陳瑞珍，代文良，謝智浩，王璐

(國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司檢修公司，湖南長(zhǎng)沙410004)

重要變電站或發(fā)電廠的直流系統(tǒng)，為提高供電可靠性，大多配置兩套直流系統(tǒng)[1-2](兩電兩充或兩電三充)。正常情況下，兩套直流系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，沒有直接的電氣聯(lián)系，但實(shí)際運(yùn)行中，往往由于各種原因，可能造成兩套直流系統(tǒng)之間出現(xiàn)電氣連接，形成環(huán)網(wǎng)故障[3]。如果環(huán)網(wǎng)故障未能及時(shí)消除，將影響變電站內(nèi)所有繼電保護(hù)裝置動(dòng)作的可靠性，因此需要及時(shí)排除故障。目前對(duì)環(huán)網(wǎng)點(diǎn)的定位通常采用帶電解環(huán)儀[4]逐一排查并解除環(huán)網(wǎng)點(diǎn)，但實(shí)際使用中，帶電解環(huán)儀有許多限制，如受分布電容影響較大、饋線密集時(shí)使用不便、費(fèi)時(shí)費(fèi)力等，常常在將所有饋線排查一次后未能找出故障點(diǎn)或找出多處假故障點(diǎn)。本文提出利用模擬接地及在線絕緣監(jiān)測(cè)裝置來定位故障點(diǎn)，經(jīng)實(shí)踐證明定位故障點(diǎn)快速準(zhǔn)確、效果顯著。

1 環(huán)網(wǎng)產(chǎn)生的原因與危害

1.1 環(huán)網(wǎng)的危害

1)形成單極環(huán)網(wǎng)時(shí)，如正極與正極之間形成環(huán)網(wǎng)，如果其中一段直流發(fā)生接地，則所有保護(hù)設(shè)備均會(huì)發(fā)生一點(diǎn)接地，而無論是正極接地或負(fù)極接地，都有可能造成繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)[5]。此外，環(huán)網(wǎng)的存在使兩段母線上的平衡橋并聯(lián)，使得絕緣監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)到的電阻值比實(shí)際接地電阻值大，降低了接地告警的靈敏度，有接地故障時(shí)不能及時(shí)告警。

2)形成雙極環(huán)網(wǎng)時(shí)，即正負(fù)兩極之間均形成環(huán)網(wǎng)，相當(dāng)于兩段直流母線并聯(lián)運(yùn)行，由于兩組蓄電池端電壓和內(nèi)阻不一致，會(huì)造成蓄電池內(nèi)部形成換流，影響蓄電池的使用壽命。任一段直流系統(tǒng)發(fā)生接地時(shí)，另一段也會(huì)發(fā)生接地故障[6]。

3)形成異極性環(huán)網(wǎng)時(shí)，即正極與負(fù)極之間形成環(huán)網(wǎng)，如某繼電器的電源線跨接I段母線的正極與II段母線負(fù)極之間，可能導(dǎo)致該繼電器拒動(dòng)。

1.2 環(huán)網(wǎng)的形成

1)操作人員操作失誤。重要負(fù)載通常由分別來自兩段母線的兩路直流進(jìn)線供電，以便必要時(shí)進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)移。操作人員在完成負(fù)荷轉(zhuǎn)移操作后，若因操作失誤忘記拉開其中一路電源空開，將導(dǎo)致負(fù)載由兩段直流母線供電，在負(fù)載進(jìn)線側(cè)形成環(huán)網(wǎng)。此種情況較易查找，只需將所有直流饋線屏仔細(xì)巡視一遍即可發(fā)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)點(diǎn)。

2)施工人員接線錯(cuò)誤。新增直流負(fù)載時(shí)，施工人員將負(fù)荷電源線連接錯(cuò)誤，若將來自Ⅰ段直流母線的電源與來自Ⅱ直流母線的電源接在同一端子，將造成直流母線形成環(huán)網(wǎng)。此情況不易發(fā)現(xiàn)，需通過支路查找來確定環(huán)網(wǎng)點(diǎn)，然后再進(jìn)一步排查。

3)電纜絕緣不良。繼電保護(hù)裝置的裝置電源、信號(hào)回路電源、控制回路電源等都取自站用直流系統(tǒng)，并多數(shù)在屏內(nèi)同槽敷設(shè)。若來自不同直流母線的電纜絕緣不良，在線槽內(nèi)形成金屬性接觸，會(huì)直接造成直流母線形成環(huán)網(wǎng)。此情況不易發(fā)現(xiàn)，需通過支路查找來確定環(huán)網(wǎng)點(diǎn)，然后逐步拆除每根接線進(jìn)行確認(rèn)。

2 環(huán)網(wǎng)的判斷方法

1)判斷是否存在環(huán)網(wǎng)。在兩段直流母線絕緣均絕緣良好的情況下，采取人為接地的方法，在Ⅰ段直流系統(tǒng)上 (如正極)接一大電阻接地，觀察Ⅱ段直流系統(tǒng)的電壓變化來判斷。若Ⅱ段母線正對(duì)地電壓下降且與Ⅰ段母線電壓變化趨勢(shì)及幅度接近，則可能為單極環(huán)網(wǎng)或雙極環(huán)網(wǎng)；若Ⅱ段母線負(fù)對(duì)地電壓下降，則為異極性環(huán)網(wǎng)。

2)判斷環(huán)網(wǎng)的存在形式?？赏ㄟ^小幅度調(diào)高Ⅰ段直充電機(jī)的輸出電壓，觀察Ⅱ段直流母線電壓是否出現(xiàn)對(duì)應(yīng)變化以及兩臺(tái)充電機(jī)電流是否重新分配。若Ⅱ段母線極間電壓隨之升高，且Ⅱ段充電機(jī)輸出電流減小，則可以判定為雙極環(huán)網(wǎng)；若Ⅱ段母線極間電壓無波動(dòng)且負(fù)荷電流在兩臺(tái)充電機(jī)上沒有重新分配，則可判定為單極環(huán)網(wǎng)。

3 環(huán)網(wǎng)的查找方法

直流系統(tǒng)饋線繁多，查找一條條支路來確認(rèn)存在直流環(huán)網(wǎng)時(shí)，顯然是不現(xiàn)實(shí)的，需縮小懷疑范圍并逐步確認(rèn)。首先應(yīng)排除操作人員操作失誤形成的環(huán)網(wǎng)，逐一對(duì)直流屏進(jìn)行排查，檢查是否存在母聯(lián)開關(guān)合上或某一饋線屏同時(shí)合上Ⅰ段、Ⅱ段進(jìn)線開關(guān)的情況。

3.1 便攜式儀器查找法

如圖1所示，利用便攜式環(huán)網(wǎng)查找儀在系統(tǒng)中注入一個(gè)超低頻、低功率的正弦波電流，通過移動(dòng)的鉗形電流表和手持器跟蹤信號(hào)電流的流向，圖中將信號(hào)發(fā)生器接入Ⅰ段母線，用手持器在Ⅱ段饋線回路中進(jìn)行查找。便攜式儀器攜帶方便，適用于任意場(chǎng)合，但其所采用的低頻交流注入法[7]會(huì)受系統(tǒng)分布電容的影響，當(dāng)分布電容較大時(shí)，可能使檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)誤判的現(xiàn)象。

圖1 直流環(huán)網(wǎng)查找儀原理圖

3.2 拉路法

此外，可通過拉路法來判斷。拉路時(shí)應(yīng)結(jié)合歷史檢修情況，并按照先次要負(fù)荷后重要負(fù)荷的順序，當(dāng)斷開某一回路電源時(shí)環(huán)網(wǎng)故障消失，則說明故障就在該回路之內(nèi)。該方法直接有效，但是可能存在直流饋線標(biāo)簽錯(cuò)誤而誤拉空開，造成保護(hù)或測(cè)控裝置失電的危險(xiǎn)。

常用的環(huán)網(wǎng)查找方法中，便攜式儀器查找法受系統(tǒng)分布電容的影響較大，可能使檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)誤判的現(xiàn)象，而拉路法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且實(shí)際工作中很多回路無法進(jìn)行拉合試驗(yàn)。

4 模擬接地法

模擬接地法基于在線絕緣監(jiān)測(cè)裝置的接地選線功能，利用裝置本身的選線功能來查找環(huán)網(wǎng)。目前絕緣監(jiān)測(cè)裝置的接地選線原理主要有兩種:低頻交流注入法和漏電流檢測(cè)法。

1)低頻交流注入法接地選線原理與便攜式環(huán)網(wǎng)查找儀基本相同，如圖2所示，當(dāng)直流系統(tǒng)存在環(huán)網(wǎng)并注入一低頻信號(hào)時(shí)，低頻交流通過圖中箭頭所示回路流動(dòng)，若某一饋線TA采集到低頻交流信號(hào)，則絕緣監(jiān)測(cè)裝置認(rèn)為該支路存在接地，自動(dòng)選出此條支路并在監(jiān)控器上顯示。

圖2 低頻交流注入法選線原理圖

2)漏電流檢測(cè)法[8]的基本原理是將一直流電流互感器接入饋線支路中，當(dāng)某一支路直流互感器中流進(jìn)和流出的電流不相等時(shí)產(chǎn)生差流 (即漏電流)，如圖3所示，流入負(fù)載TA的電流i1與流出該TA的電流i2存在差流i3，裝置即可檢測(cè)到該支路存在接地并選出。

圖3 漏電流檢測(cè)法基本原理

從結(jié)果上看，兩種檢測(cè)方法均能夠有效定位接地點(diǎn)，但兩種方法各有優(yōu)劣:

1)直流漏電流法無需向直流系統(tǒng)注入交流信號(hào)，完全不影響直流系統(tǒng)運(yùn)行，且檢測(cè)時(shí)不受接地電容的影響。但由于平衡電橋原理自身存在的制約性，漏電流傳感器只能檢測(cè)不對(duì)稱性直流故障，對(duì)于同時(shí)出現(xiàn)正、負(fù)極故障的情況，若故障點(diǎn)正負(fù)極電阻接近時(shí)，漏電流法可能無法定位。

2)低頻交流注入法可以定位出平衡性的故障點(diǎn)，但需要向直流系統(tǒng)注入一個(gè)交流信號(hào)，雖然幅值很小，但仍會(huì)對(duì)直流系統(tǒng)造成一定的影響，引起電壓波動(dòng)；另外由于交流信號(hào)能夠通過電容對(duì)地泄漏，當(dāng)直流系統(tǒng)對(duì)地電容較大時(shí)，低頻交流注入法可能出現(xiàn)誤選、漏選甚至選不出支路的情況。

雖然存在環(huán)網(wǎng)時(shí)實(shí)際上支路并不存在接地現(xiàn)象，但根據(jù)其檢測(cè)原理，仍然可以利用其選出環(huán)網(wǎng)所在支路。如圖4所示，若Ⅰ段1號(hào)支路與Ⅱ段2號(hào)支路通過正極形成環(huán)網(wǎng)，流入Ⅰ段1號(hào)支路的電流通過環(huán)網(wǎng)點(diǎn)分流至Ⅱ段2號(hào)支路，并通過Ⅱ段2號(hào)支路負(fù)極流入直流Ⅱ母，如圖中箭頭所示，導(dǎo)致兩條支路上流入與流出電流不相等即形成差流，饋線TA將檢測(cè)出差流并對(duì)該兩條支路進(jìn)行報(bào)警，或在兩條支路中檢測(cè)出交流分量進(jìn)而選出支路。

圖4 存在環(huán)網(wǎng)時(shí)電流流向示意圖

然而正常運(yùn)行時(shí)，即使直流系統(tǒng)之間存在環(huán)網(wǎng)，由于直流母線對(duì)地電阻并沒有明顯的降低，絕緣監(jiān)測(cè)裝置不會(huì)啟動(dòng)支路巡檢功能。通常絕緣監(jiān)測(cè)裝置啟動(dòng)接地選線功能需要觸發(fā)條件，如220 V直流系統(tǒng)正、負(fù)對(duì)地電壓壓差達(dá)到90 V或正、負(fù)對(duì)地電阻低于25 kΩ，而環(huán)網(wǎng)存在時(shí)由于正、負(fù)對(duì)地絕緣電阻較大且基本平衡，裝置并不會(huì)啟動(dòng)支路巡檢功能，此時(shí)即便存在環(huán)網(wǎng)，裝置也不會(huì)告警并選出支路。但是，通過以上分析，當(dāng)已判定存在環(huán)網(wǎng)時(shí)，可通過觸發(fā)選線功能來查找環(huán)網(wǎng)點(diǎn)，具體做法可用低于告警值的電阻接在某一備用支路正/負(fù)極上使其接地，使裝置告警并啟動(dòng)支路巡檢功能從而選出支路，選出的支路即為環(huán)網(wǎng)所在位置。

5 結(jié)語

變電站的兩套直流系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行后由于各種原因可能出現(xiàn)直流環(huán)網(wǎng)的情況，而環(huán)網(wǎng)的存在會(huì)影響保護(hù)裝置的正確動(dòng)作。本文闡述直流系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)的形成原因、存在形式及其可能造成的危害，詳細(xì)分析低頻交流注入法與漏電流檢測(cè)的原理，并分析采用直流接地法查找環(huán)網(wǎng)的原理與可行性，當(dāng)存在環(huán)網(wǎng)時(shí)，可基于在線絕緣監(jiān)測(cè)裝置利用模擬接地法確定環(huán)網(wǎng)所在位置，可以有效提高環(huán)網(wǎng)查找的效率，保障直流系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。