系統(tǒng)的電源又是相對(duì)獨(dú)立的，這樣多個(gè)電源的存在就會(huì)給寄生回路以有利的生存條件。隨著電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展，其他發(fā)電廠、變電站也會(huì)面臨這樣的問題。為從根本上避免此類事件發(fā)生，需要廠家、設(shè)計(jì)院和用戶三方加強(qiáng)溝通，確保設(shè)備送往不同系統(tǒng)的信號(hào)不存在公共端，或者采用方便用戶個(gè)性定制的短接片[2]。

表1 真、假直流接地特征對(duì)比[1]

3.2 修改系統(tǒng)接線、圖紙并及時(shí)向?qū)?yīng)設(shè)計(jì)院反饋

設(shè)計(jì)院修改設(shè)計(jì)相關(guān)系統(tǒng)時(shí)會(huì)依據(jù)原始設(shè)計(jì)文件，但各廠、站在使用設(shè)備時(shí)往往會(huì)做一些調(diào)整，這些調(diào)整如不能及時(shí)反饋給設(shè)計(jì)部門，會(huì)使設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)輸入有誤，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)計(jì)院做出不恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)。

3.3 掌握直流系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)要點(diǎn)

3.3.1 1 套直流系統(tǒng)只配置 1 臺(tái)接地監(jiān)測(cè)儀，如確需配置多臺(tái)，應(yīng)設(shè)置監(jiān)測(cè)模式為“一主一從”或者“一主多從”方式，避免多臺(tái)監(jiān)測(cè)裝置同時(shí)運(yùn)行誤發(fā)報(bào)警。

3.3.2 對(duì)于復(fù)雜控制系統(tǒng)，應(yīng)在端子排或其他屏柜端子箱處將交、直流信號(hào)做明顯的標(biāo)識(shí)。

3.3.3 設(shè)備二次回路驗(yàn)收、調(diào)試時(shí)要嚴(yán)格把關(guān)，制定調(diào)試方案時(shí)要考慮各種運(yùn)行工況以及操作方式，確保系統(tǒng)在各種運(yùn)行工況下都可穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3.4 將日常巡檢做細(xì)做全，設(shè)備定期維護(hù)時(shí)應(yīng)按規(guī)定測(cè)量回路絕緣；加強(qiáng)與運(yùn)行操作人員的溝通，及時(shí)取得故障前后設(shè)備的操作信息，以便分析處理故障。

3.4 檢修時(shí)應(yīng)注意的情況

檢修時(shí)及時(shí)對(duì)直流系統(tǒng)內(nèi)老化的元器件進(jìn)行更換，防止元器件因老化導(dǎo)致其性能降低，產(chǎn)生誤報(bào)接地信號(hào)情況。

4 結(jié)語(yǔ)

在大型電廠中，直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)裝置對(duì)地等效電容較大的設(shè)備已大量使用。一些電廠直流系統(tǒng)接線方式過于繁瑣，加之直流系統(tǒng)各元器件老化損耗，都有可能產(chǎn)生假接地現(xiàn)象的發(fā)生，對(duì)電廠日常運(yùn)行造成諸多不便。因此，在直流系統(tǒng)的檢修以及改造過程中，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行不斷的優(yōu)化，減少產(chǎn)生“假接地”的可能性。另外，對(duì)于出現(xiàn)的一點(diǎn)接地信號(hào)，要認(rèn)真及時(shí)地進(jìn)行處理以及消缺排查，防止真正的接地情況發(fā)生時(shí)，造成斷路器誤動(dòng)或拒動(dòng)。