金銀臺水電站兩組直流電源負極串電引起直流接地信號誤報的分析與處理

王澤洪

(四川港航嘉陵江金沙航電開發有限公司金銀臺電站，四川閬中 637400)

1 概述

金銀臺水電站220 V 直流系統分別由蓄電池組與浮充電裝置并聯運行，通過雙母分段運行方式構成直流供電系統。各支路通過直流環網形成不間斷供電，主要為全廠控制回路、信號回路、繼電保護自動裝置、斷路器分合閘操作等提供穩定可靠的不間斷電源。直流負荷為環形接線，由于環網運行存在分支支路長，負載多，回路復雜，合環、分環點不明確，查找故障困難等問題，我站按照電力企業DL/T5044-2004《電力工程直流系統設計技術規程》和《發電廠并網安全性評價標準》要求，在2011年檢修時把全站的直流系統饋電網絡改為簡單的輻射式供電網絡。

金銀臺水電站在進行220 V 直流系統饋電網絡技改過程中，發現全廠兩段直流電源有三個負荷支路一直在合環運行，未在規定的解環點解環。于是，檢修人員對三個支路環網逐一解環，在把最后一個環網的空開斷開后，直流屏上的絕緣在線監測儀發出“直流Ⅰ、Ⅱ段負母線接地”報警信號，直流監控模塊同時發出聲光報警信息并一直持續。檢修人員用萬用表分別測量兩段直流母線對地電壓:Ⅰ段正對地電壓為168 V，負對地電壓為58 V;Ⅱ段正對地電壓為57 V，負對地電壓為168 V。檢修人員分析:在報警前只對三個直流環網空開進行了操作，而全廠其它地方未開展相關作業，于是又將剛剛斷開的環網空開合上，此時直流屏和絕緣監測儀上的報警信號自動消除。再用萬用表測量兩段正負母線對地電壓均為113 V左右，電壓正常。檢修人員對剛剛操作的直流空開及電源連接線進行了仔細檢查，未發現有接地跡象。但只要斷開直流合環空開，直流系統就會持續報警。為了不影響電站的正常生產，保證直流負荷可靠運行，在沒有查找出故障根源之前，全廠直流系統仍暫時保持之前的合環運行方式。在運行中，直流屏經常間歇性報“直流Ⅰ、Ⅱ段負母線瞬時接地”故障信號。

2 直流系統絕緣監測的基本原理及直流接地的危害

2.1 直流絕緣在線監測裝置的基本工作原理

在直流系統中只允許有一個接地點，就是利用監測裝置中的絕緣監測繼電器的接地點，通過裝置引出至外殼接地。絕緣監測繼電器利用平衡電橋原理，當直流系統的正極或負極對地絕緣阻抗降低到某一規定值或設定值，即正對地電壓或負對地電壓差使電橋失去了平衡、發生了變化即可判定絕緣下降。如圖1所示，若絕緣監測繼電器線圈KS 中有電流流過并達到啟動值后，就會啟動其接點發出接地故障信號。

2.2 直流接地對繼電保護裝置運行的危害

(1)直流正極接地有造成保護誤動的可能性，一般跳閘線圈(如出口中間線圈和跳閘線圈等)接電源負極，如果跳閘回路絕緣不好或突發接地，就有可能造成保護誤動。

(2)直流負極接地時，如果跳合閘回路產生接地，就有可能短路該回路而使保護拒動，造成保護越級動作，擴大事故范圍。若回路中兩點或多點同時接地故障，將跳閘或合閘回路短路，容易燒壞回路中的繼電器等設備。

圖1 直流系統絕緣監測裝置基本原理圖

圖2 主變保護屏保護裝置電源接線錯誤示意圖

3 故障分析及處理

3.1 故障分析

(1)直流絕緣監測裝置本身有故障;

(2)直流負荷或直流母線負極有間接接地現象;

(3)環網運行的整個直流網絡或接線本身存在問題，可能存在非金屬性接地情況。

3.2 故障處理

直流系統有故障就應迅速排除，以免事故擴大。檢修人員進行了多次討論分析，對可能出現的接地故障點仔細排查，都沒有找出真正報警的原因。由于直流系統屬于不間斷電源，不能隨意大范圍停電查找，因此，檢修人員決定選擇電站線路全部停電時對全廠直流系統進行全面檢查。

(1)當線路全停電時，機組也處于全停狀態，檢修人員對直流電纜絕緣及各個直流負荷接線端子進行了檢查，均未發現問題。此時，所有直流負荷都可以停電檢查，采取常用的“拉路法”查找接地故障。

(2)先把兩段直流環網解開，使兩段直流電源獨立運行，把兩段直流饋電屏上的所有直流輸出空開斷開，此時絕緣監測儀沒有報警，從而證明兩段直流母線沒有接地故障。

(3)再對每一個支路進行合閘試驗，逐一排除，最終把故障范圍縮小到GIS 室直流負荷上。將其它負荷開關全部合上，斷開GIS 室直流負荷，此時絕緣監測裝置沒有報警，測量母線對地電壓亦正常，但只要一合上GIS 室這一組直流電源開關，直流接地立即報警。

(4)檢修人員根據相關圖紙資料，對GIS 室直流電源接線及所連負荷逐個查找、核對，在主變保護屏內查找出一組接線與廠家圖紙要求接線位置不符，如圖2所示。而屏柜內的實際接線是按成都院所提供的圖紙接線，經過仔細對比，發現兩份圖紙接線位置不一致，電源Ⅱ負極(接X:10端子)錯接在了公共電源負極X:11端子上，當直流I 段失電后，直流電源Ⅰ段負極通過繼電器觸點2JJ12-2與Ⅱ段負極連通，使電源Ⅰ的負極與電源Ⅱ的負極構成回路，造成直流絕緣監測裝置中的平衡電橋失去平衡，引起裝置報警，同時也就出現了以前測量電壓時Ⅰ段正對地電壓為168 V，負對地電壓為58 V;Ⅱ段正對地電壓為57 V，負對地電壓為168 V。

(5)在檢修人員按照廠家圖紙要求對端子接線進行變更后，絕緣監測裝置再無報警現象出現，電壓恢復正常。此現象說明，在直流系統中，使用環網運行確實存在一定的弊端，如果為輻射式拓撲供電方式，此類故障的查找就比較方便。

(6)通過直流系統的改造，兩段直流系統完全獨立運行。經過近幾個月的運行觀察，直流系統運行穩定。

4 結語

直流串電故障是指兩套或兩套以上直流電源有一點連在一起的故障現象。由于電站直流供電回路較多，故出現這種直流串電故障也較多。特別是環網運行的直流系統，一組直流接地故障會直接影響到另一組，進而影響到整個電站設備的安全穩定運行，甚至引起事故擴大。因此，直流系統的供電方式最好采用輻射式拓撲結構，其能夠避免電氣設備相互之間造成影響，從而確保直流系統供電的可靠性。