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(guò)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(dú)立的直流電源。變電站直流系統(tǒng)在發(fā)生接地故障時(shí),查找接地故障點(diǎn)的難度比較大,所以通過(guò)配置絕緣監(jiān)測(cè)裝置來(lái)輔助確定接地故障點(diǎn),提高查找效率。然而,基于平衡橋原理的直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置具有錯(cuò)誤接地報(bào)警的情況。本文介紹了由平衡橋電阻地電位連接點(diǎn)斷開(kāi)引起的直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置的報(bào)警異常事件,據(jù)此詳細(xì)分析了絕緣監(jiān)測(cè)的原理和誤報(bào)警的原因,旨在為直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置的日常運(yùn)維工作和接地檢測(cè)技術(shù)提供指導(dǎo)。

1絕緣監(jiān)測(cè)原理介紹

1.1平衡電橋檢測(cè)法

平衡電橋檢測(cè)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(shí),由電路基本原理可計(jì)算求得接地電阻。

當(dāng)變電站出現(xiàn)直流兩極接地故障時(shí),則會(huì)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(cè)法

不平衡電橋檢測(cè)原理如圖2所示。

通過(guò)周期性的分別投退兩個(gè)等值電阻,以此計(jì)算測(cè)量?jī)蓸O對(duì)地電壓,依據(jù)電路基本原理可計(jì)算求得變電站正負(fù)極直流接地的電阻。

1.3兩種檢測(cè)方法的比較

根據(jù)上述兩種檢測(cè)方法的原理圖和說(shuō)明,可以知道它們各自存在優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。平衡電橋法測(cè)量電阻速度較快,但是沒(méi)辦法準(zhǔn)確測(cè)量?jī)蓸O性的同時(shí)接地電阻。不平衡電橋法可以精準(zhǔn)測(cè)量各種接地類(lèi)型的接地電阻,但是需要依賴(lài)檢測(cè)周期,有延時(shí)性,測(cè)量速度相對(duì)較慢。

2支路檢測(cè)

2.1交流法

早期常用的交流法檢測(cè)原理是通過(guò)注入交流信號(hào)作為檢測(cè)接地回路的識(shí)別信號(hào),雖然具有簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)點(diǎn),但在實(shí)踐過(guò)程中,這種辦法容易導(dǎo)致設(shè)備損壞、誤動(dòng)作和干擾,也無(wú)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(shí),互感器會(huì)把產(chǎn)生的直流不平衡電流變換為電壓或電流信號(hào),傳遞給絕緣檢測(cè)裝置。這種辦法由于采用直流源的電流互感器,不會(huì)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(huì)提高元器件投入的成本,同時(shí)檢測(cè)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(dòng)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(bào)警信號(hào),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(guò)程

我們到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后,進(jìn)行了故障排除分析。監(jiān)測(cè)機(jī)器顯示,母線上的絕緣電阻減小,但沒(méi)有饋線顯示異常?？紤]到饋線絕緣監(jiān)測(cè)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(diǎn)。而便攜式直流接地查找裝置的檢測(cè)結(jié)果為該直流系統(tǒng)平衡橋不存在,無(wú)法定位直流接地點(diǎn),查找失敗。

鑒于這種情況,我們進(jìn)行了下一步檢查。通過(guò)斷開(kāi)母線電壓監(jiān)測(cè)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(jìn)直流系統(tǒng),結(jié)果表明,此時(shí)該檢測(cè)裝置無(wú)接地,直流系統(tǒng)監(jiān)控機(jī)報(bào)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(diǎn)導(dǎo)致的絕緣監(jiān)測(cè)功能故障,即實(shí)際的故障點(diǎn)是系統(tǒng)本身的平衡橋接地點(diǎn)故障。

隨后,我們對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的直流屏內(nèi)部進(jìn)行了進(jìn)一步檢查分析,通過(guò)萬(wàn)用表測(cè)量母線電壓監(jiān)測(cè)模塊內(nèi)電阻大小發(fā)現(xiàn)阻值正常,再通過(guò)導(dǎo)通檔測(cè)試發(fā)現(xiàn)母線電壓監(jiān)測(cè)模塊端子排上連接的接地線對(duì)地不導(dǎo)通。結(jié)合報(bào)警發(fā)生前值班人員進(jìn)行了蓄電池組電壓及內(nèi)阻測(cè)試的工作,工作前后對(duì)運(yùn)行方式切換把手進(jìn)行了操作,推測(cè)應(yīng)該是方式切換把手內(nèi)輔助接點(diǎn)沒(méi)接通所致（注意:直流系統(tǒng)接地線經(jīng)過(guò)切換把手輔助接點(diǎn)接地是為了通過(guò)反映運(yùn)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(gè)接地點(diǎn)）。

為驗(yàn)證此推測(cè),申請(qǐng)將#1直流系統(tǒng)停電,做徹底檢查。經(jīng)過(guò)拆下直流斷路器把手,發(fā)現(xiàn)常開(kāi)接點(diǎn)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(diǎn)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(guò)上述案例排查過(guò)程和日常大量運(yùn)維消缺的經(jīng)驗(yàn)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?，F(xiàn)象,通過(guò)直流屏監(jiān)控機(jī)查看報(bào)警和采樣,以此判斷出現(xiàn)的故障或者異常:(2）通過(guò)觀察現(xiàn)場(chǎng)、測(cè)量實(shí)際電壓等,確認(rèn)是否發(fā)生報(bào)警所示的故障,還是屬于誤報(bào)警類(lèi)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(guò)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(gè)排查:(5）排查過(guò)后要多加總結(jié)記錄,形成自己的一套運(yùn)維套路和歷史缺陷庫(kù)。

4.2案例揭示的隱患點(diǎn)

由上述內(nèi)容可以看出,直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)裝置的設(shè)計(jì)存在以下不足:(1）絕緣監(jiān)測(cè)存在因裝置故障本身導(dǎo)致誤報(bào)警的情況,缺乏真實(shí)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(diǎn)設(shè)計(jì)可靠性不足,且存在因故障影響直流系統(tǒng)平衡橋接地點(diǎn)的隱患:(3）平衡橋失效、絕緣監(jiān)測(cè)接地點(diǎn)斷線、直流斷路器輔助接點(diǎn)故障等一系列故障情況都缺乏有效反饋和監(jiān)控機(jī)制,導(dǎo)致告警表象模糊,引人誤解。

5改進(jìn)方法

針對(duì)以上存在的問(wèn)題,筆者嘗試提出了幾點(diǎn)改進(jìn)思路:

(1）通過(guò)改進(jìn)回路設(shè)計(jì),參考斷路器分合閘監(jiān)視回路原理,增加絕緣監(jiān)測(cè)回路監(jiān)視信號(hào),信號(hào)回路經(jīng)過(guò)絕緣監(jiān)測(cè)回路各節(jié)點(diǎn)的輔助接點(diǎn),起到監(jiān)視整個(gè)絕緣監(jiān)測(cè)回路的作用:(2）對(duì)直流斷路器使用的輔助接點(diǎn)塑料小模塊進(jìn)行質(zhì)量?jī)?yōu)化,選用更可靠材質(zhì)和原理的卡位輔助接點(diǎn):(3）增加平衡橋失效、接地點(diǎn)斷線、直流斷路器接點(diǎn)故障等一系列監(jiān)控節(jié)點(diǎn)故障信號(hào),并以此作為區(qū)分判據(jù),實(shí)現(xiàn)監(jiān)控模塊告警和真實(shí)直流故障的分類(lèi)告警。

6結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)變電站直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)裝置原理,詳細(xì)介紹了一起基于絕緣監(jiān)測(cè)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(diǎn)并予以消缺的全過(guò)程,分析了絕緣監(jiān)測(cè)裝置的技術(shù)原理和故障原因。筆者通過(guò)總結(jié)和思考從這起事件中吸取的經(jīng)驗(yàn)和發(fā)現(xiàn)的隱患,提出了改進(jìn)思路,對(duì)直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)裝置的設(shè)計(jì)和功能改進(jìn)提供了有價(jià)值的參考。