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直流屏绝缘不良误报警案例分析

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2019-06-28 11:10:00 来源:乐清米点网络科技有限公司

绝缘不良报警问题作为直流屏的多发问题,往往并不是简单的线路破损造成的,直流屏的接线方式、直流用电设备回路结构等潜在问题时刻影响着变电站二次系统的正常运行,甚至可能引发更大的变电站主系统的事故。


直流屏绝缘不良误报警具体案例分析如下:


1、某变电站直流屏配置两套蓄电池组、两套独立整流模块,设置两段直流母线分列运行,每段母线均安装独立的绝缘监察设备,如图1所示:

直流屏配置图.png

2、投入运行后,两段母线的绝缘监察设备间断发出若干支路“绝缘不良”报警,故障信号不能复归。微机测控装置显示220 V直流一段+KM +162 V,-KM -58 V;220V直流二段-tKM +152 V,-KM -66 V。


3、流屏绝缘不良误报警检查、分析:


根据绝缘监察装置的报警信息及故障现象,初步判断为直流屏某处存在绝缘不良。我们采用人工拉路法手动短时切除各配电线路的方式逐一排查,以求尽快缩小排查范围。按照一般负荷、较重要负荷、重要负荷的顺序依次拉路检查:


断合事故照明回路;断合直流通信电源回路;断合遥信信号回路;断合合闸回路;断合控制回路;断合保护测控装置电源回路。


随着直流配电线路的逐个切除,故障不但没有消失,反而有新的故障线路出现,这给排查工作带来了很大困难。


断开一段直流屏母线各配线开关,正对地,负对地均有负电,正、负间无电压。根据现场实际问题现象,经与直流屏厂家技术人员现场检查、图纸接线分析,推断为直流屏一段、二段母线在负荷侧存在并列。


经检查,某两路直流配线间存在寄生回路,从而确认了环网问题的存在。查阅图纸资料并结合现场实际接线情况,发现该环路并非施工接线错误,而是设备二次线设计缺陷所致。


直流屏绝缘不良报警故障.png

如图2所示,直流屏控母一段断路器就地控制回路与二段断路器远方控制回路负极在N52端子处并列。


4、流屏绝缘不良误报警原因分析:


我们首先简化出正常情况下直流屏绝缘监测模块电路原路图,以直流一段系统为例,如图3所示。

直流屏绝缘不良报警故障2.jpg

R+R-分别为直流正、负母线对地等效电阻;R1. R2为绝缘监测装置等效平衡电桥电阻,R1=R2;K为接地检测继电器。两段直流屏各配置一套绝缘监测装置。直流屏在绝缘情况良好时, R+≈R-,直流正负母线对地电压平衡,K不动作。当配电线缆或设备端子排因受潮、老化。回路接地等原因导致绝缘下降,使得R+≠R-, K继电器因流过不平衡电流而动作报警。


而实际上,由于直流屏一段与二段负极存在并列问题,各极对地电压分别为+1KM +162 V,-IKM - -58 V, +2KM +152 V,-2KM -66 V。从对地电压数据可知直流屏一段 、二段存在负绝缘不良的特征。此特征与负极并列问题有没有必然联系,问题在哪里呢?

直流屏绝缘不良报警故障3.jpg

两套直流屏负极并列运行示意图如图4R l+R1-R2+ R2-分别为直流段、二段正、负母线对地等效电阻;R11 R12 R21R22分别为直流一段、二段绝缘监测装置等效平衡电桥电阻。正常情况下R1+=R1,R2+-R2,R1l= R12,R21=R22由于直流一段、二段负极并列,使得原本平衡的等值网络遭到破坏:


      R12 =R2Z =R12// R22;R1Z < R11;R2Z < R21;


同样:


      R1- =R2 =R1-//R2 ,R1- < R1+,R2- < R2H。


      以上推导过程,可以清楚地解释各段母线正、负极对地电压不平衡且负极电压偏低的现象。


      而按照等值网络关系,似乎不但不能解释绝缘监测装置偶然报警,反而出现了推理矛盾。


      我们知道绝缘电阻本身就是不确定的因素,它的大小与本身的绝缘材料、环境温湿度等均存在必然关联。这也恰好与绝缘监测装置的偶然报警构成了必然发生的偶然关系。


5、直流屏绝缘不良误报警解决办法:


为了验证以上的分析是否正确,现场将并列运行的两路直流配电线路断电,观察系统故障现象。经检查,绝缘监查装置报警信号消失,直流屏绝缘电阻恢复正常,直流电压亦恢复至正常值。


说明两支路负极并列运行是问题所在,因此问题处理原则自然可以明确,即断开直流一~段与直流二段两个支路负极的并列点,并保证该回路所带断路器远方跳闸、就地跳闸回路共用同一直流控制电源。


结合设备二次原理图,经过现场讨论研究,制定出处理方案:去掉两根线、增加一条线。改进接线如图5所示,改正后,断路器就地控制、合闸回路(S52、N52所需电源仅由保护控制电源,即直流屏控母二段提供。 


Hz的电源处获得。输出电压的振幅是由自动可调变压器控制的,由图1中的T1来表示。该变压器的输出用相应需要的超低频来调节,如0.1 Hz频率。该过程在图1中用T2来表示,T2输出以正弦波模式周期性地增加或减少,频率是两倍的输出频率,这样就会产生一个50 Hz电压。该调制工频电压经过高压变压器逐步升压,即图1中的T3.该高压变压器的输出通过一一个能产生单极电压的全波整流器来整流。最后,整流器与终端之间的一一个极性开关每个半个周期就会将整流后的电压的极性颠倒以下。输出电缆和被试品的电容将提供充足的滤波,以便将120 H的波动减至一一个可接受的水平,其终端波形是一个高压超频正弦波。0.1 Hz超低频试验系统。系统的工作频率可通过调整图1中的T2获得0.05Hz 0.02 Hz 0.1 Hz等不同的工作频率,较低的频率可测试超长电缆。


超低频技术的试验过程:


超低频技术的试验仿效工频试验,对橡塑电缆进行交流耐压试验,在试验过程中不会累积空间电荷,对电缆的绝缘不会造成损坏。


采用超低频技术原因分析:


由于电力电缆容量大,根据:

例如,在工频50 Hz下,试验1 μ约3 km的8740 kV的电缆,当试验电压为26 kV( 3U)时,试验设备容量需达到213 kVA,因此所需的试验设备容量很大,使得设备体积大而笨重,同时价格也很昂贵。所以工频交流耐压试验方法不适于现场应用。根据S=oCU3=2mjCUs可以得出频率越低,在试验电压下所需功率越小。如使用0.1 Hz交流耐压设备所需的功率比使用工频50 Hz交流耐压设备小500倍,故采用超低频交流电进行耐压试验。

直流屏绝缘不良报警故障5.jpg

直流屏绝缘不良报警故障6.jpg

Hz超低频耐压技术与直流耐压技术的比较:


直流耐压试验能有效地发现电缆绝缘缺陷,但对交联聚乙烯电缆则不一定有效, 甚至可能产生负作用。在做直流耐压试验时,直流高压在运行电缆的水树区域形成负电荷积累,这些积累的电荷将-直残留在绝缘体上,待耐压试验后,投入运行时通过的是交流电,正电荷与直流耐压产生的负极性空间电荷处电压叠加,导致局部放电、电树形成、直至绝缘击穿。


结束语:


直流屏超低频技术引用于耐压试验上,既减少了设备的体积、降低设备制造成本;又不会对大容量设备的绝缘造,成损坏,非常适合于现场的使用。


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