變電站直流系統(tǒng)接地檢測(cè)裝置的改造

1.直流系統(tǒng)接地的危害

電力系統(tǒng)中直流操作系統(tǒng)采用對(duì)地絕緣運(yùn)行方式，當(dāng)發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，并不引起任何危害，但必須及時(shí)處理，否則，當(dāng)發(fā)生另一點(diǎn)接地時(shí)，有可能使繼電保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)、拒動(dòng)。運(yùn)行實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，直流接地不僅會(huì)造成繼電保護(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng)，甚至?xí)斐刹捎弥绷骺刂频脑O(shè)備誤動(dòng)、拒動(dòng)，以至損壞設(shè)備，造成大面積停電、系統(tǒng)瓦解等嚴(yán)重后果。因此，對(duì)于直流接地問題，不能僅從一個(gè)變電站、一個(gè)電廠角度分析問題，要從整個(gè)電網(wǎng)高度去考慮。如某110KV變電站，站內(nèi)發(fā)生了直流接地。#2主變開關(guān)在運(yùn)行中自動(dòng)分閘，無任何信號(hào)。經(jīng)查找分析，#2主變控制箱滲水受潮，確認(rèn)為因直流兩點(diǎn)接地，造成該開關(guān)誤分。

2.直流絕緣檢測(cè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的現(xiàn)狀

2.1絕緣監(jiān)察裝置存在的問題

對(duì)于生產(chǎn)現(xiàn)場而言，電廠、變電站多年運(yùn)行后，電纜絕緣普遍下降，各種端子箱、機(jī)構(gòu)箱、刀閘輔助接點(diǎn)箱等生銹損壞，密封性下降，遇雨、雪、濕霧天氣，易發(fā)生接地;而且，往往為非金屬性接地(對(duì)地阻值高)、多點(diǎn)接地、正負(fù)極均有接地以及正、負(fù)極絕緣電阻之差較小，形成對(duì)稱性接地故障接地性質(zhì)。而目前各種直流絕緣監(jiān)察裝置(含常規(guī)型、微機(jī)型)對(duì)于直流系統(tǒng)接地的監(jiān)察報(bào)警均采用電橋平衡原理，對(duì)上述高阻對(duì)稱性接地?zé)o法有效檢測(cè)。因受電橋平衡原理的限制，裝置只能監(jiān)測(cè)非對(duì)稱性直流接地故障，在正、負(fù)極絕緣電阻均等下降或其值相接近時(shí)，裝置不能反應(yīng)。現(xiàn)有各類裝置的對(duì)地直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置的靈敏度均在兩極絕緣電阻之比為2：1至10：1的范圍。而且，若兩極絕緣電阻相差較大，而實(shí)際上任一級(jí)的絕緣水平并未低于允許值的情況下，也可能報(bào)警，使檢測(cè)人員誤認(rèn)為絕緣水平下降。

按照國電公司新下發(fā)的反事故技術(shù)措施“防止電力生產(chǎn)重大事故的25項(xiàng)重點(diǎn)要求”，樞紐變電站直流系統(tǒng)廣泛采用雙組蓄電池、單母線分段接線方式。兩段直流的母線在并列運(yùn)行方式下(如單組蓄電池容量試驗(yàn)時(shí))，要求及時(shí)停運(yùn)某一段母線的直流絕緣監(jiān)察裝置，以保證直流系統(tǒng)對(duì)地絕緣電阻不降低，否則可能造成在直流一點(diǎn)接地時(shí)繼電器誤動(dòng);在兩段直流母線分列運(yùn)行方式下，要求及時(shí)投運(yùn)兩段母線的絕緣監(jiān)察裝置，否則會(huì)造成一段直流母線失去絕緣監(jiān)視。以常規(guī)直流絕緣監(jiān)察裝置為例：兩段直流母線分列運(yùn)行時(shí)，是兩個(gè)獨(dú)立的直流系統(tǒng)，每段母線均投運(yùn)一套監(jiān)察裝置。為了測(cè)量對(duì)地電位，每個(gè)絕緣監(jiān)察裝置設(shè)有一個(gè)人為的接地點(diǎn)。為防止在直流網(wǎng)絡(luò)中其它任何地方再發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)而引起繼電器誤動(dòng)，要求絕緣監(jiān)察繼電器的線圈具有足夠大的電阻值。(對(duì)220V直流系統(tǒng)該線圈的電阻值為30kΩ，其起動(dòng)電流為1.4mA。系統(tǒng)中其它繼電器的起動(dòng)電流都應(yīng)選擇大于1.4mA)。在并列運(yùn)行時(shí)，相當(dāng)于一條直流母線一個(gè)直流系統(tǒng)，必須在并列前停運(yùn)一段母線的絕緣監(jiān)察裝置，否則會(huì)造成兩個(gè)30kΩ電阻并列，對(duì)地絕緣電阻變?yōu)?5kΩ，造成一點(diǎn)接地(220kV直流系統(tǒng)對(duì)地絕緣報(bào)警值為20kΩ)。此時(shí)如再有另一點(diǎn)接地，其接地電流足以造成某些繼電器誤動(dòng)。同理，在兩段母線由并列運(yùn)行轉(zhuǎn)分列運(yùn)行后，應(yīng)及時(shí)將已停運(yùn)的一段母線絕緣監(jiān)察裝置投入，否則會(huì)造成該段母線及其系統(tǒng)失去對(duì)地絕緣監(jiān)察?，F(xiàn)有的各類直流絕緣裝置均不能自動(dòng)適應(yīng)兩段直流母線的分、并列運(yùn)行方式，一般采用在二次接線上利用手動(dòng)開關(guān)或母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)輔助接點(diǎn)切換停運(yùn)一套裝置的接地方式。有的廠家產(chǎn)品甚至不設(shè)手動(dòng)開關(guān)，通過斷開一套裝置的接于直流母線的熔斷器而停運(yùn)裝置。

2.2支路檢測(cè)原理存在的問題

隨著微機(jī)保護(hù)大量抗干擾電容的安裝使用，直流系統(tǒng)開環(huán)輻射供電運(yùn)行方式的采用使直流系統(tǒng)的對(duì)地電容電流增大?，F(xiàn)國內(nèi)廣泛使用向系統(tǒng)注入信號(hào)方式的微機(jī)型絕緣支路選線裝置，實(shí)際上已無法實(shí)現(xiàn)對(duì)接地支路的有效查找。當(dāng)電容電流大于檢測(cè)裝置對(duì)絕緣電阻泄漏電流的整定值時(shí)，將造成誤發(fā)信號(hào)，影響裝置的正確判斷。

2.3接地支路的查找無有效手段

目前，隨著繼電保護(hù)反事故措施的落實(shí)，直流系統(tǒng)中保護(hù)、控制熔斷器越分越細(xì)，數(shù)量越來越多，造成直流屏饋出支路下的分支支路數(shù)量越來越多?，F(xiàn)有的微機(jī)支路檢測(cè)裝置采用的加裝檢測(cè)互感器的方法從技術(shù)上、成本上已難以滿足要求。有的廠家推出了便攜式定點(diǎn)查點(diǎn)設(shè)備，原理仍為注入信號(hào)式，其缺點(diǎn)前面已述。特別需要指出的是，此型裝置的電流傳感器必須為卡鉗式，有氣隙檢測(cè)分散性大。

3.技術(shù)對(duì)策

為解決絕緣監(jiān)察裝置存在的問題，根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)行要求，對(duì)微機(jī)直流接地選線監(jiān)測(cè)裝置的技術(shù)原理進(jìn)行改進(jìn)，以使微機(jī)直流接地選線監(jiān)測(cè)裝置能較好地滿足現(xiàn)場運(yùn)行需要。

3.1工作原理

采用平衡電橋與不平衡電橋相結(jié)合，可有效地檢測(cè)正、負(fù)極同時(shí)接地或延續(xù)發(fā)展正、負(fù)極接地，對(duì)地絕緣電阻不受正、負(fù)極接地電阻是否相同或接近的影響。

3.2對(duì)直流系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響

采用將電橋改為分別投入兩段母線的方法，使直流系統(tǒng)的Ⅰ、Ⅱ段母線是否并列運(yùn)行不影響本裝置的檢測(cè)，不影響系統(tǒng)對(duì)地絕緣電阻，自動(dòng)滿足直流系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的要求。采用將電橋改為分別投入兩段母線，這樣在同一時(shí)刻，兩段母線上只有一段的平衡電阻，另一段沒有，采集數(shù)據(jù)根據(jù)投入的電橋在哪一段上就記錄哪一段的辦法。這樣，系統(tǒng)兩段母線是否并列運(yùn)行就不會(huì)影響到對(duì)絕緣的監(jiān)測(cè)，不會(huì)降低直流系統(tǒng)對(duì)地絕緣電阻，從而實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)滿足直流系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的要求。

3.3高靈敏度的直流傳感器的應(yīng)用

采用高靈敏度的直流傳感器(精度達(dá)0.1mA)，結(jié)合不平衡電橋可以測(cè)出多支路同時(shí)接地或同時(shí)平衡接地的情況，并可直接顯示接地漏電流數(shù)值。不需注入信號(hào)。并通過多次實(shí)驗(yàn)，將直流傳感器的抗過載能力提高，過載恢復(fù)后能即刻恢復(fù)其檢測(cè)性能。利用系統(tǒng)在絕緣良好的時(shí)候，每月進(jìn)行一次零點(diǎn)掃描，將傳感器的零點(diǎn)誤差消除。

3.4定檢方式

在裝置中設(shè)置定檢方式，通過傳感器對(duì)報(bào)警支路的漏電流的高速檢測(cè)與監(jiān)視，直接顯示在裝置的液晶屏幕上，配合拉合報(bào)警支路的分支路熔斷器，有助于查找具體的接地支路，特別是對(duì)于多路、多點(diǎn)接地的情況。

3.5防誤技術(shù)

對(duì)支路電流的采集，因信號(hào)小、易受環(huán)境的影響，我們采用采集母線對(duì)地電壓的辦法。因電壓量是比較強(qiáng)的信號(hào)量，且檢測(cè)不易受到外界的影響，用母線電壓計(jì)算出的阻抗如果正常，則支路就不可能有報(bào)警發(fā)生。我們?cè)谲浖戏怄i支路報(bào)警的輸出，但同時(shí)計(jì)算支路的信號(hào)電壓值與零點(diǎn)值的誤差。如果誤差過大，則給出支路檢測(cè)元件故障的告警信息，顯示在屏幕上，以便及時(shí)排除。

4.現(xiàn)場運(yùn)行情況

首臺(tái)機(jī)于2003年1月安裝于某110kV變電站，在該站發(fā)生幾次直流接地，該裝置均準(zhǔn)確判別報(bào)警。并準(zhǔn)確判斷出該接地支路，并顯示接地電流;經(jīng)實(shí)際拉路查找，接地點(diǎn)在所顯示回路，證實(shí)裝置檢測(cè)準(zhǔn)確。

運(yùn)行實(shí)踐證明，該裝置能夠同時(shí)監(jiān)視兩段直流母線的電壓及正、負(fù)級(jí)對(duì)地絕緣阻抗，不受兩段母線分、并列運(yùn)行影響。對(duì)接地支路的檢測(cè)準(zhǔn)確，有利于現(xiàn)場值班員、檢修人員快速準(zhǔn)確地處理直流接地故障，對(duì)確保電網(wǎng)運(yùn)行安全起到了重要的作用。達(dá)到了研制工作預(yù)期的目的。