直流系统绝缘降低误报警故障处理及分析

李 霞

（清远蓄能发电有限公司，广东 清远 511853）

0 引言

直流系统是发电厂、变电站的一个重要组成部分，为断路器控制回路、信号回路、继电保护和自动装置等二次回路提供所需的操作电源。直流系统接地可能造成继电保护误动、拒动，危害电网的安全。正常情况下，直流系统正负极均是对地绝缘的，当直流系统绝缘破坏或系统内负荷存在环网时，均会造成直流系统正负极对地绝缘异常。当电厂直流系统出现接地异常时，应及时消除，以保证电厂设备安全稳定运行。

1 清蓄电厂直流接地问题分析

1.1 清蓄电厂直流系统非金属性接地故障现象概述

清蓄电厂地下厂房直流系统自投产以来时常发现多条支路同时出现绝缘降低告警（现场绝缘监测告警定值设置为25kΩ），维持3～5s后自动消失，且无规律的短时再次出现并复归。多条支路常伴随着故障支路发出绝缘异常告警，但实际检查却发现为绝缘监测系统误报警。现场选择一条无绝缘报警的支路，用导线将其正负极对地分别短时间短接（1～10s）。发现除接地短接的支路外还有多条支路显示有绝缘异常，检查发现除接地短接的支路外的支路并不是真正的绝缘降低，而是所在支路电流互感器灵敏度不够高，在其他支路有接地时感应电流造成的支路误报绝缘异常。更换误报警支路电流互感器后此现象有所减弱但并未消失。

清蓄电厂地下厂房直流系统接线方式如图1所示，采用双交流电源输入，分段独立运行，中间以母联开关（正常运行时为断开状态）相连。

1.2 清蓄电厂直流系统非金属性接地故障查找

采用分别测量各故障支路正对地、负对地电压的方法来查找直流接地故障。检查部分故障支路后发现直流系统并未发生永久性接地故障，且母线电压存在小范围内波动，并不适合采取这种方法检查。考虑到清蓄电厂地下厂房直流系统线路相对较长，所带的下级负荷较多、分布较广、较容易受环境的影响（比如灰尘，潮气的腐蚀）造成电缆的绝缘降低及破坏，初步怀疑间断性的绝缘降低告警为现场环境中灰尘或潮湿环境引起。经过长时间对直流系统室内盘柜通风及多次的盘柜清灰，绝缘降低告警出现的虽不如前期频繁，但告警并未完全消除。故排除完全由灰尘、潮气的腐蚀等造成直流系统的绝缘降低。

采用XHJD-1000型直流系统接地故障查找仪对接地故障点进行查找。直流系统接地故障查找仪接地指示灯亮，故障查找仪诊断系统的确有接地。用故障探测仪对直流系统馈电支路进行查找，发现仅有一条支路存在接地现象。确定故障支路后对其直流电源电缆上的同一个点进行多次接地测量发现相同的位置接地点方向指示反复在变换，不同时间测量的接地方向指示都不同。初步怀疑系统内有环路对测试结果造成影响。查看直流系统负荷图确实发现存在负荷接线不当造成两路直流电源负极相连形成了环路。

2 清蓄电厂环路供电系统

2.1 清蓄电厂环路供电系统描述

清蓄电厂SFC系统直流电源为两段母线同时运行，电源分别取自两段母线，在负荷侧采用二极管隔离后同时向负载供电。如图2所示。

图2 清蓄电厂SFC系统直流电源供电示例图

SFC系统直流电源虽然两段直流母线并未直接并联形成环流，但负荷侧正极采用二极管隔离后同时向负载供电，负极并接供给负荷直流负极用电造成两段母线存在电气上的联系，导致整个直流馈电系统形成网络环流。清蓄电厂直流系统两段母线上均装有检测母线对地绝缘的绝缘监测仪，如图3所示。在直流系统正常运行时绝缘监测仪实时监测正负母线的对地电压，测算母线绝缘电阻值。因SFC系统支路本身接地电阻仅为35kΩ，绝缘检测仪判定直流母线绝缘下降时发出报警信号，点亮故障灯，并将故障标志上送监控模块，同时启动低频信号注入一个较小的交流电流信号投向各支路。穿套在该支路的互感器会感应出电流信号，经过放大后进入AD采样并上报监控模块进行支路绝缘降低报警。

图3 绝缘监测仪工作原理框图

因SFC系统将两段完全独立的直流母线在负载侧间接相连，而负荷端对地绝缘电阻又相对较低，故两段直流母线上的两个绝缘监测仪不断地向各个支路投入小电流的交流信号，导致直流系统每段馈电支路上每个直流互感器都能检测到漏电流，致使绝缘检测装置不能正常的检测各支路绝缘情况，频繁的出现SFC系统支路绝缘异常告警。

多条支路常伴随着SFC系统支路发出绝缘异常告警信号，但实际检查却发现为绝缘监测系统误报警。现场选择一条无绝缘报警的支路，用导线将其正负极对地分别短时间短接（1～10s）。发现除接地短接的支路外还有多条支路显示有绝缘异常，检查发现除接地短接的支路外的支路并不是真正的绝缘降低，而是所在支路电流互感器灵敏度不够高，在环路支路检测到小电流流过时电流互感器感应出的感应电流造成的支路误报绝缘异常。更换误报警支路电流互感器后此现象消失。

2.2 环路供电系统电流分布

当直流系统内存在多个负荷环流时，系统电流分布较为复杂。现建立环路供电系统电流分布图如下页图4所示。

在图4所示的环路供电网络中，根据基尔霍夫电流定律

图4 环路供电网络电流分析

对负荷1，存在关系式：

对于负荷2，存在关系式：

对于I段直流母线，存在关系式：

对于II段母线，存在关系式：

由(1)、(2)、(3)、(4)式可组成一个多解方程组。但对于现场接线已经确定的直流系统来说，其对应的每一条支路的电流值与线路阻抗有关，当电缆敷设完成后线路阻抗便已确定，故直流系统中各支路电流值唯一确定。由多解方程式可知，在回路负载绝缘良好的情况下回路电流会根据导线和负载的阻抗进行再分配，对于单条馈线，从母线流入CT的电流与从CT流回负母线的电流不一定相等，就会产生电流差，造成绝缘监测装置误报警。

2.3 直流环路对直流系统安全性的影响

直流系统如果长期处于环路运行，有可能会导致蓄电池使用年限缩短，电缆融化导致火灾，保护误动作几率加大等不安全事件发生。

（1）电缆融化导致火灾：各系统控制回路电缆一般较细，内径较小，在直流系统发生环路故障时，会长期存在一个环路电流，这样会致使电缆长期有电流流过而温度过热，若故障不消除，长期过热将有可能造成火灾事故。

（2）缩短蓄电池使用寿命：当蓄电池在进行浮充电压充电时，由于蓄电池容量及自我放电能力的差别将导致一组蓄电池过充，另一组欠充，会影响蓄电池性能。

（3）存在环流的直流系统内若发生一点接地很容易引发两点及两点以上的接地故障，或因故障点接地电流过大造成保护装置误动作。

3 结语

电厂直流系统日益复杂，增加了直流系统绝缘异常故障查找的困难性，根据现场绝缘检测仪实际报警信息内容，合理利用直流系统接地故障查找仪准确快速的定位故障点有助于提高故障查找效率，有助于维护电厂安全可靠运行。本文对清蓄电厂直流系统绝缘异常问题进行了系统的排查，最终发现其绝缘异常问题系由SFC系统负载侧间接将两段完全独立的直流母线连接在一起造成系统环网运行，因SFC系统支路本身接地电阻较低，仅为35 kΩ，故两段直流母线上的两个绝缘监测仪不断地向各个支路投入小电流的交流信号，导致直流系统每段馈电支路上每个直流互感器都能检测到漏电流，致使绝缘检测装置不能正常的检测各支路绝缘情况，频繁的出现SFC系统支路绝缘异常告警，在小电流交流信号注入间隙，绝缘降低异常告警自然复归。

为彻底解决清蓄电厂出现的绝缘降低异常告警，后续将对SFC系统进行解环。

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