厂站直流系统绝缘故障成因与控制措施

2022-08-01钟韵美

光源与照明 2022年3期

钟韵美，才璐

国能（天津）大港发电厂有限公司，天津 300272

0 引言

厂站通过全面统筹控制管理系统、信号保护及装置设定，使得电路可以在一个稳定的环境中运行。但是在实际情况下，馈线支路绝缘较差，导致直流系统的绝缘性能下降，出现绝缘故障，进而导致接地故障。文章对绝缘问题进行分析之后，引入具体实例来详细论述绝缘的成因及控制措施。

1 厂站直流系统中的绝缘故障

1.1 绝缘故障原理

电力系统的相关技术资料和经验表明，作为直流输电的重要装备，交联聚乙烯绝缘电缆在直流作用下如果发生局部电场畸变[1]，最大电场将会从绝缘内测转移到外侧，加速电缆绝缘老化，造成电缆的绝缘性能持续下降[2]。直流系统下电缆的绝缘性降低会导致单点接地，虽然此时的设备依旧可以正常运行，但是这种现象不可以持续过久，必须在规定时间内完成故障的排查处理，防止发生两点接地故障，避免造成继电保护装置的误动或拒动。在正负极接地时，如果直流系统的正极接地，有可能造成保护误动；如果直流系统的负极接地，有可能造成保护拒动。

双点短路故障的暂态过程可以分为电容放电阶段和二极管导通阶段，前者是正负极刚开始接地的阶段，换流器的并联电容通过电缆对故障点进行放电，由于电缆内部电阻持续下降，电流强度会维持在一个很高的状态；后者是交流侧已经馈入三相短路电流，与电感续流回路形成故障电流[3]。受外界因素的影响，绝缘性能如果持续下降，当直流系统的正极或负极与大地之间的绝缘水平降到某一整定值或低于某一规定值时，即为直流系统接地。根据相关电压标准，不同电压等级的系统，其绝缘整定值也不同。具体如表1 所示。

表1 不同系统电压下的绝缘整定值

1.2 故障成因

1.2.1 设备运行环境较差

如果设备长时间处于潮湿环境下，二次回路和设备受潮明显，容易引发凝露现象。当接线盒、电缆沟的设置和安放密封不严，存在缝隙时，容易浸入水分。雨天空气湿度大，故障也更常发生。一些设备如果长期处于震动较大的环境下，也会造成接线松动，导致脱落，与金属物件相碰，造成直流接地现象。此外，部分开关柜长期工作于高电压、大电流和高强度磁场环境中，出现故障的可能性比较大[4]。

1.2.2 设备损坏

交流充电机故障导致谐波数值超出正常水平[5]。如果谐波直流系统谐振，谐波的电压会迅速升高，电流强度持续增大，从而导致继电保护和自动装置出现误动，对通信设备造成严重干扰，引发直流系统故障，对直流系统内部的绝缘性能不可避免地造成影响。

1.2.3 二次回路绝缘性能下降

二次回路容易受到内外因素的影响，在外在因素方面，如果受到不可控的压迫或扭曲，很容易破坏线路的绝缘层；在内在因素方面，如果内部电流经过引发烧伤问题，也会对绝缘性能造成影响。相关工作人员如果不及时进行材料的修复和更换，会导致设备老化，部件损坏程度大。

1.2.4 小动物的破坏

控制箱和接线盒等二次设备如果不加之防护和密封，一些小动物可能会爬进去，对电缆设备造成污染，或者啃伤设备，影响设备的正常运行，导致绝缘性能降低和接地问题的出现。

1.2.5 人为因素的影响

人为因素也会造成绝缘性能降低。如果工作人员在进行接线拆除时，没有做好绝缘隔离的准备，就会直接造成直流接地。

1.3 绝缘故障的危害

直流系统中发生单点接地现象，回路中不会出现短路现象，相关的熔断器也不会出现故障，系统在表面看起来依旧处于正常运行状态。如果工作人员没有在一定时间内发现故障，会造成后续的两点接地，导致继电保护装置和自动装置的误动和拒动[6]，甚至会造成熔断器熔断，使直流系统中的回路失去电源电力支撑。如果出现同极两点接地现象，电流会在土壤中形成一定的电位梯度，对地表点位的分布造成影响，很有可能会加速地下的金属管道腐蚀[7]。由此可见，直流系统中的绝缘故障如果得不到妥善处理，不仅会影响系统内设备使用寿命，还会对整个电力系统及土壤环境造成威胁，产生不容小觑的生产事故。因此，工作人员发现直流系统有接地现象后，要立刻采取妥当的方式查找接地点，排查故障，防止造成后续的两点接地，引发不必要的危害。

2 直流系统绝缘故障的控制措施

2.1 采用常见的直流系统绝缘接地故障查找方法

2.1.1 经验判断法

（1）借助相关仪器设备。要借助相关测量仪器和仪表检查直流系统的绝缘状况，核查接地正负极和绝缘异常情况，然后根据装置报出的大概范围进行检索排查。

（2）采用最直接的问话方式。询问是否有工作人员在直流系统的回路中进行了相关的检修工作，并安排人员对相关设备进行检查测量。

（3）及时排查设备。要根据天气情况、设备检修记录、设备缺陷问题等因素，对有一定隐患的设备进行排查。

（4）采取合适的排查顺序。要坚持优先室外排查、后续室内检查；优先信号提示、后续进行操作；按设备重要性的顺序排查的工作原则查找设备接地问题。

（5）结合直流系统运行原理排查故障。如果根据常规的经验判断手段和方法不能准确查找问题的所在，就需要根据直流系统的运行原理，运行直流母线，按照相关步骤从蓄电池组中推理出故障，进行分开排查。

2.1.2 拉回路法

拉回路法是短时断开馈电分路，检查是否存在接地信号的方法。如果断开分路之后，原本存在的接地信号消失，表明直流系统的绝缘接地故障就在此段分路中。但是现阶段随着相关电力单位对用电可靠性和安全性的要求不断提升，拉回路法的检测方式需要短时断电，容易造成电网供电的不可靠性。因此，在非必要时尽可能减少这种方法的使用。

2.1.3 使用便携式探测仪

便携式探测仪的工作原理是在直流母线和大地之间添加一个低频的交流信号，信号由发生器传播，经过直流系统再从接地点返回。工作人员可以利用钳形的电源探头按照电流信号的走向进行探测，低频信号会在接地点的位置出现与正常信号有差异的信号提示，工作人员可以根据出现信号差异的位置判断接地点，从而对直流系统中的绝缘故障进行处理。

还有一种主从式的便携绝缘检测仪可以检测直流系统的绝缘性能，这种仪器的工作原理是以动态差值为计算基础进行电路的检测。仪器由主机部分和从机部分两部分组成，如图1 所示。主机可以检测众多支路，从机可以监控母线的绝缘情况。相关人员可以根据主机、从机仪器中的直流数值来判断支路和母线是否发生绝缘性能下降的问题。

图1 主从式便携检测仪总体设计图

2.2 采用可靠性强的绝缘监察装置

绝缘监察装置能够在正极或负极的绝缘电阻降低到系统整定值时，不受其他因素影响，自主发出灯光警报和音响信号，对电阻降低或绝缘现象做出及时反应，为工作人员进行警报提示。另外，工作人员也可利用它来判断直流系统中接地点，正、负极的绝缘电阻值和具体的故障接地分路。

2.3 多角度排查直流接地情况

受技术、运行环境等多方面因素的影响，现阶段厂站直流系统的绝缘问题时有发生。如何提升厂站直流系统的绝缘控制效果和控制水平成为当前工作人员面临的重要挑战。相关工作人员应当对厂站直流系统的接地状况进行全面分析和排查，对可能存在的问题进行全面的优化与改进，提升直流系统绝缘效果与绝缘性能，降低事故风险，从而杜绝安全事故的发生。

2.3.1 制订排查计划

需要针对直流系统的接地状况制订周密的排查计划。由于运行环境存在差异，厂站直流系统的接地性能各不相同。相关工作人员及技术人员应结合厂站直流系统的运行环境，制订排查方案，确保厂站直流系统运行环境的清洁干燥，减少外部环境对直流系统接地产生的不利影响，有效改善其绝缘性能。

2.3.2 防止动物对设备的破坏

由于厂站多建于远离市区的郊区或山中，这些地区可能会有动物出现，对厂站直流系统的正常运行产生不利影响。因此相关工作人员应当全面检查当地环境，采取综合措施对动物进行防护，进而使厂站直流系统的绝缘性能及运行安全得到全面提升，降低可能存在的安全风险及安全隐患。

2.3.3 定期检查线路及设备

在长期的使用过程中，厂站直流系统的绝缘情况可能会由于线路老化及维护技术等因素受到影响，厂站工作人员应当定期对直流系统绝缘性能进行全面分析，及时处理可能存在的线路老化或设备问题，排查、分析和处理直流系统中的隐患和缺陷，从而减少安全事故的发生，提升厂站直流系统运行效果。

2.3.4 加强维保人员的培训

为了进一步提升厂站直流系统管理水平，相关管理者还应当结合当前厂站直流系统运行状态对维保人员进行培训，使他们能够进一步明确厂站直流系统的运行规程及运行要点，从而更加全面地排查系统问题，不断提高直流系统管理质量。

2.4 采用直流接地故障隔离系统

直流接地故障隔离系统主要采用具有相互独立性的双直流电源向用电单元供电，一个是直流系统的常用电源，主要负责向直流系统内部全部用电设备供电；另一个是隔离电源，处于备用状态，如果常用电源出现故障，将由备用电源供电，隔离电源是临时备用电源，电源容量可以与常用电源不同。每个馈线支路分别设有两个开关器，分别控制常用电源和隔离电源。当直流系统中存在一个或多个馈线支路绝缘故障时，工作人员可以通过手动或自动控制将故障支路从常用电源切换到隔离电源。在整个切换过程中，用电设备不会出现断电情况。在相同的时间内只允许切换一条支路，有效防止了故障支路在单点接地的状况下强行工作而对平稳支路造成的消极影响。在完成切换，将故障支路执行隔离操作后，如果发现原有的直流电源中的绝缘故障复归，就证明已经将绝缘接地点从直流系统中隔开。再以此为基础，查找故障接地点，等到绝缘故障问题解决以后再把馈线支路重新复位到原有的直流系统中，完成工作流程。整个隔离系统涵盖了绝缘故障报警、故障支线隔离、故障定位查找、系统恢复等多个绝缘故障查找、恢复步骤，有效解决了直流系统绝缘故障造成的接地事故。