泵站直流系统绝缘异常的检查分析

尚晓君 张瑾

江苏省太湖地区水利工程管理处 江苏苏州 215519

摘要：文章介绍了泵站直流系统的组成，直流供电网络的结构，阐述了直流系统绝缘监测的原理和方法，并通过一起直流系统绝缘异常事故，分析了直流系统绝缘异常的主要原因。

关键词：直流系统；接地；绝缘异常；直流负荷

0 引言

泵站直流系统主要为泵站控制系统、继电保护、信号装置、自动装置提供电源；同时作为独立的电源，在站用电失去后，直流电源还可以作为应急备用电源，即使在全站停电的情况下，仍应能保证几点保护装置、自动装置、控制及信号装置和断路器等可靠工作，亦能供给事故照明。泵站直流负荷的重要性决定了其运行可靠与否，直接关系到设备的安全稳定运行。直流系统是绝缘系统，正常情况下，正、负极对地绝缘电阻相等，正、负极对地电压平衡，直流系统若存在绝缘电阻下降、一点或多点接地等隐患，将可能造成断路器控制及保护的误动、拒动，危及电网系统以及设备运行的安全。

1 直流系统概述

1.1 直流系统的组成

常熟水利枢纽管理所泵站直流系统是由蓄电池、充电设备、直流负荷三大部分组成。直流系统的工作电压为220v。由于常熟泵站主变电压等级为 110 kV，故采用单套直流系统。由于泵站直流系统设计年份较早，直流系统设计比较简单：直流母线为单母线，正极母线分为控制母线和合闸母线，单组蓄电池，通过分接开关控制母线电压，如图1所示。

图1 单母直流系统示意图

1.2直流供电网络

泵站的直流供电网络由直流控制母线经直流空气开关或经过隔离开关和熔断器引出，通常分为环形网络和辐射型网络两种，供给控制、保护、自动装置、信号、事故照明和交流不停电电源等若干相互独立的分支系统。以往直流馈电网络多采用环形供电方式（如图2），该供电网络在发生直流接地故障时查找比较困难，因此已经逐步淘汰。泵站现采用的辐射状供电网络是以直流母线为中心（如图3），直接向各用电负荷供电的一种方式，它有利于实现直流系统的微机监测，便于寻找故障点。

图2 直流系统示意图

图3 直流系统示意图

（1）直流电源引至各电气间隔

1）泵站无直流分配屏。由直流屏上分别接于Ⅰ、Ⅱ两段直流母线的馈线空气开关敷设两路直流电源电缆至各电气间隔。

2）泵站有直流分配屏。在直流分配屏上选取分别接于Ⅰ、Ⅱ两段直流母线的馈线空气开关，敷设两路直流电源电缆至各电气间隔

3）各间隔二次设备直流控制电源经屏顶小母线供给。要求220kV及以上间隔的测控屏屏顶直流电源小母线有四根，分别引自变电站Ⅰ、Ⅱ两段直流母线，各间隔在测控屏由屏顶小母线引下两路直流控制电源至屏内的两路自动空气开关，由测控屏敷设两路直流电源电缆至保护屏。

（2）各间隔内屏与屏之间直流控制电源分配。

1）直流屏或直流分配屏上间隔数足够多时，Ⅰ、Ⅱ两组直流电源可直接分路引到各电气间隔的测控屏和保护屏。

2）Ⅰ、Ⅱ两组直流电源首先引入至各电气间隔测控屏，在测控屏上安装两个直流空气开关，分别作为主控制电源、副控制电源，再由测控屏敷设两路电源至保护屏。

3）各间隔保护屏内电源分配。各装置电源分配以能实现装置单独断电而不影响操作电源和其他装置为原则，由保护屏端子排分别配线至屏后顶部操作电源空开、装置电源空开上端，空气开关相互间不联系。屏内操作回路、各装置电源由屏后空气开关下端引下。

2 绝缘检查的原理与方法

2.1 原理

直流系统正常运行时对地绝缘电阻很大，通常在0.2-0.5兆欧范围内，这是保证直流系统安全可靠不可缺少的条件。直流系统发生一点接地时，并不影響正常工作，但是若在同一极或在另一极又发生一点接地，可能造成直流电源短路使熔断器熔断，或使断路器、继电保护及自动装置拒动或误动，给二次系统的工作带来极大的危害。为此，泵站都装设有必要的直流绝缘监测装置，以便在发生直流接地时装置能够可靠动作并发出信号，使运行人员尽快发现并消除缺陷。绝缘监测装置能够测出直流正负极对地电压和绝缘电阻。

2.2 检查方法

（1）通过观察直流绝缘监测装置，判断直流系统绝缘是否存在异常。

绝缘情况良好时，正、负母对地电压平衡（或者相差不大），对地电阻平衡且大于数十千欧。如果发现正、负极对地电压偏差较大或者电阻较小，则表明其中有一极对地绝缘情况不是很好，需要进一步检查。如果正、负极对地电阻下降，但此时对地电压仍平衡，则说明两极对地绝缘都存在问题，需要进一步查找，但此类情况较少。需要注意的是：在检查中，每段母线只能有一套绝缘监测装置在运行。

（2）直流系统单极或者双极绝缘异常点查找

在通过观察直流绝缘监测装置，初步判断出直流绝缘存在问题后，需要进一步查找接地点或者绝缘薄弱点。一直以来人工查找方法是：逐条拉合负荷支路，然后再解端子、摇绝缘。该方法费时费力，而且安全风险大。现在可以使用专业的在线绝缘检测仪器，在不拉负荷支路的情况下，在线查找接地点或者绝缘薄弱点。目前的在线绝缘检测仪器通常采用低频小信号注入法，其基本原理是在接地母线与大地之间施加一个超低频信号，其电流沿着接地点方向流动。

（3）两段直流母线并列运行检查

由于设计原因或者施工原因，两段母线存在并列运行现象，例如两段母线的负极在断路器就地控制箱内并接。一般这种情况在运行巡视中很难发现，但是可以通过专业工具来检测，可以在一段母线的正、负极加低频小信号，如果在另一段母线测量到电压发生小的波动，则说明存在并列运行情况。

3 绝缘异常分析

3.1 绝缘异常现象

110kV 某变电所有单套直流系统，配置一套奥特迅公司 WJY-3000A 型产品的绝缘巡检装置。

絕缘巡检装置显示：直流系统正母对地电压 86V，正母对地绝缘电阻140k?；负母对地电压138V，负母对地绝缘电阻999.9k?。

正、负母对地电压偏差为52V（大于40V），根据《华东电网直流电源系统运行及检修工作规范》中关于直流系统接地的定义：220V直流系统两极对地电压绝对值差超过40V或绝缘降低到 25k? 以下；110V 直流系统两极对地电压绝对值差超过 20V 或绝缘降低到7k? 以下，应视为直流系统接地，初步判断直流正母接地。

经拉路分路发现，110kV室外场地110kV备用线路端子箱内受潮，拉开备用线路直流电源后，恢复正常。已更换进水端子箱封门防水封条，完善加热除湿措施。目前拉开该备用线路的直流电源。

3.2 直流系统绝缘异常原因分析

绝缘异常现象主要有两种：一是正负母线对地电压有偏差，但是还没有达到接地的标准；二是直流系统接地（通过电阻接地或者金属性接地）。对于直流系统绝缘异常而言，主要有以下原因：

（1）对于正负母电压略有偏差而言，可能是正、负母对地电容不平衡造成的，但是目前的绝缘巡检装置无法测量母线对地电容，必须使用专用的绝缘巡检设备。

（2）机构箱、端子箱等设备密封绝缘不好，导致受潮甚至渗水，从而引起直流回路对地绝缘下降，乃至接地。这种现象通常发生在雨水等恶劣天气，平时一切正常，给直流接地查找带来困难。要求加强巡视，对于密封性不好的端子箱等设备进行整改，或者加装防雨罩，装设加热除湿设备。

（3）由于施工不慎，导致电缆的外绝缘损坏。要求通过检修期间的绝缘试验来检查，并确认具体位置后，进行相应处理。

（4）在设备改造、扩建的过程中，废弃电缆一端接在直流系统，而另一段甩在电缆沟中，从而导致直流接地。要求在改造、扩建过程中，加强对废弃电缆处理的监督。

（5）一些老式、运行时间较长的直流屏滤波电容或者电子元器件老化，导致对地绝缘下降。要求尽快对直流系统进行改造。

4 结论

直流电源系统绝缘检测及接地故障排查关系到电网的安全、可靠运行，其管理应制度化、常态化。工作中应加强日常巡视工作，关注直流母线对地电压偏差。对于密封性不良的端子箱、机构箱等设备尽快整改。在基建验收、检修验收时，关注直流回路电缆对地绝缘试验，确认其数据满足标准要求。在泵站改造、扩建过程中，关注废弃电缆的处理，确认废弃电缆已脱离直流系统。

参考文献：

[1]《电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程》 电力行业标准 DL/T724-2000

[2]《变电站管理规范》国家电网公司 国家电网生<2006>512号

[3]江苏省电力公司变电站交直流设备运维管理规定 苏电运检〔2013〕1007号

[4]国家电网公司直流电源系统运行规范 国家电网公司 2005