直流系統(tǒng)高阻接地查找裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王躍強(qiáng)，廖華興，陳杰云，徐子利，袁曉青，張曉東

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司 佛山供電局，廣東 佛山 528000)

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷建設(shè)發(fā)展，電網(wǎng)設(shè)備數(shù)量不斷增多，構(gòu)成了龐大的直流電源網(wǎng)絡(luò)。在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，由于環(huán)境及氣候的變化,會(huì)出現(xiàn)電纜以及接頭的老化以及設(shè)備本身的問題等，將不可避免地發(fā)生直流系統(tǒng)接地[1-2]。

直流系統(tǒng)故障復(fù)雜多變，造成繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)事件時(shí)有發(fā)生。直流系統(tǒng)接地查找方法多樣[3-5]，同樣存在著誤判斷的問題[6]。本文通過電路電橋原理，研制了一種直流系統(tǒng)高阻接地查找裝置，實(shí)現(xiàn)了直流系統(tǒng)接地故障的在線監(jiān)測(cè)及故障定位，為直流系統(tǒng)接地故障的查找和處理提供了一種行之有效的方法。

1 直流故障及查找原理

1.1 接地故障及查找原理

接地故障是一種典型的直流系統(tǒng)故障，通過電路電橋原理可準(zhǔn)確查找及定位。根據(jù)電橋原理，即絕緣監(jiān)測(cè)裝置中的T型網(wǎng)絡(luò)和直流系統(tǒng)正、負(fù)極絕緣電阻構(gòu)成電橋，當(dāng)系統(tǒng)正級(jí)或負(fù)級(jí)發(fā)生接地或絕緣異常時(shí)，其正對(duì)地與負(fù)對(duì)地電壓即會(huì)發(fā)生變化，如圖1所示。

圖1 接地故障電橋原理圖

1.2 環(huán)路故障及查找原理

當(dāng)不同母線間發(fā)生環(huán)路故障，且其環(huán)間電阻Rm在一定范圍內(nèi)時(shí)，若一段母線的電壓發(fā)生較大變化，另一段母線的電壓也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化。

通過電壓，用故障檢測(cè)器分別在A、B、C、D、E等5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，其箭頭指的方向是故障檢測(cè)器所檢測(cè)的接地點(diǎn)方向，根據(jù)A、B、C、D和E點(diǎn)所檢測(cè)接地點(diǎn)的箭頭方向可知E點(diǎn)所在的支路是環(huán)路的分支，有接地故障并能故障定位。其他類型的環(huán)路接地可以采用類似的方法進(jìn)行故障點(diǎn)定位，如圖2所示。

圖2 環(huán)路故障電橋原理圖

2 裝置結(jié)構(gòu)及功能特點(diǎn)

2.1 裝置結(jié)構(gòu)

按照電路電橋原理，本文研制了直流系統(tǒng)高阻接地查找裝置，裝置由信號(hào)發(fā)生器、故障檢測(cè)器和信號(hào)采集器(鉗表)3部分組成，信號(hào)發(fā)生器及故障檢測(cè)器原理圖分別如圖3和圖4所示。

圖3 信號(hào)發(fā)生器原理圖

圖4 故障檢測(cè)器原理圖

信號(hào)發(fā)生器工作原理：當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生接地故障或絕緣降低，直流系統(tǒng)電壓監(jiān)測(cè)裝置發(fā)出警報(bào)時(shí)，將信號(hào)發(fā)生器接入直流系統(tǒng)，信號(hào)發(fā)生器自動(dòng)判斷系統(tǒng)的電壓等級(jí)、接地故障的極性和絕緣程度，自動(dòng)分析絕緣監(jiān)測(cè)平衡電橋回路接線方式和平衡電橋電阻大小，形成信號(hào)輸出的智能反饋，向直流正、負(fù)母線和地間發(fā)射適宜系統(tǒng)檢測(cè)、對(duì)系統(tǒng)無影響的低頻信號(hào)(0.167 Hz)，并實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)電壓、正對(duì)地電壓、負(fù)對(duì)地電壓和系統(tǒng)對(duì)地絕緣總阻抗。

故障檢測(cè)器工作原理：故障檢測(cè)器通過鉗表檢測(cè)各回路對(duì)地絕緣的直流信號(hào)漏電流，并模擬顯示接地回路絕緣程度，判斷出接地故障回路(支路)，并繼續(xù)沿著該回路(支路)檢測(cè)，最終將故障點(diǎn)準(zhǔn)確定位。

2.2 裝置功能特點(diǎn)

裝置信號(hào)發(fā)生器、檢測(cè)器雙層抗分布電容設(shè)計(jì)，完全消除分布電容影響；配置精度高、線性度好的傳感器，直流信號(hào)檢測(cè)靈敏度高達(dá)0.01 mA，有效保證了采集的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確；裝置軟件利用模糊控制理論和通信的噪聲理論，在系統(tǒng)有大分布電容的干擾、電磁脈沖干擾和其他噪聲干擾的影響時(shí)，也能準(zhǔn)確地判斷出接地故障點(diǎn)，為直流系統(tǒng)故障的查找提供了有力的保障。該裝置具有下述功能。

1)智能化的接地點(diǎn)方向判斷顯示。能夠快速、準(zhǔn)確地定位出包括環(huán)路在內(nèi)的支路中接地點(diǎn)的位置。

2)個(gè)性化的絕緣指數(shù)顯示。通過對(duì)數(shù)據(jù)的智能化分析獲取各檢測(cè)支路的絕緣信息，以絕緣指數(shù)(0～99)的形式直觀地反應(yīng)出各檢測(cè)支路的絕緣程度。

3)絕緣程度分級(jí)管理。實(shí)現(xiàn)了對(duì)接地故障的有效區(qū)分，提高了檢測(cè)效率。

4)采用了高精度(分辨率達(dá)0.01 mA)傳感單元，具有精度高、線性好和范圍大的檢測(cè)能力，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多點(diǎn)接地和高阻接地點(diǎn)的定位。

5)信號(hào)發(fā)生器接入系統(tǒng)的位置不受接地故障點(diǎn)距離的限制，可適應(yīng)各類復(fù)雜的直流系統(tǒng)。

6)根據(jù)直流系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，信號(hào)發(fā)生器可智能式產(chǎn)生1.0～3.0 mA的信號(hào)電流，且最大功率<0.05 W，保障直流系統(tǒng)的安全和可靠運(yùn)行。

7)直流系統(tǒng)接地故障查找裝置可以通過波形判斷被檢測(cè)支路接地情況，直觀顯示支路接地情況，如圖5～圖7所示。

圖5 10 K接地實(shí)測(cè)波形

圖6 40 K接地實(shí)測(cè)波形

圖7 非接地波形

3 系統(tǒng)驗(yàn)證

本裝置按照上述設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)開發(fā)完畢后，在廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局投入試運(yùn)行。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果表明，裝置能夠準(zhǔn)確反應(yīng)直流系統(tǒng)各支路的接地電流或環(huán)流的變化情況，從而準(zhǔn)確判斷直流系統(tǒng)是否發(fā)生故障并實(shí)現(xiàn)故障的準(zhǔn)確定位。

4 結(jié)語

本文實(shí)現(xiàn)了直流系統(tǒng)高阻接地查找裝置的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法，為直流系統(tǒng)高阻接地查找及定位提供了一種行之有效的解決方案。該解決方案有如下特點(diǎn)。

1)裝置信號(hào)發(fā)生器接入系統(tǒng)的位置不受接地故障點(diǎn)距離的限制，可適應(yīng)各類復(fù)雜的直流系統(tǒng)。

2)智能化的接地點(diǎn)方向判斷顯示，能夠快速、準(zhǔn)確地定位出包括環(huán)路在內(nèi)的支路中接地點(diǎn)的位置。

3)利用直流系統(tǒng)高阻接地查找裝置實(shí)現(xiàn)了直流系統(tǒng)接地或環(huán)路故障的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提高了直流系統(tǒng)維護(hù)管理水平，避免了采用常規(guī)“拉路法”導(dǎo)致的電網(wǎng)安全隱患，實(shí)現(xiàn)了直流系統(tǒng)高阻接地故障的快速查找與定位。

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