直流系統(tǒng)絕緣降低原因分析及解決方法

摘要：變電站和發(fā)電廠的直流系統(tǒng)是十分重要的電源系統(tǒng)。基于直流系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中處的重要地位，其自身絕緣的可靠直接影響到整個(gè)直流系統(tǒng)乃至整個(gè)電力系統(tǒng)的安全，特別是控制回路和保護(hù)回路。以下是直流系統(tǒng)絕緣降低原因分析及解決方法。

關(guān)鍵詞：直流系統(tǒng)絕緣;故障分析;直流系統(tǒng);直流系統(tǒng)接地;絕緣降低排查

一、概述

在變電站和發(fā)電廠中，為保護(hù)、控制、信號(hào)、不間斷電源裝置等可靠供電的電源系統(tǒng)，通常采用直流電源。現(xiàn)變電站和發(fā)電廠中廣泛應(yīng)用的是主要采用閥式蓄電池和開關(guān)電源組成的直流控制電源系統(tǒng)。

直流系統(tǒng)母線、饋線的發(fā)生一點(diǎn)絕緣降低，在一般情況下并不直接影響直流系統(tǒng)的正常運(yùn)行，但如果不及時(shí)找出絕緣減低的原因并加以修復(fù)，當(dāng)另一點(diǎn)發(fā)生接地故障或者絕緣降低時(shí)，就可能引發(fā)事故事故。為保障直流系統(tǒng)的安全可靠，則必須對(duì)其絕緣狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。本文采取檢測(cè)其對(duì)地絕緣電阻的方法來(lái)分析其絕緣狀況，并對(duì)絕緣降低提出解決方法。

二、直流系統(tǒng)接地故障

電力系統(tǒng)中，直流系統(tǒng)電壓通常采用220V和110V，依據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)lt;lt;電力用直流電源監(jiān)控裝置gt;gt; DL/T856-2004對(duì)直流絕緣檢測(cè)的技術(shù)要求，220V直流系統(tǒng)絕緣整定值為25kΩ，110V系統(tǒng)為7kΩ。

以220V直流系統(tǒng)為例，當(dāng)正極或負(fù)極對(duì)地絕緣電阻降低到25kΩ，則稱為直流系統(tǒng)接地;正級(jí)小于25kΩ則稱之為正極接地，負(fù)極對(duì)地電阻小于25kΩ則稱之為負(fù)極接地。在電橋法表現(xiàn)出來(lái)則是正極對(duì)地電壓降低，或負(fù)極對(duì)地電壓降低。當(dāng)直流系統(tǒng)正極或負(fù)極對(duì)地絕緣電阻降低但其阻值還大于25kΩ，稱之為絕緣降低;當(dāng)其阻值低于25kΩ但大于0Ω時(shí)，稱之為間接接地（非金屬接地）;當(dāng)其阻值接近于0Ω時(shí)，稱之為直接接地（金屬接地）。

三、直流絕緣異常原因分析

電纜引起：主要是由于電纜在加工過(guò)程出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題、敷設(shè)過(guò)程中損傷電纜或者使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)老化所致。

設(shè)備引起：由于設(shè)備故障或老化造成直流對(duì)地短路，或者絕緣降低，比如經(jīng)常出現(xiàn)的比如操作回路分、合閘線圈燒毀接地，直流空氣開關(guān)由于過(guò)流發(fā)熱損壞接地等。

其他原因引起：由于鐵銹、小動(dòng)物、蟻巢、污垢等引起直流系統(tǒng)絕緣降低，特別是天氣異常時(shí)，如連續(xù)下雨或潮濕天氣后，端子排進(jìn)水或受潮引起絕緣降低。

圖1" 直流系統(tǒng)接地圖

由圖1可知，若A點(diǎn)接地，同時(shí)于B點(diǎn)也接地，則KM線圈接通，可能造成斷路器誤分或誤合。同理，A點(diǎn)與C、F、D中一點(diǎn)同時(shí)接地也可能造成斷路器勿動(dòng)。E點(diǎn)與B、C、E、F中一點(diǎn)同時(shí)接地都可能造成斷路器拒動(dòng)。直流系統(tǒng)正負(fù)極電源之間兩點(diǎn)接地還有可能造成熔斷器熔斷、燒壞直流電纜甚至引起火災(zāi)的危險(xiǎn)。

圖2 電橋原理圖

圖2為直流系統(tǒng)電橋原理圖，R1=R2= 1MΩ，做星形與三角形等效變換后可轉(zhuǎn)換為圖3的電橋原理等效圖。

由圖3和圖4可知，R正與R負(fù)為電橋三角形變化后的等效電阻，正常運(yùn)行時(shí)，有R正、R負(fù)相等，V+、V- 相對(duì)地電壓都為110V，當(dāng)正級(jí)或負(fù)級(jí)相對(duì)地絕緣降低時(shí)，V+、V-會(huì)發(fā)生變化，如圖4中正極接地，V+會(huì)降低，假設(shè)正極接地電阻為RX，計(jì)算結(jié)果如下：

假設(shè)正接地電阻RX=50kΩ，直流電壓隨平衡電阻變化情況如下：

平衡電阻為R正=R負(fù)=1MΩ時(shí)，V+ =10.5V，V- =209.5V

平衡電阻為R正=R負(fù)=50kΩ時(shí)，V+ =73V，V- =147V

由此可見(jiàn)直流系統(tǒng)絕緣降低的嚴(yán)重程度不能單獨(dú)看直流母線電壓的偏差，還跟電橋系統(tǒng)的平衡電阻有關(guān)。對(duì)某一變電站或發(fā)電廠直流系統(tǒng)，其平衡電阻是固定不變的，因此可以用直流母線電壓偏差的大小來(lái)判斷直流絕緣降低的嚴(yán)重程度。

當(dāng)廠家沒(méi)給出平衡電阻值時(shí)，我們可以用如下方法來(lái)計(jì)算平衡電阻：

1.測(cè)量該系統(tǒng)電壓為：V總

2.人為在正極與地之間接入電阻RX=100kΩ，測(cè)量正極對(duì)地電壓為V+

3.人為在負(fù)極與地之間接入電阻RX=100kΩ，測(cè)量正極對(duì)地電壓為V-

4.計(jì)算出正極、負(fù)極對(duì)地絕緣阻值分別為：

如果該系統(tǒng)沒(méi)有絕緣降低，則 R+ = R- 即為該系統(tǒng)的平衡電阻

如果該系統(tǒng)出現(xiàn)絕緣異常，現(xiàn)在我們可以利用上式計(jì)算出來(lái)的平衡電阻值，再通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)直流母線正、負(fù)極對(duì)地電壓來(lái)計(jì)算其相對(duì)地的絕緣阻值，以圖4為例，計(jì)算得：

四、直流絕緣降低異常解決方法

變電站和發(fā)電廠中直流系統(tǒng)的絕緣降低情況是非常復(fù)雜的，但是處理絕緣降低的方法基本是一致的。方法如下：

（1）運(yùn)行中的直流系統(tǒng)一旦發(fā)生一點(diǎn)絕緣降低或接地時(shí)，應(yīng)引起高度重視，迅速查找原因，盡快消除缺陷，防止發(fā)展成多點(diǎn)接地故障。

（2）在尋找及處理接地故障時(shí)，必須保證至少有兩人，在工作前，應(yīng)慎重考慮，并采取必要措施，防止引起直流回路另一點(diǎn)接地或因直流電源中斷而造成各種嚴(yán)重后果如裝置誤動(dòng)作。

（3）直流接地發(fā)出信號(hào)后或發(fā)現(xiàn)其監(jiān)視電壓表指示有效大的偏差時(shí)，應(yīng)及時(shí)查找并根據(jù)電壓情況指示判斷是哪一極接地。使用儀表測(cè)量電壓時(shí)，應(yīng)使用高內(nèi)阻儀表，其內(nèi)阻應(yīng)大于2kΩ/V。

（4）直流系統(tǒng)接地發(fā)生后，嚴(yán)禁在直流回路上進(jìn)行與查找接地?zé)o關(guān)的工作。

（5）在直流回路上工作的同時(shí)，發(fā)生直流系統(tǒng)接地，應(yīng)首先在該工作回路上尋找接地點(diǎn)。

（6）禁止把未接地的一極接地，通過(guò)燒焦接地處來(lái)查尋接地點(diǎn)。

（7）在進(jìn)行直流系統(tǒng)絕緣故障點(diǎn)的尋找時(shí)，應(yīng)使用專用的直流接地探測(cè)器進(jìn)行查找，在查找時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：使用探測(cè)器之前應(yīng)檢查探測(cè)器兩接線之間是否正常，防止直流短路事故。探測(cè)器兩接線的線夾應(yīng)用絕緣膠布包好，防止直流短路或多點(diǎn)接地的發(fā)生。

（8）為了查找直流接地，可采取瞬間斷開某回路電源的方法查找。工作前必須征得調(diào)度員的同意，對(duì)瞬間失電后，有可能誤動(dòng)的保護(hù)，應(yīng)先申請(qǐng)將保護(hù)或一次設(shè)備退出運(yùn)行后進(jìn)行。

（9）采用瞬時(shí)斷開某回路電源的方法查找時(shí)，應(yīng)按先拉不重要饋線，后拉重要饋線。先戶外，后戶內(nèi)的原則進(jìn)行，先動(dòng)部分，后靜部分，拉保險(xiǎn)絲先拉正極的，后拉負(fù)極的，合則相反。其順序可如下：① 斷開臨時(shí)工作電源，② 斷開事故照明回路，③ 斷開信號(hào)回路，④ 斷開閘回路，⑤斷開蓄電池回路，⑥ 斷開保護(hù)回路;操作過(guò)程中不管是否是次回路的問(wèn)題，都應(yīng)在3秒內(nèi)把開關(guān)重新合上。

（10）當(dāng)查明某一回路接地時(shí)，應(yīng)盡可能找出接地點(diǎn)，如確定接地點(diǎn)在保護(hù)或自動(dòng)裝置內(nèi)部時(shí)，通知繼保人員及廠家人員檢查消除。

這就是所謂的“拉路法”，直流絕緣減低回路一旦從拉開脫離系統(tǒng)，則直流母線的正、負(fù)極對(duì)地電壓就會(huì)馬上恢復(fù)平衡。實(shí)際故障排查中，由于直流供電系統(tǒng)的特殊性，經(jīng)常發(fā)生閉環(huán)回路供電、雙電源供電情況，保護(hù)裝置不經(jīng)調(diào)度同意也不允許私自停電，以及在施工、擴(kuò)建、改造過(guò)程中遺留的回路不明確等復(fù)雜情況，使查尋直流降低故障點(diǎn)更加困難。故現(xiàn)變電站和發(fā)電廠直流系統(tǒng)中引入絕緣監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其絕緣狀況。

對(duì)于直流系統(tǒng)絕緣降低情況的嚴(yán)重程度，建議對(duì)絕緣降低的情況進(jìn)行分級(jí)處理。

接地故障設(shè)置建議" 0-50K

一級(jí)絕緣設(shè)置建議" 51-100K

二級(jí)絕緣設(shè)置建議" 101-200K

三級(jí)絕緣設(shè)置建議" 201-500K

分級(jí)處理為直流系統(tǒng)絕緣降低分級(jí)管控提供依據(jù)，由絕緣降低發(fā)展為嚴(yán)重的接地故障，多數(shù)情況下是一個(gè)漸變的過(guò)程，先是一點(diǎn)絕緣降低，再發(fā)展到兩點(diǎn)，最后是兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地，對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)可能產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。

因此必須防微杜漸，從最開始杜絕絕緣降低的情況發(fā)生。這就要求直流系統(tǒng)有高精度的絕緣測(cè)量技術(shù)和先進(jìn)的評(píng)估診斷手段，這也是對(duì)直流系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)控設(shè)備提出新的挑戰(zhàn)。

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