無信號檢測原理在直流接地故障定位中的應用

摘 要：該文對直流系統接地故障檢測技術進行了分析，并重點介紹了一種在不發信號的模式下進行直流系統接地故障的檢測技術。

關鍵詞：直流系統 接地故障 不發信號 漏電流

中圖分類號：TM762文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）01（a）-0-02

電力系統中的直流系統接地故障是一種易發生且對電力系統危害性較大的故障。無論是正極接地或者負極接地，都可能造成保護誤動或者保護拒動，危害電力系統正常運行?！吨腥A人民共和國電力行業標準DL/T856-2004》規定了不同直流系統接地故障的整定值，當直流系統接地阻抗低于該阻值時，表示系統已經處于故障運行狀態，需及時處理。目前處理直流系統接地故障的設備主要有以下兩種原理：乒乓原理和恒流信號注入原理。無論是乒乓原理還是恒流信號注入原理均會向直流系統疊加一信號源，通過對這一已知信號源的檢測來判斷被測回路是否存在接地故障，如果這一信號選擇不合適就可能給直流系統帶來意想不到的后果。該文將從不向直流系統疊加信號源的角度來闡述直流系統接地故障的處理方法。

1 直流接地故障分析

1.1 平衡電橋介紹

1.1.1 平衡橋概念

理想情況下，直流系統中正負對地的絕緣電阻是區于無窮大的，為了便于處理直流系統接地故障，通常會在直流系統的正極對地與負極對地之間加入的兩個大小相等的平衡電阻，該電阻即稱為直流系統中的平衡電橋。當直流系統沒有發生絕緣故障時，該平衡電橋可以維持直流系統正負對地電壓接近或相等；當直流系統發生絕緣故障時，該平衡電橋做為直流系統中的正負對地電壓與對地絕緣電阻之間的橋梁，使它們之間建立起對應關系，方便故障的排查與處理。

1.1.2 平衡橋推導

平衡橋通常由直流屏廠家在設計完成之后提供給維護人員，但由于直流系統內設備經常變動，使得直流系統中的平衡橋大小無法確定，維護人員也無從知曉。對一個正常的系統，正負對地電壓相等或接近時，我們可以通過如下方式計算出其平衡橋阻值：

A 設直流系統中的平衡電橋大小為，測量直流系統正負對地電壓為；

B 向直流系統正極投入一已知電阻（阻值大于25K歐），測量正對地電壓；

C 通過關系式：計算可得。

1.2 直流系統絕緣故障電阻推算

當直流系統發生絕緣故障后，如圖1所示，設直流系統平衡橋阻值為，正極對地絕緣故障電阻為，正負對地電壓為，正對地電壓為。

由上式可知，如果在一個直流系統平衡電橋已知的情況下，其接地阻值與對地電壓之間有明確的一一對應關系，通過這一關系可以很方便的計算出系統的接地阻值，判斷系統的健康狀態。

1.3 饋線絕緣故障漏電流分析

直流系統中的絕緣故障往往是由直流系統中的某一條或幾條饋線絕緣故障引起，通過對正?；芈放c接地回路的漏電流進行分析，可以找出故障回路特征電流，如圖2所示。

圖中饋線1為正常饋線，饋線n為存在負對地絕緣故障的饋線，為絕緣故障阻值，R為系統平衡電橋。設負荷電流大小為，系統正對地電壓為Vcc，負對地電壓為Vss，則饋線1中，==，A處所測電流大小為-=0；饋線n中，==，，B處所測電流大小為，C處所測電流大小為-=0。

根據A、B、C處中所測電流差異可以實現直流接地故障定位。

1.4 疊加信號源與無信號源檢測原理分析

1.4.1 疊加信號源檢測原理

仍然以圖2進行分析，無論是采用乒乓原理還是恒流信號注入原理的檢測方法均會向直流系統疊加一信號源，該信號源以圖示中的E、F表示，當直流系統出現絕緣故障之后，該信號源即向直流系統疊加一變化信號，使直流系統對地電壓產生一個已知頻率的周期性變化信號，

設該信號的頻率為、使直流系統產生的對地電壓變化幅值為，則流過上的電流變化幅值為，變化頻率與信號頻率相同，根據這一特點從而實現對故障點的查找。

由于疊加信號源檢測原理檢測的是電流變化量，因此電流傳感器的零點飄移及初始值不對測量結果造成影響，同時也適用于對單根正或單根負線的查找。

1.4.2 無信號源檢測原理

無信號源檢測原理即不向直流系統注入任何信號，通過對饋線漏電流的檢測來實現接地故障的定位。根據1.3的分析，只需要準確的檢測出被測饋線的漏電流大小即可判斷出是接地故障點。

在正常饋線回路下，所測漏電流大小為0，在故障饋線回路下所測漏電流大小為：則：，如果測量出對地電壓值即可計算出故障回路對地絕緣電阻。

2 無信號檢測法的實現過程

在無信號源檢測過程中，要準確的測量出，漏電流大小的準確測量非常重要。要準確的測量該直流漏電流大小，需要重點解決以下幾個方面的問題：

a）電流鉗型表的測量精度；

b）電流鉗型表的零點飄移；

c）電流鉗型表受地磁場的影響。

電流鉗型表的測量精度可以通過選用高分辨率的鉗表來解決；電流鉗表的零點飄移問題可以通過測試前的清零來完成；由于高分辨率直流鉗表靈敏度高，受地磁場影響較大，根據地磁場具有方向性的特點，可以通過增強電流鉗表的屏蔽效果及使用時不要隨意變動鉗表方向來解決。

由于為對地電壓與漏電流大小的比值，因此計算還需要對地電壓值。為了在無信號檢測模式下找出故障饋線回路，并計算出絕緣故障阻值，可以通過設計直流系統分析模塊與饋線檢測模塊來

實現。

2.1 系統分析模塊

系統分析模塊接在直流系統的正負及地之間，檢測直流系統正負對地電壓，并計算直流系統對地絕緣電阻。當直流系統存在絕緣故障時，將直流系統對地電壓值及絕緣故障極性通過無線方式傳輸給饋線檢測模塊。其實現原理框圖如圖3所示。

2.2 饋線檢測模塊

饋線檢測模塊由電流采集器與饋線絕緣分析模塊組成，電流采集器將被測饋線漏電流信號采集上傳給饋線絕緣分析模塊，饋線絕緣分析模塊根據系統分析模塊無線傳送的對地電壓值、接地極性及電流采集器上傳的電流值計算被測饋線的絕緣電阻大小。其原理框圖如圖4所示。

3 結語

基于無信號檢測原理的應用為直流系統接地故障定位提出了全新的解決方案。大大提高變電站直流電源系統的供電可靠性，提高電網的安全運行水平。

參考文獻

[1]王貴，沈巖.直流系統絕緣電阻檢測及其整定值[J].電氣應用，2010（11）.