變電站直流系統安全隱患的排查和處理

鄧明燕

(四川電力送變電建設公司，四川 成都 610051)

0 概述

2010年3月底，新建遂寧500 kV變電站投產在即，但由于遂寧變電站兩段220 V直流系統電壓均一直處于波動狀態，在各直流絕緣接地巡檢裝置液晶屏上顯示的正、負對地電壓幅值雖然有拉偏但還穩定，用萬用表直接監測I、II段直流系統正、負母線對地電壓幅值既不平衡也不穩定，正極對地電壓和負極對地電壓一直持續往復波動，正、負對地電壓幅值波動范圍相對應地從43.0 V升到177.0 V然后又降至43.0 V，周而復始，幾乎不到一分鐘就循環往復一次，用專業術語表述為典型的“乒乓效應”，此時正、負母線之間電壓幅值一直穩定在220 V，如圖1所示遂寧500 kV變電站220 V直流系統電壓波動圖(注:II段直流系統電壓波動圖與I段完全一致)。

1 原因排查

圖1 遂寧500 kV變電站220 V I段直流系統電壓波動圖

遂寧500 kV變電站220 V直流系統配置為兩段，各自獨立工作，沒有電氣聯系，各段采用分布式輻射網絡供電，各直流屏均配置一臺哈爾濱光宇公司生產的DIM5A型分布式微機絕緣監測裝置來進行直流系統接地巡檢工作，該裝置采用平衡橋和不平衡橋結合的方式(該設計原理是該公司推出的新技術，遂寧變電站是首個使用)，完成正負母線對地電壓、正負母線對地電阻的監測;支路檢測不需要外加信號，根據電流差原理對支路因接地產生的對地漏電流進行在線無接觸測量，從而實現各支路正負對地電阻監測以及接地故障的選線定位，其工作原理結構簡圖如圖2所示。

圖2 DIM5A分布式微機絕緣直流系統接地巡檢儀原理結構簡圖

1.1 直流系統工作原理

本站有一個主控樓和4個保護小室，其中主控樓220 V直流總控室有2段直流母線2臺直流絕緣接地巡檢裝置，主變壓器小室及220 kV小室有6個分屏6臺直流絕緣接地巡檢裝置，2個500 kV小室每個小室各有2個分屏、2臺直流絕緣接地巡檢裝置。

每段直流母線各帶6臺直流絕緣接地巡檢裝置運行，其工作原理為6臺絕緣監測裝置采取并機運行方式，輪值分時工作，當工作令牌到達哪個絕緣監測裝置時，此絕緣監測裝置開始工作，首先投入平衡橋，該平衡橋臂KP開關自動合上，投入1 MΩ平衡橋實時監測直流正、負母線對地電壓狀況，當監測到母線出現絕緣降低后，絕緣監測裝置根據預先設好的定值來判斷直流電壓拉偏情況而決定是否投入該裝置不平衡橋臂Kb開關，即是否投入100 kΩ不平衡橋;當母線電壓對地拉偏值超過絕緣降低預期設定值后，這時絕緣監測系統會根據檢測到電壓的情況啟動支路檢測方案，絕緣監測系統投入不平衡橋進入母線及支路對地阻值檢測程序從而實現接地故障的選線定位，而此時由于絕緣降低被拉偏的直流母線電壓會因為絕緣監測裝置不平衡橋的投入導致被拉偏的直流母線電壓更加深度拉偏。

遂寧變電站220V直流系統改進前等效回路簡化工作原理如圖3所示(注:II段與I段完全一致)。

1.2 電壓波動原因分析

通過現場絕緣檢測發現遂寧500 kV變電站現場絕緣狀況不是很理想，因為搶工期土建和電氣安裝施工交叉嚴重，房屋門窗未安裝，墻面未粉刷，二次設備均安裝就位，導致保護屏盤及端子積灰嚴重;220 kV戶外GIS裝置特別是開關和隔離開關機構箱，一下雨絕緣就整體明顯下降。但即使如此，也只會導致直流系統電壓拉偏，而不是造成直流系統電壓循環波動。

圖3 遂寧變電站直流系統改進前220 VⅠ段直流系統等效回路簡化圖

為了準確判斷遂寧500 kV變電站220 V直流系統電壓波動的真實原因，調試人員首先將總路和各支路計6臺直流絕緣接地巡檢裝置全部退出運行，將各支路橋臂接地解開，同時退出外部所有直流負載支路，在正極和負極母線對地之間各外接一只100 kΩ電阻平衡橋臂，確保直流系統正、負對地母線電壓完全平衡，U+=110 V，U-=110 V，然后逐一投入各負載支路。

這期間發現由于500 kV遂洪線高抗本體和高抗保護屏未安裝完畢，導致5052斷路器和5053斷路器支路絕緣偏低，暫時退出直流;由于220 kV遂桐Ⅰ、Ⅱ線保護屏未搬遷到場，二次電纜未完成接線導致支路絕緣偏低，也暫時退出直流;對全站保護屏盤及接線端子進行除灰和吸潮處理;對220 kV戶外GIS裝置機構進行加熱器烘干處理，同時對受潮嚴重的接線端子和接點進行更換。

通過以上方法對遂寧變電站直流系統進行絕緣排查后，兩段220 V直流系統正、負對地母線電壓相對平衡，直流系統正、負母線對地電壓分別為107.0 V和113.0 V，符合規程要求，整個過程沒有電壓波動情況發生。

此時再將1臺直流絕緣接地巡檢裝置接入直流系統，直流系統正、負母線電壓沒有發生波動，但當接入6臺直流絕緣接地巡檢裝置后，直流系統正、負母線電壓波動情況再次發生，通過反復試驗最終發現，造成220 V直流系統正、負母線電壓波動的根本原因為:每段直流母線6臺直流絕緣監測裝置運行方式是輪值分時工作，當1號機開始工作時，1號機投入平衡橋，當電壓平衡時1號機斷開平衡橋退出轉為待機模式(即退出公共接地點:直流系統公共接地點退出時直流正、負母線對地電壓是懸浮的)，其余裝置工作過程與之類似。這樣就存在系統并機時，當前一臺機器平衡橋退出到下一臺機器平衡橋投入時存在時間差，即該時間段直流系統內沒有平衡橋(即沒有公共接地點)，6臺裝置的循環投入和退出也就是公共接地點的循環投入和退出，從而導致直流系統正、負母線對地電壓循環波動。

2 改進措施及效果

由于直流系統正、負母線對地電壓循環往復的持續波動對分析直流系統故障原因帶來困難，無法正確判斷直流系統是否有絕緣降低或接地，一旦投運將會嚴重危及系統安全運行。

為了確保系統安全穩定運行，調試人員向廠家提出修改設計原理，避免6臺絕緣監測設備間因輪值工作間隙退出平衡橋而丟失公共接地點導致直流系統電壓波動的工作模式，避免直流系統絕緣降低時由于投入各裝置的不平衡橋導致直流系統電壓被深度拉偏的工作模式。廠家也接受該建議，現場立即著手修改軟件，變更了出廠的設計原則，修改了平衡橋的運行方式:即退出所有不平衡橋，取消每段直流母線6臺直流絕緣監測裝置輪值分時工作模式，改為永久投入6臺裝置平衡橋(即公共接地點永久存在)的工作模式。經過廠家現場反復修改軟件和試驗檢測，最終有效解決了直流系統正、負對地電壓波動問題，遂寧變電站220 V直流系統已投入系統運行，性能穩定，狀況良好。

圖4 遂寧變電站改進后220 VⅠ段直流系統等效回路簡化圖

遂寧變電站220 V直流系統廠家設計程序改進后等效回路簡化工作原理如圖4所示(注:Ⅱ段與Ⅰ段完全一致)。