泵站直流系統絕緣異常的檢查分析

尚曉君 張瑾

江蘇省太湖地區水利工程管理處 江蘇蘇州 215519

摘要：文章介紹了泵站直流系統的組成，直流供電網絡的結構，闡述了直流系統絕緣監測的原理和方法，并通過一起直流系統絕緣異常事故，分析了直流系統絕緣異常的主要原因。

關鍵詞：直流系統；接地；絕緣異常；直流負荷

0 引言

泵站直流系統主要為泵站控制系統、繼電保護、信號裝置、自動裝置提供電源；同時作為獨立的電源，在站用電失去后，直流電源還可以作為應急備用電源，即使在全站停電的情況下，仍應能保證幾點保護裝置、自動裝置、控制及信號裝置和斷路器等可靠工作，亦能供給事故照明。泵站直流負荷的重要性決定了其運行可靠與否，直接關系到設備的安全穩定運行。直流系統是絕緣系統，正常情況下，正、負極對地絕緣電阻相等，正、負極對地電壓平衡，直流系統若存在絕緣電阻下降、一點或多點接地等隱患，將可能造成斷路器控制及保護的誤動、拒動，危及電網系統以及設備運行的安全。

1 直流系統概述

1.1 直流系統的組成

常熟水利樞紐管理所泵站直流系統是由蓄電池、充電設備、直流負荷三大部分組成。直流系統的工作電壓為220v。由于常熟泵站主變電壓等級為 110 kV，故采用單套直流系統。由于泵站直流系統設計年份較早，直流系統設計比較簡單：直流母線為單母線，正極母線分為控制母線和合閘母線，單組蓄電池，通過分接開關控制母線電壓，如圖1所示。

圖1 單母直流系統示意圖

1.2直流供電網絡

泵站的直流供電網絡由直流控制母線經直流空氣開關或經過隔離開關和熔斷器引出，通常分為環形網絡和輻射型網絡兩種，供給控制、保護、自動裝置、信號、事故照明和交流不停電電源等若干相互獨立的分支系統。以往直流饋電網絡多采用環形供電方式（如圖2），該供電網絡在發生直流接地故障時查找比較困難，因此已經逐步淘汰。泵站現采用的輻射狀供電網絡是以直流母線為中心（如圖3），直接向各用電負荷供電的一種方式，它有利于實現直流系統的微機監測，便于尋找故障點。

圖2 直流系統示意圖

圖3 直流系統示意圖

（1）直流電源引至各電氣間隔

1）泵站無直流分配屏。由直流屏上分別接于Ⅰ、Ⅱ兩段直流母線的饋線空氣開關敷設兩路直流電源電纜至各電氣間隔。

2）泵站有直流分配屏。在直流分配屏上選取分別接于Ⅰ、Ⅱ兩段直流母線的饋線空氣開關，敷設兩路直流電源電纜至各電氣間隔

3）各間隔二次設備直流控制電源經屏頂小母線供給。要求220kV及以上間隔的測控屏屏頂直流電源小母線有四根，分別引自變電站Ⅰ、Ⅱ兩段直流母線，各間隔在測控屏由屏頂小母線引下兩路直流控制電源至屏內的兩路自動空氣開關，由測控屏敷設兩路直流電源電纜至保護屏。

（2）各間隔內屏與屏之間直流控制電源分配。

1）直流屏或直流分配屏上間隔數足夠多時，Ⅰ、Ⅱ兩組直流電源可直接分路引到各電氣間隔的測控屏和保護屏。

2）Ⅰ、Ⅱ兩組直流電源首先引入至各電氣間隔測控屏，在測控屏上安裝兩個直流空氣開關，分別作為主控制電源、副控制電源，再由測控屏敷設兩路電源至保護屏。

3）各間隔保護屏內電源分配。各裝置電源分配以能實現裝置單獨斷電而不影響操作電源和其他裝置為原則，由保護屏端子排分別配線至屏后頂部操作電源空開、裝置電源空開上端，空氣開關相互間不聯系。屏內操作回路、各裝置電源由屏后空氣開關下端引下。

2 絕緣檢查的原理與方法

2.1 原理

直流系統正常運行時對地絕緣電阻很大，通常在0.2-0.5兆歐范圍內，這是保證直流系統安全可靠不可缺少的條件。直流系統發生一點接地時，并不影響正常工作，但是若在同一極或在另一極又發生一點接地，可能造成直流電源短路使熔斷器熔斷，或使斷路器、繼電保護及自動裝置拒動或誤動，給二次系統的工作帶來極大的危害。為此，泵站都裝設有必要的直流絕緣監測裝置，以便在發生直流接地時裝置能夠可靠動作并發出信號，使運行人員盡快發現并消除缺陷。絕緣監測裝置能夠測出直流正負極對地電壓和絕緣電阻。

2.2 檢查方法

（1）通過觀察直流絕緣監測裝置，判斷直流系統絕緣是否存在異常。

絕緣情況良好時，正、負母對地電壓平衡（或者相差不大），對地電阻平衡且大于數十千歐。如果發現正、負極對地電壓偏差較大或者電阻較小，則表明其中有一極對地絕緣情況不是很好，需要進一步檢查。如果正、負極對地電阻下降，但此時對地電壓仍平衡，則說明兩極對地絕緣都存在問題，需要進一步查找，但此類情況較少。需要注意的是：在檢查中，每段母線只能有一套絕緣監測裝置在運行。

（2）直流系統單極或者雙極絕緣異常點查找

在通過觀察直流絕緣監測裝置，初步判斷出直流絕緣存在問題后，需要進一步查找接地點或者絕緣薄弱點。一直以來人工查找方法是：逐條拉合負荷支路，然后再解端子、搖絕緣。該方法費時費力，而且安全風險大?，F在可以使用專業的在線絕緣檢測儀器，在不拉負荷支路的情況下，在線查找接地點或者絕緣薄弱點。目前的在線絕緣檢測儀器通常采用低頻小信號注入法，其基本原理是在接地母線與大地之間施加一個超低頻信號，其電流沿著接地點方向流動。

（3）兩段直流母線并列運行檢查

由于設計原因或者施工原因，兩段母線存在并列運行現象，例如兩段母線的負極在斷路器就地控制箱內并接。一般這種情況在運行巡視中很難發現，但是可以通過專業工具來檢測，可以在一段母線的正、負極加低頻小信號，如果在另一段母線測量到電壓發生小的波動，則說明存在并列運行情況。

3 絕緣異常分析

3.1 絕緣異?，F象

110kV 某變電所有單套直流系統，配置一套奧特迅公司 WJY-3000A 型產品的絕緣巡檢裝置。

絕緣巡檢裝置顯示：直流系統正母對地電壓 86V，正母對地絕緣電阻140k?；負母對地電壓138V，負母對地絕緣電阻999.9k?。

正、負母對地電壓偏差為52V（大于40V），根據《華東電網直流電源系統運行及檢修工作規范》中關于直流系統接地的定義：220V直流系統兩極對地電壓絕對值差超過40V或絕緣降低到 25k? 以下；110V 直流系統兩極對地電壓絕對值差超過 20V 或絕緣降低到7k? 以下，應視為直流系統接地，初步判斷直流正母接地。

經拉路分路發現，110kV室外場地110kV備用線路端子箱內受潮，拉開備用線路直流電源后，恢復正常。已更換進水端子箱封門防水封條，完善加熱除濕措施。目前拉開該備用線路的直流電源。

3.2 直流系統絕緣異常原因分析

絕緣異?，F象主要有兩種：一是正負母線對地電壓有偏差，但是還沒有達到接地的標準；二是直流系統接地（通過電阻接地或者金屬性接地）。對于直流系統絕緣異常而言，主要有以下原因：

（1）對于正負母電壓略有偏差而言，可能是正、負母對地電容不平衡造成的，但是目前的絕緣巡檢裝置無法測量母線對地電容，必須使用專用的絕緣巡檢設備。

（2）機構箱、端子箱等設備密封絕緣不好，導致受潮甚至滲水，從而引起直流回路對地絕緣下降，乃至接地。這種現象通常發生在雨水等惡劣天氣，平時一切正常，給直流接地查找帶來困難。要求加強巡視，對于密封性不好的端子箱等設備進行整改，或者加裝防雨罩，裝設加熱除濕設備。

（3）由于施工不慎，導致電纜的外絕緣損壞。要求通過檢修期間的絕緣試驗來檢查，并確認具體位置后，進行相應處理。

（4）在設備改造、擴建的過程中，廢棄電纜一端接在直流系統，而另一段甩在電纜溝中，從而導致直流接地。要求在改造、擴建過程中，加強對廢棄電纜處理的監督。

（5）一些老式、運行時間較長的直流屏濾波電容或者電子元器件老化，導致對地絕緣下降。要求盡快對直流系統進行改造。

4 結論

直流電源系統絕緣檢測及接地故障排查關系到電網的安全、可靠運行，其管理應制度化、常態化。工作中應加強日常巡視工作，關注直流母線對地電壓偏差。對于密封性不良的端子箱、機構箱等設備盡快整改。在基建驗收、檢修驗收時，關注直流回路電纜對地絕緣試驗，確認其數據滿足標準要求。在泵站改造、擴建過程中，關注廢棄電纜的處理，確認廢棄電纜已脫離直流系統。

參考文獻：

[1]《電力系統用蓄電池直流電源裝置運行與維護技術規程》 電力行業標準 DL/T724-2000

[2]《變電站管理規范》國家電網公司 國家電網生<2006>512號

[3]江蘇省電力公司變電站交直流設備運維管理規定 蘇電運檢〔2013〕1007號

[4]國家電網公司直流電源系統運行規范 國家電網公司 2005