金银台水电站两组直流电源负极串电引起直流接地信号误报的分析与处理

王泽洪

(四川港航嘉陵江金沙航电开发有限公司金银台电站，四川阆中 637400)

1 概述

金银台水电站220 V 直流系统分别由蓄电池组与浮充电装置并联运行，通过双母分段运行方式构成直流供电系统。各支路通过直流环网形成不间断供电，主要为全厂控制回路、信号回路、继电保护自动装置、断路器分合闸操作等提供稳定可靠的不间断电源。直流负荷为环形接线，由于环网运行存在分支支路长，负载多，回路复杂，合环、分环点不明确，查找故障困难等问题，我站按照电力企业DL/T5044-2004《电力工程直流系统设计技术规程》和《发电厂并网安全性评价标准》要求，在2011年检修时把全站的直流系统馈电网络改为简单的辐射式供电网络。

金银台水电站在进行220 V 直流系统馈电网络技改过程中，发现全厂两段直流电源有三个负荷支路一直在合环运行，未在规定的解环点解环。于是，检修人员对三个支路环网逐一解环，在把最后一个环网的空开断开后，直流屏上的绝缘在线监测仪发出“直流Ⅰ、Ⅱ段负母线接地”报警信号，直流监控模块同时发出声光报警信息并一直持续。检修人员用万用表分别测量两段直流母线对地电压:Ⅰ段正对地电压为168 V，负对地电压为58 V;Ⅱ段正对地电压为57 V，负对地电压为168 V。检修人员分析:在报警前只对三个直流环网空开进行了操作，而全厂其它地方未开展相关作业，于是又将刚刚断开的环网空开合上，此时直流屏和绝缘监测仪上的报警信号自动消除。再用万用表测量两段正负母线对地电压均为113 V左右，电压正常。检修人员对刚刚操作的直流空开及电源连接线进行了仔细检查，未发现有接地迹象。但只要断开直流合环空开，直流系统就会持续报警。为了不影响电站的正常生产，保证直流负荷可靠运行，在没有查找出故障根源之前，全厂直流系统仍暂时保持之前的合环运行方式。在运行中，直流屏经常间歇性报“直流Ⅰ、Ⅱ段负母线瞬时接地”故障信号。

2 直流系统绝缘监测的基本原理及直流接地的危害

2.1 直流绝缘在线监测装置的基本工作原理

在直流系统中只允许有一个接地点，就是利用监测装置中的绝缘监测继电器的接地点，通过装置引出至外壳接地。绝缘监测继电器利用平衡电桥原理，当直流系统的正极或负极对地绝缘阻抗降低到某一规定值或设定值，即正对地电压或负对地电压差使电桥失去了平衡、发生了变化即可判定绝缘下降。如图1所示，若绝缘监测继电器线圈KS 中有电流流过并达到启动值后，就会启动其接点发出接地故障信号。

2.2 直流接地对继电保护装置运行的危害

(1)直流正极接地有造成保护误动的可能性，一般跳闸线圈(如出口中间线圈和跳闸线圈等)接电源负极，如果跳闸回路绝缘不好或突发接地，就有可能造成保护误动。

(2)直流负极接地时，如果跳合闸回路产生接地，就有可能短路该回路而使保护拒动，造成保护越级动作，扩大事故范围。若回路中两点或多点同时接地故障，将跳闸或合闸回路短路，容易烧坏回路中的继电器等设备。

图1 直流系统绝缘监测装置基本原理图

图2 主变保护屏保护装置电源接线错误示意图

3 故障分析及处理

3.1 故障分析

(1)直流绝缘监测装置本身有故障;

(2)直流负荷或直流母线负极有间接接地现象;

(3)环网运行的整个直流网络或接线本身存在问题，可能存在非金属性接地情况。

3.2 故障处理

直流系统有故障就应迅速排除，以免事故扩大。检修人员进行了多次讨论分析，对可能出现的接地故障点仔细排查，都没有找出真正报警的原因。由于直流系统属于不间断电源，不能随意大范围停电查找，因此，检修人员决定选择电站线路全部停电时对全厂直流系统进行全面检查。

(1)当线路全停电时，机组也处于全停状态，检修人员对直流电缆绝缘及各个直流负荷接线端子进行了检查，均未发现问题。此时，所有直流负荷都可以停电检查，采取常用的“拉路法”查找接地故障。

(2)先把两段直流环网解开，使两段直流电源独立运行，把两段直流馈电屏上的所有直流输出空开断开，此时绝缘监测仪没有报警，从而证明两段直流母线没有接地故障。

(3)再对每一个支路进行合闸试验，逐一排除，最终把故障范围缩小到GIS 室直流负荷上。将其它负荷开关全部合上，断开GIS 室直流负荷，此时绝缘监测装置没有报警，测量母线对地电压亦正常，但只要一合上GIS 室这一组直流电源开关，直流接地立即报警。

(4)检修人员根据相关图纸资料，对GIS 室直流电源接线及所连负荷逐个查找、核对，在主变保护屏内查找出一组接线与厂家图纸要求接线位置不符，如图2所示。而屏柜内的实际接线是按成都院所提供的图纸接线，经过仔细对比，发现两份图纸接线位置不一致，电源Ⅱ负极(接X:10端子)错接在了公共电源负极X:11端子上，当直流I 段失电后，直流电源Ⅰ段负极通过继电器触点2JJ12-2与Ⅱ段负极连通，使电源Ⅰ的负极与电源Ⅱ的负极构成回路，造成直流绝缘监测装置中的平衡电桥失去平衡，引起装置报警，同时也就出现了以前测量电压时Ⅰ段正对地电压为168 V，负对地电压为58 V;Ⅱ段正对地电压为57 V，负对地电压为168 V。

(5)在检修人员按照厂家图纸要求对端子接线进行变更后，绝缘监测装置再无报警现象出现，电压恢复正常。此现象说明，在直流系统中，使用环网运行确实存在一定的弊端，如果为辐射式拓扑供电方式，此类故障的查找就比较方便。

(6)通过直流系统的改造，两段直流系统完全独立运行。经过近几个月的运行观察，直流系统运行稳定。

4 结语

直流串电故障是指两套或两套以上直流电源有一点连在一起的故障现象。由于电站直流供电回路较多，故出现这种直流串电故障也较多。特别是环网运行的直流系统，一组直流接地故障会直接影响到另一组，进而影响到整个电站设备的安全稳定运行，甚至引起事故扩大。因此，直流系统的供电方式最好采用辐射式拓扑结构，其能够避免电气设备相互之间造成影响，从而确保直流系统供电的可靠性。