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技术文章
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变电站直流系统接地的诊断及处理
二次回路运行中容易出现的问题集中在直流接地和寄生回路上。直流系统接地对运行设备有很大的危害,直流正极接地有造成保护误动的可能。因为一般跳闸线圈(如出口中间继电器线圈和跳合闸线圈等)均接负极电源,若这些回路再发生接地或绝缘不良就会引起保护误动作。直流负极接地与正极接地同一道理,如回路中再有一点接地就可能造成保护拒绝动作(越级扩大事故)。因为两点接地将跳闸或合闸短路,这时还可能烧坏继电器触点。因此国家电网公司规定:直流系统一点接地,可视为二级告警、应在24h内消除。随着大电网、大容量超高压电网的建成,变电站电气设备的增加,回路的庞大、复杂造成直流绝缘降低和接地寻找的困难,因此,加强这方面的分析和研究,对快速寻找接地点,提高直流系统的可靠性,将起很大的作用。
防止因干扰等造成变压器、超高压线路的误跳闸事故的发生,提高电网的稳定运行。我们注意到在电力系统中,由于化学效应、热效应、电场效应、外力效应等影响,直流一点或多点接地将威胁电网自动装置正常运行,其紊乱会造成断路器跳闸,耽误运行时间。
如:1995年7月,某A变电站处在沿海地区,在潮湿空气污染下,DC220V跳闸电位击穿端子板,造成120MVA变压器三侧跳闸。1996年12月,500kV某B变电站因跳闸压板导体误碰屏体,直流接地,造成500kV断路器误跳闸。目前采用的微机直流检测报警装置。只能大概地报出范围,或者检测装置巡视时间很长,超出了寻找故障点规定的时间。现场需要进一步细化采用便携式直流接地定位仪确定故障位置。
变电站设有直流绝缘检测仪,绝缘检测仪的任务:
(1) 长期监测直流系统电压和绝缘水平;
(2) 显示正、负母线对地电压;
(3) 显示直流母线电压,高低值越限报警;
(4) 显示正、负母线对地电阻,低值越限报警;
(5) 循环检测各直流支路绝缘,显示各支路绝缘电阻,低值越限报警;
(6) 装置自检、自调试功能;
(7) 信号远传、远端计算机遥控接口。
直流绝缘检测仪的原理构成及存在问题
目前变电站中的直流绝缘检测仪大体有三种,即电桥法、注入信号法、漏电流检测法。在现场寻找接地点的方法通常是注入信号法、漏电流检测法的结合,既离线故障定位装置。
2.1.1电桥法
电桥法检测直流接地故障的原理:用直流系统正负极对地绝缘电阻和人为设置的两个电阻组成电桥,系统正常时,电桥平衡,当系统出现某一点接地时,电桥失去平衡,产生报警信号。电桥法存在以下缺陷:
当正负极绝缘电阻同等下降或数值接近时,即使已经超越报警界限,装置也不能动作。当设置平衡电阻<100kΩ,或者直流绝缘监察装置回路中的电压表内阻<100kΩ,在测量直流母线正对地时,如果出现直流接触器或出口继电器线圈端也处于接地状态,会构成误动跳闸或合闸的事故,见图1。同时不能实现故障定位,因此,超高压变电站中已经全部更换为微机HY-DC2000、PJ601等型号的微机直流接地检测仪,由于原理与电磁式的不一样,使二次设备的因一点、两点接地出口跳闸的现象没有出现。微机直流接地检测仪的原理采用注入信号寻迹法-基本原理。
2.1.2 注入信号寻迹法-基本原理
根据微机平衡电路基本原理分析,可以导出绝缘电阻R+与R-的有关公式,在公式中,R+与R-与母线电压及测值E与V有关,经电脑计算出R+与R-的数值,同时也可以计算出母线正端对地电压U+与母线正端对地电压U-值。在参数设定中,由于装置0~3四个位置的瞬时报警范围为0-60K、40K、20K、10K,因此当端子接地时,电桥平衡电阻与继电器接地构成回路不会产生误动,只能发出瞬时或永久接地信号告警。见原理图2。通常注入交流信号法有注入单频信号法;注入变频信号法;注入方波信号法。漏电流检测法(注入直流信号法);
其中简单漏电流检测法:利用绝缘监测电桥与故障点产生的不平衡直流电流,不需信号注入设备,但是不能监测正负极性线路绝缘同时下降。
他们都需要霍尔元件电流传感器,可以最短的时间通过信号监控向运行发出警告。但是直流电环网、环路接地时出现几台设备、多条支路同时报警,给查找接地点带来麻烦。虽然对系统安全性高,但是检测精度、灵敏度有待提高。
2.1.3 离线故障定位装置
在发生直流绝缘下降时,查找故障点的快速方法是采用离线故障定位装置。原理如下:它是离线的,不同于微机直流接地检测仪是固定在直流浮充机上,是当微机直流接地检测仪发出绝缘降低信号时,由继电保护人员使用种便携式直流接地故障定位仪,当查找支路整扎线时,准确具体是那根线,抗直流系统分布电容对测试的影响。
信号发生器的信号频率采用0.1-1Hz,不会由分布电容串入保护输入或输出。电流以0.5-2mA和2-4mA变化,(要求≤10mA)使用信号检测器钳型表测信号灵活、方便、进入二次线自如。见图3。查找接地就是用钳表钳过接地点形成的回路电流。有接地点就形成回路。没有接地点的支路就没有回路,对地悬空也就没有电流。
直流系统的绝缘下降及接地的测量
2.2.1 查找单点接地故障
选为三个测点或多测点,A1有接地波形,A2有接地波形,A3无接地波形,故障点在A2和A3之间。
2.2.2 查找多点接地
多点接地时,信号检测器钳型表测信号,接地电阻小的故障点波形幅度大,先排除接地强的。若接地电阻相差不大,则同时显示测点A1、A2有接地波形,A3无,则接地点RX1在A2与A3之间,接地另一点的测点B1、B2、B3有接地波形或通过按键选择电流有接地电流,B4无接地波形,接地点RX2在B3与B4之间。见图4。
发生直流系统绝缘降低时,必须根据情况首先判断故障发生的地点的范围。
接地故障是最常见的故障类型
故障相电压(绝对值)下降;非故障相电压(绝对值)升高;故障电流变化较小,可正常供电,但必须尽快找出原因;易形成两相同时接地并短路;易形成两相同时接地引起继电器误动;同相两点接地引起继电器拒动等。
不要轻易用试停方法
用试停方法查找直流接地有时找不到接地点在哪个系统,原因如下:
(1) 当直流接地发生在充电设备、蓄电池本身和直流母线上时,用拉路方法是找不到接地点的,通常直流母线有可见的间隙,容易查找,但是安装在屏上面的充电模块、微机直流监测装置有可能发生问题;当直流采取环路供电方式时,如不首先断开环路也是不能找到接地点的;
(2)直流串电(寄生回路);
(3) 同极两点接地等。
例如2002年4月,500kV某C变电站直流系统报警,椐了解,以前多次报警的现象基本一样,发现是直流系统的绝缘检测的切换把手出现问题,在切换后恢复运行状态时接触不良,使得平衡电阻出现偏差,发出报警信号。
微机保护由于计算机的运行特性也不允许随意断电。2001年10月,某电力局中心调度所继保科发文,明令禁止“拉回路”查找直流接地。“拉回路”可能导致控制回路和保护回路重大事故发生。
寻找接地的“黄金分割法
3.3.1 正在运行的变电站直流系统接地原因
新建变电站经过严格的验收,一段时间(三个月)运行,基本处于安全时期。但是对于变电站的扩建项目应引起高度重视,新建项目的许多接线与运行的设备有关系,由于带电,绝缘试验不能进行。2004年500kV某D站发出“直流系统绝缘降低信号”,测量I母线+极对地9V,-极对地211V,II母线同时有类似情况。在线直流接地故障设备显示有4路出线绝缘降低。使用便携式微机接地仪对其中查出,500kV某E线保护电源I有明显的有接地波形。了解到最近的工作情况,通信人员在500kV某E线保护载波机上有工作。去掉载波机上的新增的两芯电缆,I母线+极对地9V立即恢复到112V,信号消失。原来是在加入载波机故障信号时,输出接点的一根接地线没有取掉(厂家配线)。
同样。2008年7月,500kV某F变电站发生直流系统绝缘降低情况,经查找,发现是通信的一只电源切换继电器发生直流I、II段直流混淆。此类情况2006年在某G变电站2号变压器投产时也发生过,现象为直流接地信号发出断断续续,+极对地20~50V不定,-极电压相应变化。在种情况为“虚”接地,特点是两段母线的+极,通过变压器保护的操作箱中的电源切换继电器,切换连在一起,直流系统通过联线I、II组的低频信号互相干扰误报接地,原理见图6。
同样。2008年7月,500kV某H变电站发生直流系统绝缘降低情况,经查找,发现是通信的一只电源切换继电器发生直流I、II段直流混淆。此类情况2006年在某I变电站2号变压器投产时也发生过,现象为直流接地信号发出断断续续,+极对地20~50V不定,-极电压相应变化。在种情况为“虚”接地,特点是两段母线的+极,通过变压器保护的操作箱中的电源切换继电器,切换连在一起,直流系统通过联线I、II组的低频信号互相干扰误报接地,原理见图6。
新建或扩建变电站的直流接地情况
二次回路的绝缘试验包括测量绝缘电阻和交流耐压试验,其试验范围包括所有的电气设备的操作、保护、测量、信号等回路,以及这些回路中的操作机构的线圈、开关、继电器、仪表等,测量绝缘电阻应用500~1000MΩ摇表,电压在48V以下的回路应使用不超过500V的摇表。
因此,对变电站的各类接地情况需要认真分析,研究它的一般和特殊性,得出直流系统接地概率图7。
新建或扩建的变电站在使用两组蓄电池的情况下,应注意不要通过继电保护、二次自动装置、开关等使两组蓄电池产生并列运行。因为在直流波动的情况下,容易使微机直流检测装置产生错误判断,误报直流系统接地信号,耽误运行时间。特别是超高压继电保护变压器、线路保护装置中的I、II电源切换回路,必须保证切换接点可靠,否则因为接点问题引起两组蓄电池正电源并列,见图6。因此在2004年投产的500kV变电站和以后的新建变电站中断路器操作箱的切换回路进行了取消,正常则有直流系统两条母线分别向控制I、II和保护I、II供电。
在运行的站内要求处理直流接地时不得造成直流短路和另一点接地,特别不要使用内阻较低的灯泡、万用表直流电阻档对地进行测量。绝缘检测装置中检测电流ij≥ia+ic+ir时不动作。
式中:ia:吸收电流;
Ic:电容电流=i2Пfcu;
Ir:电导电流=U/Rr
ia与ic在浓雾、雨雪、电压冲击时受电场作用电荷位移增大,这种电介质极化是具有弹性的。当外界电场小于能量,由于电介质正负电荷吸引力,而自动恢复到原来中性状态,在10秒至数十分钟内可立即消失、减弱,因此某些装置检测范围取20k为最好。以免使运行检修人员将直流系统的ia和ic的增大误判断为绝缘下降,在检查中寻找不到故障点,反而使真正的直流二次回路出现对电力系统威胁。
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