直流系統(tǒng)微機絕緣監(jiān)測裝置的應(yīng)用

1、直流系統(tǒng)微機絕緣監(jiān)測裝置的應(yīng)用與接地故障點檢測探討周 二 保（大唐公司陳村水電站，242500 安徽 涇縣）摘要：介紹了WZJ-1型直流系統(tǒng)微機絕緣監(jiān)測裝置的特點和在現(xiàn)場調(diào)試應(yīng)用情況，通過五年來對直流系統(tǒng)發(fā)生的接地故障點查找實例和分析判別的運行經(jīng)驗，提出運用綜合分析判別的方法快速對故障點進(jìn)行定位隔離，并對微機監(jiān)測裝置的實用性進(jìn)行了探討，以提高水電站直流系統(tǒng)的運行可靠性。關(guān)鍵詞：直流系統(tǒng) 絕緣監(jiān)測 接地 微機Application of microprocessor insulation monitoring device in DC system and Study ondetecting o

2、f fault grounding pointZhou Erbao(Chencun Hydropower Station of Datang Corporation,242500,Anhui,China)Abstract:This paper presents characteristics and debug application on site type of WZJ-1 insulation monitoring and detecting of microprocessor device in DC system. Through five years finding example

3、 and analysis distinguish operation experiences at occur fault grounding point in DC system. Propose method of exercise analysis by synthesis take align and insulation quick on fault point. Study on applicability of microprocessor insulation monitoring device. Advance operation reliability in DC sys

4、tem of Hydropower Station.keywords：DC system；insulation monitoring and detecting；grounding；microprocessor1 引言2 裝置特點與現(xiàn)場應(yīng)用21 裝置原理簡介及特點WZJ-1裝置主機實現(xiàn)在線檢測直流系統(tǒng)電壓及正、負(fù)母線絕緣電阻和故障判斷；當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生一點接地時投入低頻小信號振蕩器，利用便攜式直流接地點探測卡鉗表，在不拉開直流電源的情況下進(jìn)行接地故障點具體位置的查找。裝置利用單片機分別向直流系統(tǒng)正、負(fù)極自動投入一個檢測電阻，實時計算直流系統(tǒng)對地的絕緣電阻并顯示，異常時報警；可提高檢測靈敏度，克服

5、絕緣監(jiān)測裝置的檢測死區(qū)。為避免直流系統(tǒng)電纜對地分布電容較大對檢測接地電阻測量精度的影響，在原理上采用了綜合判據(jù)對分布電容的影響進(jìn)行修正，使判斷接地故障準(zhǔn)確率達(dá)100%，解決了誤判接地的問題。采用信號注入法（經(jīng)電容耦合）可以準(zhǔn)確查出故障點位置。裝置實時顯示便于及時了解直流系統(tǒng)的絕緣狀況，給現(xiàn)場運行人員提供了很大方便。WZJ-1裝置主要技術(shù)指標(biāo)：裝置內(nèi)阻大于200k，接地電阻檢測靈敏度可達(dá)20k，裝置不影響直流系統(tǒng)的可靠運行。22 裝置現(xiàn)場應(yīng)用技術(shù)參數(shù)實測在110kV旁母#410保護(hù)屏后模擬直流負(fù)極經(jīng)4k電阻接地，WZJ-1裝置顯示：R+ 72k（正常時R+100k）；R-=3k （正常時R-=

6、98k）。此時裝置上接地信號燈亮,并發(fā)出直流絕緣下降GP信號，將裝置上低頻小信號開關(guān)投入,正極燈亮,負(fù)極燈不亮,表示直流負(fù)極有接地故障。用便攜式探測接受器上的卡鉗表準(zhǔn)確查出了接地支路和故障點。通過人工模擬直流系統(tǒng)接地故障，裝置反應(yīng)正確，用卡鉗表可準(zhǔn)確找出故障點位置。在實際運行中若發(fā)生直流一點接地（20 k）時，合上低頻小信號開關(guān)，檢查正極、負(fù)極自檢燈，燈滅為故障母線，由現(xiàn)場人員用卡鉗表即可查找接地支路的故障點位置。3直流接地故障點的檢測查找實例和分析判別31 WZJ-1裝置在現(xiàn)場檢測故障情況統(tǒng)計 WZJ-1裝置在現(xiàn)場投運五年來檢測的故障情況統(tǒng)計表如下： 32 WZJ-1裝置在現(xiàn)場檢測故障實例2

7、000年6月5日紀(jì)村站110kV#402開關(guān)控制回路絕緣下降檢測示意圖如圖1所示，開關(guān)處于分閘狀態(tài)，用卡鉗表實現(xiàn)了對接地故障點的精確定位，發(fā)現(xiàn)電容C的一端引出頭絕緣破損，更換C后正常。可見裝置對故障點查找比較方便快捷。33 WZJ-1裝置提供實時信息及時發(fā)現(xiàn)重大設(shè)備隱患2002年4月5日陳村站運行人員監(jiān)盤發(fā)現(xiàn)“110kV#487線路開關(guān)異?！惫庾峙艷P微亮，WZJ-1顯示R+ 24k。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)系#487線路SF6開關(guān)的密度計因滲進(jìn)雨水引起接點間的絕緣下降和直流系統(tǒng)絕緣下降。根據(jù)故障現(xiàn)象進(jìn)行綜合分析快速查出了故障點，GP微亮說明密度計的接點絕緣已被水短路，若不及時發(fā)現(xiàn)危害很大。2002年4月1

8、6日暴雨時，WZJ-1顯示R+25k；R-100k，雨停幾小時后，R+50k。綜合分析為天氣下雨使設(shè)備受潮引起，比原來能更清楚地觀察和反映設(shè)備的運行狀態(tài)，可以及時采取防范措施，杜絕隱患的擴大。隨后檢查發(fā)現(xiàn)陳村站九臺110kVSF6開關(guān)（型號FXT-11型）密度計均存在接點引出電纜連接部分易受雨水侵入的隱患。SF6氣壓降低有兩對閥值接點，第一閥值報警，第二閥值禁止開關(guān)跳合閘。由于該密度計與電纜連接的接插件正上方防雨罩有縫隙，導(dǎo)致兩對接點易進(jìn)水，引起絕緣下降，第一閥值使中控室誤發(fā)報警信號，第二閥值將閉鎖開關(guān)操作回路，在雷雨天氣線路發(fā)生故障時，會造成開關(guān)拒動，擴大事故。對此重大設(shè)備隱患及時采取了室外

9、設(shè)備防雨水侵入的改進(jìn)措施。34 運用綜合分析方法快速對故障點檢測定位和隔離統(tǒng)計表明目前直流系統(tǒng)絕緣下降的故障率比以前減少，而以往僅水輪機層的電纜回路、主令控制器、端子箱等絕緣受潮薄弱的地方絕緣下降故障頻繁，處理故障點很困難。通過以前現(xiàn)場故障的處理情況來看：接線工藝質(zhì)量問題和電纜、設(shè)備老化問題較多，以前的電纜絕緣材料是橡膠，長期運行后老化嚴(yán)重，絕緣性能下降，特別是水電站的事故照明回路電纜老化嚴(yán)重。老廠要加快技術(shù)改造步伐，以提高直流系統(tǒng)的整體絕緣水平。目前機組設(shè)備技改后采用的自動化元器件質(zhì)量較好（合資或進(jìn)口產(chǎn)品），元器件的可靠性有很大提高，密封性好，受潮及絕緣下降的情況較少發(fā)生，而以前這是最薄弱環(huán)

10、節(jié)。新型開關(guān)設(shè)備重視了戶外端子箱的防潮設(shè)計（如ABB開關(guān)、ALSTHOM開關(guān)機構(gòu)箱的防潮性能很好）使室外電氣設(shè)備絕緣受潮情況大為減少。同時將戶外端子箱的膠木端子更換為新型材料的端子后，提高了戶外環(huán)境下的電氣絕緣性能。特別是控制電纜更換后，直流系統(tǒng)絕緣水平有了很大提高。從目前現(xiàn)場運行情況看：機組勵磁回路、調(diào)速回路的設(shè)備故障；開關(guān)操作回路跳、合閘線圈燒壞；裝置開關(guān)電源板故障等易引發(fā)直流接地故障。近幾年發(fā)生的直流接地故障主要是戶外高壓開關(guān)的控制回路、事故照明回路、新設(shè)備投運時因設(shè)計問題或接線問題造成的直流接地故障。為此必須有重點的做好現(xiàn)場技術(shù)管理工作，對薄弱環(huán)節(jié)采取防范措施。通過我站近5-6年的技術(shù)

11、改造實踐分析，新技術(shù)新材料的應(yīng)用使直流系統(tǒng)本身的絕緣水平有了很大提高，全廠控制電纜更換為抗干擾性能好的屏蔽電纜并在二端接地后，直流系統(tǒng)的分布電容量也大大下降，因此直流系統(tǒng)的絕緣下降故障特征與以前有很大不同，主要表現(xiàn)為突發(fā)性的絕緣突然下降故障，而以前經(jīng)常發(fā)生的直流系統(tǒng)絕緣多處不好或下降的情況現(xiàn)在很少發(fā)生。因此采用WZJ-1裝置的監(jiān)測技術(shù)原理在新形勢下仍有較高的精度和實用價值，并且不至于使檢測回路過于復(fù)雜化，查找故障簡單快捷，物理概念清晰，便于現(xiàn)場人員掌握。通過WZJ-1裝置的實時顯示可看出現(xiàn)場設(shè)備絕緣電阻的一些變化規(guī)律，若引入到上位機進(jìn)行綜合分析，有利于掌握現(xiàn)場設(shè)備的絕緣狀況。4 裝置應(yīng)用中有關(guān)

12、問題探討我站在2000年和2003年分別對陳村站、紀(jì)村站的直流系統(tǒng)及蓄電池進(jìn)行了全部更新的技術(shù)改造，但在直流絕緣監(jiān)測裝置這一塊仍保留了WZJ-1裝置，滿足了現(xiàn)場運行要求，節(jié)省了設(shè)備投資，但在設(shè)備接口處理上需注意以下問題。陳村站因新電池屏上有直流絕緣監(jiān)測回路與WZJ-1的監(jiān)測回路相并聯(lián)后，導(dǎo)致WZJ-1顯示對地絕緣電阻為5k，并發(fā)報警信號。改進(jìn)辦法是將新電池屏上的直流絕緣監(jiān)測裝置的對地電阻回路解除，僅使WZJ-1裝置的監(jiān)測回路投入運行。紀(jì)村站新GZDW智能直流柜自帶平衡電橋繼電器式絕緣監(jiān)測報警裝置，解除其監(jiān)測回路不用，僅用WZJ-1裝置。裝置有待改進(jìn)的方面：裝置采用了AC220V電源，在倒換廠用

13、電后須對裝置進(jìn)行手動復(fù)位恢復(fù)運行，在現(xiàn)場采用DC220V供電比較好。建議采用高可靠性的電子開關(guān)代替進(jìn)口微型繼電器切換電阻的方案來實測直流系統(tǒng)的對地絕緣電阻。將LED顯示器采用有源液晶顯示，可顯示更多的信息。對整定值的輸入采用EEPROM存儲，增加裝置故障診斷功能，具有故障報告存儲功能和與上位機通訊的功能。按規(guī)程要求：在直流系統(tǒng)絕緣下降到15-20k時，裝置應(yīng)能動作并報警，應(yīng)將整定值由5k提高到15-20k較為合適。因采用切換電阻的方案來實測直流系統(tǒng)的對地絕緣電阻，R+、R-因并聯(lián)100k后，實際的絕緣電阻大于100k時也只能顯示到100k。由于在正常情況下低頻振蕩器不投入運行，而每年發(fā)生接地故

14、障的次數(shù)一般不超過5次，每次的檢測時間按1小時統(tǒng)計，可見信號幅值較小的低頻振蕩器對直流系統(tǒng)的影響實際上是微不足道的。我站在現(xiàn)場大量采用了南瑞保護(hù)公司的LFP-900型和RCS-9000型微機保護(hù)裝置，其在硬件結(jié)構(gòu)上的抗干擾電容量很小。根據(jù)1994年10月IEEE文獻(xiàn)介紹：微機保護(hù)抗干擾電容采用0.05f已足夠，既達(dá)到了抗干擾的目的，又不會使直流系統(tǒng)對地電容過大。同時控制電纜屏蔽層的二端接地也減小了直流系統(tǒng)的對地電容。這對現(xiàn)場運行的微機直流絕緣監(jiān)測裝置來說可減少檢測誤差。自從微機保護(hù)推廣應(yīng)用后，現(xiàn)場人員對二次回路的絕緣檢測擔(dān)心試驗中高壓串入保護(hù)裝置損壞電子元器件，因而研究試行二次回路的絕緣在線監(jiān)

15、測，也是勢在必行。長期運行表明WZJ-1的實時檢測功能在現(xiàn)場比較實用?，F(xiàn)場運行表明：WZJ-1裝置在檢測精度、抗干擾能力、和對直流系統(tǒng)影響等方面可以滿足中型水電站直流系統(tǒng)的運行要求。5 應(yīng)用體會WZJ-1型微機直流絕緣監(jiān)測裝置在我站投運兩臺，裝置在現(xiàn)場連續(xù)運行五年未發(fā)生故障，運行穩(wěn)定，在直流系統(tǒng)發(fā)生接地故障時反應(yīng)正確，可準(zhǔn)確找出故障點位置。裝置安裝在中控室的控制屏上，可便于運行人員隨時了解直流系統(tǒng)對地的絕緣情況，自投運以來受到了現(xiàn)場人員的歡迎。對老電站直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測的改進(jìn)不宜采用對每個支路增加輔助磁環(huán)的檢測方式，采用WZJ-1裝置檢測較為合適。現(xiàn)場對所取得的效果比較滿意。在直流系統(tǒng)對地電容不

16、是很大的電廠，此方案的檢測精度較高，可以滿足現(xiàn)場的需要。有必要提出的是：由于直流系統(tǒng)本身的特殊性，要求絕緣監(jiān)測裝置的功能首先要能正確檢測到系統(tǒng)絕緣下降故障，但對故障點或支路的自動并準(zhǔn)確定點判別報警功能的技術(shù)實現(xiàn)遠(yuǎn)未達(dá)到交流系統(tǒng)中繼電保護(hù)正確動作切除故障的技術(shù)性能，在技術(shù)原理和技術(shù)實現(xiàn)方法上仍有待于進(jìn)一步突破。在現(xiàn)場為保證直流系統(tǒng)安全運行的行之有效的方法是：對機組控制回路絕緣老化的電纜、老舊元器件、密封性能不好的端子箱及SF6密度計、事故照明回路等進(jìn)行技術(shù)更新改造；同時在設(shè)備檢修時要加強絕緣檢查工作，特別是開關(guān)機構(gòu)箱內(nèi)的跳、合閘線圈及其回路的絕緣情況，由于是可動部件，其故障率相對較高。通過技改使直流系統(tǒng)絕緣水平提高后，在發(fā)生絕緣下降的故障時反而好查故障點了，采用信號注入和卡鉗表檢測的靈敏度也會有較大提高。以前全廠絕緣水平很低，查絕緣下降故障反而無從下手，采用信號注入和卡鉗表檢測的靈敏度也較低。通過總結(jié)現(xiàn)場的運行經(jīng)驗和采用技術(shù)先進(jìn)的微機監(jiān)測裝置二者相結(jié)合將會進(jìn)一步提高直流系統(tǒng)的安全運行水平。WZJ-1在現(xiàn)場對故障點的檢測結(jié)果全部正確，從沒有發(fā)生誤報警的現(xiàn)象。但磁環(huán)支路型據(jù)了解存在誤報警的問題，在原理判據(jù)上可能仍存在不足之處，有待于進(jìn)一步完善改進(jìn)。對于公用-XM的音響小母線信號回路，若