百萬兆瓦發(fā)電機組直流絕緣監(jiān)測裝置應(yīng)用研究

謝 沖

（國能（綏中）發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧 葫蘆島 125222）

0 引 言

直流系統(tǒng)屬于發(fā)電廠電氣二期專業(yè)范疇，在發(fā)電廠的整體運作起到了非常重要的作用。動力直流一般為220 V，負(fù)責(zé)各類直流電機、不間斷電源、熱工動力負(fù)荷等；控制直流一般為110 V，負(fù)責(zé)電氣、熱工的控制、測量、信號負(fù)荷，更重要的是對繼電保護(hù)、安全自動裝置的供電。直流系統(tǒng)接地是發(fā)電廠直流系統(tǒng)運行中的常見故障，放任不管往往會威脅發(fā)電機組的可靠運行。盡快找到直流接地點并且盡快消除，是電氣專業(yè)人員長久以來研究的重要課題。隨著微機化自動裝置的普及，直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置在實踐中已經(jīng)得到了大量應(yīng)用，比傳統(tǒng)的絕緣監(jiān)測繼電器具有更靈敏的接地告警功能，同時能區(qū)分母線、負(fù)荷接地選線的功能，為直流系統(tǒng)接地故障檢測提供了便捷的手段，減少故障時間，提高工作效率[1]。

微機直流絕緣監(jiān)測裝置已經(jīng)被大量電力系統(tǒng)及其他用戶投入運行，電氣人員最關(guān)注的就是裝置的正確選線功能，通過長期的運行經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，此類裝置的選線率并不理想，一些基本的功能還存在著動作死區(qū)。分析主要有以下幾方面原因。

（1）重視程度不夠，把直流電源當(dāng)成輔助電源設(shè)備，認(rèn)為直流接地或直流系統(tǒng)故障不會直接引起機組跳閘、設(shè)備損壞等。

（2）行業(yè)暫時沒有針對直流絕緣監(jiān)測裝置出臺針對性的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和運行維護(hù)規(guī)程，制造廠家以各自的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)產(chǎn)品，導(dǎo)致市面上的直流絕緣監(jiān)測裝置質(zhì)量良莠不齊，且檢修現(xiàn)場也缺少規(guī)范、合理的檢驗方法。

（3）部分直流接地故障較復(fù)雜、查找故障點涉及面大，而且大型發(fā)電廠即使是停備、檢修狀態(tài)下，二次、控制等回路仍然需要運行，直流系統(tǒng)很少停電進(jìn)行系統(tǒng)檢修。檢修人員怕在維護(hù)過程中帶電作業(yè)出現(xiàn)設(shè)備或者人身事故，所以對非停電狀態(tài)下的直流系統(tǒng)檢修畏首畏尾。大多數(shù)情況下，絕緣監(jiān)測裝置不安排專門檢修，只是跟隨直流系統(tǒng)進(jìn)行常規(guī)檢查。

這些缺陷嚴(yán)重制約了監(jiān)測裝置發(fā)揮應(yīng)有的作用，并且造成很大的資源浪費。到目前為止，直流系統(tǒng)接地故障依然困擾著電廠運維部門，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

1 絕緣監(jiān)測裝置工作原理

綏中電廠百萬機組采取每臺機組配置2段110 V直流、1段220 V直流系統(tǒng)，均配置絕緣監(jiān)測裝置，其工作原理如圖1所示。

當(dāng)直流系統(tǒng)的任意地點出現(xiàn)接地故障，在接地點處會產(chǎn)生電流信號，絕緣監(jiān)測裝置通過測量該接地點電流，經(jīng)過內(nèi)部計算，得出相應(yīng)的接地電阻值。比較計算阻值和規(guī)定值的大小，判斷是否發(fā)信、報警。根據(jù)《電力用直流電源監(jiān)控裝置》（DL/T 856—2004）規(guī)程規(guī)定和大型發(fā)電機組的直流系統(tǒng)實際運行經(jīng)驗，整定“接地電阻”定值10 kΩ時，低于定值時，裝置即判斷有接地故障，動作于發(fā)信、告警，運行和檢修人員接到告警后應(yīng)立即采取措施、處理。

目前，絕緣監(jiān)測裝置的現(xiàn)場檢驗方法比較單一，大多數(shù)通過模擬直流接地的方法來進(jìn)行校驗，如圖2所示[2]。

利用機組停機機會，依次選擇各路直流負(fù)荷饋線，使用固定阻值的電阻，一端接直流系統(tǒng)回路，一端接地，來模擬直流系統(tǒng)接地，直流絕緣監(jiān)測裝置應(yīng)能準(zhǔn)確測量出接地阻值，可靠發(fā)出聲光告警并傳至分散控制系統(tǒng)（Distriibuted Control System，DCS），正確報出接地路數(shù)。

經(jīng)過現(xiàn)場多次試驗，該方法基本上能夠判斷接地檢測裝置是否處于正常工作的狀態(tài)，有一定檢驗效果[3]。但是該方法還存在以下不足：

（1）只能模擬直流系統(tǒng)正或負(fù)極接地故障，無法全面對設(shè)備功能進(jìn)行檢驗。

（2）無法反應(yīng)分布電容參數(shù)對系統(tǒng)的影響，相關(guān)性能無法檢驗。

（3）一般在機組停備、檢修期間開展校驗工作，機組運行方式和實際機組運行期間不符，多數(shù)一次負(fù)荷屬于停運狀態(tài)，直流系統(tǒng)負(fù)荷與機組運行期間不一致，對實際負(fù)荷下絕緣監(jiān)測裝置的動作情況無法校驗。

（4）直流系統(tǒng)基本不停電，即使是機組檢修或停備，模擬接地故障也是可能影響機組安全。

2 現(xiàn)場校驗

本次檢驗在機組停備期間開展，通過試驗電阻模擬直流系統(tǒng)接地故障，檢驗絕緣監(jiān)測裝置功能。

2.1 測試背景

直流系統(tǒng)所配置的微機絕緣監(jiān)測裝置是由許繼直流電源的生產(chǎn)廠家配套提供，設(shè)備型號為HYDC2000，2010年和機組一起正式投運。上次檢修為2020年完成，用電阻直接模擬接地故障，絕緣監(jiān)測裝置可靠動作，接地電阻值顯示準(zhǔn)確、接地支路顯示準(zhǔn)確。此次停備前絕緣監(jiān)測裝置運行正常，檢測過程中直流系統(tǒng)全部負(fù)荷均在運行中。

2.2 檢驗記錄

（1）直流110 V母線通過9 kΩ電阻接地。裝置報文顯示接地電阻值為：正母線8.9 kΩ、負(fù)母線9.5 kΩ，接地點反映正確。

（2）正母線、負(fù)母線同時接地。先模擬正母線接地，裝置動作正確；保持正母線接地狀態(tài)，再模擬負(fù)母線接地。監(jiān)測裝置報文顯示結(jié)果錯誤，當(dāng)正母線、負(fù)母線分別使用如下電阻接地時，監(jiān)測裝置反映絕緣電阻不正確，和實際相差較大，見表1。

表1 正負(fù)母線同時接地絕緣監(jiān)測儀的測量數(shù)據(jù) 單位：kΩ

（3）不同負(fù)荷饋線通過電阻接地。裝置報文顯示測量阻值正確，接地支路數(shù)基本正確，但是存在少數(shù)負(fù)荷分支接地后只報出母線接地，沒有準(zhǔn)確報出接地分支。

（4）單段母線不同點同時接地。監(jiān)測裝置顯示結(jié)果為不同分支接地電阻的并聯(lián)值，接地分支選線正確率為50%，并且存在非接地支路誤報接地的情況。經(jīng)詢問其他電廠，這種工況下直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置的報告正確率普遍不高[4]。

2.3 檢驗發(fā)現(xiàn)的問題

（1）在正母線、負(fù)母線同時出現(xiàn)接地時，接地電阻值反映不正確。

（2）發(fā)生多點接地，有誤報正常支路的情況，造成選線功能無效。

（3）選線功能無法發(fā)揮應(yīng)有的效果，某些支路接地，裝置誤報為母線接地。

2.4 現(xiàn)場測試結(jié)果小結(jié)

通過現(xiàn)場校驗的結(jié)果來看，當(dāng)前直流系統(tǒng)絕緣在線監(jiān)測裝置尚存在許多瑕疵，大多是產(chǎn)品設(shè)計時考量不足，如負(fù)荷饋線接地時誤選線、正母線、負(fù)母線同時接地或者系統(tǒng)中發(fā)生多點接地時絕緣電阻測量和實際偏差較大等。

HY-DC2000直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置是目前市場上使用比較多的產(chǎn)品型號，產(chǎn)品具有一定的代表性。通過對其他電廠直流電源絕緣監(jiān)測工作的歸納總結(jié)，以及所進(jìn)行的調(diào)查研究認(rèn)為，目前在電廠中運行的絕緣監(jiān)測裝置，多多少少存在著各種各樣的缺陷，無法有效監(jiān)控直流系統(tǒng)的絕緣狀態(tài)。

3 問題及建議

直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置的意義在于，出現(xiàn)直流系統(tǒng)接地、絕緣降低等情況時，絕緣監(jiān)測裝置應(yīng)及時準(zhǔn)確指示出接地的支路、測量出接地電阻，讓運行、檢修人員能立即發(fā)現(xiàn)故障并及時消除，完備的事件記錄應(yīng)給電氣專業(yè)人員提供消除缺陷的重要數(shù)據(jù)。但從實際情況來看，直流絕緣監(jiān)測裝置雖然已經(jīng)覆蓋所有現(xiàn)代電廠，但技術(shù)水平仍然存在不足，無法有效地監(jiān)測直流系統(tǒng)絕緣狀況，而且存在上述問題的絕緣監(jiān)測裝置還在繼續(xù)生產(chǎn)并投入市場運行[5]。因此，針對電力系統(tǒng)的直流絕緣監(jiān)測裝置，提出以下幾點建議。

（1）電力行業(yè)相關(guān)部門應(yīng)盡快規(guī)范直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置的檢驗、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)程，規(guī)范化管理絕緣監(jiān)測裝置廠家，從源頭上保證實用的產(chǎn)品投入電力系統(tǒng)運行。

（2）運行、維護(hù)人員要加強對直流系統(tǒng)的巡視、巡檢，不能完全依賴絕緣監(jiān)測裝置。針對本單位的實際情況，對運行中的絕緣監(jiān)測裝置制定檢驗標(biāo)準(zhǔn)并定期檢驗，及時更換或改造不滿足生產(chǎn)需求的產(chǎn)品，定期更換易壞插件并及時消缺，讓直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置能夠發(fā)揮其應(yīng)有作用。

（3）對現(xiàn)場的絕緣監(jiān)測裝置制定檢驗計劃，建議在機組計劃檢修時安排試驗，及時發(fā)現(xiàn)可能在正常運行中出現(xiàn)的缺陷，有效監(jiān)控直流系統(tǒng)絕緣狀態(tài)。

（4）加強對傳統(tǒng)直流接地查找方法的學(xué)習(xí)，不能過分依賴直流絕緣監(jiān)測裝置的選線功能，必須經(jīng)過手動查找接地點配合確認(rèn)，再定位接地點。同時規(guī)避絕緣監(jiān)測裝置無法選線、選線錯誤的風(fēng)險。

4 結(jié) 論

通過運行的經(jīng)驗來看，大部分直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置都存在著大大小小不足，無法使直流系統(tǒng)絕緣處于有效的監(jiān)控之下。但是隨著科技的進(jìn)步，微機型直流絕緣監(jiān)測裝置的功能已經(jīng)越來越完善，很多產(chǎn)品在具備傳統(tǒng)功能基礎(chǔ)上已經(jīng)加入了交流竄直流故障的測記和報警功能。裝置廠家應(yīng)該更加深入生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行全面的考察，多和檢修、運行人員交流，設(shè)計出針對電力系統(tǒng)現(xiàn)狀的實用設(shè)備,同時盡快規(guī)范直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置，有官方的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程，運維人員不在無從下手。