一起基于平衡桥原理的直流绝缘监察装置接地报警事故处理与分析

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摘要

河南华润电力首阳山有限公司的研究人员马俊岭、张习鹏等，在2018年第7期《电气技术》杂志上撰文，介绍了一起典型的基于平衡桥原理的直流绝缘监察装置接地报警的异常事故，对直流系统接地事故报警的原因进行了认真分析。

详细介绍了故障过程、检查情况、试验过程和原因分析等主要内容，指出了基于平衡桥原理的绝缘监察装置暴露出的问题，并为处理类似事故提供了借鉴经验和方法。

直流系统是发电厂、变电站重要的电源系统，为开关操作、继电保护装置、自动装置、交流不停电系统等供电，要求有极高的可靠性。大型机组及重要变电站，直流母线一般按照单母分段配置。

直流系统分支多，范围广，一旦发生直流接地，依靠经验及直流拉路方法，查找原因就会费时费力，非常困难。因此每段母线一般均配置直流绝缘监察装置，便于确定直流接地范围，减少排查工作量，快速定位故障点。

但基于平衡桥原理的直流绝缘监察装置存在误接地报警的情况，本文介绍一例两路直流绝缘监察装同时接地报警异常事件，详细分析误报警产生的原因，为现场工作人员处理类似事故提供借鉴经验。

1  故障概述

1.1  绝缘监察装置介绍

目前国内运行的直流绝缘监察装置的原理主要有平衡桥、不平衡桥、变频探测原理、信号寻迹法、直流漏电流法等[1-3]。其中基于平衡桥原理的绝缘监察装置应用较为广泛。平衡桥原理图如图1所示。

图1  平衡桥原理

当直流系统发生正、负极接地时，（R+≠∞或R≠∞）电桥平衡被破坏，有电流流过绝缘监察装置，发出接地报警信号。

为了快速定位故障支路，目前各直流支路均配置直流智能互感器用于测量漏电流[4-5]。正常时流入智能互感器的电流I+、I大小相等，方向相反，故漏电流I0=0，发生接地时流入直流互感器的电流I+、I，大小不同，故漏电流I0≠0。根据根据欧姆定律算出对地的电阻值。

1.2  报警情况：R、R+

我司110V直流系统采用单母线分段接线。在系统需要时，也可以合上直流一母线间的联络刀闸。每段直流母线均配置某公司生产的微机型绝缘监察装置。装置采用平衡电桥原理进行检测。支路漏电流报警值设置为3.6mA。 

08∶30分DCS报“110V Ⅰ段直流母线接地”、“110V Ⅱ段直流母线接地”。就地检查绝缘装置，Ⅰ母绝缘监察装置报警主要信息：对地绝缘电阻降为4.5k，漏电流3.0mA，故障支路选线为开关1支路。Ⅱ母绝缘监察装置报警主要信息为：对地绝缘电阻降为5.5k，漏电流2.8mA，故障支路选线为开关2支路。

1.3  故障处理

现场工作人员依次断开开关1、开关2，接地故障报警均能消失。依据直流接地故障查找的一般方法分别查找故障点，即先外后内、先次后重、先信号再控制进行查找，并未发现明显的接地点。

现场人员依据现场排查结果并根据故障现象，初步判断直流系统不存在接地故障。依据以往经验，判断可能存在直流互串的情况。随即对回路进行了第二次排查。

在排查过程中发现开关密度继电器的两个常开节点分别被接入两路不同的直流回路，由于密度继电器内接线柱内空间狭小，继电器内的接线均为多股裸铜导线，且其中有两股裸导线近距离触碰（如图2方框内所示），随即对问题导线进行重新压接接线，使两路股导线不再触碰。处理完毕后，接地告警消失。

图2  故障点

2  现场试验及分析

2.1  事故原因分析

通过事故处理过程及分析，查明本次直流系统并未发生真实直流接地的情况，本次报警为误报警。两路直流母线配置的绝缘监察装置报警的根本原因为两路直流正负极互串。分析认为由于绝缘监察装置原理的需要，绝缘监察装置本身均有一接地点。在两路直流正负极互串后，通过绝缘监察装置自身的接地点构成回路，造成绝缘监察装置误报警。

2.2  事故模拟试验

为验证以上分析结论，利用机组停机机会完成了两路直流互串试验。试验接线图，如图3所示。

图3  试验接线图

具体试验步骤：1）在110V DC Ⅰ母QF1开关下口正极和110V DC Ⅱ母QF2开关下口负极串接一个8k的电阻；2）依次合上开关QF1、QF2。

现象：接通电源后两路直流绝缘监察装置均报接地，与上次报警现象一致。Ⅰ母、Ⅱ母绝缘监察装置接地报警数据分别见表1、表2。

表1  Ⅰ母报警信息

表2  Ⅱ母报警信息

2.3  报警数据分析

试验参数信息：平衡桥电阻25k；继电器电阻8k。试验原理图如图4所示。

图4  试验原理图

理论计算漏电流如下。

基于平衡桥原理的绝缘监察装测出的因直流互串出现的漏电流＜监察装置定值（3.6mA），故两路直流绝缘监察装置均接地报警。

3  直流串电的其他危害

根据以上理论分析可知，直流互串会引起两套直流系统同时接地告警（一段正极接地，另一段负极接地），报警误导了现场运行检修人员故障查找的方向，不利于快速查明故障。

以往现场人员对直流互串的认识不够深入，普遍认为直流互串不会对系统造成太大的危害，但相关文献[6-8]与直流互串所造成的事故均表明，发生直流互串后造成的危害并不亚于发生直流接地的危害。

直流接地造成的主要危害还有：①引起保护误动机率增加；②引起直流系统火灾；③缩短蓄电池使用寿命；④保护拒动；⑤接地故障告警灵敏度下降；⑥其中一段直流电源系统故障再发生接地故障，会导致整个直流系统接地；⑦正、负互串将直接引起绝缘良好的直流电源系统出现电压偏移。

结论

在发生两路直流正负极互串的情况下，基于平衡桥原理的绝缘监察装置会误接地报警，造成现场人员的误判，不利于现场故障的及时解决，对系统可能产生较为严重的影响。相关厂家应优化采用平衡桥原理的绝缘监察装置，完善直流互串报警功能，避免误导现场事故处理人员。

现场运行维护人员应掌握直流互串绝缘监察装置报警特点，及时判断直流互串故障，加强对现场设备的维护，以避免直流线路由于绝缘薄弱、受损坏造成直流接地及互串故障的发生。