廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司中山供電局 黃偉豪 肖 星 盧泳茵 溫云龍 邱天怡 羅海鑫 林 蔚

廠站用直流電源系統(tǒng)是發(fā)電廠、變電站內(nèi)二次設(shè)備的重要供電系統(tǒng)，其為站內(nèi)的繼電保護(hù)、控制、信號、計算機(jī)監(jiān)控、事故照明等直流負(fù)荷提供可靠的直流電源保障。廠站用直流電源系統(tǒng)的正常運行對電力系統(tǒng)設(shè)備安全有著重要作用，若直流電源發(fā)生故障，將可能導(dǎo)致變電站繼電保護(hù)裝置、安自裝置等拒動或誤動，使變電站一次設(shè)備失去可靠的保護(hù)。廠站用直流電源系統(tǒng)的常見故障包括直流系統(tǒng)接地和交流竄入等。由于交流系統(tǒng)為接地系統(tǒng)，當(dāng)交流電竄入直流系統(tǒng)時也將引起直流回路接地，從而導(dǎo)致保護(hù)裝置、電力設(shè)備異常動作。

為更好地實現(xiàn)變電站直流電源系統(tǒng)運行情況的檢測，現(xiàn)站內(nèi)采用直流電源系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置對直流電源系統(tǒng)進(jìn)行接地故障監(jiān)測。該裝置可檢測直流母線的對地電阻，在直流電源系統(tǒng)發(fā)生接地故障時發(fā)出報警信息，以便運維人員及時發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行消缺。在對廠站用直流電源系統(tǒng)檢修試驗時，為保證直流電源系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置的可靠性，需對該裝置的直流系統(tǒng)接地報警功能進(jìn)行校驗，確保直流母線絕緣監(jiān)察裝置功能及其信號回路完好。目前進(jìn)行直流電源系統(tǒng)接地試驗的常用方法為可調(diào)電阻或直接接地方法，但該方法存在引起保護(hù)裝置誤動或拒動的風(fēng)險。

1 直流電源系統(tǒng)接地試驗常用方案風(fēng)險點分析

在進(jìn)行廠站用直流電源系統(tǒng)接地試驗時，需將試驗裝置接于正母線（+KM）或負(fù)母線（-KM）與地之間，當(dāng)試驗裝置電阻值小于直流電源系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置設(shè)定的告警值時，裝置即發(fā)出“直流接地”告警。針對直流電源系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測功能驗證，市面上有直流電源系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置校驗儀器，可用于測試直流電源系統(tǒng)接地告警功能。然而該校驗儀器價格昂貴、維護(hù)費用高且其攜帶不便，不利于現(xiàn)場試驗工作的開展。

目前廠站用直流電源系統(tǒng)接地試驗普遍采用可調(diào)電阻或直接接地方法，但若現(xiàn)場檢修人員使用可調(diào)電阻時不慎將電阻值調(diào)至過小或使用試驗接線直接接地，會造成直流電源系統(tǒng)接地。一般情況下直流電源系統(tǒng)一點接地并不會造成保護(hù)誤動或拒動，但如需檢驗的直流電源系統(tǒng)已存在一點接地，則會造成直流電源系統(tǒng)兩點接地，嚴(yán)重影響二次設(shè)備的可靠性。若直流電源系統(tǒng)的對地電容較大，繼電器、跳閘線圈等二次設(shè)備將可能與對地電容形成回路，從而造成二次設(shè)備誤動或拒動[1]。此外，采用可調(diào)電阻或直接接地方法也存在接線復(fù)雜、帶電部位外露的問題，可能導(dǎo)致人身觸電，對作業(yè)人員的人身安全造成一定威脅。

2 基于平衡橋探測的直流電源系統(tǒng)接地檢測原理

直流電源系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置檢測直流接地故障的原理主要為平衡電橋法[2]、不平衡電橋法[3]、直流漏電流法[4]、交流小信號注入法[5]。目前在廠站用直流電源系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測裝置主要根據(jù)平衡電橋法的原理設(shè)計。如圖1所示，V為直流電壓表，KS為電壓信號繼電器，R1、R2為直流絕緣監(jiān)測裝置內(nèi)的等值電阻，R1=R2，R3為正極接地電阻，R4為負(fù)極接地電阻。O點電壓UV推導(dǎo)見公式：

圖1 平衡電橋法原理圖

式中U為充電機(jī)輸出電壓，一般為110V或220V。在直流電源系統(tǒng)正常運行時，該系統(tǒng)經(jīng)高阻接地，R3、R4的值趨于無窮大，即R3=R4，此時正負(fù)母線電壓分別為充電機(jī)輸出電壓的一半。根據(jù)平衡電橋原理，等值電阻R1、R2與直流母線對地的正負(fù)母線對地電阻R3、R4形成平衡電橋，各電阻構(gòu)成的關(guān)系為R1R4=R2R3，由此可見，在直流電源系統(tǒng)正常運行時O點電壓UV=0，直流電源系統(tǒng)絕緣良好。假設(shè)站用直流電源系統(tǒng)發(fā)生一點接地，電橋平衡被破壞，R3≠R4，即R1R4≠R2R3，此時O點電壓UV≠0，電壓信號繼電器勵磁，直流絕緣監(jiān)測裝置發(fā)出“直流接地”報警信號。

3 廠站用直流電源系統(tǒng)接地試驗裝置關(guān)鍵技術(shù)

3.1 一體化集成封裝技術(shù)

為提高廠站用直流電源系統(tǒng)接地試驗的安全性，保障作業(yè)人員的人身安全，廠站用直流電源系統(tǒng)接地試驗裝置采用一體化集成封裝，將電氣部分封裝于絕緣外殼內(nèi)，安全便攜（圖2）。該裝置采用一體化設(shè)計，外觀簡潔直觀、體積小、重量輕。與目前常使用的可調(diào)電阻接地試驗方法相比，作業(yè)人員不需攜帶4個可調(diào)電阻即可完成廠站DC220V/110V兩種電壓等級的直流電源系統(tǒng)對地絕緣檢測試驗，且裝置可放置于工具箱/包或儀表盒內(nèi)，攜帶方便、易于保管。

圖2 廠站用直流電源系統(tǒng)接地試驗裝置實物圖

此外，裝置使用絕緣外殼將接線插孔、試驗按鈕、電壓等級選擇開關(guān)、接地電阻值選擇開關(guān)和四個不同阻值的試驗電阻等帶電部位集成封裝，試驗接線采用帶絕緣封包的鱷魚夾，可有效防范試驗人員接觸帶電部位防止人身觸電事故發(fā)生，確保試驗操作安全可靠。

3.2 電壓等級檔位可選擇技術(shù)

目前廠站用直流電源系統(tǒng)額定電壓等級主要有220V和110V兩種電壓等級，為提高裝置的應(yīng)用范圍，本文提出的廠站用直流電源系統(tǒng)接地試驗裝置配置了電壓等級選擇開關(guān)，適用于廠站不同電壓等級的直流電源系統(tǒng)對地絕緣檢測試驗，在進(jìn)行對地絕緣檢測試驗時，根據(jù)直流電源系統(tǒng)的電壓等級在裝置操作面板上將電壓等級選擇開關(guān)切換至對應(yīng)電壓檔位，即可開展相應(yīng)電壓等級的直流電源系統(tǒng)絕緣檢測試驗。

圖3為廠站用直流電源系統(tǒng)接地試驗裝置原理圖，在進(jìn)行對地絕緣檢測試驗時根據(jù)直流電源系統(tǒng)的電壓等級在裝置操作面板上將電壓等級選擇開關(guān)SA1切換至對應(yīng)電壓檔位，即可開展相應(yīng)電壓等級的直流電源系統(tǒng)絕緣檢測試驗。將SA1切換至110V時，接點9-10接通，可進(jìn)行110V直流電源系統(tǒng)接地試驗；將電壓等級選擇開關(guān)SA1切換至220V時，接點9-11接通，可進(jìn)行220V直流電源系統(tǒng)接地試驗。

圖3 廠站用直流電源系統(tǒng)接地試驗裝置原理圖

3.3 試驗電阻值檔位可選擇技術(shù)

本文提出的廠站用直流電源系統(tǒng)接地試驗裝置配置了接地電阻值選擇開關(guān)SA2，由圖3可知，SA2有4對接點，將開關(guān)切換至0.95倍選項，接點①-②、⑤-⑥導(dǎo)通，分別接通110V、220V的0.95倍直流電源系統(tǒng)對地絕緣測試回路；將SA2切換至0.95倍選項，接點③-④、⑦-⑧導(dǎo)通，分別接通110V、220V的1.05倍直流電源系統(tǒng)對地絕緣測試回路，此時根據(jù)電壓等級選擇開關(guān)SA1的檔位選擇即可進(jìn)行相應(yīng)電壓等級的接地試驗。在進(jìn)行對地絕緣檢測試驗時將接地電阻值選擇開關(guān)SA2切換至對應(yīng)0.95倍或1.05倍對地絕緣告警電阻定值的接地電阻，即可開展相應(yīng)的直流電源系統(tǒng)絕緣檢測試驗項目。

在試驗回路中，裝置集成應(yīng)用了四個電阻R1、R2、R3、R4，其中，R1、R2分別對應(yīng)0.95倍、1.05倍的110V直流電源系統(tǒng)對地絕緣告警電阻定值，R3、R4分別對應(yīng)0.95倍、1.05倍的220V直流電源系統(tǒng)對地絕緣告警電阻定值。R1、R2、R3、R4的阻值設(shè)置可根據(jù)具體的規(guī)范要求和定值設(shè)定。上述四個電阻值的選擇，可有效檢驗對應(yīng)電壓等級直流電源系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置的對地絕緣可靠告警和可靠不告警功能，保證“直流絕緣異?！碑惓Ｐ盘柲芸煽堪l(fā)出同時不造成保護(hù)誤動或拒動。

3.4 一鍵啟停試驗按鈕

為保證廠站用直流電源系統(tǒng)對地絕緣檢測試驗可靠安全進(jìn)行，廠站用直流電源系統(tǒng)接地試驗選用了自鎖試驗按鈕SB，按下后即可保持試驗狀態(tài)，用于啟停試驗，可一鍵啟停對地絕緣檢測試驗。根據(jù)廠站用直流電源系統(tǒng)接地試驗裝置原理，當(dāng)試驗回路處于斷開狀態(tài)時按下自鎖試驗按鈕SB，該試驗按鈕SB保持導(dǎo)通，試驗回路接通；再按下自鎖試驗按鈕SB，試驗按鈕SB斷開，試驗回路斷開。

進(jìn)行試驗時，可先根據(jù)電壓等級將電壓等級選擇開關(guān)SA1選至相應(yīng)電壓檔位，再選擇對應(yīng)0.95倍或1.05倍對地絕緣告警電阻定值的接地電阻，最后按下自鎖試驗按鈕SB即可接通試驗回路，開始對地絕緣檢測試驗，試驗結(jié)束后再次按下試驗按鈕SB即可斷開試驗回路，結(jié)束試驗，整體試驗操作簡單快捷。

4 現(xiàn)場應(yīng)用情況分析

根據(jù)中國南方電網(wǎng)公司發(fā)布的《變電站直流電源系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，110V、220V直流電源系統(tǒng)接地電阻告警值分別為15kΩ、25kΩ。基于此，對于南網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的廠站用直流電源系統(tǒng)，廠站用直流電源系統(tǒng)接地試驗裝置電阻R1、R2、R3、R4分別為14.25kΩ、15.75kΩ、23.75kΩ及26.25kΩ，表1為廠站用直流電源系統(tǒng)接地試驗裝置電阻值配置及對應(yīng)的接地試驗結(jié)果表。

表1 廠站用直流電源系統(tǒng)接地試驗裝置電阻值配置

以進(jìn)行廠站用110V直流電源系統(tǒng)正母線0.95倍對地絕緣檢測試驗為例，進(jìn)行接地試驗時，需將廠站用直流電源系統(tǒng)接地試驗裝置使用鱷魚夾接于直流正母線與地之間，先將電壓等級選擇開關(guān)SA1選至110V，再將接地電阻值選擇開關(guān)SA2選至0.95倍對地絕緣告警電阻定值的接地電阻，最后按下自鎖試驗按鈕SB接通試驗回路，此時R1電阻回路接通，可檢驗直流電源系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置的對地絕緣可靠告警功能；試驗結(jié)束后再次按下試驗按鈕SB即可斷開試驗回路、結(jié)束試驗。圖4為廠站用直流電源系統(tǒng)接地試驗裝置應(yīng)用示意圖，圖中KM為正母線，KN為負(fù)母線，V為直流電壓表，KS為電壓信號繼電器，R1、R2為等值電阻，R3為負(fù)極接地電阻、R4為正極接地電阻。

圖4 廠站用直流電源系統(tǒng)接地試驗裝置應(yīng)用示意圖

綜上，本文提出的廠站用直流電源系統(tǒng)接地試驗裝置適用于廠站用直流電源系統(tǒng)對地絕緣檢測試驗的工作需求，已于2019年8月開始應(yīng)用于中山供電局123座變電站共246套直流電源系統(tǒng)的對地絕緣檢測試驗，至今應(yīng)用情況良好。表明該裝置可確保不會引起保護(hù)誤動或拒動情況發(fā)生，具有適用性廣、操作簡捷、攜帶方便、安全可靠等特點，提高了設(shè)備檢修運維水平，為保障電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定提供了有力支持。