黃東山,周 衛(wèi),楊理才,陳 銘,徐玉鳳

（1.廣西電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院，廣西南寧，530001；2.廣州市仟順電子設(shè)備有限公司，廣東廣州，511430）

直流系統(tǒng)環(huán)路及絕緣故障診斷系統(tǒng)的探究

黃東山1,周 衛(wèi)1,楊理才1,陳 銘1,徐玉鳳2

（1.廣西電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院，廣西南寧，530001；2.廣州市仟順電子設(shè)備有限公司，廣東廣州，511430）

目前，在直流電源系統(tǒng)中常發(fā)生的故障類(lèi)型主要有接地故障、交流竄入故障、兩套直流系統(tǒng)環(huán)路竄電故障。本文重點(diǎn)是研究直流系統(tǒng)中單極、兩極、以及交流竄入接地故障類(lèi)型及其檢測(cè)方法，同極性、異極性環(huán)網(wǎng)故障的類(lèi)型及其檢測(cè)方法，并提出了絕緣電阻、環(huán)網(wǎng)電阻及交流對(duì)地電壓的計(jì)算方法，有助于準(zhǔn)確地檢測(cè)出直流電源系統(tǒng)的各種故障。

直流系統(tǒng)；環(huán)網(wǎng)式；直流接地

直流系統(tǒng)主要為保護(hù)控制設(shè)備提供工作電源，為提高供電可靠性，一般以不接地方式運(yùn)行，且重要變電站和電廠(chǎng)均采用雙電源配置。近年來(lái)，由于直流接地故障和直流系統(tǒng)環(huán)路問(wèn)題，導(dǎo)致諸多保護(hù)誤動(dòng)事故。準(zhǔn)確檢測(cè)直流接地故障與直流環(huán)路，有助于及早排除上述隱患，避免相關(guān)事故的發(fā)生，從而提高電力系統(tǒng)安全運(yùn)行水平。本文將針對(duì)直流系統(tǒng)接地與環(huán)路，分析其特征，提出檢測(cè)方法，以期解決目前存在的問(wèn)題。

1 電阻性單極接地故障

圖1 電阻性單極接地

直流系統(tǒng)正極或負(fù)極發(fā)生接地故障時(shí)，相應(yīng)地正極或負(fù)極對(duì)地電壓將降低，即可通過(guò)檢測(cè)對(duì)地電壓的變化來(lái)測(cè)量對(duì)地電阻，計(jì)算公式如下：

同理，如果負(fù)極接地，亦可通過(guò)公式（2）計(jì)算出負(fù)極電阻R-。

式中R1為平衡橋電阻，用于直流電源系統(tǒng)接地故障檢測(cè)，及將直流系統(tǒng)對(duì)地電壓鉗住并穩(wěn)定在50%母線(xiàn)電壓，有利于防止一點(diǎn)接地故障引起保護(hù)等控制設(shè)備誤動(dòng)。

2 電阻性?xún)蓸O接地故障

目前大部分絕緣裝置沒(méi)有兩極接地故障檢測(cè)功能，主要原因是用戶(hù)沒(méi)有要求，生產(chǎn)企業(yè)也認(rèn)為不必要。但是從實(shí)際情況看，由于蓄電池在重力作用下，常發(fā)生漏液故障，造成接地，即為兩極接地故障。大家知道，判斷蓄電池是否接地，須同時(shí)拔下正負(fù)極保險(xiǎn)，故障才消失。也反證蓄電池接地為兩極接地故障。有的兩極接地故障是人為造成的，即1套直流系統(tǒng)安裝多套帶有平衡橋電阻的絕緣裝置。

為檢測(cè)兩極接地故障，必須設(shè)置不平衡橋電阻R2，通過(guò)將不平衡橋電阻投入正極和負(fù)極，測(cè)量正負(fù)極對(duì)地電壓，即可計(jì)算出正負(fù)對(duì)地電阻R+、R-。

圖2 電阻性?xún)蓸O接地

3 交流竄入接地故障

交流竄入直流系統(tǒng)可直接造成保護(hù)誤動(dòng)，甚至引起大面積停電故障，是最為嚴(yán)重的直流接地故障。與兩極接地檢測(cè)一樣，幾乎所有絕緣裝置均不能分辨出交流竄入直流系統(tǒng)接地故障。交流竄入直流系統(tǒng)產(chǎn)生的接地故障，其特征是正負(fù)極對(duì)地電壓中，均能測(cè)量出交流電壓，如圖3所示。

圖3 交流竄入接地

交流對(duì)地電壓計(jì)算如公式（5）。

正極絕緣電阻R+，可通過(guò)公式（1）計(jì)算得出。

圖中，C1、C2分別為直流系統(tǒng)正負(fù)極對(duì)地電容。據(jù)有關(guān)研究,每1000米二次電纜對(duì)地電容約為0.15~0.3微法。另外，微機(jī)保護(hù)等設(shè)備還安裝有直流抗干擾電容盒，及開(kāi)關(guān)電源濾波電容等，都會(huì)帶來(lái)對(duì)地電容。深圳某500kV變電站直流系統(tǒng)實(shí)際測(cè)量對(duì)地電容高達(dá)100微法。

假設(shè)直流系統(tǒng)正負(fù)極對(duì)地電容各為5微法，在工頻50Hz情況下，ZC1=ZC2≈0.636kΩ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于平衡橋電阻R1（南方電網(wǎng)最新規(guī)程要求入表1）。進(jìn)一步假設(shè)220V交流電壓源（即圖中VAC）通過(guò)30kΩ電阻竄入正極,可簡(jiǎn)單求出對(duì)地交流電壓如下：

表1 平衡橋電阻建議值范圍

可見(jiàn)交流竄入直流系統(tǒng)接地故障，在早期，正負(fù)極對(duì)地電壓中交流電壓非常小，因此，檢測(cè)交流竄入直流接地故障應(yīng)能具有較高的靈敏度，否則不能發(fā)現(xiàn)早期的交流竄入直流接地故障，也就不能有效預(yù)防交流竄入直流系統(tǒng)可引起大面積的停電故障。

4 同極性環(huán)網(wǎng)故障

直流系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)故障，是指2套獨(dú)立運(yùn)行的直流系統(tǒng)之間存在電氣聯(lián)系回路，其聯(lián)絡(luò)形式有同極性相連與異極性相連等。環(huán)網(wǎng)故障主要由施工、運(yùn)行中倒負(fù)荷等原因造成，將可能產(chǎn)生環(huán)流引起火災(zāi)、使直流空開(kāi)級(jí)差配合失效、縮短蓄電池壽命及引起保護(hù)拒動(dòng)等危害，也是保護(hù)誤動(dòng)的原因之一。

環(huán)網(wǎng)故障共同特征是，兩極母線(xiàn)相連那一極對(duì)地電壓變化趨勢(shì)相同，即表現(xiàn)為同時(shí)降低或上升。因此可以通過(guò)檢測(cè)對(duì)地電壓，并根據(jù)其變化趨勢(shì)的關(guān)聯(lián)性判斷是否存在環(huán)網(wǎng)故障。

圖4為同極性環(huán)網(wǎng)故障，即I段正極與II段正極存在連接電阻R3，而I段負(fù)極與II段負(fù)極存在連接電阻R4。以II段母線(xiàn)檢測(cè)環(huán)網(wǎng)故障為例，合上開(kāi)關(guān)K1，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)K2，在正極投入不平衡電阻R2，測(cè)量I、II段母線(xiàn)對(duì)地電壓：V+11、V-11、V+21、V-21；再合上開(kāi)關(guān)K1，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)K2，即在負(fù)極投入不平衡電阻R2, 測(cè)量I、II段母線(xiàn)對(duì)地電壓：V-12、V+12、V+22、V-22。

利用上述2段母線(xiàn)對(duì)地電壓測(cè)量數(shù)據(jù)，可求出正、負(fù)極環(huán)網(wǎng)連接電阻R3、R4，如公式（6）、（7）。

圖4 同極性環(huán)網(wǎng)

5 異極性環(huán)網(wǎng)故障

圖5 異極性環(huán)網(wǎng)

圖5為異極性環(huán)網(wǎng)故障，即I段正極與II段負(fù)極存在連接電阻R3，而I段負(fù)極與II段正極存在連接電阻R4。以II段母線(xiàn)檢測(cè)環(huán)網(wǎng)故障為例，合上開(kāi)關(guān)K1，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)K2，在正極投入不平衡電阻R2，測(cè)量I、II段母線(xiàn)對(duì)地電壓：V+11、V-11、V+21、V-21；再合上開(kāi)關(guān)K1，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)K2，即在負(fù)極投入不平衡電阻R2, 測(cè)量I、II段母線(xiàn)對(duì)地電壓：V-12、V+12、V+22、V-22。

利用上述2段母線(xiàn)對(duì)地電壓測(cè)量數(shù)據(jù)，可求出正、負(fù)極環(huán)網(wǎng)連接電阻R3、R4，如公式（8）、（9）。

6 結(jié)論

通過(guò)測(cè)量直流系統(tǒng)對(duì)地電壓及其變化與對(duì)地交流電壓，可計(jì)算直流系統(tǒng)正負(fù)極對(duì)地絕緣電阻、2套直流系統(tǒng)電氣連接電阻和交流竄入直流系統(tǒng)的電壓幅值，根據(jù)其變化趨勢(shì)，可以判斷直流系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)直流系統(tǒng)在絕緣與環(huán)路等方面的缺陷，從而提高直流系統(tǒng)的供電可靠性，起到預(yù)防直流系統(tǒng)故障引起的保護(hù)誤動(dòng)與拒動(dòng)事故的作用。

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Study on Insulation Failure and Loop Fault in The DC System

Huang Dongshan1,Zhou Wei1,Yang Licai1,Chen Ming1,Xu Yufeng2
(1.Power Grid Corp of Guangxi Electric Power Research Institute,Guangxi,Nanning,530001; 2.Guangzhou qianshun Electronic Equipment Co.,Ltd.,Guangdong Guangzhou,511430)

At present,there are 3 kinds of fault types often occurs in DC power supply system，include Ground fault、AC into DC system fault and two sets of DC system connection failure,The emphasis of this paper is to study the fault type of DC system and its detection method。to study two sets of DC system connection failure and its detection method。and Presents the calculation method of insulation resistance, loop resistance and AC voltage,Help to accurately detect various faults of the DC power supply system.

DC System；Ring type Mode；DC grounding

黃東山（1971-），男，碩士、高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)檢修、研究、開(kāi)發(fā)及技術(shù)監(jiān)督與技術(shù)檢查工作；