直流系統(tǒng)絕緣降低危害及解決方法

1、 發(fā)電廠和變電所中，為控制、信號(hào)、保護(hù)、自動(dòng)裝置以及某些執(zhí)行機(jī)構(gòu)供電的電源系統(tǒng)，通常稱(chēng)為控制電源，如系統(tǒng)直流電源，則稱(chēng)為直流控制電源。 根據(jù)構(gòu)成方式的不同，在發(fā)電廠和變電所中應(yīng)用的有以下幾種直流控制電源。 蓄電池組構(gòu)成的直流控制電源蓄電池組構(gòu)成的直流控制電源 由蓄電池組、充電裝置及直流屏等設(shè)備構(gòu)成，應(yīng)用于各種類(lèi)型的發(fā)電廠和變電所中，是一種在各種正常和事故情況下都能保持可靠供電的電源系統(tǒng)或者說(shuō)是一種直流不停電電源系統(tǒng)。通常簡(jiǎn)稱(chēng)為直流控制電源系統(tǒng)或直流系統(tǒng)。 電容儲(chǔ)能式直流控制電源電容儲(chǔ)能式直流控制電源 這是直流控制電源的一種。正常運(yùn)行時(shí)，它給電容量足夠大的電容器組充電；當(dāng)發(fā)生事故時(shí)，電容器組向繼

2、電保護(hù)裝置和斷路器跳閘回路供電，保證繼電保護(hù)裝置可靠動(dòng)作，斷路器可靠跳閘。這是一種簡(jiǎn)易的直流控制電源。 在我國(guó)110KV、35KV、10KV終端變電站，以及廠用6KV配電系統(tǒng)在有些采用了蓄電池直流屏和硅整流電容儲(chǔ)能直流屏作為操作、控制以及保護(hù)的電源。直流系統(tǒng)構(gòu)成 電力工程中,直流系統(tǒng)電壓等級(jí)分為:v220Vv110Vv48Vv24V常用的電壓等級(jí)為220V和110V。直流系統(tǒng)的額定電壓何為直流系統(tǒng)接地v當(dāng)直流系統(tǒng)的正極或負(fù)極與大地之間的絕緣水平降到某一整定值或低于某一規(guī)定值時(shí)，統(tǒng)稱(chēng)為直流系統(tǒng)接地；v當(dāng)正極絕緣水平低于某一規(guī)定值時(shí)稱(chēng)為正接地；v 當(dāng)負(fù)極絕緣水平低于某一規(guī)定值時(shí)稱(chēng)為負(fù)接地。 系統(tǒng)電

3、壓(V)絕緣整定值(K)220251107241.7 表表1 1 絕緣電阻整定值絕緣電阻整定值DL/T856-2004DL/T856-2004附錄附錄A A（規(guī)范性附錄）（規(guī)范性附錄）按故障類(lèi)型分為：按故障類(lèi)型分為：直接接地（金屬接地）直接接地（金屬接地） 直接接地是指直流系統(tǒng)電源正極或負(fù)極對(duì)地的電阻等于或接近于零的情況。這種接地情況在直流系統(tǒng)中如果同時(shí)出現(xiàn)兩點(diǎn)時(shí)，就很可能造成斷路器誤動(dòng)或拒動(dòng)，或熔斷絲燒斷等現(xiàn)象間接接地（非金屬接地）間接接地（非金屬接地） 間接接地是指直流系統(tǒng)電源正極或負(fù)極對(duì)地絕緣電阻低至某一允許值之下。這時(shí)的接地電阻是否會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成危害，就要看各個(gè)單位的具體情況，它與系統(tǒng)接

4、地的位置和繼電器的靈敏度有關(guān)比如當(dāng)前發(fā)電廠和變電站中最靈敏的中間繼電器的內(nèi)阻，對(duì)于為，對(duì)為，對(duì)為絕緣降低絕緣降低 絕緣降低是指直流系統(tǒng)所采用的電纜、設(shè)備的絕緣電阻由于某種原因低于出廠數(shù)值。這些電纜，設(shè)備構(gòu)成的直流系統(tǒng)的直流電源的正，負(fù)極對(duì)地絕緣電阻總體上低于充許值直流系統(tǒng)接地故障分類(lèi)電纜引起電纜引起 故障主要是由于電纜絕緣層的老化或電纜加工、敷設(shè)過(guò)程中的工作不慎損傷電纜絕緣層造成。設(shè)備引起設(shè)備引起 設(shè)備在制造過(guò)程中絕緣部分受損或者絕緣材料質(zhì)量低，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間之后，薄弱部位就會(huì)裸露出來(lái)，如果空氣潮濕就可能產(chǎn)生直流接地故障。其他外來(lái)物引起其他外來(lái)物引起0 0 外來(lái)物包括外來(lái)金屬碎片、設(shè)備的緊固件及

5、小動(dòng)物軀體等。直流絕緣異常常見(jiàn)情況當(dāng)直流系統(tǒng)正極接地時(shí)，將會(huì)有造成保護(hù)誤動(dòng)誤動(dòng)的可能；當(dāng)直流系統(tǒng)負(fù)極接地時(shí)，將會(huì)有造成保護(hù)拒動(dòng)拒動(dòng)的可能。直流接地故障的危害 直流系統(tǒng)中有一點(diǎn)接地是不會(huì)對(duì)直流系統(tǒng)造成直接危害的，但是必須及時(shí)消除故障，否則在直流系統(tǒng)中再有一點(diǎn)接地就可能造成對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的嚴(yán)重危害。直流接地故障常見(jiàn)情況u兩點(diǎn)接地可能造成斷路器誤跳兩點(diǎn)接地可能造成斷路器誤跳A、B兩點(diǎn)，A、C兩點(diǎn)，A、D兩點(diǎn)，D、F兩點(diǎn)接地都可能造成斷路器誤跳。u兩點(diǎn)接地可能造成斷路器拒動(dòng)兩點(diǎn)接地可能造成斷路器拒動(dòng)B、E兩點(diǎn)，D、E兩點(diǎn)或C、E兩點(diǎn)接地都可能造成斷路器拒動(dòng)。u兩點(diǎn)接地可能引起熔斷器熔斷兩點(diǎn)接地可能引起

6、熔斷器熔斷 A、E兩點(diǎn)接地可能引起熔斷器熔斷。當(dāng)接地點(diǎn)發(fā)生在B、E和C、E兩點(diǎn)，保護(hù)動(dòng)作時(shí)，不但斷路器拒動(dòng)，熔斷器熔斷，而且還有燒壞斷電器觸點(diǎn)的可能。圖1 直流系統(tǒng)接地情況圖直流系統(tǒng)接地故障分析uE為直流系統(tǒng)正負(fù)極之間電壓，R1，R2是橋臂外接電阻，R1=R2有1K，也有6.8K,R3是電流繼電器的線包直流電阻，有30K，13.2Ku將R1、R2、R3、R4、R5采用星形與三角形等效變換后進(jìn)行接地電阻與正負(fù)電壓之間的關(guān)系分析。直流系統(tǒng)無(wú)論是采用舊式還是新式的絕緣監(jiān)測(cè)裝置，都是根據(jù)電橋原理，即絕緣監(jiān)測(cè)裝置中的型網(wǎng)絡(luò)和直流系統(tǒng)正、負(fù)極絕緣電阻構(gòu)成電橋。圖2 電橋原理圖 R正與R負(fù)為R1R5的等效電

7、阻，系統(tǒng)正常時(shí)，R正=R負(fù)，V+=V-=110V，當(dāng)系統(tǒng)正級(jí)或負(fù)級(jí)發(fā)生接地或絕緣異常時(shí)，其正對(duì)地與負(fù)對(duì)地電壓即會(huì)發(fā)生變化。如果正極接地電阻為RX，如圖4,得：接地阻值與電壓偏差關(guān)系分析圖3 電橋等效原理圖圖4 正接地等效原理圖電壓偏差越大，接地越嚴(yán)重？它們之間有何種關(guān)系？VVRRRX負(fù)正/VVV220則：VRRRRVX負(fù)正負(fù)/220VRRRRVX負(fù)正正/220 分別以R正=R負(fù)=1M，以及R正=R負(fù)=50K時(shí)正接地電阻為50K時(shí)考察電壓的變化情況。 平衡電阻為1M 時(shí)，V+=10.5V,V-=209.5V 平衡電阻為50K 時(shí)，V+=73V, V-=147V接地阻值與電壓偏差關(guān)系分析 由此可見(jiàn)

8、系統(tǒng)正負(fù)極電壓偏差程度與接地程度的直接由此可見(jiàn)系統(tǒng)正負(fù)極電壓偏差程度與接地程度的直接聯(lián)系是建立在平衡橋處于正常范圍之內(nèi)聯(lián)系是建立在平衡橋處于正常范圍之內(nèi). 當(dāng)我們分析不同的系統(tǒng)時(shí)，不能簡(jiǎn)單的以電壓偏差程當(dāng)我們分析不同的系統(tǒng)時(shí)，不能簡(jiǎn)單的以電壓偏差程度來(lái)判斷絕緣異常嚴(yán)重程度，在沒(méi)有確定平衡電阻大小時(shí)，度來(lái)判斷絕緣異常嚴(yán)重程度，在沒(méi)有確定平衡電阻大小時(shí)，它們之間無(wú)法一一對(duì)應(yīng)它們之間無(wú)法一一對(duì)應(yīng)但對(duì)于同一系統(tǒng)，由于其平衡電阻大小是固定的，我但對(duì)于同一系統(tǒng)，由于其平衡電阻大小是固定的，我們可以定性得出，電壓偏差越大，絕緣相對(duì)會(huì)差們可以定性得出，電壓偏差越大，絕緣相對(duì)會(huì)差 直流系統(tǒng)接地故障分析v正常情況

9、下，直流系統(tǒng)中正負(fù)對(duì)地是絕緣的，平衡橋即是為了查找直流系統(tǒng)中存在的絕緣降低或接地故障而人為在系統(tǒng)的正對(duì)地與負(fù)對(duì)地加入的兩個(gè)大小相等的平衡電阻平衡橋的概念平衡橋的意義v從前面分析可知，對(duì)于一個(gè)沒(méi)有平衡電橋，或平衡電橋取值不當(dāng)?shù)南到y(tǒng)，系統(tǒng)電壓是無(wú)法準(zhǔn)確反應(yīng)出系統(tǒng)對(duì)地絕緣狀態(tài)的，因此，平衡橋在直流系統(tǒng)中將系統(tǒng)對(duì)地絕緣阻抗與正負(fù)對(duì)地電壓進(jìn)行了對(duì)應(yīng)平衡橋的選取v：v：v：對(duì)于一個(gè)絕緣正常的系統(tǒng)，往直流屏廠家并沒(méi)給出確定的平衡橋電阻大小，因此我們并不知道其平衡橋電阻是否處于一個(gè)合理范圍之內(nèi)，通常我們可以用如下方法來(lái)對(duì)平衡電橋進(jìn)行計(jì)算：1測(cè)量該系統(tǒng)電壓為：在該系統(tǒng)正極接入電阻，測(cè)量其正極對(duì)地電壓為在該系統(tǒng)負(fù)

10、極接入電阻，測(cè)量其負(fù)極對(duì)地電壓為則該系統(tǒng)正極對(duì)地絕緣阻值與負(fù)極對(duì)地絕緣阻值分別為： 如果該系統(tǒng)沒(méi)有絕緣異?；蚪拥毓收?，那么：即為該系統(tǒng)的平衡橋電阻系統(tǒng)平衡橋的推導(dǎo)V）總總1(1001(100VVVkRVVVkRV總VRRv如果我們已經(jīng)知道該系統(tǒng)平衡橋的大小，當(dāng)該系統(tǒng)出現(xiàn)絕緣異常之后，我們可以通過(guò)正負(fù)極對(duì)地電壓來(lái)計(jì)算該系統(tǒng)的對(duì)地絕緣阻值，以圖為例進(jìn)行計(jì)算：系統(tǒng)接地阻抗的推導(dǎo)圖4 正接地等效原理圖VVRRRX負(fù)正/平RRR解得：VVRVRX平例如：平衡電阻為時(shí)，正極對(duì)是電壓為，負(fù)極對(duì)地電壓為時(shí)，正極接地電阻為：v變電站的直流接地雖然是復(fù)雜的，無(wú)論是常規(guī)保護(hù)還是微機(jī)保護(hù)，其故障的排除法是一致的。方法

11、如下: 1. 首先確定是正極接地還是負(fù)極接地，測(cè)量正負(fù)極對(duì)地電壓，有效區(qū)分是正極接地還是負(fù)極接地。 2. 兩段母線之間的區(qū)分，使查找的接地不會(huì)大范圍擴(kuò)大，確定發(fā)生直流接地在哪一段。 3. 如果有直流接地選線的裝置，不能準(zhǔn)確確定，有誤報(bào)的現(xiàn)象，請(qǐng)退出運(yùn)行中的直流接地檢測(cè)儀。 4. 如果站內(nèi)二次回路有在施工的或有檢修試驗(yàn)的應(yīng)立即停止，拉開(kāi)其工作電源，看信號(hào)是否消除。 5. 采用分段分部位拉路法，操作電源一定要由蓄電池供電，先停不重要的回路，如信號(hào)回路和照明回路等。 絕緣異常人工故障排除方法v 直流接地回路一旦從直流系統(tǒng)中脫離運(yùn)行，直流母線的正負(fù)極對(duì)地電壓就會(huì)出現(xiàn)平衡。所以人們通常從直流接地回路瞬間

12、停電，確定直流接地點(diǎn)是否發(fā)生在該回 路，這就是所謂的“拉路法”。v 直流系統(tǒng)是個(gè)不間斷電源，基于它的特殊性，人們不能隨意停電。近年來(lái)隨計(jì)算機(jī)的大量使用，微機(jī)保護(hù)同樣也不允許人們隨意斷開(kāi) 直流電源。v 現(xiàn)場(chǎng)排除故障中，經(jīng)常發(fā)生非正常的閉環(huán)回路，采用雙電源供電回路，以及變電站在現(xiàn)場(chǎng)施工、擴(kuò)建、修試過(guò)程中遺留了直流負(fù)載的信號(hào)回路、控制回路 和保護(hù)回路之間沒(méi)有區(qū)分等等，使直流接地故障查找難度更加困難。v “拉路法”往往造成了控制回路或保護(hù)回路跳閘等事故。 拉路法的概念v采用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；先室外部分后室內(nèi)的原則，應(yīng)按照下列順序進(jìn)行 ： 斷合現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)工作電源 斷合

13、故障照明回路 斷合信號(hào)回路 斷合閘回路 斷合附助設(shè)備 斷合蓄電池回路 拉路法的正確順序 “電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T856-2004”對(duì)直對(duì)直流絕緣檢測(cè)裝置技術(shù)要求如下流絕緣檢測(cè)裝置技術(shù)要求如下:vA.1 直流系統(tǒng)發(fā)生接地故障或絕緣電阻低于整定值時(shí),直流絕緣檢測(cè)裝置應(yīng)可靠動(dòng)作;vA.2 裝置應(yīng)能測(cè)量出直流系統(tǒng)一極或二極絕緣下降和絕緣電阻數(shù)值,當(dāng)?shù)陀谡ㄖ禃r(shí)應(yīng)能發(fā)出報(bào)警信號(hào);vA.3 檢測(cè)直流系統(tǒng)支路絕緣的絕緣監(jiān)測(cè)裝置應(yīng)具有以下功能:v a) 在線巡檢直流支路絕緣狀況;v b) 顯示并記錄接地支路編號(hào),極性,絕緣電阻值(測(cè)量誤差不大于整定 值的10%)及發(fā)生時(shí)間;v c) 分別或同時(shí)檢測(cè)直

14、流母線正極,負(fù)極絕緣狀況,顯示并記錄接地母線的極性,電阻值及發(fā)生時(shí)間;v d) 具備直流母線的電壓監(jiān)察功能,顯示并記錄母線電壓數(shù)值(測(cè)量誤差不大于整定值的0.5%),具有母線電壓越限報(bào)警功能; 電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電力用直流電源監(jiān)控裝置技術(shù)要求e) 具有直流系統(tǒng)絕緣電阻,母線電壓越限定值的設(shè)定功能;f) 具有報(bào)警延時(shí),信號(hào)解除功能和延時(shí)斷開(kāi)支路功能(選擇項(xiàng));g) 檢測(cè)饋線支路數(shù)應(yīng)大于32路,采用傳感器,應(yīng)減少支路電容影響,安裝方便;h) 滿足與電源監(jiān)控裝置或上位機(jī)的通信要求,具有標(biāo)準(zhǔn)的通信接口和通信規(guī)約,具有無(wú)源輸出觸點(diǎn). 電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電力用直流電源監(jiān)控裝置技術(shù)要求5.2.3 檢測(cè)范圍 a) 絕緣電

15、阻:0-999K; c) 電壓: DC 0V-400V.5.2.6 監(jiān)測(cè)精度 a) 絕緣電阻:母線測(cè)量充許偏差為絕緣報(bào)警整定值的+-5%,支路為+-10%; b) 直流電流:在額定電流的20%-100%范圍內(nèi),測(cè)量誤差為+-2%; c) 直流電壓:在額定電壓的90%-130%范圍內(nèi),測(cè)量誤差為+-0.5%.5.2.7 報(bào)警精度:為整定值的+-2%.5.2.8 A/D轉(zhuǎn)換誤差:不大于0.5%.遙信正確率:不小于99%.5.2.9 平均無(wú)故障時(shí)間(MTBF):正常運(yùn)行環(huán)境下,不小于50000h.6.3 顯示功能6.3.1 監(jiān)控裝置應(yīng)顯示下列信息: a) 直流系統(tǒng)母線電壓; d) 直流母線電壓過(guò)高,

16、過(guò)低; e) 直流系統(tǒng)接地及位置;6.3.2 數(shù)據(jù)顯示應(yīng)實(shí)時(shí),準(zhǔn)確,可靠,清晰,并具備各種信息傳輸手段,提供打印接口. 電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電力用直流電源監(jiān)控裝置技術(shù)要求 根據(jù)監(jiān)測(cè)原理的不同，直流系統(tǒng)接地監(jiān)測(cè)裝置可分為主動(dòng)式主動(dòng)式和被動(dòng)式被動(dòng)式兩種。 主動(dòng)式需要向系統(tǒng)注入特定的信號(hào)，然后通過(guò)傳感器探測(cè)該信號(hào)來(lái)判統(tǒng)注斷接地回路。 被動(dòng)式不向系入任何信號(hào)，直接檢測(cè)各回路的漏電流來(lái)判斷接地與否。 被動(dòng)式監(jiān)測(cè)不發(fā)送任何特定信號(hào)作為判斷基準(zhǔn)，而直流系統(tǒng)中又含有各種干擾信號(hào)，因此監(jiān)測(cè)難度遠(yuǎn)大于主動(dòng)式。然而被動(dòng)式監(jiān)測(cè)以其安全性，代表了直流系統(tǒng)監(jiān)測(cè)裝置的發(fā)展方向，隨著現(xiàn)代微電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，將成為市場(chǎng)的主流。直流電

17、源監(jiān)控裝置監(jiān)測(cè)原理 直流電源監(jiān)控裝置監(jiān)測(cè)原理框圖 使用便攜式的直流接地故障查找儀，查找直流接地不失為一種好方法，對(duì)接地故障的排除在時(shí)間上和安全上都是好幫手。不需斷開(kāi)直流回路電源，移動(dòng)式的采集互感器在各分布回路上測(cè)量。如果出現(xiàn)接地回路就報(bào)警。 便攜式儀器查找定位方法 便攜式儀器查找原理 通常，便攜式儀器都由兩部分組成：信號(hào)發(fā)生器與信號(hào)檢測(cè)器。 信號(hào)發(fā)生器原理框圖 信號(hào)分析液晶顯示控制系統(tǒng)直流正負(fù)地信號(hào)采集模數(shù)轉(zhuǎn)換信號(hào)發(fā)生信號(hào)輸出信號(hào)整形信號(hào)檢測(cè)器原理框圖 模數(shù)轉(zhuǎn)換信號(hào)處理故障分析聲光驅(qū)動(dòng)濾波信號(hào)采集信號(hào)放大普通支路接地檢測(cè)方法與原理 如果直流系統(tǒng)中某一支路有接地點(diǎn)，接地示意圖如圖7， 對(duì)于接地支

18、路各路徑電流流向與大小分別用I1，I2，I3，I4表示，則有下列關(guān)系式： I1=I2=I3+I4兩式相減得I3=I1-I4對(duì)于A點(diǎn)，鉗表檢測(cè)到的漏電流為I3=V-/Rx如果接地電阻越小，則越大，接地越明顯；反之亦然。 對(duì)于B點(diǎn)，鉗表檢測(cè)到的電流為I1-I2=0（沒(méi)漏電流） 所以鉗表顯示沒(méi)接地。 因此，通過(guò)A，B兩點(diǎn)的檢測(cè)可以定位出接地點(diǎn)的具體位置。普通支路接地檢測(cè)方法與原理 支路1和支路2形成一條環(huán)路，而支路3是環(huán)路上的一條分支并有接地故障。用故障檢測(cè)器分別在A，B，C，D，E五個(gè)點(diǎn)檢測(cè)，其箭頭指的方向是故障檢測(cè)器所檢測(cè)的接地點(diǎn)方向，根據(jù)A，B，C，D，E點(diǎn)所檢測(cè)接地點(diǎn)的箭頭方向可知E點(diǎn)所在的支路是環(huán)路的分支，有接地故障并能故障定位。環(huán)路支路接地檢測(cè)方法與原理AE支路1支路2支路3CBD故障檢 測(cè)器信號(hào)發(fā)生器環(huán)路支路接地檢測(cè)方法與原理意義： 在系統(tǒng)走線比較復(fù)雜時(shí)，有利判斷系統(tǒng)有接地支路的走線方向，使操作人員更快、更有效的查找出接地點(diǎn)。 在環(huán)路有接地時(shí)，不需要退還的情況下，根據(jù)檢測(cè)所顯方向，能夠更好的判斷出接地點(diǎn)。 判斷：接地點(diǎn)方向判定由卡線時(shí)鉗表箭頭指向與檢測(cè)器上箭頭顯示方向共同決定。開(kāi)啟信號(hào)發(fā)生器，待信號(hào)發(fā)器穩(wěn)定后(信號(hào)指示燈閃爍)，在信號(hào)發(fā)生器附近（2m內(nèi)）開(kāi)啟檢測(cè)器，使其同步，將鉗表卡入待檢測(cè)支路開(kāi)始檢測(cè)，如