基于故障錄波方法的直流系統瞬時接地告警裝置研究

黃元 謝祥偉 劉潯 黃瑤玲 吳文健

【摘 ?要】直流系統是電力二次設備的電源，二次回路特征需求直流系統設計為不接地系統，直流系統發生接地故障可能發生電力系統保護誤動或者拒動事故，所以規程明確要求直流系統接地故障低于閾值時必須查找接地故障。當前運行的絕緣故障監測裝置和接地故障查找儀均是針對牢靠接地故障設計，瞬時接地不能正確告警。保護動作時間是毫秒級別，絕緣監測裝置反應時間是秒級以上，瞬時接地可能引發電力系統誤動或者拒動，但由于技術原因檢修人員對瞬時接地故障束手無策。本文論述研究一種針對瞬時接地故障告警選線的絕緣監測裝置，這種裝置通過故障錄波方式判斷瞬時接地饋出支路，解決瞬時接地故障對電力檢修人員的困擾。

【關鍵詞】故障錄波;直流接地;瞬時接地;保護誤動

1概述

直流系統接地故障按照接地時間分可分為短時間接地和長時間接地，按照接地阻值分可分為低阻接地和高阻接地，按照接地介質屬性分可分為電阻性接地和有源接地。直流接地故障可能引發保護誤動或者拒動的電力嚴重事故，為防止電力事故發生，電力檢修工作規程要求在閾值內的接地故障必須查找;由于技術手段原因，目前主要處理長時間的穩定低阻接地，對高阻絕緣故障沒必要查找，對短時間不可靠接地故障無技術手段解決。

繼電保護過程中應用的各種繼電器，動作電壓是繼電器額定電壓的55%-70%之間，動作響應時間是3-5ms。數據知，繼電保護應用的繼電器是非常可靠、非常靈敏的;超過3ms的接地故障就有可能引起保護誤動事故。然而有的接地故障發生短暫時間后自動恢復，監測設備沒能準確記錄，無法為故障查找、故障分析提供有效依據;檢修人員受該類故障困擾較大。

2直流系統瞬時接地故障分析

2.1故障定義

直流電源系統發生接地，在短時間內接地又消失的接地故障統稱為瞬時接地。瞬時接產生原因有：室外設備漏水、機械振動磨損等。瞬時接地通常具備周期性頻繁發生，排查難度大，危害拒動的特征。

2.2故障危害分析

直流電源系統接地故障會導致直流母線對地電壓發生偏移，頻繁發生瞬時接地直流系統對地電壓就會發生波動;直流系統對地電壓突變可能導致保護誤動。

如圖2-1所示，保護控制回路一端永遠接在直流系統母線負極，另一端通過控制回路接到正極;線圈J對地電壓等于負極對地電壓V-，直流系統無絕緣故障時，母線對地電阻R+=R-等于平衡橋電阻，V-約等于U/2;當系統發生絕緣故障時，打破平衡，電壓發生偏移V-不再等于U/2。電壓發生偏移，控制回路分布電容C1充放電，電壓曲線如圖2-1右側所示，Vd為控制繼電器動作電壓，電壓偏差值有可能大于Vd的情況，隨著電容充放電結束，電壓減小，大于Vd的時長為t1，繼電器動作響應時間一般為3-5ms，當t1>3ms時保護可能誤動作。

直流系統頻繁發生瞬時接地時，電壓偏移頻繁，引起電壓波動;此時更容易引起保護誤動。

3瞬時接地故障告警裝置設計

3.1瞬時接地故障結構設計

如圖3-1所示，瞬時接地故障分為監測主機、監測模塊和CT三部分組成，一套瞬時接地故障監測裝置保函1臺監測主機、最多可帶16個監測模塊（采用地址碼區分）、每個監測模塊可監測16個CT。

CT作用是感應被監測饋線故障電流變化情況，完成電流信號轉變電壓信號的功能。

監測模塊采用STM32的F系列芯片，選用該系列具有16個AD通道資源的CPU，高速采樣CT通道的電流值，設計存儲緩存芯片，實現電流數據緩存、錄波等功能。

監測主機也采用STM32的F系列芯片，監測直流母線以及直流母線對地電壓，高速采樣電壓值，設計存儲緩存芯片，實現電流數據緩存、錄波等功能。

監測主機和監測模塊間通信采用工業高速通信CAN總線進行通信，保證系統可靠進行大數據傳輸。

3.2瞬時接地故障判斷方法

監測主機設計算法區分判斷電阻性故障饋線漏電流變化趨勢和故障導致分布電容充放電電流變化趨勢，有效判斷接地支路區分分布電容支路。

監測主機和監測模塊設計有軟件對時功能，監測主機檢測到直流系統母線電壓發生偏移后，判斷通信接收到的電流波形趨勢，電流變化起止時間與電壓突變時間一致的支路為瞬時接地故障支路。

4小結

本文論述直流電源系統瞬時接地形成原因及危害，探討一直基于電流錄波和電壓錄波，然后采用相同時刻波形對比的方法判斷瞬時接地故障支路，通過波形變化趨勢分析判斷瞬時接地情況。采用論述方法研制生產瞬時接地故障監測設備，有望解決當前瞬時接地無解決技術手段的問題。

參考文獻：

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[2]余南華，配電網運行信號錄波與故障診斷技術，中國電力出版社，2017年8月;

[3]余繼軍、李昌禧，直流系統絕緣監測裝置研究，華中理工大學學報，2000年8月;

[4]賈秀芳、趙成勇、李黎、陳愷，直流系統絕緣監測綜合判據，電力系統自動化，1999年8月。

作者簡介：

黃元，男，1985年6月生，湖北應城人，供職于國網湖北省電力有限公司檢修公司特高壓交直流運檢中心，主要研究方向：換流站二次設備檢修技術。

（作者單位：1.湖北省電力有限公司檢修公司;2.廣州市仟順電子設備有限公司）