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，此時二次設(shè)備不會受到影響，仍然能夠繼續(xù)正常工作。但此時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)誤動或者拒動。直流系統(tǒng)定期檢修期間,時常會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)還為每臺機(jī)組現(xiàn)地設(shè)置1個分饋電屏。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微機(jī)絕緣監(jiān)測裝置。

其中擴(kuò)建直流系統(tǒng)于2017年11月進(jìn)行升級改造，改造后每段均有兩套絕緣監(jiān)測裝置，舊的絕緣監(jiān)測裝置為哈爾濱九洲公司的JZ-MC-V絕緣監(jiān)測裝置，監(jiān)測機(jī)旁直流支路和直流母線的絕緣情況；新的絕緣監(jiān)測裝置為哈爾濱九洲公司JZ-IPD-V絕緣監(jiān)測裝置，監(jiān)測保護(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, 絕緣監(jiān)測裝置在線監(jiān)測正、負(fù)極母線電壓與正、負(fù)極對地絕緣電阻。上述條件其中一個條件不滿足定值要求時, 裝置就會進(jìn)行支路接地檢測, 向母線注入低頻交流信號, 在各支路的正負(fù)出線上安裝毫安級交流互感器, 直流分量在交流互感器的二次側(cè)沒有反應(yīng), 但能精確的檢測到各支路低頻交流的幅值和相位, 通過微機(jī)計算出各支路低頻交流的有功分量, 進(jìn)而計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03分03秒，12日01時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，分別于18s、35s后自動復(fù)歸，現(xiàn)場檢查直流Ⅰ段母線、蓄電池未發(fā)現(xiàn)異常。17時29分22秒，22時46分59秒，23時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，分別于18秒、17秒、18秒后自動復(fù)歸，現(xiàn)場檢查直流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)測裝置，一套舊的，一套新的，舊的監(jiān)測機(jī)旁直流支路和直流母線絕緣，新的監(jiān)測保護(hù)室直路支路和直流母線，兩套新的裝置都不時顯示有6-7、6-8支路絕緣低于24kΩ，有時甚至低到3.1kΩ，這時觀察正母和負(fù)母對地電阻為+999kΩ和-999kΩ正常，負(fù)母線對地電壓為-114V正常，沒有直流接地現(xiàn)象，分析是支路誤報，6-7、6-8為機(jī)旁直流進(jìn)線支路，可能是由于勵磁系統(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)報直流Ⅰ母線接地信號，查歷史記錄只有在1號充電柜上安裝的舊絕緣監(jiān)測裝置查到有母線接地報警信號，新的裝置沒有母線接地報警信號記錄，如果出現(xiàn)真正的接地情況，應(yīng)該兩套裝置均應(yīng)報母線接地信號，分析為誤報。

2.3 故障情況比對分析

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

通過對表 1 的分析，可得出以下結(jié)論：裝置報直流接地信號，不一定是發(fā)生了直流接地；裝置不報直流接地信號，也不一定沒有發(fā)生直流接地。在現(xiàn)場工作中，判斷是否發(fā)生了直流接地，應(yīng)以絕緣監(jiān)察裝置發(fā)出的直流接地信號為參考，但最直接、有效的判據(jù)應(yīng)是回路對地?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，測量該點(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)長時間沒有報出接地信號。

3 防范措施

3.1 慎用信號公共端

早期每個開關(guān)柜的控制系統(tǒng)都是單一的，如果采用 1 個公共端，就會大大減少外送電纜，達(dá)到簡化接線、節(jié)約成本的目的。但是每一個開關(guān)柜都可能需要向多個控制系統(tǒng)輸送信號，如中控室、監(jiān)控系統(tǒng)等，而這些控制系統(tǒng)的電源又是相對獨(dú)立的，這樣多個電源的存在就會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)的信號不存在公共端，或者采用方便用戶個性定制的短接片[2]。

表 1 真、假直流接地特征對比[1]

3.2 修改系統(tǒng)接線、圖紙并及時向?qū)?yīng)設(shè)計院反饋

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

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 臺接地監(jiān)測儀，如確需配置多臺，應(yīng)設(shè)置監(jiān)測模式為“一主一從”或者“一主多從”方式，避免多臺監(jiān)測裝置同時運(yùn)行誤發(fā)報警。

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

3.3.3 設(shè)備二次回路驗(yàn)收、調(diào)試時要嚴(yán)格把關(guān)，制定調(diào)試方案時要考慮各種運(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)時應(yīng)按規(guī)定測量回路絕緣；加強(qiáng)與運(yùn)行操作人員的溝通，及時取得故障前后設(shè)備的操作信息，以便分析處理故障。

3.4 檢修時應(yīng)注意的情況

檢修時及時對直流系統(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)生誤報接地信號情況。

4 結(jié)語

在大型電廠中，直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置對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)對系統(tǒng)各個環(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，對于出現(xiàn)的一點(diǎn)接地信號，要認(rèn)真及時地進(jìn)行處理以及消缺排查，防止真正的接地情況發(fā)生時，造成斷路器誤動或拒動。