變電站直流系統(tǒng)幾次絕緣異常情況的分析及處理

【摘要】 介紹了浙江電網(wǎng)500kV雙龍運維站的直流系統(tǒng)絕緣異常情況，詳細分析了異常的發(fā)生及發(fā)展過程，結(jié)合該站直流系統(tǒng)接線情況以及接地監(jiān)測裝置的原理，闡述了該異常的處理過程和結(jié)果，并提出了整改措施和建議。

【關鍵詞】 變電站 直流系統(tǒng) 絕緣

直流系統(tǒng)在變電站中為控制、信號、繼電保護、自動裝置及事故照明等二次設備提供穩(wěn)定可靠的直流電源，是變電站的“心臟”，其重要性不言而喻。但作為一個大型的多分支供電網(wǎng)絡，其接地故障發(fā)生的概率較大。

同時，隨著供電支路的增加，受分布電容因素、氣候條件、檢修工藝等情況的影響，也可能會出現(xiàn)因絕緣整體下降而觸發(fā)的直流絕緣故障告警信號，500kV及以上電壓等級的變電站內(nèi)，這一現(xiàn)象尤其明顯。本文從浙江電網(wǎng)500kV雙龍運維站幾個變電站近幾年這一期間的運行異常情況出發(fā)，梳理了異常發(fā)生的過程，從該站直流系統(tǒng)接地監(jiān)測裝置原理出發(fā)，詳細描述了各類異常發(fā)生的處理過程和處理結(jié)果，給出了運行注意事項和建議。

一、直流系統(tǒng)接線情況

雙龍運維站現(xiàn)管轄萬象變、信安變、丹溪變、雙龍變、芝堰變，共五個500kV變電站，本站直流系統(tǒng)一般均采用雙重化配置，共有直流Ⅰ段和直流Ⅱ段兩段母線，直流母線每段母線帶一段控制母線，有的沒有合閘母線，（有的變電站每段母線設有合閘母線和控制母線，合閘母線和控制母線之間通過自動降壓硅鏈連接，合閘母線工作電壓220V）。沒有合母的變電站的所有直流負載會部接在控制母線上，控制母線工作電壓110V。

共設三臺充電機，其中1號充電機帶直流Ⅰ段負荷，2號充電機帶直流Ⅱ段負荷，，由1號、2號充電機分別帶直流Ⅰ、Ⅱ段運行。Ⅰ、Ⅱ段母線各配置一套絕緣監(jiān)測裝置。（有3號充電機備用的變電站，3號充電機可帶直流Ⅰ、Ⅱ段負荷運行，正常運行時3號充電機備用。）

一般情況下，直流Ⅰ、Ⅱ段母線不得并列運行，直流負荷為輻射形供電方式。接地監(jiān)測裝置接于控制母線上，理想情況下，接地監(jiān)測裝置顯示控母正/負極對地電壓均衡，為+/-55V。

二、直流系統(tǒng)運行異常情況及處理

2010至2014年期間，直流系統(tǒng)絕緣故障情況在該站時有發(fā)生，特別是近幾年雙龍運維站多次發(fā)生直流接地故障，成為影響該站安全穩(wěn)定運行時間最久、程度最大的安全隱患。

2.1萬象變直流Ⅰ段母線運行異常

500kV萬象變電站直流系統(tǒng)絕緣故障告警信號，最早發(fā)生在2013年3-7月份，在這一時間內(nèi)，直流Ⅰ段絕緣故障頻繁告警，直流Ⅰ段控母正、負極對地電壓嚴重偏移，通常為正對地80V左右、負對地30V左右。

為消除此類告警信息影響到運維人員正常監(jiān)視，檢修人員多次對變電站內(nèi)直流系統(tǒng)進行了檢查，都沒能查出故障點來，期間檢修人員大至診斷是21、22繼保小室內(nèi)直流有接地情況，采用拉路法查找接地（只拉測控回路，因為接地出現(xiàn)時，一般天氣都不是很好，調(diào)度不同意接停保護回路），采用鉗型電流表測回路泄漏電流法，也沒能找到故障點。而且，隨后的運行情況表明，當雨水天氣時，直流Ⅰ段母線對地電壓倒不是很差，反而是雨水天氣的第二天，雨停了，天氣有所變好，直流母線電壓甚至達到正對地高于90V、負對地低于20V，

此時，變電站人員分析，一年前，也就是直流接地情況頻發(fā)前，該站所用變的油位計曾發(fā)生油位過低報警，檢修人員對其進行了檢修處理，當時打開了所用變的油位計，更換了部分零部件，在恢復接線時，該油位計的密封工作沒有做好，使得在雨水天氣時，少量的雨水進入了油位計，油位計內(nèi)直流回路接地。

檢修人員對所用變油位計進行檢查，發(fā)現(xiàn)油位計內(nèi)有水珠，上次檢修后的封堵部分有松動，表計內(nèi)直流回路接于油位計的中上部，在雨水天氣時，雨水在油位計的下部，沒有造成直流接地現(xiàn)象，到了雨停后，氣溫升高，雨水蒸發(fā)，水蒸氣上升，在直流電部位凝結(jié)，最后導致直流發(fā)生接地現(xiàn)象。檢修人員對該所用變的油位計拆封，對油位計干燥，重做封堵，直流接地告警消失。

2.2丹溪變直流Ⅱ段母線運行異常

500kV丹溪變電站該站直流系統(tǒng)絕緣故障告警信號，最早發(fā)生在2010年11～12月份，在這一時間內(nèi)，直流Ⅱ段絕緣故障頻繁告警，直流Ⅱ段合母正、負極對地電壓嚴重偏移，通常為正對地80V左右、負對地40V左右。為消除此類告警信息影響到運維人員正常監(jiān)視，檢修人員首次調(diào)低該站直流Ⅱ段接地監(jiān)測裝置的絕緣電阻門限值、接地電阻門限值，當時將兩者設置為20kΩ（初始值為25kΩ），但這一方法顯然沒有太大的實際意義。

而且，隨后的運行情況表明，當雨水天氣時，直流Ⅱ段母線對地電壓甚至達到正對地高于100V、負對地低于20V，此時的母線絕緣電阻會低于接地監(jiān)測裝置設定的20kΩ，直流接地監(jiān)測裝置仍頻繁告警。

期間，檢修人員曾會同省電力試驗研究院、相關廠方專業(yè)人員對該站直流系統(tǒng)絕緣狀況進行多次檢查，使用便攜式鉗型檢測儀對直流Ⅱ段各支路進行進行檢測，測得直流分屏各支路絕緣電阻基本都接近999kΩ，但分屏整體絕緣有所下降。

同時，檢修人員發(fā)現(xiàn)該站站內(nèi)ⅡEN5000系列故錄開關量采集板件對個別支路的對地絕緣影響較為明顯。

因此最終給出的結(jié)論有兩種：1、直流Ⅱ段母線整體絕緣下降；2、站內(nèi)ⅡEN5000系列故錄開關量采集板件對地絕緣不良。

針對ⅡEN5000系列故錄板件絕緣不良現(xiàn)象，相關職能部門曾提出過采用獨立的UPS電源給相關問題故錄單獨供電的方案，但該方案目前尚未執(zhí)行。

至2012年底，該站直流Ⅱ段母線對地絕緣降低現(xiàn)象已存在約兩年的時間，一直沒有得到直接有效的處理，于是，檢修人員進一步調(diào)整該站直流Ⅱ段接地監(jiān)測裝置的絕緣電阻門限值、接地電阻門限值，設定為目前的15kΩ。之后，該站直流Ⅱ段母線絕緣告警信號不再頻繁出現(xiàn)。

2013年12月，該站運維人員在直流Ⅱ段母線接地監(jiān)測裝置上發(fā)現(xiàn)直流Ⅱ段母線對地電壓出現(xiàn)嚴重不均衡現(xiàn)象：U+為95V左右，U-為25V左右，此時R+約為121kΩ，R-約為22kΩ，而監(jiān)控后臺則沒有給出任何絕緣異常信號，經(jīng)萬用表測量，直流Ⅱ段母線對地電壓數(shù)值與直流監(jiān)測儀顯示完全相符。經(jīng)過檢修人員的詳細檢查，確證系220kV #2故障錄波器某一開關量輸入回路絕緣不良引起。

雖經(jīng)處理，但該站直流Ⅱ段母線對地絕緣異常情況沒有得到明顯改善。陰雨天氣下母線對地絕緣電阻進一步稍有下降，其電壓偏移程度也有所加大。多年的運行情況表明，該站直流Ⅱ段母線對地整體絕緣下降的可能性較大。

2.3絕緣老化引起的直流母線運行異常

2013年12月500kV萬象變電站，發(fā)生直流Ⅰ段母線運行異常，該站直流Ⅰ段絕緣故障告警現(xiàn)象開始頻繁出現(xiàn)，潮濕天氣情況下，該現(xiàn)象更為嚴重。開始階段，檢修人員將直流Ⅰ段母線絕緣告警信號的出現(xiàn)，也簡單地歸結(jié)為系統(tǒng)對地整體絕緣下降，經(jīng)檢修人員檢查，確證系站內(nèi)1號電容器的網(wǎng)門閉鎖回路引出線對地絕緣不良引起，檢修人員對相關引出線進行了更換處理。在本次接地故障得到有效處理之后，該站直流母線Ⅰ段對地絕緣已完全恢復正常。

2013年12月500kV丹溪變電站，發(fā)生直流Ⅰ段母線運行異常，經(jīng)檢修人員檢查，確證系站內(nèi)#1所用變壓力釋放閥及本體瓦斯繼電器相關接點引出線對地絕緣不良引起，檢修人員對相關引出線進行了更換處理。

三、直流系統(tǒng)絕緣異常情況分析

綜上所述，該站站內(nèi)直流接地故障告警信號的觸發(fā)，可以分為兩類情形：一是由直流對地整體絕緣下降導致；二是由直流發(fā)生直流接地故障導致，直流接地一種是絕緣老化引起，一種是檢修工藝不到位引起。直流系統(tǒng)對地整體絕緣下降時，其現(xiàn)象與直流系統(tǒng)非直接接地現(xiàn)象類似：接地極電壓下降，對地絕緣電阻低于正常值，非接地極電壓升高，極間電壓保持不變。

3.1直流系統(tǒng)絕緣整體下降情況分析

變電站內(nèi)的直流系統(tǒng)是一個大型的多分支供電網(wǎng)絡，其對地絕緣狀況一定程度上要受直流電纜對地分布電容的影響。且隨著站內(nèi)改、擴建工程的不斷進行，直流系統(tǒng)將越來越龐大、復雜，影響程度進一步加深。而500kV變電站場地相對較大，直流分支相對更多，其影響則更為明顯。對地分布電容除影響直流系統(tǒng)對地整體絕緣外，還會影響到利用便攜式直流檢測儀檢測故障點的精確性：對部分直流接地故障，在主回路上還能判別，往下一級則已查不出接地支路，如果檢測儀的抗分布電容干擾指標不夠，還可能出現(xiàn)誤報。

四、對直流系統(tǒng)接地情況分析和運行注意事項

該站直流系統(tǒng)Ⅰ、Ⅱ段母線對地絕緣異常情況，分別是由于直流接地故障、直流系統(tǒng)對地整體絕緣下降兩種情況引起。針對直流Ⅱ段母線整體絕緣下降的情況，建議采取如下措施：

1、重視直流系統(tǒng)的運行維護工作，尤其應注意保持直流屏柜、保護屏、自動化屏清潔、干燥等，應對直流系統(tǒng)作全面檢查，改善直流系統(tǒng)的運行環(huán)境。對屏內(nèi)的加熱器、室內(nèi)空調(diào)設備要定期檢查，保證其正常運行；

2、變電站多建在山、田邊上，小動物活動較頻繁，對電纜有一定的危害性，而變站室外設備，特別是電纜溝內(nèi)，無法杜絕小動物，值班員只能是認真巡視，及時發(fā)現(xiàn)隱患；

3、定期巡查直流系統(tǒng)的對地絕緣，利用精度較高的查找裝置定期檢查各個直流回路，對絕緣較差的直流回路加強監(jiān)測；

4、組織專業(yè)人員對站內(nèi)老設備的絕緣進行進行細致檢測，若確實存在質(zhì)量不良或老化現(xiàn)象，應立即進行更換，或采取其余有效應對措施。運行人員巡視時要特別老設備的巡視，盡早、盡快的發(fā)現(xiàn)直流系統(tǒng)的隱患和缺陷；

5、在保證直流檢測儀不頻繁報警的前提下，適當提高絕緣電阻、接地電阻門限值，從而提高檢測儀的靈敏性，以便運維人員能及時發(fā)現(xiàn)絕緣進一步下降的異常現(xiàn)象；

6、作為運行單位，要加強對運行人員的培訓力度，使之掌握直流系統(tǒng)相關知識，尤其應熟練掌握站內(nèi)直流系統(tǒng)的近年來的運行狀況、可能存在的隱患，只有如此，才能在面對直流系統(tǒng)異常狀況時，做到正確的及時的處理故障；

7、加強對站內(nèi)改、擴建工程的管理，對新接入直流系統(tǒng)的電纜及設備，特別是檢修后投入運行的設備必須首先確保其絕緣情況的完好。

參 考 文 獻

[1]浙江省電力公司檢修分公司 雙龍運維站運行分析

[2]浙江省電力公司檢修分公司 雙龍運維站現(xiàn)場運行規(guī)程

[3]浙江省電力公司檢修分公司 變電運行管理制度

[4]電力系統(tǒng)用蓄電池直流電源裝置運行與維護技術(shù)規(guī)程

[5]國家電網(wǎng)公司《預防直流電源系統(tǒng)事故措施》

[6]電力用直流電源監(jiān)控裝置（DL/T 856—2004）