直流系統(tǒng)接地選線的方法

李炎勝

（珠海供電局變電管理所，廣東 珠海 519100）

0 引 言

直流系統(tǒng)在變電站中為控制信號(hào)繼電保護(hù)自動(dòng)裝置和事故照明等提供可靠直流電源。直流系統(tǒng)采用的是雙極對(duì)地絕緣運(yùn)行方式，當(dāng)發(fā)生正極接地時(shí)，由于電磁操作機(jī)構(gòu)跳閘線圈通常接于負(fù)極電源，若回路發(fā)生接地或絕緣不良，會(huì)引起保護(hù)誤動(dòng)；當(dāng)發(fā)生負(fù)極接地時(shí)，如果回路有一點(diǎn)接地，就容易造成跳閘或合閘回路短路，使繼電保護(hù)拒動(dòng)或斷路器拒動(dòng)或熔斷器熔斷。因此，直流系統(tǒng)不允許一極長(zhǎng)時(shí)間接地運(yùn)行。

以往拉路法查找直流接地的方法，根據(jù)接地信號(hào)是否消失來(lái)判斷故障范圍，并隔離故障元件。拉路法更容易對(duì)裝置造成沖擊，以致裝置誤發(fā)信號(hào)，且存在危險(xiǎn)性。隨著繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置微機(jī)化，使用在線式接地自動(dòng)選線裝置進(jìn)行查找接地成為一種普遍方法。

1 直流接地選線一般原理及技術(shù)難點(diǎn)

選線裝置一般是通過(guò)在支路上檢測(cè)直流對(duì)地所漏電流進(jìn)行濾波放大處理來(lái)顯示接地支路，如圖1所示。直流系統(tǒng)雙極對(duì)地絕緣運(yùn)行，是按照國(guó)家DC/T724-2000標(biāo)準(zhǔn)確定的。其中，220 V直流系統(tǒng)對(duì)地電阻必須大于25 kΩ，110 V直流系統(tǒng)對(duì)地電阻必須大于7 kΩ。如果電橋電阻為50 kΩ，漏電流大約在幾毫安范圍內(nèi)，漏電流檢測(cè)難度較大[1]。此外，隨著直流系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的不斷增大，對(duì)地電容分布也不斷增大，再加上多而復(fù)雜的干擾源對(duì)接地選線裝置工況的影響，對(duì)接地選線裝置的要求將更高。

2 接地選線方法的分析

2.1 疊加低頻信號(hào)法

疊加低頻信號(hào)法的電路如圖2所示。

圖1 接地選線原理圖

圖2 疊加低頻信號(hào)法圖

母線采集電壓信號(hào)元件取出正極對(duì)地電壓和負(fù)極對(duì)地電壓，A/D轉(zhuǎn)換后顯示正極對(duì)地電壓及電阻，負(fù)極對(duì)地電壓及電阻，越過(guò)定值告警。

支路檢查用極低頻信號(hào)源（小于9 Hz），饋入直流系統(tǒng)與地之間，用小型電流互感器（TA），同時(shí)穿套在各支路的出線上。由于通過(guò)互感器直流電流大小相等，方向相反，產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵銷，互感器不反映直流電流部分的信號(hào)。注入在正負(fù)母線上交流信號(hào)幅值相等，方向相同，在互感器二次側(cè)輸出電流正比于通過(guò)正、負(fù)極對(duì)地電阻和電容的電流的相量和，設(shè)發(fā)送信號(hào)頻率為f，有效電壓為u，接地電阻為Rg，分布電容為C，則流過(guò)Rg的電流為：IR=U/Rg，而流過(guò)分布電容上的容性電流為：Ic=U/（1/2πfc）=2πfcu，將電阻性電流和電容性電流分開(kāi)，取電阻性電流分量，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器送至微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，顯示支路號(hào)和對(duì)應(yīng)的對(duì)地電阻值。

2.2 相位差偏磁調(diào)制法

相位差偏磁調(diào)制法的電路如圖3所示。

圖3 相位差偏磁調(diào)制法圖

交變對(duì)稱電流源激勵(lì)的鐵芯中，若同時(shí)存在恒定直流磁場(chǎng)，鐵芯中交變磁通的對(duì)稱性就會(huì)被破壞，磁通波形的正負(fù)半波將發(fā)生變化，相應(yīng)繞組輸出的電壓正負(fù)半波將發(fā)生相對(duì)位移，正負(fù)半波相位變化量大小和方向可以反映直流偏置電流的大小和方向，利用這一特性測(cè)量直流漏電流[2]。

正常情況下，直流正極、負(fù)極電流相等，方向相反，鐵芯產(chǎn)生磁通相互抵消，對(duì)三角波無(wú)調(diào)制作用，輸出三角波不產(chǎn)生位移，波形對(duì)稱（Δt=0），當(dāng)發(fā)生接地時(shí)，正負(fù)極電流不等，鐵芯產(chǎn)生直流磁場(chǎng)，輸出三角波產(chǎn)生位移，通過(guò)檢測(cè)Δt，計(jì)算出電流I（漏電流大小），從而進(jìn)行選線。

2.3 霍爾元件構(gòu)成直流CT法

霍爾元件構(gòu)成直流CT法如圖4和圖5所示。

圖4 霍爾傳感器

圖5 霍爾元件構(gòu)成直流CT法圖

半導(dǎo)體霍爾元件薄片通以電流I，在垂直方向施加磁場(chǎng)強(qiáng)度為B，那么半導(dǎo)體的另兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，稱為霍爾電壓，UH=KHIB，KH為霍爾靈敏度。

利用霍爾元件鑲嵌在高導(dǎo)磁率聚磁器環(huán)的截面上，組成一個(gè)直流傳感器來(lái)測(cè)量支路接地漏電流。實(shí)際上就是一個(gè)靈敏度很高的直流鉗型電流表，儀表反映的是正負(fù)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)差。

正常時(shí)正負(fù)極電流相同，磁環(huán)磁通為零，霍爾電壓UH為零，當(dāng)一極接地或絕緣不良時(shí)會(huì)有漏電流產(chǎn)生，磁環(huán)內(nèi)的磁通不為零，產(chǎn)生霍爾電壓UH，把UH進(jìn)行A/D變換后送去微機(jī)處理，計(jì)算出漏電流大小，顯示支路的接地電阻及相應(yīng)支路數(shù)。

2.4 三種方法的比較

三種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，具體如表1所示。

表1 三中接地選線方法對(duì)比表

3 對(duì)直流接地選線裝置運(yùn)行維護(hù)及選型的建議

（1）根據(jù)變電站直流系統(tǒng)規(guī)模特點(diǎn)，選擇選線方法合適的接地選線裝置.

（2）安裝調(diào)試時(shí)，必須在支路的首端、中端及末端進(jìn)行不同電阻的接地試驗(yàn)。

（3）對(duì)低頻信號(hào)注入法接地選線裝置，還要直流支路在不同對(duì)地電容值下，檢測(cè)裝置對(duì)電阻性電流及電容性電流的分辨能力；或選用有雙頻信號(hào)發(fā)生器接地選線裝置。

（4）支路編號(hào)必須準(zhǔn)確，顯示一致，否則無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確查找。

（5）定期進(jìn)行人工巡檢試驗(yàn)，每年要進(jìn)行一次全面接地檢測(cè)預(yù)試。

（6）由于技術(shù)上的局限性，不要過(guò)度依賴接地選線裝置，還須結(jié)合傳統(tǒng)的查找接地方法加以判斷，以提高查找準(zhǔn)確性和效率。

4 結(jié) 論

查找直流接地一直是變電運(yùn)行難以解決的難題，到目前為止還未有較完善、準(zhǔn)確及可靠的檢測(cè)裝置。本文分析了3種較有效的接地選線方法，以期為相關(guān)人員提供參考。