特高压换流站直流系统绝缘监测方法研究

特高压换流站直流系统绝缘监测方法研究

罗沐李文刚穆欢乐阎乃臣

（国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司内蒙古通辽028000）

摘要：特高压换流站直流系统的安全、可靠和稳定运行关系着站内以及整个电网的安全，对特高压换流站内直流系统的绝缘监测越来越受到运行部门的重视，也对绝缘水平的检测方法提出了更高的要求。本文分析了特高压换流站内直流系统易发生的接地故障类型，分析了平衡电桥法、不平衡电桥法、交流法以及直流法的原理和优缺点。本文为设计特高压换流站内直流系统的绝缘监测方法提供了参考。

关键词：特高压直流输电系统；接地故障；绝缘监测；电桥法；

1概述

直流系统为变电站内的控制系统、继电保护、信号装置、自动装置提供电源[1]，同时作为独立的电源，直流系统还可以作为应急的备用电源，即使在全站停电的情况下，仍能保证继电保护装置、自动装置、控制机信号装置的可靠工作，同时也能供给事故照明用电。确保直流系统的正常运行是保证变电站安全运行的决定条件之一。

统计分析表明，引起直流系统异常和接地故障的主要情形包括：

1)由下雨天气引起的接地。在大雨天气，雨水飘入未密封严实的户外二次接线盒，使接线桩头和外壳导通起来，引起接地。例如瓦斯继电器不装防雨罩，雨水渗入接线盒，当积水淹没接线柱时，就会发生直流接地和误跳闸。SF6压力表密封不严，进水，发生直流接地。在持续的小雨天气（如梅雨天），潮湿的空气会使户外电缆芯破损处或者黑胶布包扎处，绝缘大大降低，从而引发直流接地。

2)由小动物破坏引起的接地。当二次接线盒（箱）密封不好时，蜜蜂会钻进盒里筑巢，巢穴将接线端子和外壳连接起来时，就引发直流接地。电缆外皮被老鼠咬破时，也容易引起直流接地。

3)由挤压磨损引起的接地。当二次线与转动部件（如经常开关的开关柜柜门）靠在一起时，二次线绝缘皮容易受到转动部件的磨损，当其磨破时，便造成直流接地。

4)接线松动脱落引起接地。接在断路器机构箱端子排的二次线（如10kV开关机构箱内的二次线），若螺丝未紧固，则在断路器多次跳合时接线头容易从端子中滑出，搭在铁件上引起接地。

5)插件内元件损坏引起接地。为抗干扰，插件电路设计中通常在正负极和地之间并联抗干扰电容，该电容击穿时引起直流接地。

6)误接线引起接地。在二次接线中，电缆芯的一头接在端子上运行，另一头被误认为是备用芯或者不带电而让其裸露在铁件上，引起接地。在拆除电缆芯时，误认为电缆芯从端子排上解下来就不带电，从而不做任何绝缘包扎，当解下的电缆芯对侧还在运行时，本侧电缆芯一旦接触铁件就引发接地。

直流系统是一个十分庞大的多分支供电网络，其常见的故障是一点接地，在一般情况下，一点接地不会影响直流系统的继续运行，但若不能及时找到直流系统接地点，发生直流第二点接地，就会引起控制系统、继电保护、信号装置、自动装置误动作，从而破坏站内直流系统的稳定运行，甚至会造成大范围的停电事故。目前的一些直流接地故障的检测方法已经不能适应现在的复杂接地故障，另外直流系统中大量环网的存在是直流电网结构复杂，进行接地检测的困难变大。因此，研究直流系统绝缘水平监测方法对于提高直流系统运行安全性和可靠性，确保高压直流输电系统的运行安全可靠性具有重要现实意义和实用价值。

2绝缘监测基本原理

绝缘监测分为母线绝缘检测和支线绝缘检测两部分[2]。在检测过程中，先对母线进行检测，发现问题后再对支线检测。母线绝缘检测根据电桥原理，即绝缘监测装置中的Ｔ型网络和直流系统正、负极绝缘电阻构成电桥。

正常情况下，直流系统中正负对地是绝缘的，平衡桥即是为了查找直流系统中存在的绝缘降低或接地故障而人为在系统的正对地与负对地加入的两个大小相等的平衡电阻。从前面分析可知，对于一个没有平衡电桥，或平衡电桥取值不当的系统，系统电压是无法准确反应出系统对地绝缘状态的，因此，平衡桥在直流系统中将系统对地绝缘阻抗与正负对地电压进行了对应。

3绝缘水平监测方法

3.1平衡电桥法

平衡电桥法的原理如图1所示。

当Rx=Ry=∞时（无接地），有V1=110V和V2=-110V;

当Ry=∞时（单端接地），可得接地电阻Rx为：

图1平衡电桥法

根据以上两式，可求得接地电阻Rx、Ry。

3.3交流法

交流法的原理如图3所示。

采用交流无源互感器，测量时需要向母线注入低频交流信号。图中Rx、Ry为支路正负接地电阻，Cx、Cy为支路电缆对地等效电容。采用低频信号的目的，是为减少由分布电容引起的容性电流的影响。用交流互感器套在各支路的正负出线上，由于穿过互感器的直流电流在正常情况下大小相等，方向相反，它们产生的磁场相互抵消。

在支路发生接地故障的情况下，直流磁场也不影响交流互感器的输出，而此时叠加在直流系统正负母线上的交流信号，则在交流互感器的二次侧输出可反应正负支路对地接地电阻和等效电容的漏电流向量和，然后用相敏检波器或乘法器取出阻性分量，即为正负支路对地绝缘电阻的泄漏电流值。

根据叠加的交流电压信号幅度和该泄漏电流值，则可计算出正负支路对地绝缘电阻。

3.4直流法-支路单端接地检测

对于单端接地，如图4中的正极接地，此时支路上直流漏电流传感器测得的电流即为流过该支路正接地电阻的电流，结合测得的母线正对地电压，即可求得该支路接地电阻。

3.5直流法-支路双端接地检测

直流法-支路双端接地检测的原理如图5所示。其具体步骤为：

第一步，闭合开关K1，断开开关K2，测得此时的支路漏电流I1，母线正负对地电压V1+、V1-。此时有：

图5直流法-支路双端接地检测

4结论

本文简单介绍了可能引起直流接地的原因，以及直流系统绝缘监察装置的原理。由于在特高压站内有两套直流系统。大量环网的存在使直流电网结构复杂，发生的接地故障可能更难查找，进行接地检测的困难变大。上述所介绍的直流系统接地绝缘监察原理，只局限与理论的探讨，最终能否应用于电网中还要考虑到电网中的诸多实际情况。

参考文献

[1]向小民,李洁琪.对直流系统接地故障检测方法的研究[J].电气开关,2009,5:48-49.

[2]田伟达.直流系统接地故障检测方法的研究[J].东北电力大学学报,2011,31(1):65-68.

作者简介：

罗沐(1992-)，男，学士，从事特高压变电运行维护工作。

李文刚(1985-)，男，硕士，从事特高压变电运行维护工作。

穆欢乐(1985-)，男，学士，从事特高压变电运行维护工作。

阎乃臣(1985-)，男，学士，从事特高压变电运行维护管理的工作。