基于平衡桥故障引发直流接地告警的事故处理与原理分析

引言

直流系统是变电站的重要供电系统。通过设置直流电源,为全站控制负载和电源负载供电。常规变电站通常采用两套独立的直流电源。变电站直流系统在发生接地故障时,查找接地故障点的难度比较大,所以通过配置绝缘监测装置来辅助确定接地故障点,提高查找效率。然而,基于平衡桥原理的直流绝缘监测装置具有错误接地报警的情况。本文介绍了由平衡桥电阻地电位连接点断开引起的直流绝缘监测装置的报警异常事件,据此详细分析了绝缘监测的原理和误报警的原因,旨在为直流绝缘监测装置的日常运维工作和接地检测技术提供指导。

1绝缘监测原理介绍

1.1平衡电桥检测法

平衡电桥检测原理框图如图1所示。

当变电站出现直流单极接地故障时,由电路基本原理可计算求得接地电阻。

当变电站出现直流两极接地故障时,则会出现比较大的误差,当两边的接地电阻大小越是接近,则误差越大。

1.2不平衡电桥检测法

不平衡电桥检测原理如图2所示。

通过周期性的分别投退两个等值电阻,以此计算测量两极对地电压,依据电路基本原理可计算求得变电站正负极直流接地的电阻。

1.3两种检测方法的比较

根据上述两种检测方法的原理图和说明,可以知道它们各自存在优点和缺点。平衡电桥法测量电阻速度较快,但是没办法准确测量两极性的同时接地电阻。不平衡电桥法可以精准测量各种接地类型的接地电阻,但是需要依赖检测周期,有延时性,测量速度相对较慢。

2支路检测

2.1交流法

早期常用的交流法检测原理是通过注入交流信号作为检测接地回路的识别信号,虽然具有简单、成本低的优点,但在实践过程中,这种办法容易导致设备损坏、误动作和干扰,也无法保证精度,因此这种办法已被淘汰。

2.2直流法

直流法采用直流的电流互感器,当变电站出现直流接地故障时,互感器会把产生的直流不平衡电流变换为电压或电流信号,传递给绝缘检测装置。这种办法由于采用直流源的电流互感器,不会注入交流电流影响变电站直流系统,目前获得广泛使用,但是会提高元器件投入的成本,同时检测的准确性也存在提升的空间。

3故障情况介绍

3.1故障发生

故障发生当天,笔者所在继保自动化班接到巡维中心通知,110kV某某变电站#1直流系统监控模块发出直流绝缘降低和直流接地报警信号,初步判断直流系统发生接地故障,需要尽快排除。

3.2故障现象及排查过程

我们到达现场后,进行了故障排除分析。监测机器显示,母线上的绝缘电阻减小,但没有馈线显示异常。考虑到馈线绝缘监测模块有可能精度不足,决定采用便携式直流接地查找装置查找接地点。而便携式直流接地查找装置的检测结果为该直流系统平衡桥不存在,无法定位直流接地点,查找失败。

鉴于这种情况,我们进行了下一步检查。通过断开母线电压监测模块终端的接地端子（模块包含平衡桥电阻回路）,并利用连接在便携式直流接地查找设备上的平衡桥电阻接进直流系统,结果表明,此时该检测装置无接地,直流系统监控机报警消失,直流系统绝缘显示正常。因此,确定直流接地告警是由于失去参考点导致的绝缘监测功能故障,即实际的故障点是系统本身的平衡桥接地点故障。

随后,我们对现场的直流屏内部进行了进一步检查分析,通过万用表测量母线电压监测模块内电阻大小发现阻值正常,再通过导通档测试发现母线电压监测模块端子排上连接的接地线对地不导通。结合报警发生前值班人员进行了蓄电池组电压及内阻测试的工作,工作前后对运行方式切换把手进行了操作,推测应该是方式切换把手内辅助接点没接通所致（注意:直流系统接地线经过切换把手辅助接点接地是为了通过反映运行方式变化而切换接地线导通状态,避免出现特殊并列方式下系统中存在两个接地点）。

为验证此推测,申请将#1直流系统停电,做彻底检查。经过拆下直流断路器把手,发现常开接点小模块出现故障,更换后一切正常。至此,可以判断事件的直接原因是切换把手的直流断路器内辅助接点模块出现故障。

4总结和思考

4.1直流系统故障的排查思路

通过上述案例排查过程和日常大量运维消缺的经验积累,笔者总结了以下故障排查思路,依次为:

(1）先查看当前异常现象,通过直流屏监控机查看报警和采样,以此判断出现的故障或者异常:(2）通过观察现场、测量实际电压等,确认是否发生报警所示的故障,还是属于误报警类故障:(3）根据判断,再采取相应不同的安全措施和消缺方式:(4）检查过程一般先检查直流系统外部回路,再检查装置内部,逐个排查:(5）排查过后要多加总结记录,形成自己的一套运维套路和历史缺陷库。

4.2案例揭示的隐患点

由上述内容可以看出,直流系统绝缘监测装置的设计存在以下不足:(1）绝缘监测存在因装置故障本身导致误报警的情况,缺乏真实故障和监控故障的有效区分能力:(2）直流断路器辅助接点设计可靠性不足,且存在因故障影响直流系统平衡桥接地点的隐患:(3）平衡桥失效、绝缘监测接地点断线、直流断路器辅助接点故障等一系列故障情况都缺乏有效反馈和监控机制,导致告警表象模糊,引人误解。

5改进方法

针对以上存在的问题,笔者尝试提出了几点改进思路:

(1）通过改进回路设计,参考断路器分合闸监视回路原理,增加绝缘监测回路监视信号,信号回路经过绝缘监测回路各节点的辅助接点,起到监视整个绝缘监测回路的作用:(2）对直流断路器使用的辅助接点塑料小模块进行质量优化,选用更可靠材质和原理的卡位辅助接点:(3）增加平衡桥失效、接地点断线、直流断路器接点故障等一系列监控节点故障信号,并以此作为区分判据,实现监控模块告警和真实直流故障的分类告警。

6结语

本文根据变电站直流系统绝缘监测装置原理,详细介绍了一起基于绝缘监测平衡桥原理失效引发的直流接地告警故障如何发生,如何排查处理、明确故障点并予以消缺的全过程,分析了绝缘监测装置的技术原理和故障原因。笔者通过总结和思考从这起事件中吸取的经验和发现的隐患,提出了改进思路,对直流系统绝缘监测装置的设计和功能改进提供了有价值的参考。