刍议变电站分布式直流接地监测方法的实施

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【摘要】文章结合自身工作经历，首先分析了变电站分布式直流接地系统的主要构造。然后介绍了信号寻迹法、直流漏电流法以及电桥平衡法三种传统的分布式直流接地绝缘监测技术。接着探讨了分布式直流接地差流监测技术。最后简单介绍了智能型直流接地指示器的基本构造，并结合实例分析了其使用方法。以期为变电站分布式直流接地监测工作提供一些帮助。

【关键词】变电站;分布式直流接地;监测方法

1.引言

变电站直流接地系统是变电站保护的重要组成部分，其安全性直接影响到电网的正常监控以及事故处理的正常进行。变电站直流接地系统一般是采用二次直流电源，它向控制系统、信号回路、继电保护和自动装置提供工作电源。

2.变电站分布式直流接地系统

图1为典型的变电站直流系统，它主要由电源侧和负载侧两个部分组成。一般还在中间配置一个集中式的直流报警系统，以便能够及时监视负载侧的直流接地绝缘状况。由图1可知，电路中的负载主要是通过直流母线引出，进而形成一个配网式的多级树形结构。而直流电源则是先从电源侧引出一条小母线，再通过小母线接到负载或是次一级的小母线。然后次一级小母线再向下到负载或者再次一级小母线。循环往复，组成变电站分布式直流系统。另外，直流系统一般将直流端子Dog安装在任意空气开关的下侧，以便监测空气开关下的负载侧。由于直流接地系统是分布式结构，因此直流端子Dog也采用分布式安装在直流系统的每个位置。此监测系统即为分布式直流监测系统。

图1 典型的变电站直流系统

图2 信号寻迹法原理图

3.分布式直流接地绝缘监测技术

3.1 信号寻迹法

信号寻迹法可以实现不停电的支路查找接地事故。因此，从上世纪90年代末开始，电力单位就已经采用以信号寻迹法为理论基础的微机型直流接地巡检仪查找监测110kV及以上变电站的接地事故。该方法主要是利用在直流馈出支路上安装毫安级的电流互感器（CT）来进行接地监测。如图2所示，当仪器监测到正负母线接地绝缘电阻低于正常门槛值时，装置就会在正母线上注入一个低频交流信号，然后 CT再通过二次检测各支路的低频电流幅值以及相位，进而算出各支路的绝缘电阻。但是由于该方法必须向被测直流系统施加一定强度的交流信号，因此不适用于对安全性要求很高的特殊电力系统。另外，信号寻迹法的测量精度还严重受分布电容的影响。所以对分布电容较大的系统来说，该方法很难精确地提取有功分量，从而影响正确检测。

3.2 直流漏电流监测法

直流漏电流监测法主要依赖于直流系统本身由于接地而带来的结构变化所造成的直流电流以及电压的变化量进行监测。它不仅原理简单，而且监测精度高。为了克服这一缺陷，人们在此基础上进行了改造。即将主控室的各保护控制屏、10kV开关柜以及户外开关场的负载#1至#n分别安装相互独立的智能型直流接地指示器。如图3所示。当该接地指示器上的负载发生直流接地时，指示器就会自动报警，实现对直流接地位置的正确判断。

图3 基于直流漏电流监测原理的

分布式直流接地检测方法示意图

3.3 电桥平衡技术

早期变电站的直流系统一般都是采用电桥平衡技术来监测接地故障，其基本原理如图1所示。其中R+和R-分别是正负直流母线接地电阻，R为监测装置内部的监测电阻，RJ为继电器的监测电阻。当R+和R-很大时，只会有微小的不平衡电流通过RJ。而当直流母线的某一级接地电阻降到最低门槛值时，电桥则会失去平衡，绝缘监察装置立即发出接地报警信号。因此电桥平衡法能够有效地监测出直流系统接地事故。但是该方法只能监测直流母线的电压信号，无法准确判断出具体的那个馈出回路发生接地。

图4 电桥平衡技术监测接地故障的基本原理

4.分布式直流接地差流监测方法

4.1 基本原理

差流监测法主要是利用不平衡桥来检测母线的绝缘状况，然后再结合直流漏电流传感器来实现对分支故障的检测工作。此方法不必向系统注入低频信号，因此不会对直流系统造成干扰。而且和系统分布电容的大小也没有直接关系，检测灵敏度较高。图5为分布式直流接地差流监测法示意图。由图5可知，该方法通过将非接触式直流漏电流传感器融合到电路中，可以检测出任一分支的正负导线流入和流出电流差值的大小以及方向。

4.2 分析方法

如图5所示，在K+或K-闭合期间，如果没有绝缘电阻下降或者接地故障，那么穿越漏电流传感器的正极电流I+以及负极电流I-则表现为大小相等、方向相反。所以漏电传感器输出为0。而当K+闭合、K-断开时，如果分支电路的负极绝缘电阻下降或者接地，那么分支负极接地电阻RZ-就可以与正母线绝缘监测电阻R通过大地来形成回路，穿越漏电流传感器的正极电流以及负极电流之差变为IZ-。另外，当K+断开、K-闭合时，如果分支电路的正极绝缘电阻下降或者接地，那么分支正极接地电阻RZ+就可以与负母线绝缘监测电阻R通过大地来形成回路，穿越漏电流传感器的正极电流以及负极电流之差则变为IZ+。所以我们可以根据各支路的直流漏电传感器输出情况以及输出电压的极性来判断该支路是否存在接地故障。

图5 分布式直流接地差流监测法示意图

5.智能型直流接地指示器监测法

5.1 基本构造及原理

智能型直流接地指示器主要包含接地信号传感、报警阈值设定、信号分析处理、信号指示与输出以及电源等功能部件，它是一个独立工作的智能装置。具体的电路原理如图6所示。该仪器监测灵敏度高，安装工艺简单、配置灵活且具有较高的可靠性。

图6 智能型直流接地指示器的电路原理示意图

5.2 实例分析

选取广东电网公司佛山供电局的1个110kV变电站开展智能型直流接地指示器的实验工作。并在直流回路上进行简单的+KM、-KM以及+HM模拟接地测试，测试结果如表1所示。由表1可知，基于分布式直流接地监测方法的直流接地指示器在多种接地情况下均可以准确快速地定位接地点。

6.结束语

总而言之，不论是以上所分析的几种变电站分布式直流接地监测方法，还是其他比较新颖的方法（如交流信号注入法等）。虽然优点突出，但仍然或多或少地具有一些不足。我们在选用时一定要根据变电站自身的特点，必要时可结合几种方法同时进行监测排除接地事故。切实将接地事故的监测工作做全做好，保证供电安全。

参考文献

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