尹剑烽
(广东电网公司东莞供电局,广东 东莞523120)
直流回路在正常运行状态常受到多种不利因素的影响而造成接地,如设备的绝缘材料不合格、绝缘性能降低,或存在某些外力造成损伤缺陷等。最常见的直流接地是由于气候的因素造成的,如在雨天或雾天,二次回路及设备的严重污秽和受潮、端子箱的进水,都可能导致室外的直流系统绝缘降低,从而造成直流接地。在直流接地故障中,一点接地可能造成保护及自动装置误动或者拒动。而危害更大的两点接地,除导致保护、信号、自动装置误动或拒动外,还可能造成直流保险熔断,使整个变电所的保护、自动装置、控制回路全部失去电源;另外,在复杂的保护回路中同极两点接地,还可能令某些继电器短接,使之越级跳闸,扩大事故范围。
变电站内配置直流绝缘监测系统,便于对整个直流系统的监视。当直流系统发生接地故障或绝缘电阻低于整定值(详见表1)时,直流绝缘检测装置可靠动作,并发送相应信号至后台机或集控系统,提醒运维人员检查直流系统的绝缘状态。
接地故障引起的对地电压变化,与接地电阻值和桥电阻值大小相关。目前国内微机化直流接地巡检装置内的桥电阻一般都大于25 kΩ(如深圳奥特讯约为200 kΩ,珠海泰坦约为40 kΩ)。
表1 绝缘电阻整定值
在众多的直流绝缘监测装置的定值设置中,当接地极对地电压小于1/3母线电压,而非接地极对地电压则大于2/3母线电压,直流绝缘监测装置就发出直流接地告警。
而国家电网公司《直流电源系统运行规范》第二十八条对接地故障提出了更高的要求,即“220 V直流系统两极对地电压绝对值差超过40 V……,应视为直流系统接地。”此时,接地极对地电压小于90 V(约40.9%母线电压),非接地极对地电压为130 V(约59.1%母线电压)。
在变电站实际运行过程中,对220 V直流系统来说,任意极对地电压低于60~70 V(27.3%~31.8%母线电压),不管绝缘监测装置是否告警,检修部门也会安排处理接地故障。
当直流系统发生正极接地故障时,可能会引起保护及自动装置误动。因为一般断路器的跳合闸线圈以及继电器线圈是与负极电源接通的,如果在这些回路上再发生另一点直流接地,就可能引起误动作,如图1所示,当A、B两点同时发生直流接地故障时,相当于将KA接点短接,而使继电器KM误动作跳闸。此外,在合闸回路中,若正极两点接地还可能造成误合闸,信号回路则会出现误报信号的现象。
图1 直流系统接地模拟图
当直流系统发生负极接地故障时,可能会造成保护及自动装置拒绝动作。因为若在断路器的跳、合闸线圈和保护继电器回路再有接地故障时,线圈被接地点短接而不能动作。同时,直流回路短路电流会使电源保险熔断,并且可能烧坏继电器接点,失去保护及操作电源。如图1所示,当直流接地故障发生在A、C两点时,继电器KM的线圈被短接,当保护动作时KM不能动作,开关拒动并将直流保险FU烧坏。
2011年6月28日,东莞供电局继保人员会同广州拓威讯便携式直流接地仪厂家技术人员,在110 kV某基建站,模拟#1主变本体重瓦斯回路金属性接地,将便携式查找仪接入直流系统,进行接地故障的检测,如图2所示,测试、分析结果记录如下。
图2 主变重瓦斯回路接地的模拟实验接线图
根据接地方式分为2种情况:
(1)A点完全接地。便携式直流接地仪对直流系统发送出4种不同电压等级的交变信号,将导致直流系统电压的变化,保护的动作情况如表2所示。
表2 全接地时查找装置对保护的影响
(2)A点连续触发接地。便携式直流接地仪对直流系统发送出4种不同电压等级的交变信号,亦导致直流系统电压的变化,保护的动作情况如表3所示。
表3 频繁接地时查找装置对保护的影响
根据上述情况分析,直流接地查找设备引起微机保护重瓦斯中间继电器动作条件和原因是:
(1)直流接地查找设备发出的信号幅度影响直流电压达到42 V以上,达到了继电器的动作电压,将会导致继电器的误动作;
(2)A点的连续触发接地会产生尖峰电流,此时如果刚好叠加上信号的波峰值,会使继电器动作。但如果接地查找仪发送的交变信号幅度稍小一点,如第4种交变信号幅度(+4.90~+30.7 V),则叠加在继电器上的电压没有达到继电器的动作电压,故继电器不动作。
因此,在该站这种配置情况下,用便携式直流接地仪给系统的低频信号小于某一值时(小于31 V),则可以进行系统接地故障的检测。
按上述分析,当负极发生接地故障时,负极对地电压(绝对值)<40%母线电压,只要使用的直流接地查找装置输出电压<5%母线电压,在使用直流接地查找装置处理接地故障过程中,负极对地电压<35%~45%母线电压,低于继电器动作电压(50%~70%母线电压),这时即使再发生继电器线圈回路接地,也不会误动。
当正极发生接地故障时,负极对地电压(绝对值)>59%母线电压,已在继电器动作电压范围(50%~70%母线电压),这时再发生继电器线圈接地,有可能满足条件,使继电器误动作,这也正是要及时处理直流系统接地故障的原因。
使用直流接地查找设备处理接地故障时,由于负极对地电压(绝对值)>54~64%母线电压,在继电器动作电压区域(50%~70%母线电压)内,若直流接地查找设备输出的是正弦波信号,那么一半时间使负极对地电压略为减少(5%以内),另一半时间使负极对地电压略为增加(5%以内),则系统的安全影响非常小。
退出告警装置,以免其接地检测过程中,引起对地电压波动;
降低信号源接地信号电压幅值(小于5%母线);
在信号源内部,负极对地接入500 kΩ电阻,可将负极对地电压拉低到40%母线电压以内,确保线圈接地初始电压小于50%母线电压(40%+5%=45%)。
为尽量减少接地故障处理过程中可能存在的风险,针对局内现有设备情况,特制定接地查找作业流程如下:
(1)用300 V档万用表测量对地电压,确定接地极性。
(2)针对负极接地情况
1)绝缘装置为奥特讯产品
a.接入50 kΩ平衡桥电阻,先接正负极,再接地;
b.在负极接入50 kΩ电阻;
c关绝缘装置电源;
d.开始接地查找。
2)绝缘装置为其它公司产品
a.在负极接入50 kΩ电阻;
b.开始接地查找。
(3)针对正极接地情况
1)绝缘装置为奥特讯产品
a.接入50 kΩ平衡桥电阻;
b.关绝缘装置电源;
c.开始接地查找。
2)绝缘装置为其它公司产品
可直接开始接地查找。