直流系統(tǒng)異常接地的原因及處理

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和電氣工業(yè)的發(fā)展，大型發(fā)電廠和能源站開始運(yùn)行，其直屬系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜。此外，隨著能源系統(tǒng)設(shè)備的逐漸老化和系統(tǒng)隔離水平的降低，直接系統(tǒng)的接地缺陷案例屢見不鮮。直流系統(tǒng)運(yùn)行狀況的好壞直接關(guān)系到發(fā)電廠和變電站能否正常運(yùn)行。一點(diǎn)接地是直流系統(tǒng)最常見的絕緣破壞故障,雖不至影響系統(tǒng)正常工作,但若不能及時(shí)找到并排除接地點(diǎn),在系統(tǒng)可能會出現(xiàn)多點(diǎn)接地時(shí),會引起嚴(yán)重后果。運(yùn)行規(guī)程明確規(guī)定了一點(diǎn)接地的允許時(shí)間,所以發(fā)生一點(diǎn)接地也應(yīng)立即排除。鑒于直流系統(tǒng)接地故障的頻繁,危害重大,關(guān)于直流系統(tǒng)接地故障檢測的研究正方興未艾,國內(nèi)外很多研究機(jī)構(gòu)都致力于此方面的研究,并取得了很大的成績,各具特色,各有優(yōu)缺點(diǎn)。本文就各種檢測方法,進(jìn)行比較分析,以便工作人員針對具體事故情況,選擇較為合適的檢測方法來查找接地故障。1檢測方法的分析與比較1.1在接地故障的情況下,應(yīng)注意使用了接地條件、因應(yīng)用電橋平衡法檢測直流系統(tǒng)接地故障的原理:將直流系統(tǒng)兩個(gè)正負(fù)極對地絕緣電阻和認(rèn)為設(shè)置的兩個(gè)電阻R組成平衡電橋。當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí),電橋平衡。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí),電橋失去平衡,發(fā)出警告信號。如圖1所示,當(dāng)系統(tǒng)絕緣狀況良好時(shí),正極與負(fù)極對地絕緣電阻R+與R-相等,繼電器中僅有微小的不平衡電流流過,切小于整定值,裝置不發(fā)生報(bào)警信號;當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí),電橋失去平衡,繼電器中有較大的不平衡電流流過,繼電器動(dòng)作后發(fā)出報(bào)警信號,指示發(fā)生接地故障。絕緣監(jiān)察裝置正是基于這一原理構(gòu)成的。通常,當(dāng)發(fā)電廠和變電站的直流系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí),均由裝設(shè)于直流屏上的絕緣監(jiān)察發(fā)出接地報(bào)警信號,現(xiàn)場運(yùn)行維護(hù)人員遵循先信號后操作、顯示外后室內(nèi)的原則,對直流系統(tǒng)采取拉路尋找、分段處理的步驟,逐步確定接地支路。在現(xiàn)場中絕緣檢查裝置雖然得到了廣泛應(yīng)用,但其有以下缺陷。(1)該裝置只能判斷整個(gè)系統(tǒng)的絕緣狀況,不能直接確定接地故障點(diǎn)的準(zhǔn)確位置,必須進(jìn)行拉開直流線路,逐一確定接地點(diǎn)所在支路;(2)當(dāng)出現(xiàn)正負(fù)極接地等效電阻同等下降或數(shù)值接近時(shí),即使已經(jīng)超越報(bào)警界限,裝置也不能動(dòng)作;(3)當(dāng)正負(fù)極接地等效電阻數(shù)值在正常范圍內(nèi),且數(shù)值較大,造成差值較大,裝置會誤報(bào)警。,1.2接地管路追蹤近幾年現(xiàn)場不少單位采用根據(jù)變頻原理研制的微機(jī)型直流系統(tǒng)接地故障檢測裝置,該裝置彌補(bǔ)了絕緣監(jiān)察裝置的部分缺陷。如圖2所示當(dāng)直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)察裝置發(fā)生了接地報(bào)警信號后,為了檢測出哪條支路發(fā)生接地故障,在發(fā)生接地故障母線與地之間交替注入兩個(gè)同幅值低頻率的交流信號,利用電流傳感器探測各支路的低頻電流,通過利用接地故障后兩個(gè)低頻交流電流信號比值大于正常情況下兩個(gè)電流比值的現(xiàn)象來確定接地支路與接地點(diǎn),且能求出接地電阻數(shù)值。設(shè)注入的兩個(gè)信號頻率分別為f1和f2,信號源電壓有效值為恒定值U,系統(tǒng)對地分布電容為C,正常情況下流過支路電容電流分別為If1和If2:當(dāng)在該支路末端發(fā)生接地故障時(shí),其等值電路如3所以,若分別注入頻率為f1、f2的交流信號時(shí),流過支路的電流為,則有:因此根據(jù)式(2),可利用接地故障后兩個(gè)不同頻率電流的比值大于正常情況下電流的比值,來檢測接地支路。該方法在理論上是可行的,基本解決了“低頻探測原理”的不足,但在實(shí)際應(yīng)用中,效果卻不理想,關(guān)鍵在于當(dāng)系統(tǒng)分布電容很大時(shí)會出現(xiàn):而當(dāng)接地電阻很大時(shí)會出現(xiàn):因此,隨著接地電阻或直流線路對地分布電容的增大,將無法識別,這樣將無法查找接地支路。這種查找方法的適用范圍有限。目前采取這種原理進(jìn)行在線監(jiān)測的裝置有很多,其共同特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)監(jiān)測,但受系統(tǒng)分部電容電流影響較大,使其接地檢測及支路查找成功率降低。同時(shí)應(yīng)指出,因須向直流母線注入低率交流信號電壓進(jìn)行檢測接地故障,增大了直流系統(tǒng)的電壓紋波系數(shù),影響直流系統(tǒng)的安全運(yùn)行。1.3漏電流同時(shí)接地檢測差流檢測原理的基本原理圖如圖4所示。在直流支路套裝電流傳感器,采集流過直流支路上的不平衡電流,即流過正極與負(fù)極饋線的電流差值。正常情況下,開關(guān)S+、S-閉合,正極與負(fù)極饋線無電流差I(lǐng)n+=In-,直流電流傳感器無信號輸出。當(dāng)支路發(fā)生單極接地故障時(shí),假設(shè)負(fù)載所在支路正極發(fā)生接地故障,接地電阻為Rd+,Rd-會與R2形成回路,產(chǎn)生接地漏電流Ir,其數(shù)值為:流過負(fù)載所在支路正母線的電流為入I1+,流過負(fù)載所在支路負(fù)母線的電流為入I1-,根據(jù)基爾霍夫電流定律可得:由上式可以看出,流過接地電阻Rd+的電流值Ir,是流過負(fù)載所在支路正負(fù)母線電流I1+、I1-的差值,而套裝在負(fù)載所在支路的直流微電流傳感器采集的就是該支路正負(fù)母線對地不平衡電流,即流過接地電阻Rd+的電流Ir。若用漏電流法檢測兩極同時(shí)接地故障,需要對圖4中電阻R1和R2(兩者數(shù)值相等均為R)進(jìn)行切換。這是由于漏電流傳感器檢測的是支路正、負(fù)極不平衡電流,若不切換電阻,當(dāng)發(fā)生兩極同時(shí)接地故障,支路正、負(fù)極都有漏電流流過,且方向相反,傳感器將檢測不到漏電流信號。檢測方法如下:假設(shè)負(fù)載2所在支路發(fā)生兩極同時(shí)接地故障,正負(fù)極接地電阻分別為Rd+和Rd-。該方法存在的問題是,若要檢測正負(fù)極同時(shí)接地情況,需要頻繁對正負(fù)母線切換接地電阻,從而形成漏電流回路,接地電阻的頻繁切換很容易造成繼電器等保護(hù)設(shè)備的誤動(dòng)作。合上開關(guān)S+,斷開開關(guān)S-,直流電流傳感器測得電流I1,根據(jù)電路定理有:合上開關(guān)S-,斷開開關(guān)S+,直流電流傳感器測得電流I2,根據(jù)電路定理有:可得如下解:求得的Rd+和Rd-即為正負(fù)極接地電阻值。采用差流檢測原理檢測直流系統(tǒng)接地故障有如下特點(diǎn):(1)直流傳感器是直接套裝在直流負(fù)荷支路上,直接對直漏電流信號進(jìn)行采樣,無需注入交流信號給直流系統(tǒng),對直流系統(tǒng)的安全運(yùn)行沒有影響;(2)所檢測的接地電阻不受支路對地分布電容影響;(3)能檢測多條支路同時(shí)接地的情況。2接地網(wǎng)絡(luò)選線和設(shè)備落后正是由于接入直流系統(tǒng)的負(fù)荷性質(zhì)不同,直流系統(tǒng)電壓各異,接地檢測設(shè)備的原理、技