直流系統(tǒng)升級(jí)改造后絕緣監(jiān)測(cè)裝置工作原理分析

蔡海銀

（鴻山熱電有限責(zé)任公司，福建 石獅362700）

國(guó)家電網(wǎng)公司在2012 年對(duì)原《國(guó)家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施（試行）》全面修訂，其中在第5 項(xiàng)防止變電站全停及重要客戶停電事故中第5.1.1.18.3 條規(guī)定新建或改造的變電所，直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)裝置，應(yīng)具備交流竄直流故障的測(cè)記和報(bào)警功能。原有的直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)裝置，應(yīng)逐步進(jìn)行改造，使其具備交流竄直流故障的測(cè)記和報(bào)警功能。隨之電力系統(tǒng)各單位對(duì)其直流系統(tǒng)升級(jí)改造工作，本文針對(duì)某電廠DC 220V 系統(tǒng)改造工作，對(duì)其絕緣監(jiān)測(cè)裝置的工作特性進(jìn)行了分析。

1 鴻山熱電公司DC 220V 系統(tǒng)介紹

鴻山熱電公司2*600MW 超臨界供熱機(jī)組分別于2011 年1月10 日、31 日投入商業(yè)運(yùn)行。每臺(tái)機(jī)組220V 直流系統(tǒng)采用單母線接線,兩臺(tái)機(jī)組的直流220V 母線經(jīng)過(guò)刀開(kāi)關(guān)相聯(lián)，設(shè)有防止兩組蓄電池并聯(lián)運(yùn)行的閉鎖裝置，220V 直流系統(tǒng)供給主廠房事故照明, 動(dòng)力負(fù)荷和交流不停電電源及單元控制樓事故照明電源，直流饋線采用輻射狀供電方式。

圖1 我廠220V 直流系統(tǒng)圖

2 鴻山熱電公司220V 直流系統(tǒng)升級(jí)改造情況

我司原220V 直流系統(tǒng)為煙臺(tái)東方電子玉麟電氣有限公司生產(chǎn)，每組直流220V 系統(tǒng)包括蓄電池組, 蓄電池充電器,直流配電屏等。蓄電池選用閥控式密封鉛酸蓄電池,正常以浮充電方式運(yùn)行。設(shè)一臺(tái)滿足一組蓄電池組均衡充電要求的充電設(shè)備。蓄電池充電設(shè)備采用智能化微機(jī)型產(chǎn)品，具有衡壓衡流性能。其穩(wěn)態(tài)浮充電電壓的偏差±0.5%，充電電流偏差±2%，波紋系數(shù)1%，滿足蓄電池充放電的要求。每組220V 直流系統(tǒng)以及直流分電屏都按屏設(shè)有微機(jī)接地絕緣監(jiān)測(cè)裝置。

由于直流系統(tǒng)存在以下異常工況：①原生產(chǎn)廠家已停產(chǎn)，該裝置已無(wú)備件采購(gòu)；②模塊運(yùn)行不穩(wěn)定，易受到外部影響；③模塊返修頻率過(guò)高，④散熱風(fēng)扇故障率高，嚴(yán)重影響散熱效果；⑤絕緣監(jiān)測(cè)裝置電壓顯示常出現(xiàn)跳變現(xiàn)象，并且裝置不具備反措要求的交流竄直流故障的測(cè)記和報(bào)警功能；⑥主監(jiān)控單元、分監(jiān)控單元、及交直流信息采集單元運(yùn)行不穩(wěn)定，導(dǎo)致母線電壓出現(xiàn)波動(dòng)等問(wèn)題。介于直流電源的重要性，再加上該充電裝置界面不友好等原因，我司在2020 年度機(jī)組檢修期間，將其改造為杭州中恒電氣股份有限公司生產(chǎn)的直流系統(tǒng),系統(tǒng)組成：主監(jiān)控屏型號(hào)為ZHM10PS，分屏絕緣監(jiān)測(cè)裝置型號(hào)為ZHIM03F，智能高頻開(kāi)關(guān)型號(hào)為ZHR22040-5，交流配電模塊采用ACDB04，直流采樣盒采用DCFU02。其穩(wěn)態(tài)浮充電電壓的偏差±0.5%，充電電流偏差±0.5%，波紋系數(shù)0.1%，極大的提高了直流系統(tǒng)中繼電保護(hù)裝置動(dòng)作可靠性以及蓄電池組的安全性。

3 改造后絕緣監(jiān)測(cè)裝置工作分析

2020 年5 月12 日下午3：06 進(jìn)行#1 發(fā)電機(jī)密封事故油泵試轉(zhuǎn)時(shí)，#1 機(jī)組DCS 發(fā)出DC 220V I 段直流電壓異常報(bào)警，現(xiàn)場(chǎng)檢查報(bào)警記錄：主監(jiān)控單元有6 條不同支路報(bào)負(fù)極接地故障報(bào)警（61 條記錄），且首個(gè)報(bào)警為第4 單元第5 支路（該支路為備用負(fù)荷開(kāi)關(guān)未送電），絕緣監(jiān)控裝置報(bào)警記錄與主監(jiān)控屏報(bào)警內(nèi)容一一對(duì)應(yīng)，查看絕緣監(jiān)控裝置上的實(shí)際參數(shù)，母線電壓：231.81V，正對(duì)地電壓：+128.22V，負(fù)對(duì)地電壓：-103.53V，正負(fù)極間存在24.69V 的壓差，但母線絕緣阻值999.99K，各個(gè)直流支路的絕緣電阻與泄露電流均無(wú)異常。用萬(wàn)用表測(cè)量柜后實(shí)際母線電壓，與裝置采集一致。

圖2 #1 機(jī)組事故油泵定期試轉(zhuǎn)

圖3 主監(jiān)控單元報(bào)警信息

圖4 分監(jiān)控單元報(bào)警信息（1）

圖5 分監(jiān)控單元報(bào)警信息（2）

圖6 分監(jiān)控單元報(bào)警信息（3）

因報(bào)警時(shí)間與#1 機(jī)事故密封油泵的起動(dòng)時(shí)間相吻合，使用直流負(fù)荷拉路法做進(jìn)一步確認(rèn)，當(dāng)斷開(kāi)#1 發(fā)電機(jī)事故密封油泵電源開(kāi)關(guān)后，正對(duì)地電壓緩慢下降，負(fù)對(duì)地電壓緩慢上升，經(jīng)過(guò)幾分鐘，電壓變化停止，此時(shí)的電壓：正對(duì)地電壓：+120.15V，負(fù)對(duì)地電壓：-111.57V，正負(fù)壓差減小為：8.58V。依次斷開(kāi)另外3 臺(tái)直流油泵：1A、1B 小機(jī)事故潤(rùn)滑油泵、主油箱事故油泵開(kāi)關(guān)，每斷開(kāi)一路開(kāi)關(guān)，正負(fù)間壓差逐漸減小1-3V，4 臺(tái)直流油泵開(kāi)關(guān)都斷開(kāi)后，正負(fù)間電壓平衡，已無(wú)壓差。再次送上4 路開(kāi)關(guān)，正負(fù)間壓差又回到24v 左右。

此時(shí)問(wèn)題集中于：①監(jiān)控報(bào)警信息異常，絕緣故障報(bào)警在于DC 220V I 段的單元1 所有支路以及單元4 所有支路在同一同時(shí)段內(nèi)均接地，且均已自行復(fù)位；②主監(jiān)控屏、分監(jiān)控屏的母線電壓正負(fù)極出現(xiàn)不平衡，但同時(shí)母線絕緣以及支路絕緣（泄露電流）測(cè)量值均正常；③在使用拉路法進(jìn)行查找，母線正負(fù)極電壓并不是瞬時(shí)恢復(fù)，而是緩慢恢復(fù)。且所拉開(kāi)負(fù)荷絕緣均正常。

專(zhuān)業(yè)經(jīng)過(guò)討論，將該絕緣監(jiān)測(cè)裝置的平衡電阻甩開(kāi)，接入便攜式直流接地查找儀（即外接平衡電阻，目的是直流系統(tǒng)為絕緣系統(tǒng)，需要接入平衡電阻才能測(cè)量正負(fù)母線對(duì)地電壓）。儀器接入后顯示正負(fù)母線電壓接近（+119V、-114V），如圖7 所示。專(zhuān)業(yè)將該絕緣監(jiān)測(cè)裝置更換新備件后，直流母線電壓恢復(fù)正常，如圖8 所示。目前，國(guó)內(nèi)常用直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置接地告警檢測(cè)如圖9 所示。

圖7 SC-2000B 直流接地查找儀

圖8 分屏絕緣監(jiān)測(cè)裝置ZHIM03F

圖9-1 中R1——平衡橋電阻；R2——切換橋電阻；R3——正負(fù)極對(duì)地的分布電阻；U1——正極對(duì)地電壓；U2——負(fù)極對(duì)地電壓。

圖9 直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置接地檢測(cè)原理圖

4 結(jié)論

本文通過(guò)某電廠直流系統(tǒng)改造后一起絕緣監(jiān)測(cè)裝置誤報(bào)警的實(shí)際案例，介紹查找的全過(guò)程以及處理措施，對(duì)直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置工作原理進(jìn)行了分析、探討，分析平衡橋的設(shè)置對(duì)直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)的影響。

4.1 設(shè)備改造后，絕緣監(jiān)測(cè)功能滿足國(guó)網(wǎng)最新反措要求，直流系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性得到提升。

4.2 對(duì)直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置的報(bào)警，包括處理過(guò)程中要對(duì)參數(shù)變化排查仔細(xì)，不放過(guò)任何不正常的參數(shù)變化，是找到故障原因的有效途徑。

4.3 由于在啟動(dòng)直流母線上的負(fù)荷過(guò)程中，負(fù)荷電流檢測(cè)的不平衡，疊加該段母線的直流監(jiān)測(cè)裝置中電容、電阻原有缺陷，導(dǎo)致該段直流母線單元1 和單元4 所有負(fù)荷接地報(bào)警，隨著直流事故油泵停止運(yùn)行，接地報(bào)警即消失。

4.4 在新裝置的驗(yàn)收投入時(shí)，要對(duì)絕緣監(jiān)測(cè)裝置內(nèi)部參數(shù)設(shè)置進(jìn)行檢查，對(duì)切換橋以及平衡橋電阻值的設(shè)定合理，并檢查直流系統(tǒng)中各參數(shù)是否正常。確保直流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。