基于平衡橋故障引發(fā)直流接地告警的事故處理與原理分析

引言

直流系統(tǒng)是變電站的重要供電系統(tǒng)。通過設(shè)置直流電源,為全站控制負(fù)載和電源負(fù)載供電。常規(guī)變電站通常采用兩套獨立的直流電源。變電站直流系統(tǒng)在發(fā)生接地故障時,查找接地故障點的難度比較大,所以通過配置絕緣監(jiān)測裝置來輔助確定接地故障點,提高查找效率。然而,基于平衡橋原理的直流絕緣監(jiān)測裝置具有錯誤接地報警的情況。本文介紹了由平衡橋電阻地電位連接點斷開引起的直流絕緣監(jiān)測裝置的報警異常事件,據(jù)此詳細(xì)分析了絕緣監(jiān)測的原理和誤報警的原因,旨在為直流絕緣監(jiān)測裝置的日常運維工作和接地檢測技術(shù)提供指導(dǎo)。

1絕緣監(jiān)測原理介紹

1.1平衡電橋檢測法

平衡電橋檢測原理框圖如圖1所示。

當(dāng)變電站出現(xiàn)直流單極接地故障時,由電路基本原理可計算求得接地電阻。

當(dāng)變電站出現(xiàn)直流兩極接地故障時,則會出現(xiàn)比較大的誤差,當(dāng)兩邊的接地電阻大小越是接近,則誤差越大。

1.2不平衡電橋檢測法

不平衡電橋檢測原理如圖2所示。

通過周期性的分別投退兩個等值電阻,以此計算測量兩極對地電壓,依據(jù)電路基本原理可計算求得變電站正負(fù)極直流接地的電阻。

1.3兩種檢測方法的比較

根據(jù)上述兩種檢測方法的原理圖和說明,可以知道它們各自存在優(yōu)點和缺點。平衡電橋法測量電阻速度較快,但是沒辦法準(zhǔn)確測量兩極性的同時接地電阻。不平衡電橋法可以精準(zhǔn)測量各種接地類型的接地電阻,但是需要依賴檢測周期,有延時性,測量速度相對較慢。

2支路檢測

2.1交流法

早期常用的交流法檢測原理是通過注入交流信號作為檢測接地回路的識別信號,雖然具有簡單、成本低的優(yōu)點,但在實踐過程中,這種辦法容易導(dǎo)致設(shè)備損壞、誤動作和干擾,也無法保證精度,因此這種辦法已被淘汰。

2.2直流法

直流法采用直流的電流互感器,當(dāng)變電站出現(xiàn)直流接地故障時,互感器會把產(chǎn)生的直流不平衡電流變換為電壓或電流信號,傳遞給絕緣檢測裝置。這種辦法由于采用直流源的電流互感器,不會注入交流電流影響變電站直流系統(tǒng),目前獲得廣泛使用,但是會提高元器件投入的成本,同時檢測的準(zhǔn)確性也存在提升的空間。

3故障情況介紹

3.1故障發(fā)生

故障發(fā)生當(dāng)天,筆者所在繼保自動化班接到巡維中心通知,110kV某某變電站#1直流系統(tǒng)監(jiān)控模塊發(fā)出直流絕緣降低和直流接地報警信號,初步判斷直流系統(tǒng)發(fā)生接地故障,需要盡快排除。

3.2故障現(xiàn)象及排查過程

我們到達現(xiàn)場后,進行了故障排除分析。監(jiān)測機器顯示,母線上的絕緣電阻減小,但沒有饋線顯示異常?？紤]到饋線絕緣監(jiān)測模塊有可能精度不足,決定采用便攜式直流接地查找裝置查找接地點。而便攜式直流接地查找裝置的檢測結(jié)果為該直流系統(tǒng)平衡橋不存在,無法定位直流接地點,查找失敗。

鑒于這種情況,我們進行了下一步檢查。通過斷開母線電壓監(jiān)測模塊終端的接地端子（模塊包含平衡橋電阻回路）,并利用連接在便攜式直流接地查找設(shè)備上的平衡橋電阻接進直流系統(tǒng),結(jié)果表明,此時該檢測裝置無接地,直流系統(tǒng)監(jiān)控機報警消失,直流系統(tǒng)絕緣顯示正常。因此,確定直流接地告警是由于失去參考點導(dǎo)致的絕緣監(jiān)測功能故障,即實際的故障點是系統(tǒng)本身的平衡橋接地點故障。

隨后,我們對現(xiàn)場的直流屏內(nèi)部進行了進一步檢查分析,通過萬用表測量母線電壓監(jiān)測模塊內(nèi)電阻大小發(fā)現(xiàn)阻值正常,再通過導(dǎo)通檔測試發(fā)現(xiàn)母線電壓監(jiān)測模塊端子排上連接的接地線對地不導(dǎo)通。結(jié)合報警發(fā)生前值班人員進行了蓄電池組電壓及內(nèi)阻測試的工作,工作前后對運行方式切換把手進行了操作,推測應(yīng)該是方式切換把手內(nèi)輔助接點沒接通所致(注意:直流系統(tǒng)接地線經(jīng)過切換把手輔助接點接地是為了通過反映運行方式變化而切換接地線導(dǎo)通狀態(tài),避免出現(xiàn)特殊并列方式下系統(tǒng)中存在兩個接地點）。

為驗證此推測,申請將#1直流系統(tǒng)停電,做徹底檢查。經(jīng)過拆下直流斷路器把手,發(fā)現(xiàn)常開接點小模塊出現(xiàn)故障,更換后一切正常。至此,可以判斷事件的直接原因是切換把手的直流斷路器內(nèi)輔助接點模塊出現(xiàn)故障。

4總結(jié)和思考

4.1直流系統(tǒng)故障的排查思路

通過上述案例排查過程和日常大量運維消缺的經(jīng)驗積累,筆者總結(jié)了以下故障排查思路,依次為:

（1）先查看當(dāng)前異常現(xiàn)象,通過直流屏監(jiān)控機查看報警和采樣,以此判斷出現(xiàn)的故障或者異常:（2）通過觀察現(xiàn)場、測量實際電壓等,確認(rèn)是否發(fā)生報警所示的故障,還是屬于誤報警類故障:（3）根據(jù)判斷,再采取相應(yīng)不同的安全措施和消缺方式:（4）檢查過程一般先檢查直流系統(tǒng)外部回路,再檢查裝置內(nèi)部,逐個排查:（5）排查過后要多加總結(jié)記錄,形成自己的一套運維套路和歷史缺陷庫。

4.2案例揭示的隱患點

由上述內(nèi)容可以看出,直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置的設(shè)計存在以下不足:（1）絕緣監(jiān)測存在因裝置故障本身導(dǎo)致誤報警的情況,缺乏真實故障和監(jiān)控故障的有效區(qū)分能力:（2）直流斷路器輔助接點設(shè)計可靠性不足,且存在因故障影響直流系統(tǒng)平衡橋接地點的隱患:（3）平衡橋失效、絕緣監(jiān)測接地點斷線、直流斷路器輔助接點故障等一系列故障情況都缺乏有效反饋和監(jiān)控機制,導(dǎo)致告警表象模糊,引人誤解。

5改進方法

針對以上存在的問題,筆者嘗試提出了幾點改進思路:

（1）通過改進回路設(shè)計,參考斷路器分合閘監(jiān)視回路原理,增加絕緣監(jiān)測回路監(jiān)視信號,信號回路經(jīng)過絕緣監(jiān)測回路各節(jié)點的輔助接點,起到監(jiān)視整個絕緣監(jiān)測回路的作用:（2）對直流斷路器使用的輔助接點塑料小模塊進行質(zhì)量優(yōu)化,選用更可靠材質(zhì)和原理的卡位輔助接點:（3）增加平衡橋失效、接地點斷線、直流斷路器接點故障等一系列監(jiān)控節(jié)點故障信號,并以此作為區(qū)分判據(jù),實現(xiàn)監(jiān)控模塊告警和真實直流故障的分類告警。

6結(jié)語

本文根據(jù)變電站直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置原理,詳細(xì)介紹了一起基于絕緣監(jiān)測平衡橋原理失效引發(fā)的直流接地告警故障如何發(fā)生,如何排查處理、明確故障點并予以消缺的全過程,分析了絕緣監(jiān)測裝置的技術(shù)原理和故障原因。筆者通過總結(jié)和思考從這起事件中吸取的經(jīng)驗和發(fā)現(xiàn)的隱患,提出了改進思路,對直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置的設(shè)計和功能改進提供了有價值的參考。