山西电网直流绝缘监测仪运行情况分析

尉 镔

(山西省电力公司,山西太原 030001)

山西电网直流绝缘监测仪运行情况分析

尉 镔

(山西省电力公司,山西太原 030001)

指出系统的绝缘状况对继电保护和变电站的安全稳定运行起着非常重要的作用,绝缘监测装置是检测变电站直流电源系统绝缘状况的重要设备,通过对山西电网部分变电站绝缘监测仪现场校验的测试数据进行分析,发现绝缘监测仪存在电压波动、无两极接地检测功能、装置自带较大对地电容、高阻接地时正负极对地电压偏差过大等问题,提出解决措施。

绝缘监测仪;校验;两极接地;对地电压波动;对地分布电容

0 引言

变电站直流电源系统绝缘监测仪是在线检测直流系统绝缘状况的重要设备,运行维护人员主要通过该设备判断系统绝缘情况,并进行接地故障查找处理。

目前,微机化的绝缘监测仪除有告警功能外,还具备接地支路选线功能。告警检测主要采用平衡桥、乒乓及双桥等原理,而接地选线则主要采用漏电流和注入信号2种方式,通过穿芯互感器检测支路的漏电流或低频信号电流大小来判断支路是否接地。由于系统的复杂性,发生接地的方式很多,如单极单点接地、单极多点接地、2套直流系统串入导致系统绝缘低、交流电源串入直流系统等。

为全面了解山西电网绝缘检测设备的运行状况,从2008年12月至2009年7月,对部分单位的40多座110 kV及以上变电站的绝缘监测装置和系统对地电容进行了全面的检测。以下主要通过某分公司18个变电站的测试数据,从高阻正负极偏差过大、正负极对地电压波动过大、绝缘监测仪自带较大对地电容、无两极接地检测功能4方面来探讨绝缘监测仪的的缺陷对直流系统运行安全的影响。

1 在线检测方法

本次分析的18个变电站中,包括110 kV变电站5个、220 kV站11个、500 kV站2个,检测时间在2008年11月17日至11月25日。

1.1 绝缘监测装置的校验

直流绝缘监测装置的现场校验采用专用的直流接地校验仪进行,校验原理如图1,将待校验的绝缘监测仪的+KM(母线)、-KM及接地线,从运行的直流系统解开,再分别接入专用直流接地校验仪对应端子,另将其接地支路穿过绝缘监测仪的支路检测互感器 (CT)。专用校验装置可输出直流系统电压、直流系统电容、支路对地电容,并可模拟各种接地类型故障。

图1 直流接地校验仪校验原理接线

1.2 对地电容的测量

采用专用的对地电容测量设备,带电测量运行中直流电源系统的对地电容,如图2所示。该设备通过向系统中注入1个超低频、低电流、低功率的交变信号,通过检测系统容抗大小,来检测系统分布电容。

2 校验数据分析

a)电压波动,引起正负极压差超过40 V,有6个站,占33%。

图2 对地电容测量

当直流系统存在接地故障或绝缘降低时,电压产生波动,引起系统正负极压差过大,最高的台头110 kV站,正负极压差为 170 V,其中霍州500 kV站虽然波动为42 V,因其为110 V系统,如果换算为220 V系统,将为84 V。各站测试情况如表1。

表1 电压波动情况表

对于直流系统正负极电压波动的情况,运行维护人员有所反映,但对具体产生原因和过程了解不是很清楚,通过这次校验,对绝缘装置问题导致正负极对地电压波动的情况有一个较清晰的了解。

b)绝缘电阻虽未达到25 kΩ告警值,因系统绝缘降低,引起正负极压差超过40 V,有15个站,占83.3%。

测试中模拟系统绝缘电阻降为100 kΩ,在15个对地电压差超过40 V的变电站中,最高电压差达180 V。数据见表2。

表2 绝缘降低导致正负极压差超过40 V统计表 V

100 kΩ接地由于远大于接地故障告警整定值25 kΩ,绝缘监测装置不发告警信号,运行维护人员并不认为发生了接地故障,因而不会处理。这样将导致直流系统长期在正负极压差过大的环境中运行。文献[1]指出,当电压偏离50%母线电压时,如果发生接地故障极易造成保护误动。

c)绝缘监测装置内,带有较大的对地电容,有2个站,占11%。

测试表明,500 kV临汾、220 kV郑庄两站,绝缘监测装置本身对地各有近200μF的电容,结果如表3所示。

表3 绝缘绝缘装置带对地电容情况表

从表中数据分析,500 kV临汾、220 kV郑庄两站,绝缘装置本身对地各有超过200μF的电容。由于电容的充放电作用,在控制回路发生接地时,易造成保护误动。

d)两极接地不能告警。

从校验情况看,在所校验的18个站中,有14个站的直流绝缘监测装置没有两极接地告警功能,占校验站数的77%。

3 绝缘监测仪问题对系统安全的影响

3.1 电压波动

如图3所示,有些绝缘装置通过切换k1、k2,分别在正负极不同时刻投入电阻R1、R2,增加接地信号电流,以便更容易检测出接地支路。

上述切换,将使正负极对地电压产生上下波动,波动曲线如图3b,图中虚线表示直流系统存在对地电容时其充放电过程。不难发现,当投入k1,即在正极接入电阻R1时,负极对地电压可能大于50%母线电压。当如图3a出口继电器回路接地时,如嘉泉站电压波动为101 V,则意味着加在线圈两端的电压为0.5×220+101/2=165.5 V,大于70%母线电压 (154 V),该继电器必误动!

可见对地电压大幅波动是非常危险的。

据了解,在全国各地因绝缘装置电压波动问题导致的安全事故很多,也证明了电压波动对直流系统安全运行存在较大的影响。

3.2 两极接地

两极接地故障是指直流系统正负母线绝缘电阻同时降低或出现接地的现象,一般认为这种情况极少发生,可以不予考虑,实际情况并非如此。虽然在本次检测中,没有发现系统中存在两极接地的情况,但在广东某地在现场校验中,发现系统正负极绝缘都只有10 kΩ左右而装置没有告警的情况。在最近浙江几个变电站检查中,发现因报废的绝缘装置接线没有解除,装置中的平衡桥没有退出造成系统两极绝缘降低的情况。

图3 电压波动产生原因

两极绝缘下降如果长期存在于直流系统而又不被发现并排除,将使直流系统面临出现大的短路电流的风险,随之引起火灾和损坏直流电源。还会降低接地检测的灵敏度,有一点接地故障发生时,不能准确告警,给系统留下安全隐患。

3.3 高阻时正负极对地电压偏差过大

这主要是绝缘监测装置平衡桥电阻选择的问题所致,目前绝缘装置的基本检测原理均采用平衡桥原理,基本原理如图4所示。

图4 平衡桥电阻检测原理

从以上电路可以得出:

平衡桥电阻值选择越大,当任一极发生绝缘降低时,两极所产生的压差越大。

3.4 装置正负极带较大的对地电容

在本次检测的变电站中发现有装置带了近200μf的对地电容。这是绝缘装置生产厂家只考虑自身装置加大电容后,可提高装置的抗干扰能力,而没有考虑到电容加大后,人为提高了系统对地电容值,从而提高了保护误动的风险。

4 问题的整改

根据上述绝缘监测装置存在的问题和现场实际情况,认为对绝缘监测装置的整改可采取以下几种方案来进行。

a)绝缘监测装置的生产厂家对发现的问题进行现场改造、更换。

b)选择技术较先进的厂家对绝缘监测装置进行整体改造。

c)加强对现场运行绝缘装置的现场巡检和定期校验。

目前,在山西省太原、晋中等地已针对绝缘监测装置存在的问题,对部分问题较为严重的变电站进行了整改,从现场验收和改造后的运行情况看,达到了预期的效果。

5 结论

对山西电网在运的直流绝缘监测装置采用专用校验设备进行全面校验,发现了原电阻法对绝缘装置进行校验所未发现的问题。在电阻法进行校验时,在系统中接入1个25 kΩ的电阻,检测人员担心会导致系统绝缘降低,从而只能对绝缘监测装置进行最基本的报警功能检测,而对影响系统安全的因素无法做全面的试验。有鉴于此,有必要采取如下措施解决绝缘装置存在的问题。

a)建议配备专用校验仪器,定期对 “绝缘监测仪”进行校验,对绝缘监测装置的性能进行全面评估。

b)在今后设备选型和技术改造方面加强产品技术环节的审查,防止技术缺陷产品进入电网运行。

c)对 “绝缘监测仪”由于自身的问题导致电压波动较大或带有较大的对地电容的装置,要尽快进行整改,以及时消除系统安全隐患。

d)加强绝缘检测相关专业方面的技术培训和技术交流。

[1] 黄剑.便携式直流接地检测仪对电力设备运行的影响分析 [J].广东电力,2007,20(3):34-37.

YU Bin
(ShanxiElectric Power Corporation,Taiyuan,Shanxi 030001,China)

The state of insu lation plays an essential ro le in relay p rotection and the stab le operation of substation.Insulation monitoring device is key for testing the insulation status of DC pow er system in substation.Based on the analysis of the data from on-site calibration o f insulationmonitors in some of the substations of ShanxiG rid,it is found that there are some problems on the insulation monitors,involving voltage fluctuation,non-polarized grounding detec tion,installation of a larger built-to-ground capacitance,the deviation of positive-and-negative-to-ground voltage being too large and so on,and the so lutions thereof are proposed.

insulation monitor;check;bipolar grounding;voltage f luctuations to ground;distributed capacitance to ground

TM 762

A

1671-0320(2010)02-0018-03

2010-01-11,

2010-03-02

尉 镔 (1975-),男,山西大同人,1997年毕业于太原理工大学电力系统及自动化专业,工程师,从事变电运行和直流工作。