百万兆瓦发电机组直流绝缘监测装置应用研究

谢 冲

（国能（绥中）发电有限责任公司，辽宁 葫芦岛 125222）

0 引 言

直流系统属于发电厂电气二期专业范畴，在发电厂的整体运作起到了非常重要的作用。动力直流一般为220 V，负责各类直流电机、不间断电源、热工动力负荷等；控制直流一般为110 V，负责电气、热工的控制、测量、信号负荷，更重要的是对继电保护、安全自动装置的供电。直流系统接地是发电厂直流系统运行中的常见故障，放任不管往往会威胁发电机组的可靠运行。尽快找到直流接地点并且尽快消除，是电气专业人员长久以来研究的重要课题。随着微机化自动装置的普及，直流系统绝缘监测装置在实践中已经得到了大量应用，比传统的绝缘监测继电器具有更灵敏的接地告警功能，同时能区分母线、负荷接地选线的功能，为直流系统接地故障检测提供了便捷的手段，减少故障时间，提高工作效率[1]。

微机直流绝缘监测装置已经被大量电力系统及其他用户投入运行，电气人员最关注的就是装置的正确选线功能，通过长期的运行经验发现，此类装置的选线率并不理想，一些基本的功能还存在着动作死区。分析主要有以下几方面原因。

（1）重视程度不够，把直流电源当成辅助电源设备，认为直流接地或直流系统故障不会直接引起机组跳闸、设备损坏等。

（2）行业暂时没有针对直流绝缘监测装置出台针对性的标准规范和运行维护规程，制造厂家以各自的标准生产产品，导致市面上的直流绝缘监测装置质量良莠不齐，且检修现场也缺少规范、合理的检验方法。

（3）部分直流接地故障较复杂、查找故障点涉及面大，而且大型发电厂即使是停备、检修状态下，二次、控制等回路仍然需要运行，直流系统很少停电进行系统检修。检修人员怕在维护过程中带电作业出现设备或者人身事故，所以对非停电状态下的直流系统检修畏首畏尾。大多数情况下，绝缘监测装置不安排专门检修，只是跟随直流系统进行常规检查。

这些缺陷严重制约了监测装置发挥应有的作用，并且造成很大的资源浪费。到目前为止，直流系统接地故障依然困扰着电厂运维部门，严重影响系统的安全稳定运行。

1 绝缘监测装置工作原理

绥中电厂百万机组采取每台机组配置2段110 V直流、1段220 V直流系统，均配置绝缘监测装置，其工作原理如图1所示。

当直流系统的任意地点出现接地故障，在接地点处会产生电流信号，绝缘监测装置通过测量该接地点电流，经过内部计算，得出相应的接地电阻值。比较计算阻值和规定值的大小，判断是否发信、报警。根据《电力用直流电源监控装置》（DL/T 856—2004）规程规定和大型发电机组的直流系统实际运行经验，整定“接地电阻”定值10 kΩ时，低于定值时，装置即判断有接地故障，动作于发信、告警，运行和检修人员接到告警后应立即采取措施、处理。

目前，绝缘监测装置的现场检验方法比较单一，大多数通过模拟直流接地的方法来进行校验，如图2所示[2]。

利用机组停机机会，依次选择各路直流负荷馈线，使用固定阻值的电阻，一端接直流系统回路，一端接地，来模拟直流系统接地，直流绝缘监测装置应能准确测量出接地阻值，可靠发出声光告警并传至分散控制系统（Distriibuted Control System，DCS），正确报出接地路数。

经过现场多次试验，该方法基本上能够判断接地检测装置是否处于正常工作的状态，有一定检验效果[3]。但是该方法还存在以下不足：

（1）只能模拟直流系统正或负极接地故障，无法全面对设备功能进行检验。

（2）无法反应分布电容参数对系统的影响，相关性能无法检验。

（3）一般在机组停备、检修期间开展校验工作，机组运行方式和实际机组运行期间不符，多数一次负荷属于停运状态，直流系统负荷与机组运行期间不一致，对实际负荷下绝缘监测装置的动作情况无法校验。

（4）直流系统基本不停电，即使是机组检修或停备，模拟接地故障也是可能影响机组安全。

2 现场校验

本次检验在机组停备期间开展，通过试验电阻模拟直流系统接地故障，检验绝缘监测装置功能。

2.1 测试背景

直流系统所配置的微机绝缘监测装置是由许继直流电源的生产厂家配套提供，设备型号为HYDC2000，2010年和机组一起正式投运。上次检修为2020年完成，用电阻直接模拟接地故障，绝缘监测装置可靠动作，接地电阻值显示准确、接地支路显示准确。此次停备前绝缘监测装置运行正常，检测过程中直流系统全部负荷均在运行中。

2.2 检验记录

（1）直流110 V母线通过9 kΩ电阻接地。装置报文显示接地电阻值为：正母线8.9 kΩ、负母线9.5 kΩ，接地点反映正确。

（2）正母线、负母线同时接地。先模拟正母线接地，装置动作正确；保持正母线接地状态，再模拟负母线接地。监测装置报文显示结果错误，当正母线、负母线分别使用如下电阻接地时，监测装置反映绝缘电阻不正确，和实际相差较大，见表1。

表1 正负母线同时接地绝缘监测仪的测量数据 单位：kΩ

（3）不同负荷馈线通过电阻接地。装置报文显示测量阻值正确，接地支路数基本正确，但是存在少数负荷分支接地后只报出母线接地，没有准确报出接地分支。

（4）单段母线不同点同时接地。监测装置显示结果为不同分支接地电阻的并联值，接地分支选线正确率为50%，并且存在非接地支路误报接地的情况。经询问其他电厂，这种工况下直流系统绝缘监测装置的报告正确率普遍不高[4]。

2.3 检验发现的问题

（1）在正母线、负母线同时出现接地时，接地电阻值反映不正确。

（2）发生多点接地，有误报正常支路的情况，造成选线功能无效。

（3）选线功能无法发挥应有的效果，某些支路接地，装置误报为母线接地。

2.4 现场测试结果小结

通过现场校验的结果来看，当前直流系统绝缘在线监测装置尚存在许多瑕疵，大多是产品设计时考量不足，如负荷馈线接地时误选线、正母线、负母线同时接地或者系统中发生多点接地时绝缘电阻测量和实际偏差较大等。

HY-DC2000直流系统绝缘监测装置是目前市场上使用比较多的产品型号，产品具有一定的代表性。通过对其他电厂直流电源绝缘监测工作的归纳总结，以及所进行的调查研究认为，目前在电厂中运行的绝缘监测装置，多多少少存在着各种各样的缺陷，无法有效监控直流系统的绝缘状态。

3 问题及建议

直流系统绝缘监测装置的意义在于，出现直流系统接地、绝缘降低等情况时，绝缘监测装置应及时准确指示出接地的支路、测量出接地电阻，让运行、检修人员能立即发现故障并及时消除，完备的事件记录应给电气专业人员提供消除缺陷的重要数据。但从实际情况来看，直流绝缘监测装置虽然已经覆盖所有现代电厂，但技术水平仍然存在不足，无法有效地监测直流系统绝缘状况，而且存在上述问题的绝缘监测装置还在继续生产并投入市场运行[5]。因此，针对电力系统的直流绝缘监测装置，提出以下几点建议。

（1）电力行业相关部门应尽快规范直流系统绝缘监测装置的检验、设计标准及规程，规范化管理绝缘监测装置厂家，从源头上保证实用的产品投入电力系统运行。

（2）运行、维护人员要加强对直流系统的巡视、巡检，不能完全依赖绝缘监测装置。针对本单位的实际情况，对运行中的绝缘监测装置制定检验标准并定期检验，及时更换或改造不满足生产需求的产品，定期更换易坏插件并及时消缺，让直流系统绝缘监测装置能够发挥其应有作用。

（3）对现场的绝缘监测装置制定检验计划，建议在机组计划检修时安排试验，及时发现可能在正常运行中出现的缺陷，有效监控直流系统绝缘状态。

（4）加强对传统直流接地查找方法的学习，不能过分依赖直流绝缘监测装置的选线功能，必须经过手动查找接地点配合确认，再定位接地点。同时规避绝缘监测装置无法选线、选线错误的风险。

4 结 论

通过运行的经验来看，大部分直流系统绝缘监测装置都存在着大大小小不足，无法使直流系统绝缘处于有效的监控之下。但是随着科技的进步，微机型直流绝缘监测装置的功能已经越来越完善，很多产品在具备传统功能基础上已经加入了交流窜直流故障的测记和报警功能。装置厂家应该更加深入生产现场进行全面的考察，多和检修、运行人员交流，设计出针对电力系统现状的实用设备,同时尽快规范直流系统绝缘监测装置，有官方的标准和规程，运维人员不在无从下手。