变电站直流绝缘监测装置误报漏报接地支路原因分析

熊 萍，于雅丽

（国网北京市电力公司检修分公司，北京 丰台100071）

变电站直流系统为不接地系统，当直流系统发生一点接地时，由于没有形成回路，直流系统还能正常运行。但是此时应当立即找到接地点并予以排除，否则如果再发生另一点接地，很有可能造成保护装置、控制回路拒动、误动等故障，引发电网大面积停电等事故。目前北京地区变电站均配备了微机型接地巡检装置，能实时监测直流母线的绝缘状况，同时微机型接地巡检装置均具有支路巡检功能，能够直接将接地故障定位到具体的直流馈线支路，提高了接地故障处理效率，保证了直流系统的安全稳定运行。运行中部分变电站微机型接地巡检装置存在误报、漏报接地支路的问题，对接地故障的查找带来不利的影响。本文总结了北京地区部分变电站微机型接地巡检装置误报、漏报接地支路的原因，并针对这些原因提出减少误报漏报支路接地的措施和运行注意事项，为变电站运行人员和直流设备厂家提供参考。

1 支路检测采用交流信号注入法时误报、漏报接地支路原因分析

交流信号注入法：当有接地发生时，信号发生器向接地母线注入一个低频交流信号，接地支路有对应频率交流信号输出。根据各支路TA小电流互感器检测各支路相应频率电流的幅值和相位，从而算出各支路的绝缘电阻，如图1所示。

图1 交流信号注入法检测接地支路原理

根据对应低频信号电流的幅值和相位，可以提取电流阻性分量，该方法理论上可以求出直流系统接地电阻的数值。

实际变电站直流系统分布电容较大，对地容性漏电流远大于阻性漏电流，很难精确提取阻性电流分量，影响正确检测，造成误判、漏判。

频率越大，容性电流越大，相对来说阻性电流不容易准确提取，造成误判漏判。所以，注入的交流信号频率越低越好。另外，变电站直流多采用高频开关电源模块，施加的低频交流信号易受到电源模块的高频开关信号干扰，造成测量精度下降。如北京某220kV敞开式变电站微机型直流接地巡检装置支路巡检采用交流信号法。该装置投运行时，接地试验均能正确报出接地支路。经过一段时间的运行，出现了误报接地支路的问题。该站母线接地电阻报警定值（40kΩ），支路接地报警定值（25kΩ）。正值雷雨季节，气候潮湿，二次电缆绝缘降低，达到母线接地报警定值（35kΩ，小于报警定值40kΩ）。微机型接地巡检装置启动支路巡检功能，但由于支路分布电容较大，经支路巡检，计算出多条支路的接地电阻低于10kΩ，无法判断哪条支路是真正的绝缘减低。分析其主要原因为：敞开站多次扩建，增加间隔就会增加控制电缆，而控制电缆越长，数量越多，分布电容就越大；保护装置由原来的电磁保护更换为微机保护，微机保护装置中使用了大量的抗干扰滤波电容，因此众多保护装置的使用又给直流系统引入了较大的对地分布电容。

原因分析及建议：一是扩建间隔或微机保护装置改造等，会使二次回路支路的对地分布电容发生很大的变化，微机直流绝缘监测装置内部电容无法得到完全补偿，装置计算出的阻性接地电流将远远大于实际阻性接地电流，出现该支路误报接地的情况。因此微机直流绝缘监测装置需要重新检测现场实际直流回路的分布电容的大小，进行正确的电容参数补偿。二是直流设备有技改计划时，特别是二次电缆分布电容较大的敞开式变电站，最好能要求改用直流法检测支路对地电阻，以避免分布电容对支路检测的影响。

2支路检测采用直流漏电流法时误报、漏报接地支路原因分析

直流漏电流法检测接地支路原理：如图1在直流屏馈线正负极安装直流TA，直流TA可以测量通过该TA的电流。当直流馈线对地绝缘正常时，穿过直流TA的电流大小相等，方向相反，I+-I-=0，直流漏电流传感器无信号输出。当直流馈线发生单极绝缘降低或接地时，穿过直流TA的电流不再为0，由基尔霍夫电流定律，I+-I-=I0，流过电流互感器的电流I0即为单极绝缘降低或接地时的泄漏电流。例如图2所示，当直流正极发生接地时，接地电阻Rx通过大地与负极平衡桥电阻R2形成了回路，由欧姆定律可以计算出，泄漏电流即可计算出接地电阻图2中：I+为穿过支路TA的正极的电流；I-为穿过支路TA的负极电流；I0为支路泄漏电流；R1为正极平衡桥电阻；R2为负极平衡桥电阻；Rx为接地电阻。

图2 直流漏电流法检测接地支路原理

2.1 直流馈线支路混线

这里介绍的支路混线，指的是同一段直流系统的两条馈线正极或负极搭接在一起，或两条馈线负极（或正极）接反。如图3所示，图中支路13和支路14#的负极连在一起。

图3 两条直流馈线支路负极搭接

对于支路13#和支路14#，根据基尔霍夫电流定律，可以得出：

对于支路13#，根据基尔霍夫电流定律，可以得出：

对于支路14#，根据基尔霍夫电流定律，可以得出：

式中：I1为支路13的正极电流；I2为支路13的负极电流；I2为支路14的正极电流；I为支路14的负极电流；I5为支路13CT感受的泄漏电流。I5的大小由支路13和支路14的负载阻抗关系决定。因此如果I≠0，支路13和支路14的漏电流传感器能感受到漏电流。平时对于整段直流母线来说，母线绝缘实际并没有降低，因此不会启动支路巡检功能，并不会发绝缘故障信号。但是当直流母线绝缘出现降低或接地时，微机型绝缘监测装置启动支路巡检功能就会将支路13和支路14连同实际接地的支路一起报出来。

如图4所示，支路13和支路14的负极接反，支路13的负极实际是支路14的负极，支路14的负极实际是支路13的负极。

图4 两条直流馈线支路负极弄反

根据基尔霍夫电流定律，可以得出：

只要负荷电流I1≠I2，即2条支路负荷电流不相等，支路13和支路14的直流TA就会有漏电流流过，在直流系统出现绝缘降低或接地时，就会同时误报支路13和支路14接地。

预防直流系统混线的措施：改扩建时，每合入一个小空开后，均要检查其他未合入小开关的负荷侧应不带电；新建站投产前，将所有开关合入，每断开一个空开，均要检查该开关的负荷侧应不带电。

2.2 直流馈线支路正负极同时接地

直流支路正负极绝缘同时降低时，支路正、负极同时有对地泄露电流流过，且方向相反。直流TA感应的电流为正、负极对地泄漏电流之差，而不是真正的正极或者负极对地泄露电流，计算出的接地电阻远远大于实际接地电阻值，极有可能发生漏选。

此时采用切换电阻的方式[1]可以计算出正负极接地电阻值。如图5所示，R1和R2阻值相等，即R1=R2=R，合上K1，断开K2，流过正极接地电阻R1的电流正好等于流过正、负极接地电阻Rx和Ry的电流之差。即为直流漏电流传感器感受的漏电流I20。其等效电路如图6所示。

图5 直流馈线支路正负极同时接地

图6 等效电路图

根据基尔霍夫电压定律和等效电路图可知：

式中：I20为合上K1、断开K2时支路13TA感受到泄漏电流；R为平衡桥电阻；Rx为支路正极接地电阻；Ry为支路负极接地电阻；U为直流母线正对负电压值。合上K2，断开K1，其等效电路如图7所示，直流漏电流传感器感受的漏电流I10。根据基尔霍夫电压定律和等效电路图7可知：

图7 等效电路图

式中：I10为合上K2、断开K1时支路13T感受到泄露电流；R为平衡桥电阻；Rx为支路正极接地电阻；Ry为支路负极接地电阻；U为直流母线正对负电压值。根据公式（6）（7），可求得Rx和Ry的值，即可以求得正负极同时接地的接地电阻值。

监测正、负极同时接地时，需要正、负极分别对地投电阻，正、负极电压会频繁发生变化，不利于继电保护装置的稳定运行。由于正、负极同时发生平衡接地的可能性极小，因此在500kV及以上及重要变电站为保证设备的安全稳定运行，建议平时运行时关闭绝缘监测装置的该项功能。如果遇到平衡接地可考虑是否手动打开该功能查找平衡接地支路。

2.3 环路接地

变电站直流系统正常运行时，环路分段开关K应该断开。因为某种原因如果K合上，正好环路发生一点接地，如图8所示。这时一段直流系统13支路和二段直流系统14支路同时会有漏电流流过，且两者漏电流之和为实际的接地漏电。同时由于环路K合上，相当于I段、II段绝缘检测装置的平衡电阻并联，绝缘监测装置的平衡电阻相当于原来的一半。

图8 直流馈线支路正负极同时接地

计算值为实际值的2倍。

假设支路13发生接地，实际接地电阻值为15kΩ，绝缘监测仪的接地报警定值为25kΩ。正常情况下应该报支路13接地报警，但是如果是环路运行，绝缘监测装置计算出的接地电阻值为30kΩ，发生漏报。

运行注意事项：变电站采用直流环路供电的合闸、控制、保护等重要直流负荷，正常时应开环运行。

3 结束语

本文总结了实际运行过程中微机直流绝缘监测装置出现误报、漏报接地支路的原因，为减少误报、漏报等情况发生，提出了如下几点措施：

用支路巡检采用交流信号注入法要考虑变电站现场分布电容的实际值进行实际电容参数补偿。在敞开式变电站进行直流技改时，应尽量选用直流漏电法支路巡检的微机直流绝缘监测装置。

采用支路巡检采用直流漏电流法要注意以下几点：

文中分析了直流支路出现混线时误报接地支路的原因。为避免出现直流支路混线，在扩建和基建验收前应仔细检查：改扩建时，每合入一个小空开后，均要检查其他未合入小开关的负荷侧应不带电新建站投产前，将所有开关合入，每断开一个空开均要检查该开关的负荷侧应不带电。

采用正负极分别投切平衡电阻的方法可以计算出正负同时接地时的正负极接地电阻。建议该项功能平时关闭，现场手动查找接地时可考虑打开该项功能。

环路运行是可能会出现漏报接地支路的情况在直流系统在运行中注意事项：变电站采用直流环路供电的合闸、控制、保护等重要直流负荷，正常时应开环运行。