鐘韻美，才 璐

國能（天津）大港發(fā)電廠有限公司，天津 300272

0 引言

廠站通過全面統(tǒng)籌控制管理系統(tǒng)、信號(hào)保護(hù)及裝置設(shè)定，使得電路可以在一個(gè)穩(wěn)定的環(huán)境中運(yùn)行。但是在實(shí)際情況下，饋線支路絕緣較差，導(dǎo)致直流系統(tǒng)的絕緣性能下降，出現(xiàn)絕緣故障，進(jìn)而導(dǎo)致接地故障。文章對(duì)絕緣問題進(jìn)行分析之后，引入具體實(shí)例來詳細(xì)論述絕緣的成因及控制措施。

1 廠站直流系統(tǒng)中的絕緣故障

1.1 絕緣故障原理

電力系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)資料和經(jīng)驗(yàn)表明，作為直流輸電的重要裝備，交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜在直流作用下如果發(fā)生局部電場畸變[1]，最大電場將會(huì)從絕緣內(nèi)測轉(zhuǎn)移到外側(cè)，加速電纜絕緣老化，造成電纜的絕緣性能持續(xù)下降[2]。直流系統(tǒng)下電纜的絕緣性降低會(huì)導(dǎo)致單點(diǎn)接地，雖然此時(shí)的設(shè)備依舊可以正常運(yùn)行，但是這種現(xiàn)象不可以持續(xù)過久，必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成故障的排查處理，防止發(fā)生兩點(diǎn)接地故障，避免造成繼電保護(hù)裝置的誤動(dòng)或拒動(dòng)。在正負(fù)極接地時(shí)，如果直流系統(tǒng)的正極接地，有可能造成保護(hù)誤動(dòng)；如果直流系統(tǒng)的負(fù)極接地，有可能造成保護(hù)拒動(dòng)。

雙點(diǎn)短路故障的暫態(tài)過程可以分為電容放電階段和二極管導(dǎo)通階段，前者是正負(fù)極剛開始接地的階段，換流器的并聯(lián)電容通過電纜對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行放電，由于電纜內(nèi)部電阻持續(xù)下降，電流強(qiáng)度會(huì)維持在一個(gè)很高的狀態(tài)；后者是交流側(cè)已經(jīng)饋入三相短路電流，與電感續(xù)流回路形成故障電流[3]。受外界因素的影響，絕緣性能如果持續(xù)下降，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)，即為直流系統(tǒng)接地。根據(jù)相關(guān)電壓標(biāo)準(zhǔn)，不同電壓等級(jí)的系統(tǒng)，其絕緣整定值也不同。具體如表1 所示。

表1 不同系統(tǒng)電壓下的絕緣整定值

1.2 故障成因

1.2.1 設(shè)備運(yùn)行環(huán)境較差

如果設(shè)備長時(shí)間處于潮濕環(huán)境下，二次回路和設(shè)備受潮明顯，容易引發(fā)凝露現(xiàn)象。當(dāng)接線盒、電纜溝的設(shè)置和安放密封不嚴(yán)，存在縫隙時(shí)，容易浸入水分。雨天空氣濕度大，故障也更常發(fā)生。一些設(shè)備如果長期處于震動(dòng)較大的環(huán)境下，也會(huì)造成接線松動(dòng)，導(dǎo)致脫落，與金屬物件相碰，造成直流接地現(xiàn)象。此外，部分開關(guān)柜長期工作于高電壓、大電流和高強(qiáng)度磁場環(huán)境中，出現(xiàn)故障的可能性比較大[4]。

1.2.2 設(shè)備損壞

交流充電機(jī)故障導(dǎo)致諧波數(shù)值超出正常水平[5]。如果諧波直流系統(tǒng)諧振，諧波的電壓會(huì)迅速升高，電流強(qiáng)度持續(xù)增大，從而導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置出現(xiàn)誤動(dòng)，對(duì)通信設(shè)備造成嚴(yán)重干擾，引發(fā)直流系統(tǒng)故障，對(duì)直流系統(tǒng)內(nèi)部的絕緣性能不可避免地造成影響。

1.2.3 二次回路絕緣性能下降

二次回路容易受到內(nèi)外因素的影響，在外在因素方面，如果受到不可控的壓迫或扭曲，很容易破壞線路的絕緣層；在內(nèi)在因素方面，如果內(nèi)部電流經(jīng)過引發(fā)燒傷問題，也會(huì)對(duì)絕緣性能造成影響。相關(guān)工作人員如果不及時(shí)進(jìn)行材料的修復(fù)和更換，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備老化，部件損壞程度大。

1.2.4 小動(dòng)物的破壞

控制箱和接線盒等二次設(shè)備如果不加之防護(hù)和密封，一些小動(dòng)物可能會(huì)爬進(jìn)去，對(duì)電纜設(shè)備造成污染，或者啃傷設(shè)備，影響設(shè)備的正常運(yùn)行，導(dǎo)致絕緣性能降低和接地問題的出現(xiàn)。

1.2.5 人為因素的影響

人為因素也會(huì)造成絕緣性能降低。如果工作人員在進(jìn)行接線拆除時(shí)，沒有做好絕緣隔離的準(zhǔn)備，就會(huì)直接造成直流接地。

1.3 絕緣故障的危害

直流系統(tǒng)中發(fā)生單點(diǎn)接地現(xiàn)象，回路中不會(huì)出現(xiàn)短路現(xiàn)象，相關(guān)的熔斷器也不會(huì)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)在表面看起來依舊處于正常運(yùn)行狀態(tài)。如果工作人員沒有在一定時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)故障，會(huì)造成后續(xù)的兩點(diǎn)接地，導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)和拒動(dòng)[6]，甚至?xí)斐扇蹟嗥魅蹟?，使直流系統(tǒng)中的回路失去電源電力支撐。如果出現(xiàn)同極兩點(diǎn)接地現(xiàn)象，電流會(huì)在土壤中形成一定的電位梯度，對(duì)地表點(diǎn)位的分布造成影響，很有可能會(huì)加速地下的金屬管道腐蝕[7]。由此可見，直流系統(tǒng)中的絕緣故障如果得不到妥善處理，不僅會(huì)影響系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備使用壽命，還會(huì)對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)及土壤環(huán)境造成威脅，產(chǎn)生不容小覷的生產(chǎn)事故。因此，工作人員發(fā)現(xiàn)直流系統(tǒng)有接地現(xiàn)象后，要立刻采取妥當(dāng)?shù)姆绞讲檎医拥攸c(diǎn)，排查故障，防止造成后續(xù)的兩點(diǎn)接地，引發(fā)不必要的危害。

2 直流系統(tǒng)絕緣故障的控制措施

2.1 采用常見的直流系統(tǒng)絕緣接地故障查找方法

2.1.1 經(jīng)驗(yàn)判斷法

（1）借助相關(guān)儀器設(shè)備。要借助相關(guān)測量儀器和儀表檢查直流系統(tǒng)的絕緣狀況，核查接地正負(fù)極和絕緣異常情況，然后根據(jù)裝置報(bào)出的大概范圍進(jìn)行檢索排查。

（2）采用最直接的問話方式。詢問是否有工作人員在直流系統(tǒng)的回路中進(jìn)行了相關(guān)的檢修工作，并安排人員對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行檢查測量。

（3）及時(shí)排查設(shè)備。要根據(jù)天氣情況、設(shè)備檢修記錄、設(shè)備缺陷問題等因素，對(duì)有一定隱患的設(shè)備進(jìn)行排查。

（4）采取合適的排查順序。要堅(jiān)持優(yōu)先室外排查、后續(xù)室內(nèi)檢查；優(yōu)先信號(hào)提示、后續(xù)進(jìn)行操作；按設(shè)備重要性的順序排查的工作原則查找設(shè)備接地問題。

（5）結(jié)合直流系統(tǒng)運(yùn)行原理排查故障。如果根據(jù)常規(guī)的經(jīng)驗(yàn)判斷手段和方法不能準(zhǔn)確查找問題的所在，就需要根據(jù)直流系統(tǒng)的運(yùn)行原理，運(yùn)行直流母線，按照相關(guān)步驟從蓄電池組中推理出故障，進(jìn)行分開排查。

2.1.2 拉回路法

拉回路法是短時(shí)斷開饋電分路，檢查是否存在接地信號(hào)的方法。如果斷開分路之后，原本存在的接地信號(hào)消失，表明直流系統(tǒng)的絕緣接地故障就在此段分路中。但是現(xiàn)階段隨著相關(guān)電力單位對(duì)用電可靠性和安全性的要求不斷提升，拉回路法的檢測方式需要短時(shí)斷電，容易造成電網(wǎng)供電的不可靠性。因此，在非必要時(shí)盡可能減少這種方法的使用。

2.1.3 使用便攜式探測儀

便攜式探測儀的工作原理是在直流母線和大地之間添加一個(gè)低頻的交流信號(hào)，信號(hào)由發(fā)生器傳播，經(jīng)過直流系統(tǒng)再從接地點(diǎn)返回。工作人員可以利用鉗形的電源探頭按照電流信號(hào)的走向進(jìn)行探測，低頻信號(hào)會(huì)在接地點(diǎn)的位置出現(xiàn)與正常信號(hào)有差異的信號(hào)提示，工作人員可以根據(jù)出現(xiàn)信號(hào)差異的位置判斷接地點(diǎn)，從而對(duì)直流系統(tǒng)中的絕緣故障進(jìn)行處理。

還有一種主從式的便攜絕緣檢測儀可以檢測直流系統(tǒng)的絕緣性能，這種儀器的工作原理是以動(dòng)態(tài)差值為計(jì)算基礎(chǔ)進(jìn)行電路的檢測。儀器由主機(jī)部分和從機(jī)部分兩部分組成，如圖1 所示。主機(jī)可以檢測眾多支路，從機(jī)可以監(jiān)控母線的絕緣情況。相關(guān)人員可以根據(jù)主機(jī)、從機(jī)儀器中的直流數(shù)值來判斷支路和母線是否發(fā)生絕緣性能下降的問題。

圖1 主從式便攜檢測儀總體設(shè)計(jì)圖

2.2 采用可靠性強(qiáng)的絕緣監(jiān)察裝置

絕緣監(jiān)察裝置能夠在正極或負(fù)極的絕緣電阻降低到系統(tǒng)整定值時(shí)，不受其他因素影響，自主發(fā)出燈光警報(bào)和音響信號(hào)，對(duì)電阻降低或絕緣現(xiàn)象做出及時(shí)反應(yīng)，為工作人員進(jìn)行警報(bào)提示。另外，工作人員也可利用它來判斷直流系統(tǒng)中接地點(diǎn)，正、負(fù)極的絕緣電阻值和具體的故障接地分路。

2.3 多角度排查直流接地情況

受技術(shù)、運(yùn)行環(huán)境等多方面因素的影響，現(xiàn)階段廠站直流系統(tǒng)的絕緣問題時(shí)有發(fā)生。如何提升廠站直流系統(tǒng)的絕緣控制效果和控制水平成為當(dāng)前工作人員面臨的重要挑戰(zhàn)。相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)對(duì)廠站直流系統(tǒng)的接地狀況進(jìn)行全面分析和排查，對(duì)可能存在的問題進(jìn)行全面的優(yōu)化與改進(jìn)，提升直流系統(tǒng)絕緣效果與絕緣性能，降低事故風(fēng)險(xiǎn)，從而杜絕安全事故的發(fā)生。

2.3.1 制訂排查計(jì)劃

需要針對(duì)直流系統(tǒng)的接地狀況制訂周密的排查計(jì)劃。由于運(yùn)行環(huán)境存在差異，廠站直流系統(tǒng)的接地性能各不相同。相關(guān)工作人員及技術(shù)人員應(yīng)結(jié)合廠站直流系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，制訂排查方案，確保廠站直流系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境的清潔干燥，減少外部環(huán)境對(duì)直流系統(tǒng)接地產(chǎn)生的不利影響，有效改善其絕緣性能。

2.3.2 防止動(dòng)物對(duì)設(shè)備的破壞

由于廠站多建于遠(yuǎn)離市區(qū)的郊區(qū)或山中，這些地區(qū)可能會(huì)有動(dòng)物出現(xiàn)，對(duì)廠站直流系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。因此相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)全面檢查當(dāng)?shù)丨h(huán)境，采取綜合措施對(duì)動(dòng)物進(jìn)行防護(hù)，進(jìn)而使廠站直流系統(tǒng)的絕緣性能及運(yùn)行安全得到全面提升，降低可能存在的安全風(fēng)險(xiǎn)及安全隱患。

2.3.3 定期檢查線路及設(shè)備

在長期的使用過程中，廠站直流系統(tǒng)的絕緣情況可能會(huì)由于線路老化及維護(hù)技術(shù)等因素受到影響，廠站工作人員應(yīng)當(dāng)定期對(duì)直流系統(tǒng)絕緣性能進(jìn)行全面分析，及時(shí)處理可能存在的線路老化或設(shè)備問題，排查、分析和處理直流系統(tǒng)中的隱患和缺陷，從而減少安全事故的發(fā)生，提升廠站直流系統(tǒng)運(yùn)行效果。

2.3.4 加強(qiáng)維保人員的培訓(xùn)

為了進(jìn)一步提升廠站直流系統(tǒng)管理水平，相關(guān)管理者還應(yīng)當(dāng)結(jié)合當(dāng)前廠站直流系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)對(duì)維保人員進(jìn)行培訓(xùn)，使他們能夠進(jìn)一步明確廠站直流系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)程及運(yùn)行要點(diǎn)，從而更加全面地排查系統(tǒng)問題，不斷提高直流系統(tǒng)管理質(zhì)量。

2.4 采用直流接地故障隔離系統(tǒng)

直流接地故障隔離系統(tǒng)主要采用具有相互獨(dú)立性的雙直流電源向用電單元供電，一個(gè)是直流系統(tǒng)的常用電源，主要負(fù)責(zé)向直流系統(tǒng)內(nèi)部全部用電設(shè)備供電；另一個(gè)是隔離電源，處于備用狀態(tài)，如果常用電源出現(xiàn)故障，將由備用電源供電，隔離電源是臨時(shí)備用電源，電源容量可以與常用電源不同。每個(gè)饋線支路分別設(shè)有兩個(gè)開關(guān)器，分別控制常用電源和隔離電源。當(dāng)直流系統(tǒng)中存在一個(gè)或多個(gè)饋線支路絕緣故障時(shí)，工作人員可以通過手動(dòng)或自動(dòng)控制將故障支路從常用電源切換到隔離電源。在整個(gè)切換過程中，用電設(shè)備不會(huì)出現(xiàn)斷電情況。在相同的時(shí)間內(nèi)只允許切換一條支路，有效防止了故障支路在單點(diǎn)接地的狀況下強(qiáng)行工作而對(duì)平穩(wěn)支路造成的消極影響。在完成切換，將故障支路執(zhí)行隔離操作后，如果發(fā)現(xiàn)原有的直流電源中的絕緣故障復(fù)歸，就證明已經(jīng)將絕緣接地點(diǎn)從直流系統(tǒng)中隔開。再以此為基礎(chǔ)，查找故障接地點(diǎn)，等到絕緣故障問題解決以后再把饋線支路重新復(fù)位到原有的直流系統(tǒng)中，完成工作流程。整個(gè)隔離系統(tǒng)涵蓋了絕緣故障報(bào)警、故障支線隔離、故障定位查找、系統(tǒng)恢復(fù)等多個(gè)絕緣故障查找、恢復(fù)步驟，有效解決了直流系統(tǒng)絕緣故障造成的接地事故。

3 結(jié)束語

綜上所述，廠站中的直流系統(tǒng)如果出現(xiàn)絕緣故障，將會(huì)引發(fā)單點(diǎn)接地和雙點(diǎn)接地故障，如果相關(guān)工作人員不能及時(shí)采取控制措施處理，將會(huì)嚴(yán)重影響直流系統(tǒng)的供電穩(wěn)定性和安全性。當(dāng)直流系統(tǒng)出現(xiàn)絕緣異常問題，相關(guān)人員要利用合理的排查方式，有序查找接地點(diǎn)，進(jìn)而解決故障。