直流系統絕緣不良誤報警問題分析與處理

沙 澎

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北唐山 063210）

1 引言

直流系統是變電站二次系統的重要組成部分,是變電站控制保護的基礎，為全站的保護及通信自動化設備提供直流電源。作為繼電保護控制系統的電源來源，直流系統在變電站系統安全穩定運行中的重要地位不言而喻。

而絕緣不良報警問題作為直流系統的多發問題，往往并不是簡單的線路破損造成的，直流系統的接線方式、直流用電設備回路結構等潛在問題時刻影響著變電站二次系統的正常運行，甚至可能引發更大的變電站主系統的事故。

2 問題描述

某變電站直流系統配置兩套蓄電池組、兩套獨立整流模塊，設置兩段直流母線分列運行，每段母線均安裝獨立的絕緣監察設備，如圖1所示。投入運行后，兩段母線的絕緣監察設備間斷發出若干支路“絕緣不良”報警，故障信號不能復歸。微機測控裝置顯示220 V直流一段+KM+162 V，-KM-58 V；220 V直流二段+KM+152 V，-KM-66 V。

3 檢查、分析

根據絕緣監察裝置的報警信息及故障現象，初步判斷為直流系統某處存在絕緣不良。我們采用人工拉路法手動短時切除各配電線路的方式逐一排查，以求盡快縮小排查范圍。按照一般負荷、較重要負荷、重要負荷的順序依次拉路檢查：

圖1 直流系統配置圖

斷合事故照明回路；斷合直流通信電源回路；斷合遙信信號回路；斷合合閘回路；斷合控制回路；斷合保護測控裝置電源回路。

隨著直流配電線路的逐個切除，故障不但沒有消失，反而有新的故障線路出現，這給排查工作帶來了很大困難。

斷開一段直流母線各配線開關，正對地、負對地均有負電，正、負間無電壓。根據現場實際問題現象，經與直流屏廠家技術人員現場檢查、圖紙接線分析，推斷為直流一段、二段母線在負荷側存在并列。

經檢查，某兩路直流配線間存在寄生回路，從而確認了環網問題的存在。查閱圖紙資料并結合現場實際接線情況，發現該環路并非施工接線錯誤，而是設備二次線設計缺陷所致。如圖2所示，直流系統控母一段斷路器就地控制回路與二段斷路器遠方控制回路負極在N52端子處并列。

圖2 直流屏至某斷路器間隔二次控制回路簡圖

4 原因分析

我們首先簡化出正常情況下直流系統絕緣監測模塊電路原路圖，以直流一段系統為例，如圖3所示。

圖3 單套直流系統對地示意圖

R+、R-分別為直流正、負母線對地等效電阻；R1、R2為絕緣監測裝置等效平衡電橋電阻，R1=R2；K為接地檢測繼電器。兩段直流系統各配置一套絕緣監測裝置。直流系統在絕緣情況良好時，R+≈R-，直流正負母線對地電壓平衡，K不動作。當配電線纜或設備端子排因受潮、老化、回路接地等原因導致絕緣下降，使得R+≠R-，K繼電器因流過不平衡電流而動作報警。

而實際上，由于直流系統一段與二段負極存在并列問題，各極對地電壓分別為+1KM +162 V，-1KM -58 V，+2KM +152 V，-2KM -66 V。從對地電壓數據可知，直流系統一段、二段存在負絕緣不良的特征。此特征與負極并列問題有沒有必然聯系，問題在哪里呢？

兩套直流系統負極并列運行示意圖如圖4，R1+、R1-、R2+、R2-分別為直流一、二段正、負母線對地等效電阻；R11、R12、R21、R22分別為直流一、二段絕緣監測裝置等效平衡電橋電阻。正常情況下R1+=R1-，R2+=R2-，R11=R12，R21=R22。由于直流一、二段負極并列，使得原本平衡的等值網絡遭到破壞：

R12′=R22′=R12∥R22；

R12′＜R11；

R22′＜R21；

同樣：

R1-′=R2-′=R1-∥R2-；

R1-′＜R1+；

R2-′＜R2+。

以上推導過程，可以清楚地解釋各段母線正、負極對地電壓不平衡且負極電壓偏低的現象。

而按照等值網絡關系，似乎不但不能解釋絕緣監測裝置偶然報警，反而出現了推理矛盾。

我們知道，絕緣電阻本身就是不確定的因素，它的大小與本身的絕緣材料、環境溫濕度等均存在必然關聯。這也恰好與絕緣監測裝置的偶然報警構成了必然發生的偶然關系。

圖4 負極合環情況下的直流系統對地示意圖

5 解決辦法

為了驗證以上的分析是否正確，現場將并列運行的兩路直流配電線路斷電，觀察系統故障現象。經檢查，絕緣監查裝置報警信號消失，直流系統絕緣電阻恢復正常，直流電壓亦恢復至正常值。

說明兩支路負極并列運行是問題所在，因此問題處理原則自然可以明確，即斷開直流一段與直流二段兩個支路負極的并列點，并保證該回路所帶斷路器遠方跳閘、就地跳閘回路共用同一直流控制電源。

結合設備二次原理圖，經過現場討論研究，制定出處理方案：去掉兩根線、增加一條線。改進接線如圖5所示，改正后，斷路器就地控制、合閘回路（S52、N52）所需電源僅由保護控制電源，即直流系統控母二段提供。

圖5 改造后的設備直流電源接線圖

6 結束語

在直流系統運行過程中，我們會經常遇到各種直流絕緣不良問題。而由于下級支路環網運行造成的絕緣監查裝置誤報警給問題的判斷和處理帶來了困難。支路環網問題大都由于施工過程中錯誤接線，甚至是電氣二次系統設計中出現紕漏造成。因此，應在設計、施工過程中加強監管，將問題消滅在萌芽當中；此外，在送電前的直流回路的獨立性、寄生回路的檢查也是消除直流系統缺陷的關鍵一步。

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