2017, Vol. 35 
2. 京能新能源内蒙古分公司, 呼和浩特 010070
2. Jingneng New Energy Inner Mongolia Branch, Hohhot 010070, China
乌兰伊力更风光电站220V站用直流系统主要由2段直流母线构成，1号蓄电池组带直流Ⅰ段母线运行，由1号直流充电柜带1号蓄电池组浮充电运行；2号蓄电池组带直流Ⅱ段母线运行，由2号直流充电柜带2号蓄电池组浮充电运行。2段母线之间通过母联断路器连接。正常运行时，母联断路器断开。每段母线装设WJY-3000A型直流系统绝缘监测装置，用以检测直流系统及各馈线直流接地故障[1]。
2 站用直流系统接地故障2016-09-02，全站停电检修期间，检修人员在对220kV断路器进行SF6密度继电器信号传动过程中，发现当220kV高压断路器报“SF6低气压闭锁二”信号时，变电站监控后台报“220V直流Ⅰ母、Ⅱ母绝缘降低”告警信号。同时，直流系统绝缘监测装置显示直流Ⅰ母正母电压由115V下降至25V，负母电压由-115V变为-205V；直流Ⅱ母正母电压由115V上升至195V，负母电压由-115V变为-35V。直流Ⅰ母正母绝缘由999.99kΩ降至15kΩ，负母绝缘仍为999.99kΩ；直流Ⅱ母负母绝缘值由999.99kΩ降低至18kΩ，正母绝缘值仍为999.99kΩ。
进一步检查监测装置显示的故障支路编号，直流Ⅰ母故障支路为19支路，即“220kV高压断路器控制电源Ⅰ”支路；直流Ⅱ母故障支路为19支路，即“220kV高压断路器控制电源Ⅱ”支路。因此，断开直流馈线屏内220kV高压断路器控制电源Ⅰ空开和220kV高压断路器控制电源Ⅱ空开，直流Ⅰ母正母电压恢复为115V，负母电压恢复为-115V，正母绝缘恢复为999.99kΩ；直流Ⅱ母正母电压恢复为115V，负母电压恢复为-115V，负母绝缘值恢复为999.99kΩ；变电站监控后台“220V直流Ⅰ母绝缘降低”及“220V直流Ⅱ母绝缘降低”告警信号消失。
3 故障原因分析与处理故障发生后，检修人员依次对220kV断路器二次接线进行检查。
（1）对故障支路进行绝缘测试，故障支路直流正、负极电缆对地绝缘值均在500MΩ以上，未发现回路异常接地情况；
（2）在故障回路带电条件下，使用钳形电流表进行测试，未发现直流系统存在交流寄生回路[2]；
（3）分析220kV断路器二次接线，发现SF6低气压闭锁回路存在问题，具体情况见图 1与图 2。
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图 1 断路器SF6低气压闭锁二回路图 |
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图 2 断路器SF6低气压闭锁一回路图 |
图 1中，2BP为SF6低气压闭锁二回路的正极电源，上级电源为220V直流Ⅱ段正极，正常运行时电压为+110V；2BN为SF6低气压闭锁二回路的负极电源，上级电源为220V直流Ⅱ段负极，正常运行时电压为-110V。2BP与2BN直流电源均来自直流Ⅱ段馈线“220kV高压断路器控制电源Ⅱ”空开。TB2/66端子为220kV高压断路器SF6密度继电器低气压闭锁二压力常开触点63GL2的正电源端子，TB1/30端子为220kV高压断路器SF6低气压闭锁二信号继电器的负电源端子。当220kV高压断路器SF6密度继电器压力常开触点63GL2闭合时，SF6低气压闭锁二信号继电器63GLX2线圈得正电后回路导通，变电站监控后台报“220kV高压断路器低气压闭锁二”信号。
图 2中，1BP为SF6低气压闭锁一回路的正极电源，正常运行时电压为+110V；1BN为SF6低气压闭锁一回路的负极电源，正常运行时电压为-110V。1BP与1BN的直流电源来自直流Ⅰ段馈线“220kV高压断路器控制电源Ⅰ”空开。TB1/22端子为220kV高压断路器SF6密度继电器低气压闭锁一压力常开触点63GL1的正电源端子，TB1/28端子为220kV高压断路器SF6低气压闭锁一信号继电器的负电源端子。当220kV高压断路器SF6密度继电器压力常开触点63GL1闭合时，SF6低气压闭锁一信号继电器63GLX1线圈得电后回路导通，变电站监控后台报“220kV高压断路器低气压闭锁一”信号。
但在实际接线中，SF6低气压闭锁二回路中SF6密度继电器低气压闭锁二压力常开触点63GL2的正电源未按图 1所示接在TB2/66端子上，而接在TB1/22端子上。该端子正电源为1BP，由直流Ⅰ段正母供电。这一情况，导致TB1/22端子同时为“断路器低气压闭锁一”信号回路与“断路器低气压闭锁二”信号回路提供正极电源，详见图 3。
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图 3 断路器SF6低气压闭锁二实际信号回路图 |
图 3中，接线错误导致SF6低气压闭锁二信号回路正极电源由220V直流Ⅰ段提供，负极电源由220V直流Ⅱ段提供。当SF6密度继电器低气压闭锁二压力常开触点63GL2闭合时，SF6低气压闭锁二信号继电器63GLX2线圈得电，SF6低气压闭锁二信号回路导通告警，同时直流系统报接地告警。
为此，依据设计图纸，将TB1/22端子中接错的二次线转移至TB2/66端子上。再次对220kV高压断路器进行SF6密度继电器信号传动，变电站监控后台信号上传正确，未报出其他异常信号，同时220V直流系统运行正常。
4 直流系统绝缘监测装置应用在本次直流接地故障中，由于接线错误，导致SF6密度继电器低气压闭锁二压力常开触点63GL2的直流正电源由直流Ⅰ段提供，直流负电源由直流Ⅱ段提供。按照常规思路，断路器低气压闭锁二信号回路虽正极接线有误，但并未直接接地，直流系统不应报出直流接地告警。为此，结合图 4所示直流系统绝缘监测装置工作原理，对故障回路进行深入分析。该直流系统对地绝缘监测情况分为如下4种情况[3]：
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图中：R1、R2—绝缘监测仪主机内部电桥电阻，R1=R2=33 kΩ；+KM—直流正极母线；V1—+KM检测对地电压；Rx—+KM检测接地电阻；-KM—直流负极母线；V2—-KM检测对地电压；Ry—-KM检测接地电阻 图 4 绝缘监测装置电桥工作原理图 |
（1）当系统检测无接地时，Rx=Ry=∞，V1=110 V，V2=-110 V；
（2）当直流正极或负极单端接地时，Rx=∞或者Ry=∞，绝缘监测仪主机通过检测V1与V2的电压量变化可求出接地电阻值；
（3）当直流正极与负极同时接地出现平衡接地时，Rx=Ry≠∞，V1=110 V，V2=-110 V，绝缘监测仪主机内部进行检测进而求出接地电阻值；
（4）当直流正极与负极同时接地出现不平衡接地时，Rx≠Ry，绝缘监测仪主机通过检测V1与V2的电压变化量可求出接地电阻值。
对于本次220 V直流接地故障中，因接线错误，监测装置电桥回路内出现电流，其接地告警原理如图 5所示。
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图中：+1KM—直流Ⅰ段正极母线；-1KM—直流Ⅰ段负极母线；+2KM—直流Ⅱ段正极母线；-2KM—直流Ⅱ段负极母线；R1、R2—1号直流系统绝缘监测装置内部电桥电阻；R3、R4—2号直流系统绝缘监测装置内部电桥电阻 图 5 直流系统接地告警原理图 |
当SF6低气压闭锁二压力常开触点63GL2未闭合时，1号直流系统与2号直流系统独立运行；当63GL2点闭合时，SF6低气压闭锁二信号继电器63GLX2线圈得电，变电站监控后台“220 kV高压断路器SF6低气压闭锁二”信号报出，而SF6低气压闭锁二信号继电器63GLX2线圈中通过的微小电流对直流绝缘监测装置的平衡电桥产生干扰，导致1号直流系统绝缘监测装置检测到直流Ⅰ段正母接地，2号直流系统绝缘监测装置检测到直流Ⅱ段负母接地，检测原理如图 6所示。
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图 6 直流系统绝缘监测装置检测原理图 |
可见，对于正常情况下的直流系统正、负极直接接地故障以及非典型、间接接地的直流系统接地故障，使用基于平衡电桥原理的直流系统绝缘监测装置均可以准确、有效地进行检测。
5 结语通过此次非典型220 V直流系统接地故障原因分析及处理，解决了设备缺陷，同时验证了该站直流系统绝缘监测装置的灵敏性与可靠性。另外，暴露出电站人员在设备信号传动工作中不够认真细致，没有及时发现设备隐患并予以处理[4-5]。今后在设备信号传动工作中，应结合图纸，认真核对设备实际接线，防止出现二次回路接线勾连情况而造成事故的扩大。
| [1] | 能源行业发电设计标准化技术委员会. 电力工程直流电源系统设计技术规程: DL/T 5044-2014[S]. 北京: 中国计划出版社, 2014. |
| [2] | 杨建中, 赵洪春. 变电站直流系统接地故障的论述[J]. 科技与企业, 2015(20): 219. DOI:10.3969/j.issn.1004-9207.2015.20.206 |
| [3] | 田亮, 葛飞. 基于电桥原理的直流绝缘监察方式浅析[J]. 电子世界, 2015(17): 169–171. |
| [4] | 许志华, 李志兴. 变电站直流系统接地故障分析[J]. 电工技术, 2010(9): 58–59. |
| [5] | 周珊. 变电站直流系统接地故障分析与查找[J]. 科技创新导报, 2013(36): 57. DOI:10.3969/j.issn.1674-098X.2013.36.045 |