直流系统绝缘不良误报警问题分析与处理

沙 澎

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北唐山 063210）

1 引言

直流系统是变电站二次系统的重要组成部分,是变电站控制保护的基础，为全站的保护及通信自动化设备提供直流电源。作为继电保护控制系统的电源来源，直流系统在变电站系统安全稳定运行中的重要地位不言而喻。

而绝缘不良报警问题作为直流系统的多发问题，往往并不是简单的线路破损造成的，直流系统的接线方式、直流用电设备回路结构等潜在问题时刻影响着变电站二次系统的正常运行，甚至可能引发更大的变电站主系统的事故。

2 问题描述

某变电站直流系统配置两套蓄电池组、两套独立整流模块，设置两段直流母线分列运行，每段母线均安装独立的绝缘监察设备，如图1所示。投入运行后，两段母线的绝缘监察设备间断发出若干支路“绝缘不良”报警，故障信号不能复归。微机测控装置显示220 V直流一段+KM+162 V，-KM-58 V；220 V直流二段+KM+152 V，-KM-66 V。

3 检查、分析

根据绝缘监察装置的报警信息及故障现象，初步判断为直流系统某处存在绝缘不良。我们采用人工拉路法手动短时切除各配电线路的方式逐一排查，以求尽快缩小排查范围。按照一般负荷、较重要负荷、重要负荷的顺序依次拉路检查：

图1 直流系统配置图

断合事故照明回路；断合直流通信电源回路；断合遥信信号回路；断合合闸回路；断合控制回路；断合保护测控装置电源回路。

随着直流配电线路的逐个切除，故障不但没有消失，反而有新的故障线路出现，这给排查工作带来了很大困难。

断开一段直流母线各配线开关，正对地、负对地均有负电，正、负间无电压。根据现场实际问题现象，经与直流屏厂家技术人员现场检查、图纸接线分析，推断为直流一段、二段母线在负荷侧存在并列。

经检查，某两路直流配线间存在寄生回路，从而确认了环网问题的存在。查阅图纸资料并结合现场实际接线情况，发现该环路并非施工接线错误，而是设备二次线设计缺陷所致。如图2所示，直流系统控母一段断路器就地控制回路与二段断路器远方控制回路负极在N52端子处并列。

图2 直流屏至某断路器间隔二次控制回路简图

4 原因分析

我们首先简化出正常情况下直流系统绝缘监测模块电路原路图，以直流一段系统为例，如图3所示。

图3 单套直流系统对地示意图

R+、R-分别为直流正、负母线对地等效电阻；R1、R2为绝缘监测装置等效平衡电桥电阻，R1=R2；K为接地检测继电器。两段直流系统各配置一套绝缘监测装置。直流系统在绝缘情况良好时，R+≈R-，直流正负母线对地电压平衡，K不动作。当配电线缆或设备端子排因受潮、老化、回路接地等原因导致绝缘下降，使得R+≠R-，K继电器因流过不平衡电流而动作报警。

而实际上，由于直流系统一段与二段负极存在并列问题，各极对地电压分别为+1KM +162 V，-1KM -58 V，+2KM +152 V，-2KM -66 V。从对地电压数据可知，直流系统一段、二段存在负绝缘不良的特征。此特征与负极并列问题有没有必然联系，问题在哪里呢？

两套直流系统负极并列运行示意图如图4，R1+、R1-、R2+、R2-分别为直流一、二段正、负母线对地等效电阻；R11、R12、R21、R22分别为直流一、二段绝缘监测装置等效平衡电桥电阻。正常情况下R1+=R1-，R2+=R2-，R11=R12，R21=R22。由于直流一、二段负极并列，使得原本平衡的等值网络遭到破坏：

R12′=R22′=R12∥R22；

R12′＜R11；

R22′＜R21；

同样：

R1-′=R2-′=R1-∥R2-；

R1-′＜R1+；

R2-′＜R2+。

以上推导过程，可以清楚地解释各段母线正、负极对地电压不平衡且负极电压偏低的现象。

而按照等值网络关系，似乎不但不能解释绝缘监测装置偶然报警，反而出现了推理矛盾。

我们知道，绝缘电阻本身就是不确定的因素，它的大小与本身的绝缘材料、环境温湿度等均存在必然关联。这也恰好与绝缘监测装置的偶然报警构成了必然发生的偶然关系。

图4 负极合环情况下的直流系统对地示意图

5 解决办法

为了验证以上的分析是否正确，现场将并列运行的两路直流配电线路断电，观察系统故障现象。经检查，绝缘监查装置报警信号消失，直流系统绝缘电阻恢复正常，直流电压亦恢复至正常值。

说明两支路负极并列运行是问题所在，因此问题处理原则自然可以明确，即断开直流一段与直流二段两个支路负极的并列点，并保证该回路所带断路器远方跳闸、就地跳闸回路共用同一直流控制电源。

结合设备二次原理图，经过现场讨论研究，制定出处理方案：去掉两根线、增加一条线。改进接线如图5所示，改正后，断路器就地控制、合闸回路（S52、N52）所需电源仅由保护控制电源，即直流系统控母二段提供。

图5 改造后的设备直流电源接线图

6 结束语

在直流系统运行过程中，我们会经常遇到各种直流绝缘不良问题。而由于下级支路环网运行造成的绝缘监查装置误报警给问题的判断和处理带来了困难。支路环网问题大都由于施工过程中错误接线，甚至是电气二次系统设计中出现纰漏造成。因此，应在设计、施工过程中加强监管，将问题消灭在萌芽当中；此外，在送电前的直流回路的独立性、寄生回路的检查也是消除直流系统缺陷的关键一步。

[1]罗志平，熊迪，谢智浩，乐予仲.变电站中直流系统存在的环网问题及解决办法[J].继电器，2008，（03）.

[2]付晓奇.电力系统直流绝缘下降及防范探讨[J].江西电力，2008，（06）.

[3]李红梅，张贺伟，胡立峰.直流系统接地检测问题分析及改进[J].电力情报，2002，（03）.