泵站直流系統(tǒng)絕緣異常的檢查分析

尚曉君 張瑾

江蘇省太湖地區(qū)水利工程管理處 江蘇蘇州 215519

摘要：文章介紹了泵站直流系統(tǒng)的組成，直流供電網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)，闡述了直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測的原理和方法，并通過一起直流系統(tǒng)絕緣異常事故，分析了直流系統(tǒng)絕緣異常的主要原因。

關(guān)鍵詞：直流系統(tǒng)；接地；絕緣異常；直流負荷

0 引言

泵站直流系統(tǒng)主要為泵站控制系統(tǒng)、繼電保護、信號裝置、自動裝置提供電源；同時作為獨立的電源，在站用電失去后，直流電源還可以作為應急備用電源，即使在全站停電的情況下，仍應能保證幾點保護裝置、自動裝置、控制及信號裝置和斷路器等可靠工作，亦能供給事故照明。泵站直流負荷的重要性決定了其運行可靠與否，直接關(guān)系到設備的安全穩(wěn)定運行。直流系統(tǒng)是絕緣系統(tǒng)，正常情況下，正、負極對地絕緣電阻相等，正、負極對地電壓平衡，直流系統(tǒng)若存在絕緣電阻下降、一點或多點接地等隱患，將可能造成斷路器控制及保護的誤動、拒動，危及電網(wǎng)系統(tǒng)以及設備運行的安全。

1 直流系統(tǒng)概述

1.1 直流系統(tǒng)的組成

常熟水利樞紐管理所泵站直流系統(tǒng)是由蓄電池、充電設備、直流負荷三大部分組成。直流系統(tǒng)的工作電壓為220v。由于常熟泵站主變電壓等級為 110 kV，故采用單套直流系統(tǒng)。由于泵站直流系統(tǒng)設計年份較早，直流系統(tǒng)設計比較簡單：直流母線為單母線，正極母線分為控制母線和合閘母線，單組蓄電池，通過分接開關(guān)控制母線電壓，如圖1所示。

圖1 單母直流系統(tǒng)示意圖

1.2直流供電網(wǎng)絡

泵站的直流供電網(wǎng)絡由直流控制母線經(jīng)直流空氣開關(guān)或經(jīng)過隔離開關(guān)和熔斷器引出，通常分為環(huán)形網(wǎng)絡和輻射型網(wǎng)絡兩種，供給控制、保護、自動裝置、信號、事故照明和交流不停電電源等若干相互獨立的分支系統(tǒng)。以往直流饋電網(wǎng)絡多采用環(huán)形供電方式（如圖2），該供電網(wǎng)絡在發(fā)生直流接地故障時查找比較困難，因此已經(jīng)逐步淘汰。泵站現(xiàn)采用的輻射狀供電網(wǎng)絡是以直流母線為中心（如圖3），直接向各用電負荷供電的一種方式，它有利于實現(xiàn)直流系統(tǒng)的微機監(jiān)測，便于尋找故障點。

圖2 直流系統(tǒng)示意圖

圖3 直流系統(tǒng)示意圖

（1）直流電源引至各電氣間隔

1）泵站無直流分配屏。由直流屏上分別接于Ⅰ、Ⅱ兩段直流母線的饋線空氣開關(guān)敷設兩路直流電源電纜至各電氣間隔。

2）泵站有直流分配屏。在直流分配屏上選取分別接于Ⅰ、Ⅱ兩段直流母線的饋線空氣開關(guān)，敷設兩路直流電源電纜至各電氣間隔

3）各間隔二次設備直流控制電源經(jīng)屏頂小母線供給。要求220kV及以上間隔的測控屏屏頂直流電源小母線有四根，分別引自變電站Ⅰ、Ⅱ兩段直流母線，各間隔在測控屏由屏頂小母線引下兩路直流控制電源至屏內(nèi)的兩路自動空氣開關(guān)，由測控屏敷設兩路直流電源電纜至保護屏。

（2）各間隔內(nèi)屏與屏之間直流控制電源分配。

1）直流屏或直流分配屏上間隔數(shù)足夠多時，Ⅰ、Ⅱ兩組直流電源可直接分路引到各電氣間隔的測控屏和保護屏。

2）Ⅰ、Ⅱ兩組直流電源首先引入至各電氣間隔測控屏，在測控屏上安裝兩個直流空氣開關(guān)，分別作為主控制電源、副控制電源，再由測控屏敷設兩路電源至保護屏。

3）各間隔保護屏內(nèi)電源分配。各裝置電源分配以能實現(xiàn)裝置單獨斷電而不影響操作電源和其他裝置為原則，由保護屏端子排分別配線至屏后頂部操作電源空開、裝置電源空開上端，空氣開關(guān)相互間不聯(lián)系。屏內(nèi)操作回路、各裝置電源由屏后空氣開關(guān)下端引下。

2 絕緣檢查的原理與方法

2.1 原理

直流系統(tǒng)正常運行時對地絕緣電阻很大，通常在0.2-0.5兆歐范圍內(nèi)，這是保證直流系統(tǒng)安全可靠不可缺少的條件。直流系統(tǒng)發(fā)生一點接地時，并不影響正常工作，但是若在同一極或在另一極又發(fā)生一點接地，可能造成直流電源短路使熔斷器熔斷，或使斷路器、繼電保護及自動裝置拒動或誤動，給二次系統(tǒng)的工作帶來極大的危害。為此，泵站都裝設有必要的直流絕緣監(jiān)測裝置，以便在發(fā)生直流接地時裝置能夠可靠動作并發(fā)出信號，使運行人員盡快發(fā)現(xiàn)并消除缺陷。絕緣監(jiān)測裝置能夠測出直流正負極對地電壓和絕緣電阻。

2.2 檢查方法

（1）通過觀察直流絕緣監(jiān)測裝置，判斷直流系統(tǒng)絕緣是否存在異常。

絕緣情況良好時，正、負母對地電壓平衡（或者相差不大），對地電阻平衡且大于數(shù)十千歐。如果發(fā)現(xiàn)正、負極對地電壓偏差較大或者電阻較小，則表明其中有一極對地絕緣情況不是很好，需要進一步檢查。如果正、負極對地電阻下降，但此時對地電壓仍平衡，則說明兩極對地絕緣都存在問題，需要進一步查找，但此類情況較少。需要注意的是：在檢查中，每段母線只能有一套絕緣監(jiān)測裝置在運行。

（2）直流系統(tǒng)單極或者雙極絕緣異常點查找

在通過觀察直流絕緣監(jiān)測裝置，初步判斷出直流絕緣存在問題后，需要進一步查找接地點或者絕緣薄弱點。一直以來人工查找方法是：逐條拉合負荷支路，然后再解端子、搖絕緣。該方法費時費力，而且安全風險大。現(xiàn)在可以使用專業(yè)的在線絕緣檢測儀器，在不拉負荷支路的情況下，在線查找接地點或者絕緣薄弱點。目前的在線絕緣檢測儀器通常采用低頻小信號注入法，其基本原理是在接地母線與大地之間施加一個超低頻信號，其電流沿著接地點方向流動。

（3）兩段直流母線并列運行檢查

由于設計原因或者施工原因，兩段母線存在并列運行現(xiàn)象，例如兩段母線的負極在斷路器就地控制箱內(nèi)并接。一般這種情況在運行巡視中很難發(fā)現(xiàn)，但是可以通過專業(yè)工具來檢測，可以在一段母線的正、負極加低頻小信號，如果在另一段母線測量到電壓發(fā)生小的波動，則說明存在并列運行情況。

3 絕緣異常分析

3.1 絕緣異?，F(xiàn)象

110kV 某變電所有單套直流系統(tǒng)，配置一套奧特迅公司 WJY-3000A 型產(chǎn)品的絕緣巡檢裝置。

絕緣巡檢裝置顯示：直流系統(tǒng)正母對地電壓 86V，正母對地絕緣電阻140k?；負母對地電壓138V，負母對地絕緣電阻999.9k?。

正、負母對地電壓偏差為52V（大于40V），根據(jù)《華東電網(wǎng)直流電源系統(tǒng)運行及檢修工作規(guī)范》中關(guān)于直流系統(tǒng)接地的定義：220V直流系統(tǒng)兩極對地電壓絕對值差超過40V或絕緣降低到 25k? 以下；110V 直流系統(tǒng)兩極對地電壓絕對值差超過 20V 或絕緣降低到7k? 以下，應視為直流系統(tǒng)接地，初步判斷直流正母接地。

經(jīng)拉路分路發(fā)現(xiàn)，110kV室外場地110kV備用線路端子箱內(nèi)受潮，拉開備用線路直流電源后，恢復正常。已更換進水端子箱封門防水封條，完善加熱除濕措施。目前拉開該備用線路的直流電源。

3.2 直流系統(tǒng)絕緣異常原因分析

絕緣異?，F(xiàn)象主要有兩種：一是正負母線對地電壓有偏差，但是還沒有達到接地的標準；二是直流系統(tǒng)接地（通過電阻接地或者金屬性接地）。對于直流系統(tǒng)絕緣異常而言，主要有以下原因：

（1）對于正負母電壓略有偏差而言，可能是正、負母對地電容不平衡造成的，但是目前的絕緣巡檢裝置無法測量母線對地電容，必須使用專用的絕緣巡檢設備。

（2）機構(gòu)箱、端子箱等設備密封絕緣不好，導致受潮甚至滲水，從而引起直流回路對地絕緣下降，乃至接地。這種現(xiàn)象通常發(fā)生在雨水等惡劣天氣，平時一切正常，給直流接地查找?guī)砝щy。要求加強巡視，對于密封性不好的端子箱等設備進行整改，或者加裝防雨罩，裝設加熱除濕設備。

（3）由于施工不慎，導致電纜的外絕緣損壞。要求通過檢修期間的絕緣試驗來檢查，并確認具體位置后，進行相應處理。

（4）在設備改造、擴建的過程中，廢棄電纜一端接在直流系統(tǒng)，而另一段甩在電纜溝中，從而導致直流接地。要求在改造、擴建過程中，加強對廢棄電纜處理的監(jiān)督。

（5）一些老式、運行時間較長的直流屏濾波電容或者電子元器件老化，導致對地絕緣下降。要求盡快對直流系統(tǒng)進行改造。

4 結(jié)論

直流電源系統(tǒng)絕緣檢測及接地故障排查關(guān)系到電網(wǎng)的安全、可靠運行，其管理應制度化、常態(tài)化。工作中應加強日常巡視工作，關(guān)注直流母線對地電壓偏差。對于密封性不良的端子箱、機構(gòu)箱等設備盡快整改。在基建驗收、檢修驗收時，關(guān)注直流回路電纜對地絕緣試驗，確認其數(shù)據(jù)滿足標準要求。在泵站改造、擴建過程中，關(guān)注廢棄電纜的處理，確認廢棄電纜已脫離直流系統(tǒng)。

參考文獻：

[1]《電力系統(tǒng)用蓄電池直流電源裝置運行與維護技術(shù)規(guī)程》 電力行業(yè)標準 DL/T724-2000

[2]《變電站管理規(guī)范》國家電網(wǎng)公司 國家電網(wǎng)生<2006>512號

[3]江蘇省電力公司變電站交直流設備運維管理規(guī)定 蘇電運檢〔2013〕1007號

[4]國家電網(wǎng)公司直流電源系統(tǒng)運行規(guī)范 國家電網(wǎng)公司 2005