基于在线式绝缘监测装置接地选线的环网点定位方法

陈瑞珍，代文良，谢智浩，王璐

(国网湖南省电力有限公司检修公司，湖南长沙410004)

重要变电站或发电厂的直流系统，为提高供电可靠性，大多配置两套直流系统[1-2](两电两充或两电三充)。正常情况下，两套直流系统独立运行，没有直接的电气联系，但实际运行中，往往由于各种原因，可能造成两套直流系统之间出现电气连接，形成环网故障[3]。如果环网故障未能及时消除，将影响变电站内所有继电保护装置动作的可靠性，因此需要及时排除故障。目前对环网点的定位通常采用带电解环仪[4]逐一排查并解除环网点，但实际使用中，带电解环仪有许多限制，如受分布电容影响较大、馈线密集时使用不便、费时费力等，常常在将所有馈线排查一次后未能找出故障点或找出多处假故障点。本文提出利用模拟接地及在线绝缘监测装置来定位故障点，经实践证明定位故障点快速准确、效果显著。

1 环网产生的原因与危害

1.1 环网的危害

1)形成单极环网时，如正极与正极之间形成环网，如果其中一段直流发生接地，则所有保护设备均会发生一点接地，而无论是正极接地或负极接地，都有可能造成继电保护装置误动或拒动[5]。此外，环网的存在使两段母线上的平衡桥并联，使得绝缘监测装置检测到的电阻值比实际接地电阻值大，降低了接地告警的灵敏度，有接地故障时不能及时告警。

2)形成双极环网时，即正负两极之间均形成环网，相当于两段直流母线并联运行，由于两组蓄电池端电压和内阻不一致，会造成蓄电池内部形成换流，影响蓄电池的使用寿命。任一段直流系统发生接地时，另一段也会发生接地故障[6]。

3)形成异极性环网时，即正极与负极之间形成环网，如某继电器的电源线跨接I段母线的正极与II段母线负极之间，可能导致该继电器拒动。

1.2 环网的形成

1)操作人员操作失误。重要负载通常由分别来自两段母线的两路直流进线供电，以便必要时进行负荷转移。操作人员在完成负荷转移操作后，若因操作失误忘记拉开其中一路电源空开，将导致负载由两段直流母线供电，在负载进线侧形成环网。此种情况较易查找，只需将所有直流馈线屏仔细巡视一遍即可发现环网点。

2)施工人员接线错误。新增直流负载时，施工人员将负荷电源线连接错误，若将来自Ⅰ段直流母线的电源与来自Ⅱ直流母线的电源接在同一端子，将造成直流母线形成环网。此情况不易发现，需通过支路查找来确定环网点，然后再进一步排查。

3)电缆绝缘不良。继电保护装置的装置电源、信号回路电源、控制回路电源等都取自站用直流系统，并多数在屏内同槽敷设。若来自不同直流母线的电缆绝缘不良，在线槽内形成金属性接触，会直接造成直流母线形成环网。此情况不易发现，需通过支路查找来确定环网点，然后逐步拆除每根接线进行确认。

2 环网的判断方法

1)判断是否存在环网。在两段直流母线绝缘均绝缘良好的情况下，采取人为接地的方法，在Ⅰ段直流系统上 (如正极)接一大电阻接地，观察Ⅱ段直流系统的电压变化来判断。若Ⅱ段母线正对地电压下降且与Ⅰ段母线电压变化趋势及幅度接近，则可能为单极环网或双极环网；若Ⅱ段母线负对地电压下降，则为异极性环网。

2)判断环网的存在形式。可通过小幅度调高Ⅰ段直充电机的输出电压，观察Ⅱ段直流母线电压是否出现对应变化以及两台充电机电流是否重新分配。若Ⅱ段母线极间电压随之升高，且Ⅱ段充电机输出电流减小，则可以判定为双极环网；若Ⅱ段母线极间电压无波动且负荷电流在两台充电机上没有重新分配，则可判定为单极环网。

3 环网的查找方法

直流系统馈线繁多，查找一条条支路来确认存在直流环网时，显然是不现实的，需缩小怀疑范围并逐步确认。首先应排除操作人员操作失误形成的环网，逐一对直流屏进行排查，检查是否存在母联开关合上或某一馈线屏同时合上Ⅰ段、Ⅱ段进线开关的情况。

3.1 便携式仪器查找法

如图1所示，利用便携式环网查找仪在系统中注入一个超低频、低功率的正弦波电流，通过移动的钳形电流表和手持器跟踪信号电流的流向，图中将信号发生器接入Ⅰ段母线，用手持器在Ⅱ段馈线回路中进行查找。便携式仪器携带方便，适用于任意场合，但其所采用的低频交流注入法[7]会受系统分布电容的影响，当分布电容较大时，可能使检测结果出现误判的现象。

图1 直流环网查找仪原理图

3.2 拉路法

此外，可通过拉路法来判断。拉路时应结合历史检修情况，并按照先次要负荷后重要负荷的顺序，当断开某一回路电源时环网故障消失，则说明故障就在该回路之内。该方法直接有效，但是可能存在直流馈线标签错误而误拉空开，造成保护或测控装置失电的危险。

常用的环网查找方法中，便携式仪器查找法受系统分布电容的影响较大，可能使检测结果出现误判的现象，而拉路法费时费力，且实际工作中很多回路无法进行拉合试验。

4 模拟接地法

模拟接地法基于在线绝缘监测装置的接地选线功能，利用装置本身的选线功能来查找环网。目前绝缘监测装置的接地选线原理主要有两种:低频交流注入法和漏电流检测法。

1)低频交流注入法接地选线原理与便携式环网查找仪基本相同，如图2所示，当直流系统存在环网并注入一低频信号时，低频交流通过图中箭头所示回路流动，若某一馈线TA采集到低频交流信号，则绝缘监测装置认为该支路存在接地，自动选出此条支路并在监控器上显示。

图2 低频交流注入法选线原理图

2)漏电流检测法[8]的基本原理是将一直流电流互感器接入馈线支路中，当某一支路直流互感器中流进和流出的电流不相等时产生差流 (即漏电流)，如图3所示，流入负载TA的电流i1与流出该TA的电流i2存在差流i3，装置即可检测到该支路存在接地并选出。

图3 漏电流检测法基本原理

从结果上看，两种检测方法均能够有效定位接地点，但两种方法各有优劣:

1)直流漏电流法无需向直流系统注入交流信号，完全不影响直流系统运行，且检测时不受接地电容的影响。但由于平衡电桥原理自身存在的制约性，漏电流传感器只能检测不对称性直流故障，对于同时出现正、负极故障的情况，若故障点正负极电阻接近时，漏电流法可能无法定位。

2)低频交流注入法可以定位出平衡性的故障点，但需要向直流系统注入一个交流信号，虽然幅值很小，但仍会对直流系统造成一定的影响，引起电压波动；另外由于交流信号能够通过电容对地泄漏，当直流系统对地电容较大时，低频交流注入法可能出现误选、漏选甚至选不出支路的情况。

虽然存在环网时实际上支路并不存在接地现象，但根据其检测原理，仍然可以利用其选出环网所在支路。如图4所示，若Ⅰ段1号支路与Ⅱ段2号支路通过正极形成环网，流入Ⅰ段1号支路的电流通过环网点分流至Ⅱ段2号支路，并通过Ⅱ段2号支路负极流入直流Ⅱ母，如图中箭头所示，导致两条支路上流入与流出电流不相等即形成差流，馈线TA将检测出差流并对该两条支路进行报警，或在两条支路中检测出交流分量进而选出支路。

图4 存在环网时电流流向示意图

然而正常运行时，即使直流系统之间存在环网，由于直流母线对地电阻并没有明显的降低，绝缘监测装置不会启动支路巡检功能。通常绝缘监测装置启动接地选线功能需要触发条件，如220 V直流系统正、负对地电压压差达到90 V或正、负对地电阻低于25 kΩ，而环网存在时由于正、负对地绝缘电阻较大且基本平衡，装置并不会启动支路巡检功能，此时即便存在环网，装置也不会告警并选出支路。但是，通过以上分析，当已判定存在环网时，可通过触发选线功能来查找环网点，具体做法可用低于告警值的电阻接在某一备用支路正/负极上使其接地，使装置告警并启动支路巡检功能从而选出支路，选出的支路即为环网所在位置。

5 结语

变电站的两套直流系统长期运行后由于各种原因可能出现直流环网的情况，而环网的存在会影响保护装置的正确动作。本文阐述直流系统环网的形成原因、存在形式及其可能造成的危害，详细分析低频交流注入法与漏电流检测的原理，并分析采用直流接地法查找环网的原理与可行性，当存在环网时，可基于在线绝缘监测装置利用模拟接地法确定环网所在位置，可以有效提高环网查找的效率，保障直流系统的可靠运行。