直流母線對地電壓波動原因分析及解決方案

趙俊蕾

河北滄州供電公司

直流母線對地電壓波動原因分析及解決方案

趙俊蕾

河北滄州供電公司

在投運的變電站直流電源系統中，經常會出現“正負直流母線對地電壓”不停地波動變化，波動幅度還都比較大，這就會導致故障錄波器頻繁啟動，同時對直流電源系統受電設備的安全運行造成了隱患，如：可能導致保護出口繼電器的誤動等事故，本文主要對波動的原因進行分析、由波動引發的影響進行總結以及提出解決方案。

直流電源系統；正負直流母線對地電壓；絕緣監察裝置；平衡橋；不平衡橋

1 正負直流母線對地電壓波動產生的原因

由于直流電源系統為不接地系統，因此在系統中裝設了用于監察并查找絕緣故障（或接地）的裝置——絕緣監察裝置，絕緣監察裝置的運行可能導致正負直流母線對地電壓的變化，下面對其進行分析。

1.1 絕緣監察裝置工作原理

絕緣監察裝置主機檢測正負直流母線的對地電壓，通過對地電壓計算出正負母線對地絕緣電阻。當絕緣電阻低于設定值時，發出報警信號。目前，檢測絕緣故障的方法只有兩種，平衡電橋檢測法和不平衡電橋檢測法：

1.1.1 平衡電橋檢測法

平衡電橋法在絕緣監察裝置主機內部設置2個阻值相同的對地分壓電阻R1、R2，通過它們測得母線對地電壓V1、V2。平衡電橋檢測原理框圖見圖1。

圖1 平衡電橋檢測原理圖

當Rx=Ry=∞時，系統無接地。此時，V1=V2＝110V。

當系統單端接地時，得以下方程（1）：

通過此方程式可求得單端接地電阻Rx或Ry。

當系統出現雙端接地時，得以下方程（2）：

此時，不能直接求解，處理方法是將Rx、Ry中較大的一個視為無窮大，按單端接地的情況求解，所求得的接地電阻值大于實際值。Rx、Ry的實際值越接近，則測量誤差越大，達到Rx=Ry時，測量誤差∞。

1.1.2 不平衡電橋檢測法

不平衡電橋檢測是由主機內部兩個阻值相等的對地電阻通過電子開關K1、K2按照一定的開合順序接地。不平衡電橋檢測原理見圖2。

圖2 不平衡電橋檢測原理圖

在一個檢測周期內，K1閉合K2斷開，測得V1、V2，得方程（3）

然后K1斷開K2閉合，經一定延時后再次測量V1、V2，得方程（4）

解聯立方程（3）、（4）就可直接求得正負母線接地電阻Rx、Ry。

1.2 正負直流母線對地電壓產生的原因

絕緣監察裝置的兩種檢測模式——平衡電橋和不平衡電橋由于本身電路的限制，都有各自的優點及缺點，其比較見下表。

表1 平衡電橋和不平衡電橋檢測對比表

從上述對比中可以看出，要想在各種狀況下都能準確測出絕緣故障，就必須選用不平衡橋檢測模式，但不平衡橋檢測模式就會導致正負直流母線對地電壓的波動變化。

2 正負直流母線對地電壓波動引發的影響

正負直流母線對地電壓波動會對變電站內事故監測設備及直流電源系統受電設備造成下列影響。

2.1 對故障錄波器的影響。

由于正負直流母線對地電啟動壓在波動過程中超過了故障錄波器的設定值，導致故障錄波器頻繁啟動。

2.2 對直流電源系統受電設備的影響。

直流電源系統為不接地系統，當出現一點絕緣故障時，系統應正常運行，不應對受電設備的安全運行造成影響。但由于正負母線對地電壓的波動幅值過大就會造成受電設備的誤動或拒動，原因分析如下：

誤動分析：如圖3，J2為保護出口繼電器，其動作條件為動作能量（大于5W）和電壓（大于55～75%UN）；

圖3

1）配電線路中的分布電容可以提供J2的動作能量；

2）當J2和J11之間發生一點接地時，如果負母線對地電壓又高于55%UN就可能會滿足J2的動作電壓條件；

綜上所述，由于配電線路中的分布電容無法控制，只能控制母線對地電壓的波動范圍，若負母線對地電壓幅值高于55%UN，在發生一點接地故障時，即使控制接點J11未閉合，也可能會導致保護出口繼電器J2動作，即保護出口繼電器J2誤動。

拒動分析：如圖4，J3為保護出口繼電器，其動作條件為動作能量（大于5W）和電壓（大于55～75%UN）；

圖4

1）配電線路中的分布電容可以提供J2的動作能量；

2）當J2和J11之間發生一點接地時，如果負母線對地電壓又高于55%UN就可能會滿足J2的動作電壓條件；

綜上所述，由于配電線路中的分布電容無法控制，只能控制母線對地電壓的波動范圍，若負母線對地電壓幅值高于55%UN，在發生一點接地故障時，即使控制接點J41已斷開，其保護出口繼電器J3也可能不復歸，即保護出口繼電器J3拒動。

正負直流母線對地電壓波動嚴重危害到了對受電設備的安全運行，必須對絕緣監察裝置的運行模式及參數加以規范。

3 針對“正負直流母線對地電壓波動引”的解決方案

由于要想實現“任何絕緣故障均能準確檢測”的目標，就必須用到“不平衡橋檢測法”，所以“正負母線對地電壓波動”就不可避免，只能從以下三個方面去解決：

3.1 減少不平衡橋的運行次數

規定絕緣監察裝置正常運行在平衡橋模式，每天只投入一次不平衡橋，并且在上班開始的時間投入，便于運維人員觀察、處理。

3.2 減小正負母線對地電壓的波動幅度

由于保護出口繼電器的最小動作電壓為55%UN，因此應控制正、負母線對地電壓的壓差不能超過10%UN，否則就會影響受電設備的正常運行，同時正負母線對地電壓波動幅度超限時應報警。

3.3 采用絕緣監察裝置與絕緣監察繼電器配合使用方式

傳統的絕緣監察繼電器作為絕緣監視的最初裝置，能夠在母線對地絕緣達到繼電器整定值時動作發出信號，以提醒運維人員及時進行查找接地故障。而絕緣監察裝置以上兩種解決方案均存在不利影響，如采用兩者配合使用的方式，在系統正常運行時，將絕緣監察裝置退出運行，采用絕緣監察繼電器監視直流系統對地絕緣。當直流系統發生接地故障時，絕緣監察繼電器動作發出告警信號，此時運維人員到站后可以將絕緣監察裝置投入運行，通過絕緣監察裝置快速選出故障支路，這樣即避免了因絕緣監察裝置檢測時因電壓波動不合格引起保護誤動誤動作跳閘和故障錄波器頻繁啟動，又能在直流系統發生接地時，有效利用絕緣監察裝置的先進性快速選出故障之路，兩者起到了互補的作用。

4 結語

絕緣監察裝置作為直流電源系統中必不可少的一個重要功能單元，它的性能直接影響到系統的安全運行。本文只是在正負母線對地電壓波動方面對其成因、危害及解決方案進行了表面的剖析，只是起到一個拋磚引玉的作用，希望能引起業內專家的重視及深層次的探討。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.22.074