直流系統(tǒng)絕緣降低地危害及解決地方法

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1、一、 直流系統(tǒng)構成 發(fā)電廠和變電所中，為控制、信號、保護、自動裝置以及某些執(zhí)行機構供 電的電源系統(tǒng)，通常稱為控制電源，如系統(tǒng)直流電源，則稱為直流控制電源。 根據(jù)構成方式的不同，在發(fā)電廠和變電所中應用的有以下幾種直流控制電 源。 1. 蓄電池組構成的直流控制電源 由蓄電池組、充電裝置及直流屏等設備構成，應用于各種類型的發(fā)電廠和 變電所中，是一種在各種正常和事故情況下都能保持可靠供電的電源系統(tǒng)或者說 是一種直流不停電電源系統(tǒng)。通常簡稱為直流控制電源系統(tǒng)或直流系統(tǒng)。 2. 電容儲能式直流控制電源 這是直流控制電源的一種。正常運行時，它給電容量足夠大的電容器組充 電；當發(fā)生事故時，電容器組

2、向繼電保護裝置和斷路器跳閘回路供電，保證繼電 保護裝置可靠動作，斷路器可靠跳閘。這是一種簡易的直流控制電源。 在我國110KV、35KV、10KV終端變電站，以及廠用6KV配電系統(tǒng)在有些采用 了蓄電池直流屏和硅整流電容儲能直流屏作為操作、控制以及保護的電源。 二、 直流系統(tǒng)的額定電壓 電力工程中，直流系統(tǒng)電壓等級分為： ? 22°v ? 110V ? 48V ? 24V 常用的電壓等級為220V和110V。 三、 直流系統(tǒng)接地 1. 直流系統(tǒng)接地的定義：當直流系統(tǒng)的正極或負極與大地之間的絕緣水平降到 某一整定值或低于某一規(guī)定值時，統(tǒng)稱為直流系統(tǒng)接地； 正接地：當正極絕緣

3、水平低于某一規(guī)定值時稱為正接地； 負接地：當負極絕緣水平低于某一規(guī)定值時稱為負接地。 2. 接地告警門限值標準設定值 根據(jù)《中華人民共和國電力行業(yè)標準DL /T856-2004》設定了本設備接地告警門限 值： 系統(tǒng)電壓為220V時，告警門限：50KQ 系統(tǒng)電壓為110V時，告警門限：15KQ 系統(tǒng)電壓為48V時，告警門限：5KQ 系統(tǒng)電壓為24V時，告警門限：3KQ 3. 直流系統(tǒng)接地故障分類 直接接地（金屬接地） 直接接地是指直流系統(tǒng)電源正極或負極對地的電阻等于或接近于零的情況。 這種接地情況在直流系統(tǒng)中如果同時出現(xiàn)兩點時，就很可能造成斷路器誤動或拒 動，或熔斷絲燒斷等現(xiàn)

4、象。 間接接地（非金屬接地） 間接接地是指直流系統(tǒng)電源正極或負極對地絕緣電阻低至某一允許值之下。 這時的接地電阻是否會對系統(tǒng)造成危害，就要看各個單位的具體情況，它與系統(tǒng) 接地的位置和繼電器的靈敏度有關.比如當前發(fā)電廠和變電站中最靈敏的中間繼 電器的內阻，對于220V為200K，對110V為6K，對48V為1.5K。 絕緣降低 絕緣降低是指直流系統(tǒng)所采用的電纜、設備的絕緣電阻由于某種原因低于 出廠數(shù)值。這些電纜，設備構成的直流系統(tǒng)的直流電源的正，負極對地絕緣電阻 總體上低于充許值。 四、直流絕緣異常常見情況 1. 電纜引起 故障主要是由于電纜絕緣層的老化或電纜加工、敷設過程中的工作

5、不慎損 傷電纜絕緣層造成。 2. 設備引起 設備在制造過程中絕緣部分受損或者絕緣材料質量低，經過一段時間之后， 薄弱部位就會裸露出來，如果空氣潮濕就可能產生直流接地故障。 3. 其他外來物引起 外來物包括外來金屬碎片、設備的緊固件及小動物軀體等。 五、直流接地故障的危害 ＞當直流系統(tǒng)正極接地時，將會有造成保護誤動的可能； ＞當直流系統(tǒng)負極接地時，將會有造成保護拒動的可能。 直流系統(tǒng)中有一點接地是不會對直流系統(tǒng)造成直接危害的，但是必須及時消除故 障，否則在直流系統(tǒng)中再有一點接地就可能造成對整個電力系統(tǒng)的嚴重危害。 IW中A繼71器1寇|甲城圖 XB連接片 HR JI-斷

6、珞器怖助觸只 I :電阻器 I UL I U2蛭浙器 .兩點接地可能造成斷路器誤跳 A、B兩點，A、C兩點，A、D兩點，D、F兩點接地都可能造成斷路器誤跳。 ■兩點接地可能造成斷路器拒動 B、E兩點，D、E兩點或C、E兩點接地都可能造成斷路器拒動。 ■兩點接地可能引起熔斷器熔斷 A、E兩點接地可能引起熔斷器熔斷。 當接地點發(fā)生在B、E和C、E兩點，保護動作時，不但斷路器拒動，熔斷器熔 斷，而且還有燒壞斷電器觸點的可能。 六、直流系統(tǒng)接地故障分析 > 直流系統(tǒng)無論是采用舊式還是新式的絕緣監(jiān)測裝置，都是根據(jù)電橋原理， 即絕緣監(jiān)測裝置中的T型網絡和直流系統(tǒng)正、負極絕緣電阻構

7、成電橋。 R1睡 4 一 .E為直流系統(tǒng)正負極之間電壓，R1, R2是橋臂外接電阻，R1=R2有1K,也有 6.8K,R3是電流繼電器的線包直流電阻，有30K，13.2K。 .將R1、R2、R3、R4、R5采用星形與三角形等效變換后進行接地電阻與正負電 壓之間的關系分析。 1. 接地阻值與電壓偏差關系分析 電壓偏差越大，接地越嚴重？它們之間有何種關系？ File |>? IT II.乒 or R 圖3電橋等效原理圖 圖4正接地等效原理圖 R正與R負為R1—R5的等效電阻，系統(tǒng)正常時，R正二R負，V+=V-=110V,

8、當系 統(tǒng)正級或負級發(fā)生接地或絕緣異常時，其正對地與負對地電壓即會發(fā)生變化。 如果正極接地電阻為RX，如圖4,得: 分別以R正二R負=1M Q，以及R正二R負=50K Q時正接地電阻為50K時考察 電壓的變化情況。 平衡電阻為 1MQ 時，V+=10.5V,V-=209.5V 平衡電阻為 50K Q 時，V+=73V, V-=147V 由此可見系統(tǒng)正負極電壓偏差程度與接地程度的直接聯(lián)系是建立在平衡橋 處于正常范圍之內. 當我們分析不同的系統(tǒng)時，不能簡單的以電壓偏差程度來判斷絕緣異常嚴 重程度，在沒有確定平衡電阻大小時，它們之間無法一一對應. 但對于同一系統(tǒng)，由于其平衡電阻大

9、小是固定的，我們可以定性得出，電 壓偏差越大，絕緣相對會差. 2. 平衡橋的概念 正常情況下，直流系統(tǒng)中正負對地是絕緣的，平衡橋即是為了查找直流系統(tǒng) 中存在的絕緣降低或接地故障而人為在系統(tǒng)的正對地與負對地加入的兩個大小 相等的平衡電阻. 3. 平衡橋的意義 從前面分析可知，對于一個沒有平衡電橋，或平衡電橋取值不當?shù)南到y(tǒng)，系 統(tǒng)電壓是無法準確反應出系統(tǒng)對地絕緣狀態(tài)的，因此，平衡橋在直流系統(tǒng)中將系 統(tǒng)對地絕緣阻抗與正負對地電壓進行了對應. 4. 平衡橋的選取 ? 2 2 0 V： ? 110V： ? 4 8V：5 3 0K — 60K 10K-15K K-10K 5. 系統(tǒng)

10、平衡橋的推導 對于一個絕緣正常的系統(tǒng)，往直流屏廠家并沒給出確定的平衡橋電阻大小， 因此我們并不知道其平衡橋電阻是否處于一個合理范圍之內，通常我們可以用如 下方法來對平衡電橋進行計算: (1) 測量該系統(tǒng)電壓為：V, 總 (2) 在該系統(tǒng)正極接入10 0K電阻，測量其正極對地電壓為 V + (3)在該系統(tǒng)負極接入10 0K電阻，測量其負極對地電壓為 y 則該系統(tǒng)正極對地絕緣阻值與負極對地絕緣阻值分別為: R = 100kx(，— V -1) - V + V — V 、 R + = 100k x( -1) V — 如果該系統(tǒng)沒有絕緣異?；蚪拥毓收希敲?R+ = R即

11、為該系統(tǒng)的平衡橋 電阻。 6. 系統(tǒng)接地阻抗的推導 ?如果我們已經知道該系統(tǒng)平衡橋的大小，當該系統(tǒng)出現(xiàn)絕緣異常之后，我們 可以通過正負極對地電壓來計算該系統(tǒng)的對地絕緣阻值，以圖4為例進行計 算： IE ft 圖4正接地等效原理圖 R //R V R 負 ~V~ R = R = R 平 解得： R =二 X V - V - + 例如：平衡電阻為5 0K時，正極對是電壓為80V,負極對地電壓為140V 時，正極接地電阻為：66K 七、絕緣異常人工故障排除方法 變電站的直流接地雖然是復雜的，無論是常規(guī)保護還是微機保護，其故障的 排除法是一致的。

12、方法如下： 1. 首先確定是正極接地還是負極接地，測量正負極對地電壓，有效區(qū)分是 正極接地還是負極接地。 2. 兩段母線之間的區(qū)分，使查找的接地不會大范圍擴大，確定發(fā)生直流接 地在哪一段。 3. 如果有直流接地選線的裝置，不能準確確定，有誤報的現(xiàn)象，請退出運 行中的直流接地檢測儀。 4. 如果站內二次回路有在施工的或有檢修試驗的應立即停止，拉開其工作 電源，看信號是否消除。 5. 采用分段分部位拉路法，操作電源一定要由蓄電池供電，先停不重要的 回路，如信號回路和照明回路等。 拉路法的概念 直流接地回路一旦從直流系統(tǒng)中脫離運行，直流母線的正負極對地電壓就會 出現(xiàn)平衡。所以人們通常從

13、直流接地回路瞬間停電，確定直流接地點是否發(fā) 生在該回路，這就是所謂的“拉路法”。 直流系統(tǒng)是個不間斷電源，基于它的特殊性，人們不能隨意停電。近年來隨 計算機的大量使用，微機保護同樣也不允許人們隨意斷開直流電源。 現(xiàn)場排除故障中，經常發(fā)生非正常的閉環(huán)回路，采用雙電源供電回路，以及 變電站在現(xiàn)場施工、擴建、修試過程中遺留了直流負載的信號回路、控制回 路和保護回路之間沒有區(qū)分等等，使直流接地故障查找難度更加困難。 “拉路法”往往造成了控制回路或保護回路跳閘等事故。 拉路法的正確順序 斷合現(xiàn)場臨時工作電源 斷合故障照明回路 斷合信號回路 斷合合閘回路 斷合附助設備 斷合蓄電池

14、回路 采用拉路尋找分段處理的方法，以先信號和照明部分，后操作部 分；先室外部分后室內的原則，應按照下列順序進行： ① ② ③ ④ ⑤ 八、 電力用直流電源監(jiān)控裝置 ⑥ 1.電力行業(yè)標準電力用直流電源監(jiān)控裝置技術要求 電力行業(yè)標準DL/T856-2004”<<電力用直流電源監(jiān)控裝置 >> 對直流絕緣檢 測裝置技術要求如下： （1） 直流系統(tǒng)發(fā)生接地故障或絕緣電阻低于整定值時，直流絕緣檢測裝置應 可靠動作； （2） 裝置應能測量出直流系統(tǒng)一極或二極絕緣下降和絕緣電阻數(shù)值，當?shù)陀?整定值時應能發(fā)出報警信號； （3） 檢測直流系統(tǒng)支路絕緣的絕緣監(jiān)測裝置應具有以下功能：

15、a）在線巡檢直流支路絕緣狀況； b）顯示并記錄接地支路編號，極性，絕緣電阻值（測量誤差不大于整定 值的 10%）及發(fā)生時間； c）分別或同時檢測直流母線正極,負極絕緣狀況，顯示并記錄接地母線的極性， 電阻值及發(fā)生時間； d）具備直流母線的電壓監(jiān)察功能，顯示并記錄母線電壓數(shù)值（測量誤差不大于 整定值的0.5%）,具有母線電壓越限報警功能； e） 具有直流系統(tǒng)絕緣電阻，母線電壓越限定值的設定功能； f） 具有報警延時，信號解除功能和延時斷開支路功能（選擇項）； g） 檢測饋線支路數(shù)應大于32路,采用傳感器,應減少支路電容影響，安裝方便； h） 滿足與電源監(jiān)控裝置或上位機的通信要求，

16、具有標準的通信接口和通信規(guī)約, 具有無源輸出觸點. 檢測范圍 a）絕緣電阻:0-999K; c）電壓：DC 0V-400V. 監(jiān)測精度 a）絕緣電阻:母線測量充許偏差為絕緣報警整定值的+-5%,支路為+-10%; c）直流電壓:在額定電壓的90%-130%范圍內，測量誤差為+-0.5%. 報警精度:為整定值的+-2%. A/D轉換誤差:不大于0.5%.遙信正確率:不小于99%。 平均無故障時間（MTBF）:正常運行環(huán)境下,不小于50000h。 顯示功能 監(jiān)控裝置應顯示下列信息： a）直流系統(tǒng)母線電壓； d） 直流母線電壓過高,過低； e） 直流系統(tǒng)接地及位置； 數(shù)

17、據(jù)顯示應實時，準確，可靠，清晰，并具備各種信息傳輸手段，提供打印接 口。 2.直流電源監(jiān)控裝置監(jiān)測原理及方框圖 監(jiān)測原理 根據(jù)監(jiān)測原理的不同，直流系統(tǒng)接地監(jiān)測裝置可分為主動式和被動式兩種。 主動式需要向系統(tǒng)注入特定的信號，然后通過傳感器探測該信號來判統(tǒng)注斷 接地回路。 被動式不向系入任何信號，直接檢測各回路的漏電流來判斷接地與否。 被動式監(jiān)測不發(fā)送任何特定信號作為判斷基準，而直流系統(tǒng)中又含有各種干 擾信號，因此監(jiān)測難度遠大于主動式。然而被動式監(jiān)測以其安全性，代表了直流 系統(tǒng)監(jiān)測裝置的發(fā)展方向，隨著現(xiàn)代微電子技術的不斷進步，將成為市場的主流。 監(jiān)測原理框圖 土路I 必"： 心fi

18、lm 演晶舊小 3. 便攜式儀器查找定位方法 使用便攜式的直流接地故障查找儀，查找直流接地不失為一種好方法，對 接地故障的排除在時間上和安全上都是好幫手。不需斷開直流回路電源，移動式 的采集互感器在各分布回路上測量。如果出現(xiàn)接地回路就報警。 4. 便攜式儀器查找原理 本裝置由信號發(fā)生器、故障檢測器和信號采集器（鉗表）三部分組成。 信號發(fā)生器原理圖 故障檢測器原理圖 5. 普通支路接地檢測方法與原理 如果直流系統(tǒng)中某一支路有接地點，接地示意圖如圖7, 對于接地支路各路徑電流流向與大小分別用I1，I2, I3, I4表示，則有下列 關系式：

19、 I1=I2=I3+I4 兩式相減得I3=I1-I4對于A點，鉗表檢測到的漏電流為I3=V-/Rx如果接地電 阻越小，則越大，接地越明顯；反之亦然。 對于B點，鉗表檢測到的電流為I1-I2=0 （沒漏電流） 所以鉗表顯示沒接地。 因此，通過A，B兩點的檢測可以定位出接地點的具體位置。 6. 環(huán)路支路接地檢測方法與原理 支路1和支路2形成一條環(huán)路，而支路3是環(huán)路上的一條分支并有接地故障。 用故障檢測器分別在A, B，C，D，E五個點檢測，其箭頭指的方向是故障檢測器 所檢測的接地點方向，根據(jù)A，B，C，D，E點所檢測接地點的箭頭方向可知E點所 在的支路是環(huán)路的分支，有接地故障

20、并能故障定位 意義：（1）在系統(tǒng)走線比較復雜時，有利判斷系統(tǒng)有接地支路的走線方向，使操 作人員更快、更有效的查找出接地點。 ⑵在環(huán)路有接地時，不需要退環(huán)的情況下，根據(jù)檢測所顯方向，能夠更好 的判斷出接地點。 判斷：接地點方向判定由卡線時鉗表箭頭指向與檢測器上箭頭顯示方向共同決 定。開啟信號發(fā)生器，待信號發(fā)器穩(wěn)定后（信號指示燈閃爍），在信號發(fā)生 器附近（2m內）開啟檢測器，使其同步，將鉗表卡入待檢測支路開始檢測， 如果該檢測支路上有接地，檢測器上會顯示一個向上或向下的箭頭 九、絕緣降低預警方案 針對不同的直流系統(tǒng)或者同一直流系統(tǒng)在不同的時期可能對絕緣等級有著 不同的要求，可以使用直流系

21、統(tǒng)對地絕緣分級管理概念?；跇O高的接地阻抗檢 測精度（大于500K）（國家標準接地告警阻抗值25K），建議使用分級管理。 接地故障設置建議0-50K 一級絕緣設置建議51-100K 二級絕緣設置建議101-200K 三級絕緣設置建議201-500K 絕緣分級管理為絕緣降低預警方案提供了解決方法，從而將絕緣異常給直流 系統(tǒng)帶來的安全隱患降到最低. 十、直流系統(tǒng)的診斷與評估 由于直流系統(tǒng)絕緣告警，按電力行業(yè)標準“標準編號”，當系統(tǒng)告警時， 系統(tǒng)已經可能處于一種危險故障狀態(tài)，解決不及時可能引發(fā)更大的整個電力系統(tǒng) 的事故。從系統(tǒng)分析角度，我們知道，直流系統(tǒng)的絕緣發(fā)展為嚴重的接地故障， 更多情況是一個漸變的動態(tài)過程，所以要更好的解決直流系統(tǒng)的絕緣問題，必然 引出直流系統(tǒng)的診斷與評估的概念。 當然，直流系統(tǒng)的診斷與評估是需要有高精度的檢測結果與大量數(shù)據(jù)的存 儲做為分析基礎的，因此，也對直流系統(tǒng)在線監(jiān)測設備提出了新的要求。