直流系统接地故障检测装置问题分析及改进措施

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要站在电网的高度，从系统的角度看直流接地的危害。 众所周知，电力系统的直流操作系统采用对地绝缘运行方式，出现一点接地故障不会造成任何危害，但必须及时处理。 否则，在发生另一点接地故障的情况下，可能会误动作、拒绝继电保护。在运用中发现，直流接地不仅会导致继电保护误动、拒动，而且会导致采用直流控制的设备误动、拒动，损坏设备，造成大面积停电、系统崩溃的严重后果。 因此，对于直流接地问题，不能只从一个变电站、一个电站的角度来分析问题，而要从整个电网的高度来考虑。如2000年7月6日暴雨中，石家庄220kV大河枢纽变电站站内发生直流接地。 273-1电动制动器在运行中自动刹车，没有任何信号。 经检索分析，证实273-1刀闸控制箱进水，直流两点接地，导致该刀闸被误分。 石家庄500kV廉州枢纽变电站大雪天气，直流两点接地，站场380V交流电源控制开关跳闸。2直流绝缘检测监控系统现状目前，各类绝缘监察检测装置所采用的技术原理，与现场实际情况存在一定差距，装置功能难以完全满足现场实际需要。2.1绝缘监察装置技术原理存在的问题

对生产现场来说，电厂、变电站运行多年后，电缆绝缘普遍下降，各种接线盒、机构箱、刀闸辅助触点箱等锈蚀损坏，密封性下降，遇到雨、雪、湿雾天气，容易发生接地； 另外，非金属性接地(对地电阻值高)、多点接地、正负极都有接地，正、负极绝缘电阻差小，往往形成对称的接地性质。目前，各种直流绝缘监察装置(包括普通型、微机型)在直流系统接地的监察报警中采用桥式平衡原理，无法有效检测上述高阻对称性接地。受电桥平衡原理的限制，装置只能监测不对称性直流接地故障，如果正、负极绝缘电阻均降或其值相近，装置将无法作出反应。 现有各装置对地直流绝缘监测装置的灵敏度两极绝缘电阻之比为2:1至10:1。 另外，两极的绝缘电阻差异较大，实际上任意一级的绝缘电平未低于允许值时，可能会发生警报，检测者可能会误认为绝缘电平下降。2.2旁路检测原理存在问题

随着微机保护下大量抗干扰电容器的安装使用，直流系统开环辐射供电运行方式的采用增大了直流系统的对地电容电流。 目前，国内广泛使用向系统注入信号方式的微机型绝缘支路选线装置，实际上已不能实现对接地支路的有效搜索。 如果电容电流大于检测装置绝缘电阻泄漏电流的整定值，则会导致误信号，影响装置的正确判断。河北省电力公司对4个厂家的产品进行了现场试验检测，结果表明： (1)某支路电阻性接地20k时，支路搜索判断准确性差异较大； 电阻接地30k时，接地支路的判断均不正确。 )2)如果某两条支路分别电阻性接地10k，支路会查找误报、漏报。 )3)增加40F电容后旁路检测无效。运行实践也证明，国内某厂安装了接地选线装置，如石家庄500kV廉州枢纽变电站。 380V控制电源直流接地时，报告220kV、500kV回路直流接地，给运行、检修人员寻找接地带来较大干扰，危害电网安全运行。2.3探索接地支路的分支接地支路，没有有效的手段目前，随着继电保护事故防范措施的落实，直流系统中熔断器保护控制越来越精细，数量越来越多，直流屏提供给支路下方的支路数量越来越多。 现有的微机旁路检测装置中采用的加装电流互感器的方法在技术和成本上难以满足要求。 部分厂家推出了便携式定点检测设备，但原理仍为注入信号式，其缺点已在上文中提到。 特别要注意的是，这种类型装置的电流传感器必须是卡钳式的，并且气隙检测具有很大的分散性。2.4现有各类绝缘监察装置不能自动满足直流系统运行方式变化的要求

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以常规直流绝缘监察装置为例，当两级直流母线分列运行时，为两个独立的直流系统，每级母线均有一套监察装置投入使用。 为了测量对地电位，各绝缘监察装置设置了一个人的接地点。 为了防止直流网络其他地方稍有接地故障时继电器误动作，绝缘监视继电器的线圈应具有足够的电阻值。 )对于220V直流系统，该线圈的电阻值为30k，其起动电流为1.4mA。 系统中其他继电器的启动电流均选择1.4mA以上)。 并联运行时，相当于一条直流母线的一条直流系统在并联前必须停止一条母线的绝缘监测装置。 否则，两个30k电阻并联，对地绝缘电阻为15k，略有接地。 (220kV直流系统对地绝缘报警值为20k)。 此时，如果还有一个接地，其接地电流就足以使部分继电器误动作。 (几年前，石家庄市某电厂因绝缘监察装置接地电阻小，再接地就造成保护误动事故。 同样，两段母线由并联转为分列运行后，应立即投入停运的一段母线绝缘监察装置。 否则，该段母线及其系统将失去对地绝缘监察。现有的各类直流绝缘装置都不能自动支持双级直流母线分、并联运行方式，一般采用二次接线通过手动开关或母线连接开关切换辅助触点使一套装置停机的接地方式。 部分制造商产品不设置手动开关，通过断开1套与直流母线连接的保险丝来停止装置。)1)手动开关一般采用以下方式(见图1 ) :

母线分两段运行时，q设置位置3、1-3、2-3均连接，两套装置单独运行；二级母线并联运行时，q置位一(或二)，一组装置无接地点停机，一组运行同时监测二级母线。)2)或装置采用固定停机、合闸的方法(见图2 ) :手动方式受人员影响较大，且母线运行方式变化较小，运行检修人员容易忽视这一点。

辅助触点方式的原理与上图相似，但手动开关变为联络开关的辅助触点。 这种方式受触点可靠性因素的影响，尤其是在复杂布线情况下，当两条母线之间有多个联络开关或动控母线分离时，需要通过多个触点的组合进行判别，难以满足运行可靠性要求。3对策和效果为解决上述问题，我们与合作单位共同研制了一种新型微机直流接地选线监测仪——gym直流接地选线监测仪，作为河北省电力公司2001年科技项目。与现有的各种装置相比，该装置通过技术原理的改进，能更好地满足现场的实际需要。3.1 GYM的工作原理

平衡电桥与不平衡电桥相结合，可以同时检测正、负极接地或持续检测正、负极接地，对地绝缘电阻不受正、负极接地电阻相同或相近的影响。 参照图3。

其工作原理：设备在平衡状态下工作时，合上K1、K2，为I段母线提供一个接地点，记录此时正母线对地电压、负母线对地电压，以及I段各分支路的对地泄漏电流值。

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出现正负同时接地时，该方法无法准确检测接地电阻，需要采用不平衡法检测母线对地绝缘。 在设备为自动检测方式的情况下，首先接通平衡桥K1、K2。 如果接地的正负母线的对地电阻不相等或同时不相等，则会产生正母线对地和负母线对地的电压偏差。 当该偏差超过设定值(10V )时，设备启动不平衡检测，分别接通K1、K2一次，记录K1接通时正负母线对地电压及分支电路泄漏电流，根据母线对地的4个电压值可以计算出正负母线的对地电阻r=(V3-V1 ) R0/V1R-=) V2-V4 ) R0/V4结合支路的两个漏电流值，可以计算支路对地的电阻Rn及Rn-，段母线检测方法与段母线相同。 为克服系统容量的影响，避免电容充放电暂态过程的影响，采用了切换后延迟采样。3.2对直流系统运行方式的影响

将电桥改为分别接入2级母线，直流系统I、ii级母线是否并联不影响本装置的检测，不影响系统对地绝缘电阻，自动满足直流系统运行方式变化的要求。

改为将电桥分别接入2级母线，同时2级母线只有1级平衡电阻，另1级没有，根据接入的电桥的哪一级记录了哪一级采集数据。 这样，系统双级母线并联运行与否不影响绝缘监测，不降低直流系统对地绝缘电阻，自动满足直流系统运行方式变化的要求。3.3旁路检测不注入信号，采用高灵敏度直流传感器采用高灵敏度的直流传感器(精度0.1mA )，与不平衡桥组合，可以检测多条分支路是同时接地还是同时平衡接地，并直接显示接地泄漏电流值。 不需要注入信号。 另外，通过多次实验，可以提高直流传感器的抗过载能力，在过载恢复后及时恢复其检测性能。 利用系统在绝缘良好时，每月进行一次零点扫描，消除传感器的零点误差。3.4装置设置检定方式，便于查找接地支路的支路装置设置了检定方式，通过传感器直接在装置液晶屏上显示报警支路漏电流的快速检测和监测，有助于配合拉报警支路的支路熔断器，寻找具体的接地支路。 特别是多重、多点接地时。3.5采用防误技术，提高装置抗干扰能力

旁路电流采集由于信号小，容易受到环境的影响，所以采用了采集母线对地电压的方法。 由于电压量为较强的信号量，不易受到外部的影响，因此如果母线电压计算出的阻抗正常，支路就不可能发生警报。 在软件上屏蔽分支报警的输出，同时计算分支电路的信号电压值和零点值的误差。 误差过大时，发出分支检测元件故障的警告信息，并显示在画面上以便立即排除。4 GYM型直流接地选线监测仪的测试、运行及鉴定情况4.1检验、鉴定

装置研制成功后，样机于2000年4月6日通过电力工业部电力设备及仪表质量检测测试中心检测，并出具检测报告(继电器自动)验字2000第X017号。 得出结论：检测结果符合检测依据要求，合格。 并于2001年6月11日，该装置通过河北省电力公司组织的产品鉴定。4.2现场运行

首批样机于2000年9月安装在220kV许营变电站，运行良好。 2000年12月22日下午，许营站发生直流接地，该装置准确报警并给出了相应的接地旁路号码。 经过人工检查，确认接地点在该道路上。 随后几天，由于现场施工问题，许营站多次发生直流接地，但该装置均准确判别了报警。 2001年4月16日，220kV大河变电站在直流改造中，系统发生直流接地。 大河站采用新安装的GYM型监测仪进行检测，该装置准确判断接地支路，显示接地电流为2mA； 实际引道调查，接地点在202回路，证明了装置的检测是正确的。运行证明，该装置可以同时监测两级直流母线的电压和正、负级对地绝缘电阻，不受两级母线分离、并联运行的影响。 接地支路检测准确，有助于现场值班人员、检修人员快速准确地处理直流接地故障，对确保电网运行安全起到了重要作用。 达到了研究开发的预期目的。目前，该装置已投入石家庄、沧州、衡水、安阳、长治等变电站20余套。