直流母线对地电压波动原因分析及解决方案

2012-10-27赵俊蕾

中国科技信息 2012年22期

关键词：电桥继电器直流

赵俊蕾

河北沧州供电公司

直流母线对地电压波动原因分析及解决方案

赵俊蕾

河北沧州供电公司

在投运的变电站直流电源系统中，经常会出现“正负直流母线对地电压”不停地波动变化，波动幅度还都比较大，这就会导致故障录波器频繁启动，同时对直流电源系统受电设备的安全运行造成了隐患，如：可能导致保护出口继电器的误动等事故，本文主要对波动的原因进行分析、由波动引发的影响进行总结以及提出解决方案。

直流电源系统；正负直流母线对地电压；绝缘监察装置；平衡桥；不平衡桥

1 正负直流母线对地电压波动产生的原因

由于直流电源系统为不接地系统，因此在系统中装设了用于监察并查找绝缘故障（或接地）的装置——绝缘监察装置，绝缘监察装置的运行可能导致正负直流母线对地电压的变化，下面对其进行分析。

1.1 绝缘监察装置工作原理

绝缘监察装置主机检测正负直流母线的对地电压，通过对地电压计算出正负母线对地绝缘电阻。当绝缘电阻低于设定值时，发出报警信号。目前，检测绝缘故障的方法只有两种，平衡电桥检测法和不平衡电桥检测法：

1.1.1 平衡电桥检测法

平衡电桥法在绝缘监察装置主机内部设置2个阻值相同的对地分压电阻R1、R2，通过它们测得母线对地电压V1、V2。平衡电桥检测原理框图见图1。

图1 平衡电桥检测原理图

当Rx=Ry=∞时，系统无接地。此时，V1=V2＝110V。

当系统单端接地时，得以下方程（1）：

通过此方程式可求得单端接地电阻Rx或Ry。

当系统出现双端接地时，得以下方程（2）：

此时，不能直接求解，处理方法是将Rx、Ry中较大的一个视为无穷大，按单端接地的情况求解，所求得的接地电阻值大于实际值。Rx、Ry的实际值越接近，则测量误差越大，达到Rx=Ry时，测量误差∞。

1.1.2 不平衡电桥检测法

不平衡电桥检测是由主机内部两个阻值相等的对地电阻通过电子开关K1、K2按照一定的开合顺序接地。不平衡电桥检测原理见图2。

图2 不平衡电桥检测原理图

在一个检测周期内，K1闭合K2断开，测得V1、V2，得方程（3）

然后K1断开K2闭合，经一定延时后再次测量V1、V2，得方程（4）

解联立方程（3）、（4）就可直接求得正负母线接地电阻Rx、Ry。

1.2 正负直流母线对地电压产生的原因

绝缘监察装置的两种检测模式——平衡电桥和不平衡电桥由于本身电路的限制，都有各自的优点及缺点，其比较见下表。

表1 平衡电桥和不平衡电桥检测对比表

从上述对比中可以看出，要想在各种状况下都能准确测出绝缘故障，就必须选用不平衡桥检测模式，但不平衡桥检测模式就会导致正负直流母线对地电压的波动变化。

2 正负直流母线对地电压波动引发的影响

正负直流母线对地电压波动会对变电站内事故监测设备及直流电源系统受电设备造成下列影响。

2.1 对故障录波器的影响。

由于正负直流母线对地电启动压在波动过程中超过了故障录波器的设定值，导致故障录波器频繁启动。

2.2 对直流电源系统受电设备的影响。

直流电源系统为不接地系统，当出现一点绝缘故障时，系统应正常运行，不应对受电设备的安全运行造成影响。但由于正负母线对地电压的波动幅值过大就会造成受电设备的误动或拒动，原因分析如下：

误动分析：如图3，J2为保护出口继电器，其动作条件为动作能量（大于5W）和电压（大于55～75%UN）；

图3

1）配电线路中的分布电容可以提供J2的动作能量；

2）当J2和J11之间发生一点接地时，如果负母线对地电压又高于55%UN就可能会满足J2的动作电压条件；

综上所述，由于配电线路中的分布电容无法控制，只能控制母线对地电压的波动范围，若负母线对地电压幅值高于55%UN，在发生一点接地故障时，即使控制接点J11未闭合，也可能会导致保护出口继电器J2动作，即保护出口继电器J2误动。

拒动分析：如图4，J3为保护出口继电器，其动作条件为动作能量（大于5W）和电压（大于55～75%UN）；

图4

1）配电线路中的分布电容可以提供J2的动作能量；

2）当J2和J11之间发生一点接地时，如果负母线对地电压又高于55%UN就可能会满足J2的动作电压条件；

综上所述，由于配电线路中的分布电容无法控制，只能控制母线对地电压的波动范围，若负母线对地电压幅值高于55%UN，在发生一点接地故障时，即使控制接点J41已断开，其保护出口继电器J3也可能不复归，即保护出口继电器J3拒动。

正负直流母线对地电压波动严重危害到了对受电设备的安全运行，必须对绝缘监察装置的运行模式及参数加以规范。

3 针对“正负直流母线对地电压波动引”的解决方案

由于要想实现“任何绝缘故障均能准确检测”的目标，就必须用到“不平衡桥检测法”，所以“正负母线对地电压波动”就不可避免，只能从以下三个方面去解决：

3.1 减少不平衡桥的运行次数

规定绝缘监察装置正常运行在平衡桥模式，每天只投入一次不平衡桥，并且在上班开始的时间投入，便于运维人员观察、处理。

3.2 减小正负母线对地电压的波动幅度

由于保护出口继电器的最小动作电压为55%UN，因此应控制正、负母线对地电压的压差不能超过10%UN，否则就会影响受电设备的正常运行，同时正负母线对地电压波动幅度超限时应报警。

3.3 采用绝缘监察装置与绝缘监察继电器配合使用方式

传统的绝缘监察继电器作为绝缘监视的最初装置，能够在母线对地绝缘达到继电器整定值时动作发出信号，以提醒运维人员及时进行查找接地故障。而绝缘监察装置以上两种解决方案均存在不利影响，如采用两者配合使用的方式，在系统正常运行时，将绝缘监察装置退出运行，采用绝缘监察继电器监视直流系统对地绝缘。当直流系统发生接地故障时，绝缘监察继电器动作发出告警信号，此时运维人员到站后可以将绝缘监察装置投入运行，通过绝缘监察装置快速选出故障支路，这样即避免了因绝缘监察装置检测时因电压波动不合格引起保护误动误动作跳闸和故障录波器频繁启动，又能在直流系统发生接地时，有效利用绝缘监察装置的先进性快速选出故障之路，两者起到了互补的作用。