张浩
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摘要：近年来，在电力系统内因变电站直流电源系统出现异常而引起保护装置误动、拒动的事故呈上升趋势，而目前直流系统安装的设备在事故状态下却无法捕捉到准确和详细的异常情况信息，缺乏事故数据支撑，给事故原因分析增添了许多不确定因素，导致采取的后续措施缺乏有效的技术依据。
关键词：直流电源；监测运行；故障分析系统；数据采集终端
引言
发电厂、变电站直流系统为断路器分合闸及二次回路继保设备、故障照明等重要负载提供直流电源。直流电源采用浮地方式运行，正常情况下直流母线的正、负极对地是绝缘的，但随着运行时间的增加，线缆绝缘老化或者破损，遇到下雨天气则出现明显的绝缘降低，威胁到直流系统的安全运行。当正极或负极发生一点接地时，不构成回路，不影响继续运行。如果再发生另一点接地，就有可能造成正负极金属短路或短接继电器动合触点、控制开关以及继电保护、自动装置的起动元件，引发电力系统的重大事故。因此在直流部分发生一点接地故障后，应立即找出接地故障点，并尽快消除。目前，大多数发电厂和变电站装设的直流绝缘监测装置都能诊断出直流系统发生接地故障并选线，但经常找不到接地支路（由于绝缘漏电流CT或检测装置精度问题，或者实际线路接地阻值较大），更不能确定接地点，直流接地具体故障点主要还是依靠人工查找来排除。
1直流电源系统的构成及绝缘监测原理
某500KV变电站的直流电源系统为双重化配置，两套蓄电池组及充电机分别带两段直流母线，正常运行时两段直流母线间没有电的联系，如图１所示。其中，绝缘监测装置内置对地平衡电阻桥，通过监视母线对地电压来判断系统状态。正常运行时正负极母线对地电压幅值相等，当母线对地电压下降到设定值时，绝缘监测装置开始巡检各馈线支路，通过测量各馈线支路的不平衡电流值来判断故障支路。
2系统设计
2.1研制数据采集终端
数据采集终端以通信方式从集中监控、绝缘装置、蓄电池巡检仪获取有关数据，并将绝缘装置、蓄电池巡检仪的数据转发给集中监控，获取的数据包括各类参数整定值、测量值和告警信息以及单体电池电压、内阻、温度等。系统通过实时采样获取数据，数据采集终端可通过自采的方式采集蓄电池组浮充电流、均充电流、核容放电电流、事故跳闸放电电流，母线电压、对地电压与对地交流电压等。系统具有B码对时功能，以保证数据采集时与其他设备一致，便于事故分析与各种数据统计等。
2.2开发直流电源故障智能分析辅助决策系统
直流电源故障智能分析辅助决策系统需要在采集故障信息的基础上对直流系统进行故障建模及分析，要能准确及时地对直流电源系统的异常及故障情况做出分析，并根据分析结果发出告警或警示，分析结果以图形、文本等方式展示出来，通过监测分析，可判断出直流斩波器、硅链等稳压、调压设备的特性是否满足直流系统的运行要求；可以监测在蓄电池转供期间，特别是在出现保护装置动作等大负荷状态时，各蓄电池所表现出的容量情况及母线电压的波动情况，以判断蓄电池容量是否满足运行要求，在容量不满足运行要求时能及时发出告警信息；直流系统绝缘监测装置在进行接地检测时，由于平衡回路的切换，将会造成直流系统对地电阻和对地电容的变化，通过在直流系统绝缘监测装置检测动作时同步检测对直流系统的扰动情况，可以鉴别出直流系统绝缘监测装置的原理及特性是否满足直流系统的运行要求。
3直流电源系统接地故障排查方法改进
直流电源系统接地故障普遍采用的排查步骤为直流对地电压检查、后台监控机信号检查、绝缘检测装置检查、按选线结果拉路查找、按拉路查找结果查找接地点、接地点消除。但在重要厂站中，不允许随便使用拉路法，而对于老旧厂站整体电缆绝缘性能下降，在复杂故障中很难通过绝缘检测装置进行选线，如上述案例中的充电机屏接地故障、寄生回路接地故障及两点接地故障，绝缘检测装置灵敏度不够或不启动。对于重要厂站，直流电源接地故障为重大缺陷，必须在短时间内消缺。为此，快速找到并处理直流接地点是对现场运维人员的严峻考验。
3.1回路拉回查找法
回路拉回查找法是排除电力系统接地故障的一种常用方法，适用于查找直流电源柜接地故障，方法简单，可操作强。需要注意的是，它配出控制的二次系统比较复杂，信号回路与控制回路、保护回路的区分不明显，其中还有一些非正常的闭环回路，增加了回路拉回查找接地故障的难度，在拉开每条直流回路后，应在3s内迅速恢复送电。
3.2综合分析法
①后台信号及报文分析：检查故障时刻的后台监控系统信号、故障录波器启动信号及绝缘检测装置选线情况，在老旧厂站绝缘性能低的情况下，绝缘检测装置通常出现误报支路的情况，此时需辅以其他系统的信号来判断故障情况。②现场作业分析：包括运行操作和检查作业，核实故障时刻是否有现场作业，若有则应立即停工检查，甚至恢复作业来确定故障是否与作业有关。③天气情况分析：雨天、雨后晴天都有可能造成故障，雨天时雨水进入设备及回路造成直流接地，雨后晴天时水气蒸发进入设备导致凝露。
3.3万用表电压测量法
万用表电压测量法就是使用万用表的直流电压挡测量直流电压值。当直流电源的一个极出现接地时，另一个极对地的电压为全电压。在切除一部分直流负荷和回路时，配合其他接地故障查找仪器及方法，观察万用表所测极的对地电压值变化情况来判断接地点所在区域，从而准确确定接地故障点并加以解决。
4查找直流电源柜接地故障的技巧
直流接地故障隔离系统技术方案中，当绝缘监测装置检测到系统中某个馈线支路发生故障时，可以手动或通过控制电操将故障支路从常用电源切换到隔离电源供电。但是在切换过程中，为了保证支路负载不断电，必须先合上隔离电源的开关，再断开常用电源的开关，这样两路本来独立的电源就存在短时并联。以220V直流系统为例，常用电源平时的母线电压一般为234V（电池组浮充），而备用的隔离电源电压一般为220V，两者之间有14V的电压差。为了避免短时并联造成的冲击，可以先通过直流监控将备用隔离电源的电压调整为直流系统（常用电源）的电压，然后合上备用隔离电源开关，再断开与现有直流系统的接地故障支路开关。借助精度高的先进仪器对设备本体及各个直流回路定期进行绝缘检查，记下绝缘较低的直流回路或接线，等环境温度潮湿时，开展重点监测，不要等故障出现时再去查找排除，要按照直流电源柜运行管理规定，做好维护工作。
结束语
本文搭建的直流电源故障分析系统可通过采集运行中充电机、绝缘监测装置、蓄电池巡检装置数据，分析装置是否出现故障；可实现蓄电池开路、短路、容量下降等故障的判断与告警；可实现绝缘装置接地故障报警与隐患的分析监测功能，可实现接地引起保护误动分析，十分适用于直流电源设备全生命周期的管理。
参考文献
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