直流系統升級改造后絕緣監測裝置工作原理分析

蔡海銀

（鴻山熱電有限責任公司，福建 石獅362700）

國家電網公司在2012 年對原《國家電網公司十八項電網重大反事故措施（試行）》全面修訂，其中在第5 項防止變電站全停及重要客戶停電事故中第5.1.1.18.3 條規定新建或改造的變電所，直流系統絕緣監測裝置，應具備交流竄直流故障的測記和報警功能。原有的直流系統絕緣監測裝置，應逐步進行改造，使其具備交流竄直流故障的測記和報警功能。隨之電力系統各單位對其直流系統升級改造工作，本文針對某電廠DC 220V 系統改造工作，對其絕緣監測裝置的工作特性進行了分析。

1 鴻山熱電公司DC 220V 系統介紹

鴻山熱電公司2*600MW 超臨界供熱機組分別于2011 年1月10 日、31 日投入商業運行。每臺機組220V 直流系統采用單母線接線,兩臺機組的直流220V 母線經過刀開關相聯，設有防止兩組蓄電池并聯運行的閉鎖裝置，220V 直流系統供給主廠房事故照明, 動力負荷和交流不停電電源及單元控制樓事故照明電源，直流饋線采用輻射狀供電方式。

圖1 我廠220V 直流系統圖

2 鴻山熱電公司220V 直流系統升級改造情況

我司原220V 直流系統為煙臺東方電子玉麟電氣有限公司生產，每組直流220V 系統包括蓄電池組, 蓄電池充電器,直流配電屏等。蓄電池選用閥控式密封鉛酸蓄電池,正常以浮充電方式運行。設一臺滿足一組蓄電池組均衡充電要求的充電設備。蓄電池充電設備采用智能化微機型產品，具有衡壓衡流性能。其穩態浮充電電壓的偏差±0.5%，充電電流偏差±2%，波紋系數1%，滿足蓄電池充放電的要求。每組220V 直流系統以及直流分電屏都按屏設有微機接地絕緣監測裝置。

由于直流系統存在以下異常工況：①原生產廠家已停產，該裝置已無備件采購；②模塊運行不穩定，易受到外部影響；③模塊返修頻率過高，④散熱風扇故障率高，嚴重影響散熱效果；⑤絕緣監測裝置電壓顯示常出現跳變現象，并且裝置不具備反措要求的交流竄直流故障的測記和報警功能；⑥主監控單元、分監控單元、及交直流信息采集單元運行不穩定，導致母線電壓出現波動等問題。介于直流電源的重要性，再加上該充電裝置界面不友好等原因，我司在2020 年度機組檢修期間，將其改造為杭州中恒電氣股份有限公司生產的直流系統,系統組成：主監控屏型號為ZHM10PS，分屏絕緣監測裝置型號為ZHIM03F，智能高頻開關型號為ZHR22040-5，交流配電模塊采用ACDB04，直流采樣盒采用DCFU02。其穩態浮充電電壓的偏差±0.5%，充電電流偏差±0.5%，波紋系數0.1%，極大的提高了直流系統中繼電保護裝置動作可靠性以及蓄電池組的安全性。

3 改造后絕緣監測裝置工作分析

2020 年5 月12 日下午3：06 進行#1 發電機密封事故油泵試轉時，#1 機組DCS 發出DC 220V I 段直流電壓異常報警，現場檢查報警記錄：主監控單元有6 條不同支路報負極接地故障報警（61 條記錄），且首個報警為第4 單元第5 支路（該支路為備用負荷開關未送電），絕緣監控裝置報警記錄與主監控屏報警內容一一對應，查看絕緣監控裝置上的實際參數，母線電壓：231.81V，正對地電壓：+128.22V，負對地電壓：-103.53V，正負極間存在24.69V 的壓差，但母線絕緣阻值999.99K，各個直流支路的絕緣電阻與泄露電流均無異常。用萬用表測量柜后實際母線電壓，與裝置采集一致。

圖2 #1 機組事故油泵定期試轉

圖3 主監控單元報警信息

圖4 分監控單元報警信息（1）

圖5 分監控單元報警信息（2）

圖6 分監控單元報警信息（3）

因報警時間與#1 機事故密封油泵的起動時間相吻合，使用直流負荷拉路法做進一步確認，當斷開#1 發電機事故密封油泵電源開關后，正對地電壓緩慢下降，負對地電壓緩慢上升，經過幾分鐘，電壓變化停止，此時的電壓：正對地電壓：+120.15V，負對地電壓：-111.57V，正負壓差減小為：8.58V。依次斷開另外3 臺直流油泵：1A、1B 小機事故潤滑油泵、主油箱事故油泵開關，每斷開一路開關，正負間壓差逐漸減小1-3V，4 臺直流油泵開關都斷開后，正負間電壓平衡，已無壓差。再次送上4 路開關，正負間壓差又回到24v 左右。

此時問題集中于：①監控報警信息異常，絕緣故障報警在于DC 220V I 段的單元1 所有支路以及單元4 所有支路在同一同時段內均接地，且均已自行復位；②主監控屏、分監控屏的母線電壓正負極出現不平衡，但同時母線絕緣以及支路絕緣（泄露電流）測量值均正常；③在使用拉路法進行查找，母線正負極電壓并不是瞬時恢復，而是緩慢恢復。且所拉開負荷絕緣均正常。

專業經過討論，將該絕緣監測裝置的平衡電阻甩開，接入便攜式直流接地查找儀（即外接平衡電阻，目的是直流系統為絕緣系統，需要接入平衡電阻才能測量正負母線對地電壓）。儀器接入后顯示正負母線電壓接近（+119V、-114V），如圖7 所示。專業將該絕緣監測裝置更換新備件后，直流母線電壓恢復正常，如圖8 所示。目前，國內常用直流絕緣監測裝置接地告警檢測如圖9 所示。

圖7 SC-2000B 直流接地查找儀

圖8 分屏絕緣監測裝置ZHIM03F

圖9-1 中R1——平衡橋電阻；R2——切換橋電阻；R3——正負極對地的分布電阻；U1——正極對地電壓；U2——負極對地電壓。

圖9 直流絕緣監測裝置接地檢測原理圖

4 結論

本文通過某電廠直流系統改造后一起絕緣監測裝置誤報警的實際案例，介紹查找的全過程以及處理措施，對直流絕緣監測裝置工作原理進行了分析、探討，分析平衡橋的設置對直流系統絕緣監測的影響。

4.1 設備改造后，絕緣監測功能滿足國網最新反措要求，直流系統設備運行的可靠性和穩定性得到提升。

4.2 對直流絕緣監測裝置的報警，包括處理過程中要對參數變化排查仔細，不放過任何不正常的參數變化，是找到故障原因的有效途徑。

4.3 由于在啟動直流母線上的負荷過程中，負荷電流檢測的不平衡，疊加該段母線的直流監測裝置中電容、電阻原有缺陷，導致該段直流母線單元1 和單元4 所有負荷接地報警，隨著直流事故油泵停止運行，接地報警即消失。

4.4 在新裝置的驗收投入時，要對絕緣監測裝置內部參數設置進行檢查，對切換橋以及平衡橋電阻值的設定合理，并檢查直流系統中各參數是否正常。確保直流系統的安全穩定運行。