變電站直流絕緣監測裝置誤報漏報接地支路原因分析

熊 萍，于雅麗

（國網北京市電力公司檢修分公司，北京 豐臺100071）

變電站直流系統為不接地系統，當直流系統發生一點接地時，由于沒有形成回路，直流系統還能正常運行。但是此時應當立即找到接地點并予以排除，否則如果再發生另一點接地，很有可能造成保護裝置、控制回路拒動、誤動等故障，引發電網大面積停電等事故。目前北京地區變電站均配備了微機型接地巡檢裝置，能實時監測直流母線的絕緣狀況，同時微機型接地巡檢裝置均具有支路巡檢功能，能夠直接將接地故障定位到具體的直流饋線支路，提高了接地故障處理效率，保證了直流系統的安全穩定運行。運行中部分變電站微機型接地巡檢裝置存在誤報、漏報接地支路的問題，對接地故障的查找帶來不利的影響。本文總結了北京地區部分變電站微機型接地巡檢裝置誤報、漏報接地支路的原因，并針對這些原因提出減少誤報漏報支路接地的措施和運行注意事項，為變電站運行人員和直流設備廠家提供參考。

1 支路檢測采用交流信號注入法時誤報、漏報接地支路原因分析

交流信號注入法：當有接地發生時，信號發生器向接地母線注入一個低頻交流信號，接地支路有對應頻率交流信號輸出。根據各支路TA小電流互感器檢測各支路相應頻率電流的幅值和相位，從而算出各支路的絕緣電阻，如圖1所示。

圖1 交流信號注入法檢測接地支路原理

根據對應低頻信號電流的幅值和相位，可以提取電流阻性分量，該方法理論上可以求出直流系統接地電阻的數值。

實際變電站直流系統分布電容較大，對地容性漏電流遠大于阻性漏電流，很難精確提取阻性電流分量，影響正確檢測，造成誤判、漏判。

頻率越大，容性電流越大，相對來說阻性電流不容易準確提取，造成誤判漏判。所以，注入的交流信號頻率越低越好。另外，變電站直流多采用高頻開關電源模塊，施加的低頻交流信號易受到電源模塊的高頻開關信號干擾，造成測量精度下降。如北京某220kV敞開式變電站微機型直流接地巡檢裝置支路巡檢采用交流信號法。該裝置投運行時，接地試驗均能正確報出接地支路。經過一段時間的運行，出現了誤報接地支路的問題。該站母線接地電阻報警定值（40kΩ），支路接地報警定值（25kΩ）。正值雷雨季節，氣候潮濕，二次電纜絕緣降低，達到母線接地報警定值（35kΩ，小于報警定值40kΩ）。微機型接地巡檢裝置啟動支路巡檢功能，但由于支路分布電容較大，經支路巡檢，計算出多條支路的接地電阻低于10kΩ，無法判斷哪條支路是真正的絕緣減低。分析其主要原因為：敞開站多次擴建，增加間隔就會增加控制電纜，而控制電纜越長，數量越多，分布電容就越大；保護裝置由原來的電磁保護更換為微機保護，微機保護裝置中使用了大量的抗干擾濾波電容，因此眾多保護裝置的使用又給直流系統引入了較大的對地分布電容。

原因分析及建議：一是擴建間隔或微機保護裝置改造等，會使二次回路支路的對地分布電容發生很大的變化，微機直流絕緣監測裝置內部電容無法得到完全補償，裝置計算出的阻性接地電流將遠遠大于實際阻性接地電流，出現該支路誤報接地的情況。因此微機直流絕緣監測裝置需要重新檢測現場實際直流回路的分布電容的大小，進行正確的電容參數補償。二是直流設備有技改計劃時，特別是二次電纜分布電容較大的敞開式變電站，最好能要求改用直流法檢測支路對地電阻，以避免分布電容對支路檢測的影響。

2支路檢測采用直流漏電流法時誤報、漏報接地支路原因分析

直流漏電流法檢測接地支路原理：如圖1在直流屏饋線正負極安裝直流TA，直流TA可以測量通過該TA的電流。當直流饋線對地絕緣正常時，穿過直流TA的電流大小相等，方向相反，I+-I-=0，直流漏電流傳感器無信號輸出。當直流饋線發生單極絕緣降低或接地時，穿過直流TA的電流不再為0，由基爾霍夫電流定律，I+-I-=I0，流過電流互感器的電流I0即為單極絕緣降低或接地時的泄漏電流。例如圖2所示，當直流正極發生接地時，接地電阻Rx通過大地與負極平衡橋電阻R2形成了回路，由歐姆定律可以計算出，泄漏電流即可計算出接地電阻圖2中：I+為穿過支路TA的正極的電流；I-為穿過支路TA的負極電流；I0為支路泄漏電流；R1為正極平衡橋電阻；R2為負極平衡橋電阻；Rx為接地電阻。

圖2 直流漏電流法檢測接地支路原理

2.1 直流饋線支路混線

這里介紹的支路混線，指的是同一段直流系統的兩條饋線正極或負極搭接在一起，或兩條饋線負極（或正極）接反。如圖3所示，圖中支路13和支路14#的負極連在一起。

圖3 兩條直流饋線支路負極搭接

對于支路13#和支路14#，根據基爾霍夫電流定律，可以得出：

對于支路13#，根據基爾霍夫電流定律，可以得出：

對于支路14#，根據基爾霍夫電流定律，可以得出：

式中：I1為支路13的正極電流；I2為支路13的負極電流；I2為支路14的正極電流；I為支路14的負極電流；I5為支路13CT感受的泄漏電流。I5的大小由支路13和支路14的負載阻抗關系決定。因此如果I≠0，支路13和支路14的漏電流傳感器能感受到漏電流。平時對于整段直流母線來說，母線絕緣實際并沒有降低，因此不會啟動支路巡檢功能，并不會發絕緣故障信號。但是當直流母線絕緣出現降低或接地時，微機型絕緣監測裝置啟動支路巡檢功能就會將支路13和支路14連同實際接地的支路一起報出來。

如圖4所示，支路13和支路14的負極接反，支路13的負極實際是支路14的負極，支路14的負極實際是支路13的負極。

圖4 兩條直流饋線支路負極弄反

根據基爾霍夫電流定律，可以得出：

只要負荷電流I1≠I2，即2條支路負荷電流不相等，支路13和支路14的直流TA就會有漏電流流過，在直流系統出現絕緣降低或接地時，就會同時誤報支路13和支路14接地。

預防直流系統混線的措施：改擴建時，每合入一個小空開后，均要檢查其他未合入小開關的負荷側應不帶電；新建站投產前，將所有開關合入，每斷開一個空開，均要檢查該開關的負荷側應不帶電。

2.2 直流饋線支路正負極同時接地

直流支路正負極絕緣同時降低時，支路正、負極同時有對地泄露電流流過，且方向相反。直流TA感應的電流為正、負極對地泄漏電流之差，而不是真正的正極或者負極對地泄露電流，計算出的接地電阻遠遠大于實際接地電阻值，極有可能發生漏選。

此時采用切換電阻的方式[1]可以計算出正負極接地電阻值。如圖5所示，R1和R2阻值相等，即R1=R2=R，合上K1，斷開K2，流過正極接地電阻R1的電流正好等于流過正、負極接地電阻Rx和Ry的電流之差。即為直流漏電流傳感器感受的漏電流I20。其等效電路如圖6所示。

圖5 直流饋線支路正負極同時接地

圖6 等效電路圖

根據基爾霍夫電壓定律和等效電路圖可知：

式中：I20為合上K1、斷開K2時支路13TA感受到泄漏電流；R為平衡橋電阻；Rx為支路正極接地電阻；Ry為支路負極接地電阻；U為直流母線正對負電壓值。合上K2，斷開K1，其等效電路如圖7所示，直流漏電流傳感器感受的漏電流I10。根據基爾霍夫電壓定律和等效電路圖7可知：

圖7 等效電路圖

式中：I10為合上K2、斷開K1時支路13T感受到泄露電流；R為平衡橋電阻；Rx為支路正極接地電阻；Ry為支路負極接地電阻；U為直流母線正對負電壓值。根據公式（6）（7），可求得Rx和Ry的值，即可以求得正負極同時接地的接地電阻值。

監測正、負極同時接地時，需要正、負極分別對地投電阻，正、負極電壓會頻繁發生變化，不利于繼電保護裝置的穩定運行。由于正、負極同時發生平衡接地的可能性極小，因此在500kV及以上及重要變電站為保證設備的安全穩定運行，建議平時運行時關閉絕緣監測裝置的該項功能。如果遇到平衡接地可考慮是否手動打開該功能查找平衡接地支路。

2.3 環路接地

變電站直流系統正常運行時，環路分段開關K應該斷開。因為某種原因如果K合上，正好環路發生一點接地，如圖8所示。這時一段直流系統13支路和二段直流系統14支路同時會有漏電流流過，且兩者漏電流之和為實際的接地漏電。同時由于環路K合上，相當于I段、II段絕緣檢測裝置的平衡電阻并聯，絕緣監測裝置的平衡電阻相當于原來的一半。

圖8 直流饋線支路正負極同時接地

計算值為實際值的2倍。

假設支路13發生接地，實際接地電阻值為15kΩ，絕緣監測儀的接地報警定值為25kΩ。正常情況下應該報支路13接地報警，但是如果是環路運行，絕緣監測裝置計算出的接地電阻值為30kΩ，發生漏報。

運行注意事項：變電站采用直流環路供電的合閘、控制、保護等重要直流負荷，正常時應開環運行。

3 結束語

本文總結了實際運行過程中微機直流絕緣監測裝置出現誤報、漏報接地支路的原因，為減少誤報、漏報等情況發生，提出了如下幾點措施：

用支路巡檢采用交流信號注入法要考慮變電站現場分布電容的實際值進行實際電容參數補償。在敞開式變電站進行直流技改時，應盡量選用直流漏電法支路巡檢的微機直流絕緣監測裝置。

采用支路巡檢采用直流漏電流法要注意以下幾點：

文中分析了直流支路出現混線時誤報接地支路的原因。為避免出現直流支路混線，在擴建和基建驗收前應仔細檢查：改擴建時，每合入一個小空開后，均要檢查其他未合入小開關的負荷側應不帶電新建站投產前，將所有開關合入，每斷開一個空開均要檢查該開關的負荷側應不帶電。

采用正負極分別投切平衡電阻的方法可以計算出正負同時接地時的正負極接地電阻。建議該項功能平時關閉，現場手動查找接地時可考慮打開該項功能。

環路運行是可能會出現漏報接地支路的情況在直流系統在運行中注意事項：變電站采用直流環路供電的合閘、控制、保護等重要直流負荷，正常時應開環運行。