太浦河泵站直流电源装置绝缘降低报警故障的分析与处置

马士磊 张慧峰 梁加洲

(太湖流域管理局苏州管理局，江苏 苏州 215004)

1 工程概况

太浦河泵站工程配备GZDW-B系列带触摸屏程控直流电源装置一套，以满足工程供配电系统正常或非正常状态下的直流控制电源和高压开关分合闸的供电需求。该装置将高频开关电源、监控单元、功率输出、显示等单元集中安装于一屏，电池单独装于另一屏，高频开关电源采用N+1模式，并保留了备硅+自动调压电路。系统额定输出电压为DC220V，额定输出电流为10A，电池容量为200Ah(见图1)。

图1 直流系统原理

监控系统主要包括主监控、交流检测单元、直流检测单元、开关量检测单元、绝缘检测单元、电池巡检单元，分别采用艾默生EMU10模块、EAU01模块、EDU01模块、EGU01模块、EGU01模块、EBU02模块。主监控的功能包括数据的采集、处理及传输，接收后台发来的控制命令，接收各类操作命令等。

2 故障现象

运行人员在例行巡视检查过程中发现，直流电源装置控制柜主监控面板故障报警指示灯亮红色，柜后报警音响响起，查看监控系统告警记录显示“1号母线绝缘下降”“1#EGU01绝缘模块11号馈出支路绝缘下降”“1#EGU01绝缘模块13号馈出支路绝缘下降”，绝缘检测模块EGU01“RS485”指示灯常亮红色、“ALARM”指示灯常亮黄色，进一步查看主监控模块EMU10触摸屏绝缘数据显示正母线对地U+：+171.3V，R+：500kΩ，负母线对地U-：-65.9V，R-：44.9kΩ(见表1)。

表1 监控系统绝缘数据

3 故障危害

因直流接地种类较多，此处仅对正极接地、负极接地、两极接地三种情况进行阐述。

3.1 正极接地

合闸控制回路，当A点、B点接地时，电流回路自+KM到达A点，跳过合闸触点直通B点，再经过合闸线圈回到-KM，有可能引起误合故障(见图2)。

图2 正极多点接地合闸回路控制原理

同理，分闸控制回路，当A点、B点接地时，电流回路自+KM到达A点，跳过分闸触点直通B点，再经过分闸线圈回到-KM，有可能引起误分故障。

3.2 负极接地

合闸控制回路，当A点、B点接地时，电流回路自+KM经过合闸触点到达A点后，跳过合闸线圈直通B点，再回到-KM，有可能引起拒合故障，同时控制母线正负极短路，使直流电源保险熔断或开关跳闸，系统失去保护及控制电源，还有可能烧毁继电器接点(见图3)。

图3 负极多点接地合闸回路控制原理

同理，分闸控制回路，当A点、B点接地时，电流回路自+KM经过分闸触点到达A点后，跳过分闸线圈直通B点，再回到-KM，有可能引起拒分故障，同时控制母线正负极短路，使直流电源保险熔断或开关跳闸，系统失去保护及控制电源，还有可能烧毁继电器接点。

3.3 两极接地

合闸控制回路，当A点、B点接地时，电流回路自+KM经过A点后，跳过合闸触点、合闸线圈直通B点，再回到-KM，有可能引起拒合故障，同时控制母线正负极短路，使直流电源保险熔断或开关跳闸，系统失去保护及控制电源，还有可能烧毁继电器接点。分闸控制回路同理(见图4)。

图4 两极多点接地合闸回路控制原理

综上所述，直流系统出现接地后，有可能出现误合、误分、拒合、拒分、保护及控制电源消失、继电器接点烧毁等故障，对于配备多种高压电气设备的大型泵站工程而言，上述故障的存在则可能进一步造成地区行洪排涝、突发水污染事故处置、水源地供水安全、生态补水等重大水事件。

4 故障分析

查阅图纸后得知，11号馈出支路和13号馈出支路分别为变电站高程7.00m层事故应急照明配电箱和泵房高程6.15m层事故应急照明配电箱电源回路。由此可以初步确定，故障源在11号馈出支路和13号馈出支路中，运行人员只需逐段排查11号馈出支路和13号馈出支路及其下级支路绝缘情况即可。

5 故障处置

5.1 拉路排查

5.1.1 拉路试探原理

直流馈出支路数量繁多、分布范围广，接地隐患点更是难以查找，相对有效的办法就是拉路试探，即逐一对每路直流馈出支路空气开关拉闸停电，观察直流接地或绝缘降低现象是否消失；若停电后直流接地或绝缘降低现象消失，则接地点就位于本直流馈出支路空气开关控制的下级回路中；若停电后直流接地或绝缘降低现象继续存在，则本直流馈出支路空气开关控制的下级回路中没有直流接地或绝缘降低现象存在。

5.1.2 直流馈出支路分层分级配置原理

大型泵站工程直流系统中的直流馈出支路空气开关采用分层分级配置，从直流母线往下经过一段线、馈出支路空气开关、二段线、配电箱、三段线至用电末端(见图5)。

图5 直流馈出支路分层分级配置示意图

5.1.3 拉路试探操作

当运行人员单独拉开11号馈出支路事故应急照明空气开关后，故障信号未发生变化，主监控模块EMU10告警记录仅显示“1号母线绝缘下降”和“1#EGU01绝缘模块13号馈出支路绝缘下降”；运行人员合上11号馈出支路事故应急照明空气开关，再次单独拉开13号馈出支路事故应急照明空气开关后，故障信号未发生变化，主监控模块EMU10告警记录仅显示“1号母线绝缘下降”和“1#EGU01绝缘模块11号馈出支路绝缘下降”；运行人员合上13号馈出支路事故应急照明空气开关后，同时拉开11号馈出支路和13号馈出支路事故应急照明空气开关，故障报警指示灯熄灭，报警音响停止，主监控模块EMU10告警记录不再刷新，绝缘检测模块EGU01“RS485”指示灯闪烁、“ALARM”指示灯熄灭，主监控模块EMU10触摸屏绝缘数据显示正母线对地U+：+119.7V，R+：500kΩ，负母线对地U-：-117.6V，R-：498kΩ，系统恢复正常。

5.1.4 缩小拉路操作范围

通过上述故障分析和拉路试探操作，已确定接地故障源为变电站高程7.0m层事故应急照明配电箱和泵房高程6.15m层事故应急照明配电箱及其下级电源回路(见图6～图8)。因这两路均为事故应急照明电源回路，回路电源短暂断开不会影响泵站工程重要设备运行，故运行人员对配电箱内的空气开关再次进行拉合试探操作。

图6 变电站高程7.0m层事故应急照明配电箱NZ1系统

图7 泵房高程6.15m层事故应急照明配电箱NB1系统

图8 泵房高程1.45m层事故应急照明配电箱NB2系统

运行人员首先拉开13号馈出支路事故应急照明空气开关，再拉开变电站高程7.0m层事故应急照明配电箱NZ1内部NZ1-1～NZ1-6回路空气开关，系统恢复正常，说明11号馈出支路事故应急照明空气开关至配电箱NZ1内部总开关一段回路无故障；再依次单独合上配电箱NZ1内部NZ1-1～NZ1-6回路空气开关，仅当单独合上NZ1-4回路空气开关时，系统出现接地故障报警，说明直流接地故障源位于NZ1-4回路中。

同理，运行人员首先拉开11号馈出支路事故应急照明空气开关，再拉开泵房高程6.15m层事故应急照明配电箱NB1内部NB1-1～NB1-6回路空气开关，系统恢复正常，说明13号馈出支路事故应急照明空气开关至配电箱NB1内部总开关一段回路无故障；再依次单独合上配电箱NB1内部NB1-1～NB1-6回路空气开关，当单独合上NB1-1、NB1-3、NB1-5、NB1-6回路空气开关时，系统出现接地故障报警，说明直流接地故障源位于NB1-1、NB1-3、NB1-5、NB1-6回路中。

因NB1-6回路连接泵房高程1.45m层事故应急照明配电箱NB2，故需进一步排查下级回路；运行人员拉开配电箱NB1内部NB1-1～NB1-5回路空气开关和配电箱NB2内部NB2-1～NB2-6回路空气开关，系统恢复正常，说明13号馈出支路事故应急照明空气开关通过配电箱NB1内部总开关至配电箱NB2内部总开关一段回路无故障；再依次单独合上配电箱NB2内部NB2-1～NB2-6回路空气开关，当合上NB2-4回路空气开关时，系统出现接地故障报警，说明直流接地故障源位于NB2-4回路中。

综上所述，确定直流接地故障源分别位于NZ1-4、NB1-1、NB1-3、NB1-5、NB2-4回路中。

5.2 绝缘检测

通过上面拉路试探法，可将接地故障源定位于一段简单回路中，然后就可以用绝缘摇表对故障回路中的每一根接线遥测绝缘，进而把接地故障源限定在电缆、端子或灯具中。若解开电缆两侧端子后遥测电缆绝缘正常，则接地点位于端子或灯具中；若解开电缆两侧端子后遥测电缆绝缘异常，则接地点就位于该段电缆中。照此办法，运行人员分别对上述排查出的故障回路NZ1-4、NB1-1、NB1-3、NB1-5、NB2-4进行绝缘检测，结果见表2。

表2 回路绝缘检测结果

因上述故障回路NB1-1、NB1-3、NB1-5、NB2-4电缆当初施工工艺不当，未采取套管等防护措施而直接埋入混凝土内，加之年代久远，导致电缆多处破损、老化，绝缘严重降低，已无再利用可能，于是对上述故障回路电缆全部进行更换。通过上述处置措施后，直流系统接地问题彻底解决。

6 巩固措施

为防止类似故障再次出现，运行人员采取了全面摸排、改造线路等巩固措施。

6.1 全面摸排

按照事故应急照明电源、通信电源、附属设备电源、储能回路电源、信号回路电源、操作回路电源的顺序，全面摸排回路电缆绝缘、端子连接、用电终端故障等情况，防患于未然。

6.2 改造电路

将泵站事故应急照明电源由直流电改为具有独立双回路供电的交流电，同时将直流电作为事故应急照明灯具的备用电源。

7 结 语

供电方式优化后，直流电源装置未再出现绝缘降低故障报警现象。此故障排查经验及改造优化措施可为同行业者借鉴。