崔 实1 赵彩虹1 霍 刚2
1.东北电力学院 吉林省吉林市 132012 2.东北电业管理局
目前，国内直流系统接地故障检测装置有两种形式，一种是便携式，另一种是长期在线式。这方面产品较多，就使用中出现的问题，本文进行了分析和探讨。
1 检测装置一般原理
近年来，发电厂、变电站直流系统接地检测装置大多数都是采用低频信号注入直流母线方法，有两种形式，一种为长期在线式，如图1所示，一种为便携式，如图2所示。
图1 在线式低频信号注入母线图
长期在线式的微机型直流系统绝缘监测仪，其原理是在直流系统各条支路上加装电流互感器，信号电源分别向正、负直流母线注入10Hz低频交流电压信号。当其支路发生接地故障时，支路接地电阻小于20kΩ时(即警界值为20kΩ)，电流互感器的二次侧能够检测到故障支路低频电流的幅值和相位，然后把检测的支路电流由微机算出有功分量Im(m=1,2,…，为支路编号)，再利用RG=U/I公式计算出支路的绝缘电阻值(U为低频电压信号的有效值)。此时的检测装置便显示接地电阻阻值和支路编号。
图2 便携式双频信号注入母线图
便携式的检测装置的原理，是当现场发出接地报警之后，在直流母线注入双频信号，其频率有10Hz及20Hz，还有11Hz及35Hz的。然后，用带有放大电路的钳形电流表检测各条支路，根据表的指示情况，确定接地支路。
2 同类产品的特点和存在的问题
从上面两种使用类型来说，不论采用哪种产品，从原理分析上看，共同特点都是采用低频信号注入直流母线的检测方法，这种类型装置一般来说是可行的。但是，为什么在实际使用当中会出现一些问题呢?这类检测装置是由于电容影响，使其功能、分辨率受到限制，有时会产生误报警和误动作。这里的电容主要是静态继电保护装置存在的大量抗干扰电容和电缆线路本身分布电容。这个电容究竟有多大，由于每个电厂和变电站的情况不同，其电容的容量也不一样。根据了解和试验可推算出装机容量为200MW发电机组的直流系统，它的支路等效分布电容为2～5μF。直流系统支路数越多线路越长，其等效分布电容越大。220～500kV变电站，直流系统对地等效分布电容可达几十微法。这么大的等效分布电容对于低频注入母线式检测装置的影响是很大的。
2.1 分布电容对单频检测装置的影响
从图3中可以看出，当支路1发生接地故障时，则有i1信号电流，支路2也有i2信号电流通过。
图3 非故障支路分布电容的影响示意图
比较RG为20kΩ接地阻值与不同电容容量及频率时的容抗值，如表1所示。可以看出，表中的容抗与20kΩ阻值相差甚远，i2的电流比i1电流大数十倍以上，也就是说阻性电流值比容性电流值小，电流互感器二次侧感应电流送给计算机是容性电流，计算机判断是支路2接地，出现误判断。
表1 单频时支路2对地容抗(kΩ)
单频(Hz)
电容(μF)
5
10
15
20
10
2.18
1.59
1.06
0.8
20
1.59
0.8
0.53
0.39
上述说明，当分布电容值较大时，这种检测方法在实用上将会受到限制，灵敏度和分辨率降低，会产生错误判断，分不清哪条支路接地。遇到这种情况，运行人员只有拉开显示编号的这条支路，让装置再次巡回扫查一遍方能确认真正接地支路，这是单一频率注入式的一个弱点。
2.2 分布电容对双频检测装置的影响
针对单频检测方法由于分布电容影响所存在的问题，有的采用双频注入直流母线的检测方法，通过检测支路上电流幅值的变化来确定故障支路。设频率分别为f1、f2，其某支路对地电容为C，如图4所示(以 作为参考向量)。
图4 支路接地等值电路
正常情况下流过支路的电流以复数形式表示：
 (1)
在信号电压幅值不变的情况下，信号频率增加一倍(f2)则支路电流为：
 (2)
用电流幅值比较法，由式(1)与式(2)求出两种频率下电流有效值之比为：
根据计算结果，如表2所示，当接地阻值RG为20kΩ时，If1与If2在分布电容为2μF以上时，电流值非常接近，分辨率虽然比单频高一些，但仍然难以区分。
表2 双频时的煌缛菹翴f1/If2比值
双频(Hz)
电容(μF)
1
2
3
4
f1=11,f2=35
0.85
0.95
0.98
0.988
f1=10,f2=20
0.84
0.947
0.975
0.985
2.3 硅整流器波纹电压影响
直流系统一般采用浮充方式运行，大多数电厂和变电站采用可控硅整流调压装置，这类装置虽然经过滤波，但仍有波纹电压，不可能完全消除。经示波器现场实测直流系统的交流电压成份可达10V以上，其频率达几百Hz。从图5可知，当C=5 μF,U=10V,f=100Hz，则：
这与检测装置注入10V的电信号电压作用在接地值为20kΩ所产生的0.5mA相比，超过60倍以上，那么在电流互感器上所感应二次侧电流相当大，送入计算机还会产生误判断。
图5 硅整流产生波纹电压示意图
3 结束语
为了避免检测装置产生误判断，一定要考虑分布电容的影响，作必要的现场试验，排除电容不利因素。可采用提高信号电源电压，使之高于波纹电压，尽量降低发送频率，提高分辨率；另外，还要在硬件电路上把互感器所感应过来的无用谐波滤掉，使之得到所需要的正确波形送入计算机，准确判断故障支路。
作者简介:崔实 男，1952年生，1977年毕业于东北电力学院电力系，现任东北电力学院电工电机实验室主任兼电力系科研秘书，教授级高工，从事直流系统监测方面的研究和应用。
参 考 文 献
1 张连斌，崔实等.直流系统绝缘在线监测装置研究与应用.东北电力学院学报，1996，16(4)
2 徐丙垠，张荣伟，薛永端.电力系统直流接地点的探测技术.中国电力，1993(7)
3 庞华，任元恒，陈志业.检测直流系统接地故障点的新方法.河北电力技术，1992(5)
|
网友评论：（只显示最新10条。评论内容只代表网友观点，与本站立场无关！）
