直流系統(tǒng)異常接地的原因及處理

直流系統(tǒng)異常接地的原因及處理

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和電氣工業(yè)的發(fā)展，大型發(fā)電廠和能源站開始運行，其直屬系統(tǒng)變得越來越復雜。此外，隨著能源系統(tǒng)設備的逐漸老化和系統(tǒng)隔離水平的降低，直接系統(tǒng)的接地缺陷案例屢見不鮮。直流系統(tǒng)運行狀況的好壞直接關系到發(fā)電廠和變電站能否正常運行。一點接地是直流系統(tǒng)最常見的絕緣破壞故障,雖不至影響系統(tǒng)正常工作,但若不能及時找到并排除接地點,在系統(tǒng)可能會出現(xiàn)多點接地時,會引起嚴重后果。運行規(guī)程明確規(guī)定了一點接地的允許時間,所以發(fā)生一點接地也應立即排除。鑒于直流系統(tǒng)接地故障的頻繁,危害重大,關于直流系統(tǒng)接地故障檢測的研究正方興未艾,國內外很多研究機構都致力于此方面的研究,并取得了很大的成績,各具特色,各有優(yōu)缺點。本文就各種檢測方法,進行比較分析,以便工作人員針對具體事故情況,選擇較為合適的檢測方法來查找接地故障。1檢測方法的分析與比較1.1在接地故障的情況下,應注意使用了接地條件、因應用電橋平衡法檢測直流系統(tǒng)接地故障的原理:將直流系統(tǒng)兩個正負極對地絕緣電阻和認為設置的兩個電阻R組成平衡電橋。當系統(tǒng)正常運行時,電橋平衡。當系統(tǒng)發(fā)生接地故障時,電橋失去平衡,發(fā)出警告信號。如圖1所示,當系統(tǒng)絕緣狀況良好時,正極與負極對地絕緣電阻R+與R-相等,繼電器中僅有微小的不平衡電流流過,切小于整定值,裝置不發(fā)生報警信號;當發(fā)生接地故障時,電橋失去平衡,繼電器中有較大的不平衡電流流過,繼電器動作后發(fā)出報警信號,指示發(fā)生接地故障。絕緣監(jiān)察裝置正是基于這一原理構成的。通常,當發(fā)電廠和變電站的直流系統(tǒng)發(fā)生接地故障時,均由裝設于直流屏上的絕緣監(jiān)察發(fā)出接地報警信號,現(xiàn)場運行維護人員遵循先信號后操作、顯示外后室內的原則,對直流系統(tǒng)采取拉路尋找、分段處理的步驟,逐步確定接地支路。在現(xiàn)場中絕緣檢查裝置雖然得到了廣泛應用,但其有以下缺陷。(1)該裝置只能判斷整個系統(tǒng)的絕緣狀況,不能直接確定接地故障點的準確位置,必須進行拉開直流線路,逐一確定接地點所在支路;(2)當出現(xiàn)正負極接地等效電阻同等下降或數(shù)值接近時,即使已經(jīng)超越報警界限,裝置也不能動作;(3)當正負極接地等效電阻數(shù)值在正常范圍內,且數(shù)值較大,造成差值較大,裝置會誤報警。,1.2接地管路追蹤近幾年現(xiàn)場不少單位采用根據(jù)變頻原理研制的微機型直流系統(tǒng)接地故障檢測裝置,該裝置彌補了絕緣監(jiān)察裝置的部分缺陷。如圖2所示當直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)察裝置發(fā)生了接地報警信號后,為了檢測出哪條支路發(fā)生接地故障,在發(fā)生接地故障母線與地之間交替注入兩個同幅值低頻率的交流信號,利用電流傳感器探測各支路的低頻電流,通過利用接地故障后兩個低頻交流電流信號比值大于正常情況下兩個電流比值的現(xiàn)象來確定接地支路與接地點,且能求出接地電阻數(shù)值。設注入的兩個信號頻率分別為f1和f2,信號源電壓有效值為恒定值U,系統(tǒng)對地分布電容為C,正常情況下流過支路電容電流分別為If1和If2:當在該支路末端發(fā)生接地故障時,其等值電路如3所以,若分別注入頻率為f1、f2的交流信號時,流過支路的電流為,則有:因此根據(jù)式(2),可利用接地故障后兩個不同頻率電流的比值大于正常情況下電流的比值,來檢測接地支路。該方法在理論上是可行的,基本解決了“低頻探測原理”的不足,但在實際應用中,效果卻不理想,關鍵在于當系統(tǒng)分布電容很大時會出現(xiàn):而當接地電阻很大時會出現(xiàn):因此,隨著接地電阻或直流線路對地分布電容的增大,將無法識別,這樣將無法查找接地支路。這種查找方法的適用范圍有限。目前采取這種原理進行在線監(jiān)測的裝置有很多,其共同特點是可以實現(xiàn)故障點監(jiān)測,但受系統(tǒng)分部電容電流影響較大,使其接地檢測及支路查找成功率降低。同時應指出,因須向直流母線注入低率交流信號電壓進行檢測接地故障,增大了直流系統(tǒng)的電壓紋波系數(shù),影響直流系統(tǒng)的安全運行。1.3漏電流同時接地檢測差流檢測原理的基本原理圖如圖4所示。在直流支路套裝電流傳感器,采集流過直流支路上的不平衡電流,即流過正極與負極饋線的電流差值。正常情況下,開關S+、S-閉合,正極與負極饋線無電流差In+=In-,直流電流傳感器無信號輸出。當支路發(fā)生單極接地故障時,假設負載所在支路正極發(fā)生接地故障,接地電阻為Rd+,Rd-會與R2形成回路,產生接地漏電流Ir,其數(shù)值為:流過負載所在支路正母線的電流為入I1+,流過負載所在支路負母線的電流為入I1-,根據(jù)基爾霍夫電流定律可得:由上式可以看出,流過接地電阻Rd+的電流值Ir,是流過負載所在支路正負母線電流I1+、I1-的差值,而套裝在負載所在支路的直流微電流傳感器采集的就是該支路正負母線對地不平衡電流,即流過接地電阻Rd+的電流Ir。若用漏電流法檢測兩極同時接地故障,需要對圖4中電阻R1和R2(兩者數(shù)值相等均為R)進行切換。這是由于漏電流傳感器檢測的是支路正、負極不平衡電流,若不切換電阻,當發(fā)生兩極同時接地故障,支路正、負極都有漏電流流過,且方向相反,傳感器將檢測不到漏電流信號。檢測方法如下:假設負載2所在支路發(fā)生兩極同時接地故障,正負極接地電阻分別為Rd+和Rd-。該方法存在的問題是,若要檢測正負極同時接地情況,需要頻繁對正負母線切換接地電阻,從而形成漏電流回路,接地電阻的頻繁切換很容易造成繼電器等保護設備的誤動作。合上開關S+,斷開開關S-,直流電流傳感器測得電流I1,根據(jù)電路定理有:合上開關S-,斷開開關S+,直流電流傳感器測得電流I2,根據(jù)電路定理有:可得如下解:求得的Rd+和Rd-即為正負極接地電阻值。采用差流檢測原理檢測直流系統(tǒng)接地故障有如下特點:(1)直流傳感器是直接套裝在直流負荷支路上,直接對直漏電流信號進行采樣,無需注入交流信號給直流系統(tǒng),對直流系統(tǒng)的安全運行沒有影響;(2)所檢測的接地電阻不受支路對地分布電容影響;(3)能檢測多條支路同時接地的情況。2接地網(wǎng)絡選線和設備落后正是由于接入直流系統(tǒng)的負荷性質不同,直流系統(tǒng)電壓各異,接地檢測設備的原理、技