董志赟

（國網(wǎng)上海市電力公司檢修公司，上海 200063）

0 引言

變電站的直流系統(tǒng)為站內(nèi)的控制、繼電保護(hù)、信號等系統(tǒng)提供電源。直流系統(tǒng)包括蓄電池、充電機(jī)、電壓及絕緣監(jiān)測裝置、直流母線及饋線網(wǎng)絡(luò)。直流系統(tǒng)為不接地系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，非接地點(diǎn)電壓升高，通過分布電容產(chǎn)生充、放電電流，可能造成跳閘，中間繼電器誤動(dòng)。若不能及時(shí)處理容易發(fā)展成兩點(diǎn)接地，造成繼電保護(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng)。

在尚未進(jìn)行直流改造的變電站發(fā)生直流接地后，一般先由運(yùn)行人員采取拉路法確定直流接地間隔，再通知繼保人員逐級查找，工作效率低且風(fēng)險(xiǎn)大，容易造成事故。采用信號注入法原理制成的直流接地檢測裝置受分布電容影響較大。本文在比較2種查找方式優(yōu)缺點(diǎn)后，著重了分析了分布電容對直流接地查找的影響，并結(jié)合實(shí)例探討了如何采用積分原理提高接地檢測裝置的性能。

1 現(xiàn)狀簡介

1.1 拉路法

尚未安裝微機(jī)接地檢測裝置的變電站，采取按路尋找、分段處理的方法，按照一定的原則短時(shí)斷開各直流負(fù)載，若負(fù)載中的直流接地點(diǎn)被斷開，直流系統(tǒng)將恢復(fù)絕緣。這種方法原理簡單，但實(shí)際應(yīng)用起來有如下缺點(diǎn)：

（1）查找過程中直流負(fù)載需要短時(shí)停電；

（2）僅將接地范圍縮小至某負(fù)載空開范圍內(nèi)，進(jìn)一步查找需拆動(dòng)直流回路二次小線，在操作過程中容易造成誤動(dòng)、誤碰；

（3）直流電源拉合過程中，直流對地電容的充、放電流容易造成繼電保護(hù)設(shè)備誤動(dòng)。

1.2 利用直流絕緣監(jiān)測裝置

近年來，大部分變電站直流系統(tǒng)都安裝了微機(jī)型直流絕緣監(jiān)測及選線裝置，該裝置大多采用“電橋平衡”“低頻信號注入”等原理。在直流屏各負(fù)載處安裝穿心式小電流互感器，各互感器感應(yīng)到的信號經(jīng)過直流接地選線裝置分析判斷，確定直流接地的分支回路。

絕緣監(jiān)測裝置的等效原理如圖1所示，絕緣監(jiān)測裝置內(nèi)部可簡單等效為一平衡點(diǎn)橋，平衡點(diǎn)通過高阻R2接地，正常運(yùn)行時(shí)A點(diǎn)電位為零。

圖1 直流絕緣監(jiān)測裝置

圖2 直流接地支路示意圖

系統(tǒng)一旦出現(xiàn)接地，如圖2中負(fù)接地，高阻R2和直流接地點(diǎn)形成回路，A點(diǎn)電位不為零，回路中存在接地電流Ig。此時(shí)流經(jīng)支路1的CT1和支路2的CT2中電流I+與I-產(chǎn)生的磁通平衡，而CT3中感應(yīng)到不平衡電流Ig產(chǎn)生的磁通，從而判斷出CT3所在的支路存在接地點(diǎn)。

通過絕緣監(jiān)測和選線裝置能快速定位到接地點(diǎn)所在的支路，而且不用拉停負(fù)載，較拉路法有了明顯的進(jìn)步。但由于不可能在各級直流負(fù)載均安裝小CT，若要準(zhǔn)確找出接地點(diǎn)，還需進(jìn)一步檢測。

“低頻信號注入法”近來廣泛應(yīng)用于各種便攜式直流接地檢測裝置中。其原理如圖3所示。在直流系統(tǒng)疊加一低頻電流信號源I，該信號源通過直流接地點(diǎn)與測試儀主機(jī)形成回路，用便攜式鉗形表檢測該信號所經(jīng)過的途徑，逐級查找能獲取準(zhǔn)確的接地點(diǎn)。

圖3 低頻信號接地檢測裝置

2 分布電容的影響

采用直流絕緣監(jiān)測及選線裝置與便攜式直流接地檢測裝置理論上可以做到直流系統(tǒng)不停電方式下的直流接地檢測。但在實(shí)際應(yīng)用中，受直流系統(tǒng)分布電容影響，可能無法查找到接地點(diǎn)。文［1］根據(jù)國家電網(wǎng)有關(guān)規(guī)程給出了便攜式直流接地檢測裝置判斷是否接地的門檻值，并進(jìn)一步分析了在一定分布電容情況下，檢測裝置可能會(huì)誤判。

變電站內(nèi)保護(hù)及控制常用電纜一般為KVVP22帶屏蔽層多芯電纜，芯線截面積多為2.5 mm2。文［2］對變電站內(nèi)常用電纜對屏蔽層分布電容進(jìn)行了仿真計(jì)算，并通過實(shí)測比較驗(yàn)證了其誤差在允許范圍內(nèi)。根據(jù)國家電網(wǎng)18項(xiàng)反措要求，變電站內(nèi)控制及信號電纜屏蔽層通過4 mm2軟銅線在電纜兩端接地，故電纜芯線對地電容可等效為對屏蔽層電容。

考慮到接地檢測儀可能造成漏判或誤判的原因是無法區(qū)分接地支路和非接地支路的測量電流特征量，因此將分布電容等效為C1及C2集中參數(shù)電容，將檢測過程劃分為非接地支路和接地支路電流測量兩種情況，具體如圖4、5所示。其中Rg=10kΩ為直流接地電阻，其值應(yīng)考慮出口中間繼電器線圈阻值（2.5kΩ）及不完全接地時(shí)絕緣電阻值，同時(shí)應(yīng)不大于直流接地告警門坎值（2004年國家電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)110V直流系統(tǒng)為15kΩ）；C1=C2=5μF為對地分布電容等效為集中參數(shù)的情況；I=5mA，頻率為1，即幅值為5mA的低頻方波電流信號源。

采用鉗形表測量非接地支路時(shí)，流過鉗形表的電流為該支路下對地電容C2的電流i2。在半個(gè)周期（0.5s）內(nèi)，電流i2為幅值為I的階躍響應(yīng)電路，根據(jù)圖5列出微分方程如下：

圖4 信號注入法電流測量接線圖

圖5 信號注入法電流測量等效圖

解微分方程可得：

采用鉗形表測量接地直流支路時(shí)，流過鉗形表電流為流過Rg的電流i1。在半個(gè)周期（0.5s）內(nèi)，電流i1可表示為：

由式（1）、（2）可知，半個(gè)周期內(nèi)非接地支路電流按時(shí)間常數(shù)τ=2RgC2=0.1s衰減，而接地支路電流按該時(shí)間常數(shù)增加。若在接地電阻或分布電容稍大或更大的情況下，接地支路和非接地支路電流瞬時(shí)值交替變化，接地檢測裝置難以通過設(shè)定適當(dāng)?shù)拈T檻區(qū)分接地支路電阻電流和非接地支路的電容電流，很可能造成接地檢測裝置的誤判或漏判。

3 對策探討

基于上述分析，非接地支路與接地支路電流波形如圖6、7所示。

圖6 非接地支路電流波形

圖7 接地支路電流波形

由圖6、7可知，在每半周期內(nèi)的初始階段非接地支路電容電流幅值大于接地支路，在t=0.2s時(shí)，電容電流已小于接地支路阻性電流。

對于信號注入法中消除分布電容干擾近來已有相關(guān)探討，大多采用數(shù)學(xué)方法提高接地電流大小和相位測量精度，如文［4］中提出了用小波變換提取接地電流中阻性分量以消除電容電流的干擾，在理論及仿真上取得較好的效果。在實(shí)際應(yīng)用中，變電站內(nèi)復(fù)雜的電磁干擾、儀器制造成本以及測量過程中的誤差對檢測結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。

根據(jù)接地支路與非接地支路的等效電路特點(diǎn)，即接地支路中包含電阻電流，而非接地支路中主要為電容電流。在一個(gè)周期內(nèi)的充、放電過程中，包含電阻的接地支路為充電過程，而非接地支路中電容電流為放電過程。在1個(gè)周期內(nèi)，充電過程積分遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于放電過程。

其中S1為接地支路中電流1個(gè)周期內(nèi)積分；S2為非接地支路中電流1個(gè)周期內(nèi)積分。

結(jié)合實(shí)際檢測過程，若鉗形表所測支路包含接地支路電阻和非接地支路一部分電容電流，則S1與S2差值擴(kuò)大；考慮最不利情況全站電容電流全部流過所測量的非接地支路，則S2為2.0，與S1的差值仍可以作為判斷接地與非接地支路的判據(jù)。實(shí)際目前變電站內(nèi)直流基本采用輻射型接線，非接地支路電容電流不可能大于全站電容電流的一半。該方法計(jì)算簡單，積分差值在1個(gè)周期內(nèi)保持不變，受現(xiàn)場測量環(huán)境影響較小。

基于積分法檢測接地點(diǎn)的誤差主要受時(shí)間常數(shù)τ及注入信號的頻率影響：時(shí)間常數(shù)及頻率越大，周期內(nèi)電容電流衰減越慢，S1與S2差值越小。直流對地絕緣大于20 kΩ時(shí)不會(huì)引起直流接地告警；另一方面，普通規(guī)模的220kV變電站（包括12個(gè)220kV間隔，36個(gè)35kV間隔）的對地電容不大于10μF?？紤]上述極端情況，S1與S2差值將不明顯，此時(shí)只需將注入信號頻率降為0.5，仍能取得較好效果。

4 結(jié)論

從目前應(yīng)用情況來看，采用注入低頻信號檢測直流接地可大大提高直流接地查找工作的效率，降低風(fēng)險(xiǎn)，其低功率、低頻信號對繼保、自動(dòng)化設(shè)備的影響也不大。但在分布電容較大或直流不完全接地情況下，可能會(huì)出現(xiàn)誤判、漏判情況。本文就這一問題根據(jù)國家電網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及變電站內(nèi)直流電纜型號及敷設(shè)情況，量化分析了分布電容、接地電阻及低頻信號頻率對判斷結(jié)果的影響，探討了接地電流波形隨上述因素的變化規(guī)律，提出了采用積分法消除分布電容影響的可能性。

［1］伊星光，何銘寧，徐玉鳳，等.直流接地巡檢裝置誤、漏選線問題分析［J］.繼電器，2008（10）.

［2］費(fèi)萬民，張艷莉，呂征宇，等.電力系統(tǒng)中直流接地電阻檢測和接地故障點(diǎn)探測的方法研究［J］.電工電能新技術(shù)，2001（3）.

［3］孟恒信，張悅，朱良肄，等.保護(hù)用控制電纜分布電容參數(shù)測試方法研究［J］.山西電力，2008（4）.

［4］李東輝，史臨潼.基于小波變換的直流系統(tǒng)接地故障檢測中小波基的選擇與比較［J］.電力系統(tǒng)及自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2004（6）.