直流系統(tǒng)絕緣檢測裝置改造方案研究

曹揚(yáng)

摘 要： 本文介紹了交流竄入及直流互竄檢測技術(shù)的原理，結(jié)合實(shí)際提出改造方案。

關(guān)鍵詞： 直流接地；交流竄入；直流互竄；改造方案

一、研究背景

直流系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于發(fā)電廠、變電站以及其他使用直流設(shè)備的用戶，在廠（站）的日常運(yùn)行中具有非常重要的地位。其主要功能是為廠（站）內(nèi)保護(hù)、測控、操作、UPS等裝置提供穩(wěn)定可靠的直流電源。直流接地是最常見的直流故障，交流竄入直流故障也日益增多。文[1]介紹了一座500kV變電站由直流接地所引起的開關(guān)誤動的事故。文[2]介紹了一座發(fā)電廠內(nèi)由于交流竄入直流控制造成機(jī)組跳閘的事故。顯然，如果能實(shí)時監(jiān)測直流系統(tǒng)運(yùn)行狀況，及時發(fā)出故障告警信息，并根據(jù)實(shí)際故障情況，迅速定位故障位置，將有利于檢修人員及時排除故障，對保證直流系統(tǒng)，乃至電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有十分深遠(yuǎn)的意義。

下文將結(jié)合筆者所在供電公司所轄變電站的設(shè)備運(yùn)行情況，提出改造方案。

二、公司直流系統(tǒng)絕緣檢測裝置運(yùn)行情況

我公司現(xiàn)共有220kV變電站7座，110kV變電站26座，35kV變電站10座，均采用220V的直流系統(tǒng)，共有直流系統(tǒng)絕緣檢測裝置50套。

從投運(yùn)時間來比較，部分2010年以前投運(yùn)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)較為不理想，時有裝置故障情況發(fā)生，2010年以后投運(yùn)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)比較良好。從設(shè)備生產(chǎn)廠家來說，多數(shù)廠家已停止生產(chǎn)老舊型號設(shè)備且無備件，設(shè)備出現(xiàn)故障需寄回廠家維修，影響直流系統(tǒng)可靠運(yùn)行。更有少數(shù)廠家已不再開發(fā)生產(chǎn)直流系統(tǒng)絕緣檢測裝置，不再提供售后服務(wù)，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障，無法修復(fù)，嚴(yán)重影響直流系統(tǒng)的正常運(yùn)行。從設(shè)備功能上來說，投運(yùn)時間較早的設(shè)備功能相對較少，已不滿足國網(wǎng)最新標(biāo)準(zhǔn)要求的直流系統(tǒng)絕緣檢測裝置需具備交流互竄檢測功能。多數(shù)設(shè)備需進(jìn)行改造更換。

三、公司發(fā)生的直流系統(tǒng)故障分析

我公司直流系統(tǒng)故障多數(shù)為直流接地故障，少數(shù)為設(shè)備故障。直流接地告警后，檢修維護(hù)人員能夠通過設(shè)備接地選線，迅速判斷并接地支路，為查找接地故障點(diǎn)及處理故障節(jié)約了的時間，為快速恢復(fù)直流系統(tǒng)及二次設(shè)備正常運(yùn)行狀態(tài)打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)。但是絕大部分設(shè)備在運(yùn)行過程中不能實(shí)時查看每個支路的對地絕緣狀態(tài)，只能在母線對地絕緣低于設(shè)置參數(shù)時才能報警及選線。不便于處理絕緣降低但未低至報警值的問題，只能等絕緣進(jìn)一步降低至告警值發(fā)出告警并選線后方能處理，此時直流系統(tǒng)接近于全接地狀態(tài)，可能引發(fā)開關(guān)誤動等事故，威脅電網(wǎng)安全。絕大部分設(shè)備也不具備交流竄入、直流互竄檢測功能，在發(fā)生這兩個直流故障時可能無法告警，導(dǎo)致檢修維護(hù)人員不能及時了解直流系統(tǒng)狀態(tài)，按照對應(yīng)方法及時查找和處理故障，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)安全。

我公司檢修人員在進(jìn)行110kV魚鳧站首檢現(xiàn)場查勘時，發(fā)現(xiàn)直流系統(tǒng)絕緣檢測裝置上某支路對地絕緣較低，只有200K，由于其對地絕緣還未小于告警值并未發(fā)出任何告警信號，檢修人員在幾天后的停電首檢工作中，通過拉路法查到了絕緣降低的出線間隔并及時處理，避免了一次可能在運(yùn)行時發(fā)生的接地故障。實(shí)時顯示每條支路對地絕緣狀態(tài)的功能可以幫助檢修運(yùn)維人員提前發(fā)現(xiàn)支路絕緣降低問題，處理直流接地苗頭，減少直流接地發(fā)生次數(shù)得設(shè)備，在我公司實(shí)際運(yùn)用中取得了不錯的成效。

我公司110kV黃艤站基建安裝過程中，由于施工人員在刀閘機(jī)構(gòu)箱內(nèi)誤將交直流系統(tǒng)二次線對接，試送交直流電源時，造成直流系統(tǒng)絕緣檢測裝置頻繁發(fā)出直流接地告警和復(fù)歸信號，用萬用表測量直流母線電壓在0V-280V之間循環(huán)變化，驗收人員及時發(fā)現(xiàn)并立即斷開交直流電源，并未造成設(shè)備損壞。但是由于這是我公司第一次出現(xiàn)交流竄入故障，所有人員都是按照直流接地故障方法來進(jìn)行分析查找故障。查找到故障支路后，通過逐一斷開開關(guān)機(jī)構(gòu)箱、母線側(cè)刀閘機(jī)構(gòu)箱、線路側(cè)刀閘機(jī)構(gòu)箱的直流回路二次電纜并試送直流電源，確定故障點(diǎn)在線路側(cè)刀閘機(jī)構(gòu)箱內(nèi)。在斷開刀閘機(jī)構(gòu)箱直流電源后用萬用表測量端子帶有220V交流電壓，結(jié)合直流母線電壓變化情況，所有人員才意識到不是直流接地故障，而是交流竄入故障。通過仔細(xì)檢查，順利在線路側(cè)刀閘機(jī)構(gòu)箱內(nèi)發(fā)現(xiàn)由于線芯號頭錯誤，施工人員將刀閘信號回路（直流）與控制回路（交流）誤對接。改接后再次試送電，直流系統(tǒng)恢復(fù)正常。誤接線情況如下圖1所示：

圖1 刀閘機(jī)構(gòu)箱誤接線示意圖

我公司220kV馮沖灣站安裝調(diào)試過程中，發(fā)生了一次直流互竄故障。調(diào)試人員對220kV某線路保護(hù)進(jìn)行整組傳動試驗，在保護(hù)屏內(nèi)的操作箱短接操作回路分合開關(guān)時，誤將第二組控制電源回路正極通過開關(guān)控制回路短接至第一組控制電源回路。按繼電保護(hù)雙重化配置要求，兩組控制電源分別取至兩段直流母線，因此短接操作實(shí)際上造成了兩段直流母線發(fā)生直流互竄故障，絕緣檢測裝置發(fā)出直流接地告警和復(fù)歸信號。由于接地告警是在短接分合開關(guān)時發(fā)出，短接操作完畢后迅速復(fù)歸，時間非常短，調(diào)試人員檢查發(fā)現(xiàn)無異常后繼續(xù)進(jìn)行試驗工作。在接下來的幾次短接操作回路分合開關(guān)時直流系統(tǒng)絕緣檢測裝置都發(fā)出接地告警信號時，調(diào)試人員停止試驗，開始分析查找故障原因。此時天氣晴朗，站內(nèi)無其他任何操作，直流接地故障與分合開關(guān)事件同時發(fā)生，極有可能是分合開關(guān)操作造成的。調(diào)試人員再次核對圖紙，發(fā)現(xiàn)短接端子錯誤，造成直流互竄。重新確認(rèn)短接端子再次進(jìn)行分合開關(guān)時，絕緣檢測裝置未發(fā)出接地告警信號。誤（正確）短接情況如下圖2所示：

圖2 誤（正確）短接操作箱分合開關(guān)示意圖

上述兩起交流竄入和直流互竄故障由于發(fā)生在未投運(yùn)變電站，檢修調(diào)試人員在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)處理及時，并未造成不良后果。但公司系統(tǒng)內(nèi)因交流竄入和直流互竄導(dǎo)致的設(shè)備損壞、保護(hù)設(shè)備拒動、誤動、直流接地等故障在系統(tǒng)內(nèi)中時有發(fā)生，給電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來嚴(yán)重影響。因此，直流系統(tǒng)除原有的直流絕緣檢測功能外，還必須增加交流竄入和直流互竄檢測報警和記錄功能。

四、公司直流系統(tǒng)絕緣檢測裝置改造方案分析

交流竄入和直流互竄監(jiān)測這兩種新技術(shù)發(fā)展時間相對較短，原有的直流系統(tǒng)絕緣檢測裝置均沒有這兩種功能，急待改造更換。我公司已有多個變電站進(jìn)行了相關(guān)改造工作，安裝了集成交流竄入和直流互竄監(jiān)測功能的直流系統(tǒng)絕緣檢測裝置，現(xiàn)運(yùn)行情況良好。經(jīng)調(diào)查，現(xiàn)市場主要有兩種類型的交流竄入和直流互竄監(jiān)測裝置：一種是集成在直流系統(tǒng)絕緣檢測裝置內(nèi)，體積較大，需有備用位置進(jìn)行安裝，安裝接線較為復(fù)雜，改造時需將原有直流系統(tǒng)絕緣檢測裝置停用，接入原有的傳感器（若傳感器不配套還需安裝新的傳感器），改造難度較大、安全風(fēng)險較大、改造成本較高。但是該一體化的設(shè)備能方便的查看故障種類、故障支路等各類故障信息，方便檢修維護(hù)工作的開展。一種是獨(dú)立的交流竄入和直流互竄監(jiān)測裝置，體積較小，可通過“面板嵌入式安裝”、“背掛卡扣式安裝”、“背面螺絲固定安裝”三種安裝方式直接加裝于直流屏，改造時安裝、接線非常方便，無需改動原有直流系統(tǒng)絕緣檢測裝置，改造難度較小安全風(fēng)險較小、改造成本較低。但該獨(dú)立設(shè)備不能顯示故障支路，只能在原有直流系統(tǒng)絕緣檢測裝置上查看，不便于檢修維護(hù)工作開展。

根據(jù)上述對比并結(jié)合我公司實(shí)際情況，筆者認(rèn)為基建新安裝和2010年前投運(yùn)需改造的宜選用具有實(shí)時查看每條支路對地絕緣狀態(tài)，集成了交流竄入、直流互竄功能的直流系統(tǒng)絕緣檢測裝置。2010年后投運(yùn)的直流系統(tǒng)絕緣檢測裝置，宜選用獨(dú)立的交流竄入和直流互竄檢測裝置，集中進(jìn)行改造安裝；在資金允許的情況下，也可以選用具有實(shí)時查看每條支路對地絕緣狀態(tài)，具有實(shí)時查看每條支路對地絕緣狀態(tài)，集成了交流竄入、直流互竄功能的直流系統(tǒng)絕緣檢測裝置。

五、結(jié)束語

總的來說，電力系統(tǒng)中直流系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠對電網(wǎng)及設(shè)備的安全運(yùn)行起著十分重要的作用。直流系統(tǒng)絕緣檢測裝置應(yīng)具備完整且可靠的絕緣檢測、實(shí)時絕緣狀態(tài)查看、交流竄入檢測、直流互竄監(jiān)測功能，將有利于減輕檢修人員的工作負(fù)擔(dān)，提高故障排除效率，減少由于直流系統(tǒng)故障造成的保護(hù)誤動、開關(guān)誤跳閘、設(shè)備損壞等破壞電網(wǎng)穩(wěn)定的事故，也將在提高電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平及綜合自動化水平、起到十分重要的作用。

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