直流絕緣系統(tǒng)原理

1、直流絕緣監(jiān)察裝置原理分析及直流系統(tǒng)接地異常處理的技術(shù)工作報(bào)告撰稿人：蓉鹽都供電公司直流絕緣監(jiān)察裝置原理分析及直流 系統(tǒng)接地異常處理的技術(shù)工作報(bào)告 鹽都供電公司蓉發(fā)電廠和變電所的直流系統(tǒng)比較復(fù)雜，而且通過電纜線 路與屋外配電裝置的端子箱、操作機(jī)構(gòu)等相連接，發(fā)生接地 的機(jī)會(huì)較多。直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，由于沒有短路電流 流過，熔斷器不會(huì)熔斷，仍能繼續(xù)運(yùn)行。但是這種接地故障 必須及早發(fā)現(xiàn)，否則當(dāng)發(fā)生另一點(diǎn)接地時(shí)，有可能引起信號(hào) 回路、控制回路、繼電保護(hù)回路和自動(dòng)裝置回路的不正確動(dòng) 作。例如在圖1所示的控制回路圖中,當(dāng)A點(diǎn)存在一點(diǎn)接地 故障，而后又在B點(diǎn)發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，斷路器的跳閘線圈中 就會(huì)有電流流

2、過，而引起誤跳閘?？梢娧b設(shè)經(jīng)常性的直流系 統(tǒng)絕緣監(jiān)察裝置是十分必要的。圖1兩點(diǎn)接地所引起的誤跳閘情況目前在發(fā)電廠和變電所中廣泛采用的直流系統(tǒng)絕緣監(jiān) 察裝置的原理圖如2(C)所示，這種裝置能在絕緣電阻低于規(guī) 定值時(shí)，自動(dòng)的發(fā)出燈光和音響信號(hào)，并且可以利用它分辨 出哪一極的絕緣電阻降低，還可以測(cè)出對(duì)地的總的絕緣電阻 值，然后通過換算可以確定出正負(fù)極的絕緣電阻值。+&J盧信號(hào)圖2 ( a )信號(hào)部分'圖2 ( b)測(cè)量部分信號(hào)圖2 ( c )整組原理接線圖圖2絕緣監(jiān)察裝置原理圖整個(gè)裝置可分為信號(hào)和測(cè)量?jī)刹糠?，都是根?jù)直流電橋的工作原理構(gòu)成的。圖2 ( a )為信號(hào)部分的原理圖，其主要

3、組成元件為電阻RI、R2和信號(hào)繼電器XJJ。電阻R1與R2 數(shù)值相等，并與直流系統(tǒng)正、負(fù)極對(duì)地絕緣電阻R+和R-組 成電橋的四個(gè)臂，繼電器XJJ則接于電橋的對(duì)角線上，相當(dāng) 于直流電橋中檢流計(jì)的位置。正常狀態(tài)下直流母線正、負(fù)極 的對(duì)地絕緣電阻R+與R-相等，繼電器XJJ線圈中只有微小 的不平衡電流流過，繼電器不動(dòng)作。當(dāng)某一極的絕緣電阻下 降時(shí)，電橋失去平衡，繼電器的線圈中即有電流通過，當(dāng)此 電流足夠大時(shí)，繼電器XJJ動(dòng)作，其常開觸點(diǎn)閉合，發(fā)出預(yù) 告信號(hào)。下面用具體計(jì)算說明：當(dāng)電橋失去平衡時(shí)，加在繼電器XJJ上的電壓可利用電 橋?qū)蔷€上電壓的計(jì)算公式求得。即Uj= UR+/ ( R+ + R- )

4、 -RI/ ( R1+R2 ) Rj/R+R-/( R+ + R-) +對(duì)+ RlR2/( R1 + R2 )( 1 )式中U一直流母線電壓Rj-繼電器線圈的電阻由于R1 = R2 = R ,所以上式可化簡(jiǎn)為Uj= UR+/(R+ + R-)-0.5Rj/(2)R+R-/( R+ + R-) +可+0.5R于是，流過繼電器XJJ線圈中的電流為Ij= UR+/ ( R+ + R- ) -0.5 / R+R-/(R+ + R-) + &+0.5R (3)或改寫成Ij= U(R+ -R-)/2R+R- + (R+ + R-)(2Rj + R)(4)可見，當(dāng)R+ = R一時(shí)，Ij = 0。由于

5、在這種絕緣監(jiān)察裝置中有一個(gè)人工的接地點(diǎn)，這樣當(dāng)直流網(wǎng)絡(luò)中其它任何地方發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，將形成電流通 路，如圖3所示。為了防止電流足以引起其它繼電器誤動(dòng)作, 要求絕緣監(jiān)察繼電器XJJ的線圈具有足夠大的電阻值，對(duì)220kV直流系統(tǒng)一般選用%二30千歐，其啟動(dòng)電流為1.4 毫安。于是為了安全起見，其它繼電器的起動(dòng)電流都應(yīng)選擇 大于1.4毫安的數(shù)值，在220V直流系統(tǒng)中當(dāng)任一極的絕緣 電阻下降到15-20千歐時(shí)，這種絕緣監(jiān)察裝置可立即發(fā)出信 號(hào)。圖3當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)通過 絕緣監(jiān)察裝置形成的電流通路測(cè)量部分由三個(gè)數(shù)值相等的電阻、一個(gè)電壓表和一個(gè)切 換開關(guān)所組成，見圖2( b ),三個(gè)電阻中有一個(gè)是

6、帶有滑動(dòng) 觸頭的電位計(jì)，平時(shí)切換開關(guān)ZK是斷開的，電位計(jì)的滑動(dòng) 觸頭放在中間位置上。如果直流系統(tǒng)兩極對(duì)地的絕緣電阻相 等，則電橋處于平衡狀態(tài)，電壓表V上的指示為零。當(dāng)某一 極的絕緣遭到破壞，信號(hào)部分發(fā)出預(yù)告后，值班人員可根據(jù) 發(fā)生故障部分的極性，將轉(zhuǎn)換開關(guān)投至1或2的位置，假設(shè) 負(fù)極絕緣電阻R-降低，則在測(cè)量之前，應(yīng)先將切換開關(guān)ZK 放在2的位置上，使與負(fù)極連接的電阻R短路，然后調(diào)節(jié) 電位計(jì)的滑動(dòng)觸頭，使電壓表的指示為零。此時(shí)電橋處于一 個(gè)新的平衡狀態(tài)，即(R+xR)/R+ =( l-x)R/R-( 5 )于是得R+/(R+ + R-)=(R+xR)/(R+xR) + (l-x)R = (l+

7、x)/2(6)式中x-電位計(jì)電阻刻度的百分值如何保持電位計(jì)滑動(dòng)觸頭的位置不變，而將ZK切換至 1的位置，則加在電壓表上的電壓可利用式(1)求出。此時(shí) Rj應(yīng)該用電壓表的阻Rv代替，并且Rl=xR , R2 = (2-x)R , R1+R2=2R,可得Uv= UR+/ ( R+ + R- ) -xR/2RRv/R+R-/( R+ + R- ) + Rv+xR(2-x)R/2R(7 )考慮到，R+R-/ ( R+ + R-)為直流系統(tǒng)對(duì)地的總絕緣電 阻，并用L表示。將式(6 )代入，則得Uv= 0.5URv/ R 2 +Rv+ (l-0.5x)xR(8)R數(shù)值比R及Rv小得多，可以略去不計(jì)。故可簡(jiǎn)

8、化為Uv= 0.5URv/(R、+Rv)(9)因?yàn)閁和Rv都是長(zhǎng)常數(shù)所以Uv的數(shù)值與R成反比關(guān)系， 在電壓表上可直接按下式 刻成歐姆數(shù)。通常在絕緣監(jiān)察電壓表盤面上畫有電壓和電阻 兩種刻度，其中電阻刻度應(yīng)與直流母線的額定電壓相對(duì)應(yīng)。Rv= 0.5Rv/(U/Uv - 2)(10)由于電壓表V測(cè)量的是直流系統(tǒng)正負(fù)母線對(duì)的總絕緣電 阻R"為了知道每極的對(duì)地電阻需要進(jìn)行換算：當(dāng)負(fù)極絕緣電阻降低時(shí)(ZK先投在2的位置)，根據(jù)式(5)得R+ = (l+x)R-/Q-x)(11)將其代入式 M=R+R-/(R+ + R-)中，可得R+ = 2/(l-x)RzR- = 2/(l+x) R、(12)同

9、理，當(dāng)正極絕緣電阻降低時(shí)(ZK先投在1的位置), 可得R+ = 2/(2 - x) R、R-= ( 2/x ) Rz(13)目前許多變電所都新裝設(shè)了直流系統(tǒng)接地監(jiān)測(cè)儀，其根 本原理基本同上述相同，它更適用于變電所直流系統(tǒng)的監(jiān)察，能夠較準(zhǔn)確地判別哪一條線路接地。處理直流系統(tǒng)接地事例2009年6月6日12點(diǎn)40分 監(jiān)控中心值班員報(bào)告kV 秦南變直流系統(tǒng)接地，值班員測(cè)得直流正極對(duì)地電壓為+ 160V ,負(fù)極對(duì)地電壓為-59V。經(jīng)過對(duì)值班員報(bào)告的上述信息的分析，認(rèn)為直流系統(tǒng)負(fù) 極不完全接地，但具體是直流母線接地還是線路直流接地還 不清楚。為了弄清直流系統(tǒng)接地的現(xiàn)象及原因以便進(jìn)行處 理，我們到秦南變電所

10、現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查。到達(dá)秦南變電所后，我們?cè)谥骺厥抑绷黟伨€屏的直流接 地監(jiān)測(cè)儀上看到直流正極對(duì)地電壓為+ 160V，負(fù)極對(duì)地電壓 為-59V ,接地監(jiān)測(cè)儀顯示母線接地。為了進(jìn)一步確認(rèn)，我們 又用萬用表在各個(gè)線路及直流充電屏、直流饋線屏測(cè)得直流 正、負(fù)極對(duì)地電壓均為上述數(shù)值，說明直流母線確實(shí)有接地。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)真、仔細(xì)的分析，我們認(rèn)為主控室直流母線 接地的可能性很小，35kV開關(guān)場(chǎng)地及10kV高壓室直流系 統(tǒng)接地的可能性較大。因?yàn)榻鼛滋爝B續(xù)下雨，35kV開關(guān)場(chǎng) 地及10kV高壓室比較潮濕，可能有某一部位對(duì)地絕緣不良 而造成直流系統(tǒng)接地。而后，又對(duì)35kV開關(guān)場(chǎng)及10kV高壓室進(jìn)一步分析認(rèn) 為10kV高壓

11、室直流系統(tǒng)接地的機(jī)會(huì)更大，由于10kV高壓 室地勢(shì)比較低，當(dāng)時(shí)積存的水位比較高，這對(duì)主合閘電纜的絕緣一定有很大影響?；谏鲜鲈?，我們初步認(rèn)為10kV高壓室主合閘電纜 對(duì)地絕緣不良是造成直流系統(tǒng)接地的原因。經(jīng)過調(diào)度批準(zhǔn)，將主控室直流饋線屏上的10kV主合閘I段直流控制開關(guān)及l(fā)okv主合閘n段直流控制開關(guān)斷開后,直流系統(tǒng)接地信號(hào)消除，正、負(fù)極對(duì)地電壓逐漸恢復(fù)正常， 這說明直流系統(tǒng)接地是由10kV主合閘直流回路接地造成 的。此情況向調(diào)度匯報(bào)后，申請(qǐng)將主控室直流饋線屏上的10kV主合閘I段直流控制開關(guān)及10kV主合閘II段直流控制開關(guān)斷開，以便對(duì)異常進(jìn)行處理。造成直流系統(tǒng)異常的原因弄清楚后，我們進(jìn)入

12、10kV高 壓室進(jìn)行處理。由于10kV主合閘直流回路是由兩側(cè)環(huán)網(wǎng)的,為了縮小 工作量，我們采用二分法進(jìn)行查找，首先拆開中間位置 開關(guān)柜的主合閘電纜，然后用搖表分別對(duì)環(huán)網(wǎng)的兩側(cè)測(cè)量絕 緣，對(duì)絕緣不良的一側(cè)再采用二分法，最后查出10kV磚 瓦線與10kV線之間的主合閘電纜絕緣均不良，開關(guān)柜位置如圖4所示。10 kV 秦 義 線10 kV 秦 軋 線2號(hào)主變1010kV2號(hào)電10 kV 秦 北 線圖4開關(guān)柜位置圖經(jīng)過研究，決定更換10kV秦北線開關(guān)柜與10kV秦義 線開關(guān)柜之間的主合閘電纜。由于10kV秦軋線開關(guān)、2號(hào)主變10kV開關(guān)、10kV2 號(hào)電容器開關(guān)原處于冷備用與停用狀態(tài)，因此處理此異常時(shí)

13、 只要10kV秦北線與10kV秦義線用10kV秦東線開關(guān)帶出 就可以了。根據(jù)工作需要做好各項(xiàng)安全措施，工作前將主控室直流 饋線屏上的10kV主合閘I段直流控制開關(guān)及10kV主合閘II段直流控制開關(guān)斷開，使工作地點(diǎn)主合閘電纜接線端子失去電壓，以確保工作人員的人身安全。原來絕緣不良的電纜更換為絕緣良好的新電纜，將各個(gè) 開關(guān)柜主合閘電纜接好聯(lián)網(wǎng)后,用搖表測(cè)量正極對(duì)地、負(fù)極 對(duì)地及正、負(fù)極之間的絕緣。絕緣良好后，投入主控室直流饋線屏上的10kV主合閘I段直流控制開關(guān)jokv主合閘n段直流控制開關(guān)在斷開位置，用萬用表在10kV主合閘II段直流控制開關(guān)輸入及輸出 端子測(cè)量直流電壓，進(jìn)一步確證接線的正確性。直流系統(tǒng)接地異常處理完畢后，投入10kV主合閘I段 直流控制開關(guān)及10kV主合閘II段直流控制開關(guān)。10kV秦義線與10kV秦北線恢復(fù)正常運(yùn)行方式。直流系統(tǒng)接地是各個(gè)變電所出現(xiàn)較多的異常現(xiàn)象，它嚴(yán) 重地影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，可能造成保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)。直流 系統(tǒng)接地的查找和處理是一項(xiàng)比較煩瑣的工作，需要仔細(xì)的 分析，不能盲目處理，應(yīng)根據(jù)運(yùn)行方式、操作情況、氣候影 響進(jìn)行判斷可能接地的處所，采取拉路尋找、分段處理的方 法，以先信號(hào)和照明部分后操作部分，先室外部分后室部分 為原則進(jìn)行處理?？偨Y(jié)