某电厂直流系统绝缘异常的原因分析与处理

夏清刚，鲁冠军2，王国琦

(1.惠州绿色动力环保有限公司，广东 惠州 516269；2.重庆电力高等专科学校，重庆 400053)

某电厂选用的是深圳市科陆电子股份有限公司出厂的300 Ah/220 V/120 A直流系统，主接线方式为单母线接线，充电机输出及蓄电池连接于合闸母线，合闸母线正与控制母线正之间通过降压硅链连接，合母、控母共用负极母线。直流充电柜主要由1个双电源自动转换单元、6个高频开关整流模块CL6818、1个直流电源系统监控装置CL6880V2、1个高频开关电源交流配电监控模块CL6887、1个高频开关电源直流配电监控模块CL6888、1个仪表显示单元等组成。直流馈电柜主要由直流断路器、硅链降压装置CL6884、微机型直流系统绝缘监测仪、闪光继电器、高频开关电源开关监测模块和母线小室组成。蓄电池柜主要由3组蓄电池屏、108块蓄电池及蓄电池采集模块CL6882V2组成。

发电厂、变电站直流系统接地是一种易发生且对电力系统危害性较大的故障。目前，国内的发电厂、变电站的直流系统普遍都采用了绝缘监测装置。在直流系统绝缘监测系统配置完善并调试完好的情况下，如有系统接地发生，利用绝缘监测装置一般都能准确地判断出接地回路，从而可以快速地进行故障处理。但往往在实际运行中，各种原因都会导致绝缘监测装置不能正确指出绝缘异常回路。因此，结合某电厂出现的直流系统绝缘异常问题及处理方法，在绝缘监测装置无法正确判断出绝缘异常回路的情况下，利用漏电流传感器来查找直流系统接地或绝缘不良。

1 直流绝缘监测装置的组成及检测原理

1.1 直流绝缘监测装置的结构组成

直流绝缘监测装置主要由绝缘监测仪、漏电传感器采集模块、漏电传感器采集模块工作电源以及漏电传感器等4个部分组成，如图1所示。

图1 绝缘监测装置结构组成及检测原理示意图

1.2 直流绝缘监测装置的检测原理

直流绝缘监测装置采用的检测方法一般有差流检测法、交流注入法、综合判据法、电桥平衡法等，其中广泛采用的是差流检测法。差流检测法是指通过不平衡桥开关的正负切换获得母线对地的接地电阻值；通过不平衡桥与漏电流传感器相结合测得各个接地支路电阻。某电厂使用的是CL6884型微机直流系统绝缘监测仪，其工作原理是：采用接入100 kΩ不平衡桥电阻方式，对母线电压进行实时监控，通过计算，得到母线的实时绝缘状态。当绝缘小于用户整定值时，会产生相应的告警，并自动进入馈线支路巡检；当有支路小于整定定值时，显示对应的支路和支路绝缘电阻。如图1所示。

1.3 漏电流传感器的直流检测原理

漏电流传感器直流检测的工作原理，如图2所示。图中V+，V-为漏电流传感器的电源正负端；U0为霍尔器件在穿过漏电流I后感应出的霍尔电压。由于磁路与霍尔器件的输出有良好的线性关系，因此霍尔器件输出的电压U0可以间接地反映出被测漏电流I的大小。漏电传感器采集模块采集各个支路的漏电传感器输出的霍尔电压，经过换算得出对应的电流，进一步计算出对应支路的绝缘电阻，然后通过RS485通信方式将数据传送给绝缘监测仪。绝缘监测仪根据接收到的数据，进而可以计算出各个支路的绝缘电阻值。

图2 漏电流传感器直流检测原理

2 某电厂直流系统绝缘异常现象

某电厂直流系统存在一异常现象。干燥天气时，负对地电压103 V，正对地电压115 V；雨天，负对地电压80 V，正对地电压130 V。雨天两极对地电压差达到50 V，远远超过国家电网公司的规定，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” 。直流电源系统监控装置报“合母、控母负对地绝缘下降、绝缘电阻为9 kΩ；第36路支路绝缘下降”。由于直流系统调试得不完善，不能确定36支路对应的具体支路，在组织查找过程中，由于检修人员的误动，造成直流电源系统监控装置无论在干燥天气还是在雨天都频繁告警，且几乎所有支路都报“绝缘下降”。

3 直流系统绝缘异常处理与原因分析

3.1 排除监控装置故障

首先使用万用表测量直流母线电压所得数值与监控装置相符，确认直流系统绝缘异常存在。然后排除直流电源监控系统故障。在仔细检查监控装置后，发现监控装置背面接线端子上至漏电流传感器采集模块的485通信总线一端屏蔽接地线悬空且与大地水平，另一端也悬空。将水平与大地的屏蔽线扭动一个方向，则监控装置“合、控母线及支路绝缘下降”频繁告警现象消失(晴天)。依据电缆敷设规范：计算机监控系统的模拟信号回路控制电缆屏蔽层，不得构成两点或多点接地，应集中式一点接地。通信线路应保持屏蔽线一端良好接地，另一端悬空。如果通信线的屏蔽线一端未接地，一端水平于大地悬空，将对通信造成很糟糕的影响。

3.2 利用霍尔电流传感器查找绝缘异常支路

关于直流接地的查找方法，常见的有拉路法、转移负荷法、利用绝缘监测装置定位法、利用接地故障查找仪定位法等。由于某电厂直流系统为单母辐射式结构，而且直流电源系统监控装置出现异常。因此，在考虑生产安全运行的条件下，上述方法中除利用接地查找仪定位法外，其他方法都不适用。但由于该厂未配置接地故障查找仪，故在这里提出利用霍尔电流传感器查找的方法。

雨天，监控装置仍报“合、控母及支路绝缘下降”。由于直流监控装置所报绝缘下降支路较多，因此，我们采用测量霍尔电流传感器输出电压数值并进行比较，来确定绝缘异常支路，测量结果如表1所示。

表1 测量霍尔电流传感器输出电压数值 V

将测量结果与监控装置显示绝缘下降支路进行比较，基本上对应。对这些支路进行分析后发现：监控装置显示有1条支路绝缘下降报警，即传感器输出电压为0.4 V的支路。再对该支路馈线控制回路进行分析，确认可以拉路后，对其采用瞬停拉路。结果拉路后，监控装置合、控母及支路绝缘下降告警消失，正、负极对地电压数值几乎相等。支路确认后，对其延伸回路逐一查找，最终查出该馈线控制回路中的一根信号线接地电阻为16 kΩ，找出绝缘合格的备用芯线替换后，直流系统恢复正常运行。

3.3 直流系统异常原因分析

1)直流监控装置485通信线未按规范接线，造成对装置的信号干扰，进而影响故障支路的准确判断。

2)根据晴天与雨天直流监控装置显示的绝缘情况，可以判断应为电缆绝缘外皮损伤，电缆泡水后绝缘下降所致。电缆敷设过程中，对施工质量未进行严格把关，致使电缆存在绝缘外皮刮伤现象。

3)电缆沟排水系统未按设计施工，不能及时排尽电缆沟内积水，造成电缆泡水。

4 漏电流传感器查找绝缘异常支路的适用价值

直流监控装置受信号干扰，无法显示准确的报警信息，从而无法提供绝缘下降支路的准确信息。此时，如果使用拉路查找法的话，拉路范围太广，将严重影响生产的安全运行。由于绝缘下降支路数过多，且有并列回路的存在，使用瞬停法也无法判断出绝缘下降支路。 另外，如果直流系统监控装置支路绝缘下降报警门槛值设置偏低，也无法准确报出绝缘下降支路。因此，诸如以上种种情况，利用漏电流传感器来查找绝缘异常支路，可以准确找出绝缘异常支路，大大缩小拉路范围。

5 总结

本文介绍的通过测量漏电流传感器输出电压来确定绝缘下降支路的方法，能有效地查出绝缘接地支路，从而快速解决直流系统接地问题。另外，当漏电流传感器受周围环境电磁影响发生零点漂移时，需要对漏电流传感器进行断电零点校准，也需要通过测量漏电流传感器输出电压来判断校零情况。而值得指出的是，当某条支路因漏电流传感器发生零漂或故障，且该支路有接地存在时，如果是直流电源监控装置误报警，还可以通过拉路与测量漏电传感器输出电压来判断绝缘接地支路。如直流电源监控装置不报支路绝缘接地，则将无法判断绝缘接地支路。

参考文献：

[1] 国家能源局.直流电源系统绝缘监测装置技术条件：DL/T 1392—2014[S].北京：中国电力出版社，2015.

[2] 中华人民共和国建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.电力工程电缆设计规范：GB 50217—2007[S].北京：人民出版社，2008.

[3] 陈伟.基于不平衡桥与差流检测法分布式绝缘监测装置及研究[D].合肥：合肥工业大学，2012.