尉 鑌

(山西省電力公司,山西太原 030001)

山西電網(wǎng)直流絕緣監(jiān)測儀運行情況分析

尉 鑌

(山西省電力公司,山西太原 030001)

指出系統(tǒng)的絕緣狀況對繼電保護和變電站的安全穩(wěn)定運行起著非常重要的作用,絕緣監(jiān)測裝置是檢測變電站直流電源系統(tǒng)絕緣狀況的重要設(shè)備,通過對山西電網(wǎng)部分變電站絕緣監(jiān)測儀現(xiàn)場校驗的測試數(shù)據(jù)進行分析,發(fā)現(xiàn)絕緣監(jiān)測儀存在電壓波動、無兩極接地檢測功能、裝置自帶較大對地電容、高阻接地時正負(fù)極對地電壓偏差過大等問題,提出解決措施。

絕緣監(jiān)測儀;校驗;兩極接地;對地電壓波動;對地分布電容

0 引言

變電站直流電源系統(tǒng)絕緣監(jiān)測儀是在線檢測直流系統(tǒng)絕緣狀況的重要設(shè)備,運行維護人員主要通過該設(shè)備判斷系統(tǒng)絕緣情況,并進行接地故障查找處理。

目前,微機化的絕緣監(jiān)測儀除有告警功能外,還具備接地支路選線功能。告警檢測主要采用平衡橋、乒乓及雙橋等原理,而接地選線則主要采用漏電流和注入信號2種方式,通過穿芯互感器檢測支路的漏電流或低頻信號電流大小來判斷支路是否接地。由于系統(tǒng)的復(fù)雜性,發(fā)生接地的方式很多,如單極單點接地、單極多點接地、2套直流系統(tǒng)串入導(dǎo)致系統(tǒng)絕緣低、交流電源串入直流系統(tǒng)等。

為全面了解山西電網(wǎng)絕緣檢測設(shè)備的運行狀況,從2008年12月至2009年7月,對部分單位的40多座110 kV及以上變電站的絕緣監(jiān)測裝置和系統(tǒng)對地電容進行了全面的檢測。以下主要通過某分公司18個變電站的測試數(shù)據(jù),從高阻正負(fù)極偏差過大、正負(fù)極對地電壓波動過大、絕緣監(jiān)測儀自帶較大對地電容、無兩極接地檢測功能4方面來探討絕緣監(jiān)測儀的的缺陷對直流系統(tǒng)運行安全的影響。

1 在線檢測方法

本次分析的18個變電站中,包括110 kV變電站5個、220 kV站11個、500 kV站2個,檢測時間在2008年11月17日至11月25日。

1.1 絕緣監(jiān)測裝置的校驗

直流絕緣監(jiān)測裝置的現(xiàn)場校驗采用專用的直流接地校驗儀進行,校驗原理如圖1,將待校驗的絕緣監(jiān)測儀的+KM(母線)、-KM及接地線,從運行的直流系統(tǒng)解開,再分別接入專用直流接地校驗儀對應(yīng)端子,另將其接地支路穿過絕緣監(jiān)測儀的支路檢測互感器 (CT)。專用校驗裝置可輸出直流系統(tǒng)電壓、直流系統(tǒng)電容、支路對地電容,并可模擬各種接地類型故障。

圖1 直流接地校驗儀校驗原理接線

1.2 對地電容的測量

采用專用的對地電容測量設(shè)備,帶電測量運行中直流電源系統(tǒng)的對地電容,如圖2所示。該設(shè)備通過向系統(tǒng)中注入1個超低頻、低電流、低功率的交變信號,通過檢測系統(tǒng)容抗大小,來檢測系統(tǒng)分布電容。

2 校驗數(shù)據(jù)分析

a)電壓波動,引起正負(fù)極壓差超過40 V,有6個站,占33%。

圖2 對地電容測量

當(dāng)直流系統(tǒng)存在接地故障或絕緣降低時,電壓產(chǎn)生波動,引起系統(tǒng)正負(fù)極壓差過大,最高的臺頭110 kV站,正負(fù)極壓差為 170 V,其中霍州500 kV站雖然波動為42 V,因其為110 V系統(tǒng),如果換算為220 V系統(tǒng),將為84 V。各站測試情況如表1。

表1 電壓波動情況表

對于直流系統(tǒng)正負(fù)極電壓波動的情況,運行維護人員有所反映,但對具體產(chǎn)生原因和過程了解不是很清楚,通過這次校驗,對絕緣裝置問題導(dǎo)致正負(fù)極對地電壓波動的情況有一個較清晰的了解。

b)絕緣電阻雖未達到25 kΩ告警值,因系統(tǒng)絕緣降低,引起正負(fù)極壓差超過40 V,有15個站,占83.3%。

測試中模擬系統(tǒng)絕緣電阻降為100 kΩ,在15個對地電壓差超過40 V的變電站中,最高電壓差達180 V。數(shù)據(jù)見表2。

表2 絕緣降低導(dǎo)致正負(fù)極壓差超過40 V統(tǒng)計表 V

100 kΩ接地由于遠大于接地故障告警整定值25 kΩ,絕緣監(jiān)測裝置不發(fā)告警信號,運行維護人員并不認(rèn)為發(fā)生了接地故障,因而不會處理。這樣將導(dǎo)致直流系統(tǒng)長期在正負(fù)極壓差過大的環(huán)境中運行。文獻[1]指出,當(dāng)電壓偏離50%母線電壓時,如果發(fā)生接地故障極易造成保護誤動。

c)絕緣監(jiān)測裝置內(nèi),帶有較大的對地電容,有2個站,占11%。

測試表明,500 kV臨汾、220 kV鄭莊兩站,絕緣監(jiān)測裝置本身對地各有近200μF的電容,結(jié)果如表3所示。

表3 絕緣絕緣裝置帶對地電容情況表

從表中數(shù)據(jù)分析,500 kV臨汾、220 kV鄭莊兩站,絕緣裝置本身對地各有超過200μF的電容。由于電容的充放電作用,在控制回路發(fā)生接地時,易造成保護誤動。

d)兩極接地不能告警。

從校驗情況看,在所校驗的18個站中,有14個站的直流絕緣監(jiān)測裝置沒有兩極接地告警功能,占校驗站數(shù)的77%。

3 絕緣監(jiān)測儀問題對系統(tǒng)安全的影響

3.1 電壓波動

如圖3所示,有些絕緣裝置通過切換k1、k2,分別在正負(fù)極不同時刻投入電阻R1、R2,增加接地信號電流,以便更容易檢測出接地支路。

上述切換,將使正負(fù)極對地電壓產(chǎn)生上下波動,波動曲線如圖3b,圖中虛線表示直流系統(tǒng)存在對地電容時其充放電過程。不難發(fā)現(xiàn),當(dāng)投入k1,即在正極接入電阻R1時,負(fù)極對地電壓可能大于50%母線電壓。當(dāng)如圖3a出口繼電器回路接地時,如嘉泉站電壓波動為101 V,則意味著加在線圈兩端的電壓為0.5×220+101/2=165.5 V,大于70%母線電壓 (154 V),該繼電器必誤動!

可見對地電壓大幅波動是非常危險的。

據(jù)了解,在全國各地因絕緣裝置電壓波動問題導(dǎo)致的安全事故很多,也證明了電壓波動對直流系統(tǒng)安全運行存在較大的影響。

3.2 兩極接地

兩極接地故障是指直流系統(tǒng)正負(fù)母線絕緣電阻同時降低或出現(xiàn)接地的現(xiàn)象,一般認(rèn)為這種情況極少發(fā)生,可以不予考慮,實際情況并非如此。雖然在本次檢測中,沒有發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在兩極接地的情況,但在廣東某地在現(xiàn)場校驗中,發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)正負(fù)極絕緣都只有10 kΩ左右而裝置沒有告警的情況。在最近浙江幾個變電站檢查中,發(fā)現(xiàn)因報廢的絕緣裝置接線沒有解除,裝置中的平衡橋沒有退出造成系統(tǒng)兩極絕緣降低的情況。

圖3 電壓波動產(chǎn)生原因

兩極絕緣下降如果長期存在于直流系統(tǒng)而又不被發(fā)現(xiàn)并排除,將使直流系統(tǒng)面臨出現(xiàn)大的短路電流的風(fēng)險,隨之引起火災(zāi)和損壞直流電源。還會降低接地檢測的靈敏度,有一點接地故障發(fā)生時,不能準(zhǔn)確告警,給系統(tǒng)留下安全隱患。

3.3 高阻時正負(fù)極對地電壓偏差過大

這主要是絕緣監(jiān)測裝置平衡橋電阻選擇的問題所致,目前絕緣裝置的基本檢測原理均采用平衡橋原理,基本原理如圖4所示。

圖4 平衡橋電阻檢測原理

從以上電路可以得出:

平衡橋電阻值選擇越大,當(dāng)任一極發(fā)生絕緣降低時,兩極所產(chǎn)生的壓差越大。

3.4 裝置正負(fù)極帶較大的對地電容

在本次檢測的變電站中發(fā)現(xiàn)有裝置帶了近200μf的對地電容。這是絕緣裝置生產(chǎn)廠家只考慮自身裝置加大電容后,可提高裝置的抗干擾能力,而沒有考慮到電容加大后,人為提高了系統(tǒng)對地電容值,從而提高了保護誤動的風(fēng)險。

4 問題的整改

根據(jù)上述絕緣監(jiān)測裝置存在的問題和現(xiàn)場實際情況,認(rèn)為對絕緣監(jiān)測裝置的整改可采取以下幾種方案來進行。

a)絕緣監(jiān)測裝置的生產(chǎn)廠家對發(fā)現(xiàn)的問題進行現(xiàn)場改造、更換。

b)選擇技術(shù)較先進的廠家對絕緣監(jiān)測裝置進行整體改造。

c)加強對現(xiàn)場運行絕緣裝置的現(xiàn)場巡檢和定期校驗。

目前,在山西省太原、晉中等地已針對絕緣監(jiān)測裝置存在的問題,對部分問題較為嚴(yán)重的變電站進行了整改,從現(xiàn)場驗收和改造后的運行情況看,達到了預(yù)期的效果。

5 結(jié)論

對山西電網(wǎng)在運的直流絕緣監(jiān)測裝置采用專用校驗設(shè)備進行全面校驗,發(fā)現(xiàn)了原電阻法對絕緣裝置進行校驗所未發(fā)現(xiàn)的問題。在電阻法進行校驗時,在系統(tǒng)中接入1個25 kΩ的電阻,檢測人員擔(dān)心會導(dǎo)致系統(tǒng)絕緣降低,從而只能對絕緣監(jiān)測裝置進行最基本的報警功能檢測,而對影響系統(tǒng)安全的因素?zé)o法做全面的試驗。有鑒于此,有必要采取如下措施解決絕緣裝置存在的問題。

a)建議配備專用校驗儀器,定期對 “絕緣監(jiān)測儀”進行校驗,對絕緣監(jiān)測裝置的性能進行全面評估。

b)在今后設(shè)備選型和技術(shù)改造方面加強產(chǎn)品技術(shù)環(huán)節(jié)的審查,防止技術(shù)缺陷產(chǎn)品進入電網(wǎng)運行。

c)對 “絕緣監(jiān)測儀”由于自身的問題導(dǎo)致電壓波動較大或帶有較大的對地電容的裝置,要盡快進行整改,以及時消除系統(tǒng)安全隱患。

d)加強絕緣檢測相關(guān)專業(yè)方面的技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)交流。

[1] 黃劍.便攜式直流接地檢測儀對電力設(shè)備運行的影響分析 [J].廣東電力,2007,20(3):34-37.

YU Bin
(ShanxiElectric Power Corporation,Taiyuan,Shanxi 030001,China)

The state of insu lation plays an essential ro le in relay p rotection and the stab le operation of substation.Insulation monitoring device is key for testing the insulation status of DC pow er system in substation.Based on the analysis of the data from on-site calibration o f insulationmonitors in some of the substations of ShanxiG rid,it is found that there are some problems on the insulation monitors,involving voltage fluctuation,non-polarized grounding detec tion,installation of a larger built-to-ground capacitance,the deviation of positive-and-negative-to-ground voltage being too large and so on,and the so lutions thereof are proposed.

insulation monitor;check;bipolar grounding;voltage f luctuations to ground;distributed capacitance to ground

TM 762

A

1671-0320(2010)02-0018-03

2010-01-11,

2010-03-02

尉 鑌 (1975-),男,山西大同人,1997年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電力系統(tǒng)及自動化專業(yè),工程師,從事變電運行和直流工作。