金銀臺水電站兩組直流電源負(fù)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(fā)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(tǒng)分別由蓄電池組與浮充電裝置并聯(lián)運行，通過雙母分段運行方式構(gòu)成直流供電系統(tǒng)。各支路通過直流環(huán)網(wǎng)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(wěn)定可靠的不間斷電源。直流負(fù)荷為環(huán)形接線，由于環(huán)網(wǎng)運行存在分支支路長，負(fù)載多，回路復(fù)雜，合環(huán)、分環(huán)點不明確，查找故障困難等問題，我站按照電力企業(yè)DL/T5044-2004《電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》和《發(fā)電廠并網(wǎng)安全性評價標(biāo)準(zhǔn)》要求，在2011年檢修時把全站的直流系統(tǒng)饋電網(wǎng)絡(luò)改為簡單的輻射式供電網(wǎng)絡(luò)。

金銀臺水電站在進行220 V 直流系統(tǒng)饋電網(wǎng)絡(luò)技改過程中，發(fā)現(xiàn)全廠兩段直流電源有三個負(fù)荷支路一直在合環(huán)運行，未在規(guī)定的解環(huán)點解環(huán)。于是，檢修人員對三個支路環(huán)網(wǎng)逐一解環(huán)，在把最后一個環(huán)網(wǎng)的空開斷開后，直流屏上的絕緣在線監(jiān)測儀發(fā)出“直流Ⅰ、Ⅱ段負(fù)母線接地”報警信號，直流監(jiān)控模塊同時發(fā)出聲光報警信息并一直持續(xù)。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(fù)對地電壓為58 V;Ⅱ段正對地電壓為57 V，負(fù)對地電壓為168 V。檢修人員分析:在報警前只對三個直流環(huán)網(wǎng)空開進行了操作，而全廠其它地方未開展相關(guān)作業(yè)，于是又將剛剛斷開的環(huán)網(wǎng)空開合上，此時直流屏和絕緣監(jiān)測儀上的報警信號自動消除。再用萬用表測量兩段正負(fù)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(xì)檢查，未發(fā)現(xiàn)有接地跡象。但只要斷開直流合環(huán)空開，直流系統(tǒng)就會持續(xù)報警。為了不影響電站的正常生產(chǎn)，保證直流負(fù)荷可靠運行，在沒有查找出故障根源之前，全廠直流系統(tǒng)仍暫時保持之前的合環(huán)運行方式。在運行中，直流屏經(jīng)常間歇性報“直流Ⅰ、Ⅱ段負(fù)母線瞬時接地”故障信號。

2 直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測的基本原理及直流接地的危害

2.1 直流絕緣在線監(jiān)測裝置的基本工作原理

在直流系統(tǒng)中只允許有一個接地點，就是利用監(jiān)測裝置中的絕緣監(jiān)測繼電器的接地點，通過裝置引出至外殼接地。絕緣監(jiān)測繼電器利用平衡電橋原理，當(dāng)直流系統(tǒng)的正極或負(fù)極對地絕緣阻抗降低到某一規(guī)定值或設(shè)定值，即正對地電壓或負(fù)對地電壓差使電橋失去了平衡、發(fā)生了變化即可判定絕緣下降。如圖1所示，若絕緣監(jiān)測繼電器線圈KS 中有電流流過并達(dá)到啟動值后，就會啟動其接點發(fā)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(fù)極，如果跳閘回路絕緣不好或突發(fā)接地，就有可能造成保護誤動。

(2)直流負(fù)極接地時，如果跳合閘回路產(chǎn)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(shè)備。

圖1 直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)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(jiān)測裝置本身有故障;

(2)直流負(fù)荷或直流母線負(fù)極有間接接地現(xiàn)象;

(3)環(huán)網(wǎng)運行的整個直流網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)有故障就應(yīng)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(xiàn)的接地故障點仔細(xì)排查，都沒有找出真正報警的原因。由于直流系統(tǒng)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(tǒng)進行全面檢查。

(1)當(dāng)線路全停電時，機組也處于全停狀態(tài)，檢修人員對直流電纜絕緣及各個直流負(fù)荷接線端子進行了檢查，均未發(fā)現(xiàn)問題。此時，所有直流負(fù)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(huán)網(wǎng)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(jiān)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(fù)荷上。將其它負(fù)荷開關(guān)全部合上，斷開GIS 室直流負(fù)荷，此時絕緣監(jiān)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(guān)，直流接地立即報警。

(4)檢修人員根據(jù)相關(guān)圖紙資料，對GIS 室直流電源接線及所連負(fù)荷逐個查找、核對，在主變保護屏內(nèi)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(nèi)的實際接線是按成都院所提供的圖紙接線，經(jīng)過仔細(xì)對比，發(fā)現(xiàn)兩份圖紙接線位置不一致，電源Ⅱ負(fù)極(接X:10端子)錯接在了公共電源負(fù)極X:11端子上，當(dāng)直流I 段失電后，直流電源Ⅰ段負(fù)極通過繼電器觸點2JJ12-2與Ⅱ段負(fù)極連通，使電源Ⅰ的負(fù)極與電源Ⅱ的負(fù)極構(gòu)成回路，造成直流絕緣監(jiān)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(xiàn)了以前測量電壓時Ⅰ段正對地電壓為168 V，負(fù)對地電壓為58 V;Ⅱ段正對地電壓為57 V，負(fù)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(jiān)測裝置再無報警現(xiàn)象出現(xiàn)，電壓恢復(fù)正常。此現(xiàn)象說明，在直流系統(tǒng)中，使用環(huán)網(wǎng)運行確實存在一定的弊端，如果為輻射式拓?fù)涔╇姺绞剑祟惞收系牟檎揖捅容^方便。

(6)通過直流系統(tǒng)的改造，兩段直流系統(tǒng)完全獨立運行。經(jīng)過近幾個月的運行觀察，直流系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

4 結(jié)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(xiàn)象。由于電站直流供電回路較多，故出現(xiàn)這種直流串電故障也較多。特別是環(huán)網(wǎng)運行的直流系統(tǒng)，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(shè)備的安全穩(wěn)定運行，甚至引起事故擴大。因此，直流系統(tǒng)的供電方式最好采用輻射式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其能夠避免電氣設(shè)備相互之間造成影響，從而確保直流系統(tǒng)供電的可靠性。