直流系统升级改造后绝缘监测装置工作原理分析

蔡海银

（鸿山热电有限责任公司，福建 石狮362700）

国家电网公司在2012 年对原《国家电网公司十八项电网重大反事故措施（试行）》全面修订，其中在第5 项防止变电站全停及重要客户停电事故中第5.1.1.18.3 条规定新建或改造的变电所，直流系统绝缘监测装置，应具备交流窜直流故障的测记和报警功能。原有的直流系统绝缘监测装置，应逐步进行改造，使其具备交流窜直流故障的测记和报警功能。随之电力系统各单位对其直流系统升级改造工作，本文针对某电厂DC 220V 系统改造工作，对其绝缘监测装置的工作特性进行了分析。

1 鸿山热电公司DC 220V 系统介绍

鸿山热电公司2*600MW 超临界供热机组分别于2011 年1月10 日、31 日投入商业运行。每台机组220V 直流系统采用单母线接线,两台机组的直流220V 母线经过刀开关相联，设有防止两组蓄电池并联运行的闭锁装置，220V 直流系统供给主厂房事故照明, 动力负荷和交流不停电电源及单元控制楼事故照明电源，直流馈线采用辐射状供电方式。

图1 我厂220V 直流系统图

2 鸿山热电公司220V 直流系统升级改造情况

我司原220V 直流系统为烟台东方电子玉麟电气有限公司生产，每组直流220V 系统包括蓄电池组, 蓄电池充电器,直流配电屏等。蓄电池选用阀控式密封铅酸蓄电池,正常以浮充电方式运行。设一台满足一组蓄电池组均衡充电要求的充电设备。蓄电池充电设备采用智能化微机型产品，具有衡压衡流性能。其稳态浮充电电压的偏差±0.5%，充电电流偏差±2%，波纹系数1%，满足蓄电池充放电的要求。每组220V 直流系统以及直流分电屏都按屏设有微机接地绝缘监测装置。

由于直流系统存在以下异常工况：①原生产厂家已停产，该装置已无备件采购；②模块运行不稳定，易受到外部影响；③模块返修频率过高，④散热风扇故障率高，严重影响散热效果；⑤绝缘监测装置电压显示常出现跳变现象，并且装置不具备反措要求的交流窜直流故障的测记和报警功能；⑥主监控单元、分监控单元、及交直流信息采集单元运行不稳定，导致母线电压出现波动等问题。介于直流电源的重要性，再加上该充电装置界面不友好等原因，我司在2020 年度机组检修期间，将其改造为杭州中恒电气股份有限公司生产的直流系统,系统组成：主监控屏型号为ZHM10PS，分屏绝缘监测装置型号为ZHIM03F，智能高频开关型号为ZHR22040-5，交流配电模块采用ACDB04，直流采样盒采用DCFU02。其稳态浮充电电压的偏差±0.5%，充电电流偏差±0.5%，波纹系数0.1%，极大的提高了直流系统中继电保护装置动作可靠性以及蓄电池组的安全性。

3 改造后绝缘监测装置工作分析

2020 年5 月12 日下午3：06 进行#1 发电机密封事故油泵试转时，#1 机组DCS 发出DC 220V I 段直流电压异常报警，现场检查报警记录：主监控单元有6 条不同支路报负极接地故障报警（61 条记录），且首个报警为第4 单元第5 支路（该支路为备用负荷开关未送电），绝缘监控装置报警记录与主监控屏报警内容一一对应，查看绝缘监控装置上的实际参数，母线电压：231.81V，正对地电压：+128.22V，负对地电压：-103.53V，正负极间存在24.69V 的压差，但母线绝缘阻值999.99K，各个直流支路的绝缘电阻与泄露电流均无异常。用万用表测量柜后实际母线电压，与装置采集一致。

图2 #1 机组事故油泵定期试转

图3 主监控单元报警信息

图4 分监控单元报警信息（1）

图5 分监控单元报警信息（2）

图6 分监控单元报警信息（3）

因报警时间与#1 机事故密封油泵的起动时间相吻合，使用直流负荷拉路法做进一步确认，当断开#1 发电机事故密封油泵电源开关后，正对地电压缓慢下降，负对地电压缓慢上升，经过几分钟，电压变化停止，此时的电压：正对地电压：+120.15V，负对地电压：-111.57V，正负压差减小为：8.58V。依次断开另外3 台直流油泵：1A、1B 小机事故润滑油泵、主油箱事故油泵开关，每断开一路开关，正负间压差逐渐减小1-3V，4 台直流油泵开关都断开后，正负间电压平衡，已无压差。再次送上4 路开关，正负间压差又回到24v 左右。

此时问题集中于：①监控报警信息异常，绝缘故障报警在于DC 220V I 段的单元1 所有支路以及单元4 所有支路在同一同时段内均接地，且均已自行复位；②主监控屏、分监控屏的母线电压正负极出现不平衡，但同时母线绝缘以及支路绝缘（泄露电流）测量值均正常；③在使用拉路法进行查找，母线正负极电压并不是瞬时恢复，而是缓慢恢复。且所拉开负荷绝缘均正常。

专业经过讨论，将该绝缘监测装置的平衡电阻甩开，接入便携式直流接地查找仪（即外接平衡电阻，目的是直流系统为绝缘系统，需要接入平衡电阻才能测量正负母线对地电压）。仪器接入后显示正负母线电压接近（+119V、-114V），如图7 所示。专业将该绝缘监测装置更换新备件后，直流母线电压恢复正常，如图8 所示。目前，国内常用直流绝缘监测装置接地告警检测如图9 所示。

图7 SC-2000B 直流接地查找仪

图8 分屏绝缘监测装置ZHIM03F

图9-1 中R1——平衡桥电阻；R2——切换桥电阻；R3——正负极对地的分布电阻；U1——正极对地电压；U2——负极对地电压。

图9 直流绝缘监测装置接地检测原理图

4 结论

本文通过某电厂直流系统改造后一起绝缘监测装置误报警的实际案例，介绍查找的全过程以及处理措施，对直流绝缘监测装置工作原理进行了分析、探讨，分析平衡桥的设置对直流系统绝缘监测的影响。

4.1 设备改造后，绝缘监测功能满足国网最新反措要求，直流系统设备运行的可靠性和稳定性得到提升。

4.2 对直流绝缘监测装置的报警，包括处理过程中要对参数变化排查仔细，不放过任何不正常的参数变化，是找到故障原因的有效途径。

4.3 由于在启动直流母线上的负荷过程中，负荷电流检测的不平衡，叠加该段母线的直流监测装置中电容、电阻原有缺陷，导致该段直流母线单元1 和单元4 所有负荷接地报警，随着直流事故油泵停止运行，接地报警即消失。

4.4 在新装置的验收投入时，要对绝缘监测装置内部参数设置进行检查，对切换桥以及平衡桥电阻值的设定合理，并检查直流系统中各参数是否正常。确保直流系统的安全稳定运行。