1　直流系統接地的危害

　　要站在電網(wǎng)的高度，從系統的角度去看待直流接地的危害。眾所周知電力系統中直流操作系統采用對地絕緣運行方式，當發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，并不引起任何危害，但必須及時(shí)處理，否則，當發(fā)生另一點(diǎn)接地時(shí)，有可能使繼電保護發(fā)生誤動(dòng)、拒動(dòng)。

運行實(shí)踐中發(fā)現，直流接地不僅會(huì )造成繼電保護誤動(dòng)、拒動(dòng)，甚至會(huì )造成采用直流控制的設備誤動(dòng)、拒動(dòng)，以至損壞設備，造成大面積停電、系統瓦解的嚴重后果。因此，對于直流接地問(wèn)題，不能僅從一個(gè)變電站、一個(gè)電廠(chǎng)角度分析問(wèn)題，要從整個(gè)電網(wǎng)高度去考慮。

　　如2000年7月6日在暴雨天氣下，石家莊220kV大河樞紐變電站，站內發(fā)生了直流接地。273－1電動(dòng)刀閘在運行中自動(dòng)分閘，無(wú)任何信號。經(jīng)查找分析，273－1刀閘控制箱滲水受潮，確認為因直流兩點(diǎn)接地，造成該刀閘誤分。石家莊500kV廉州樞紐變電站，因大雪天氣，直流兩點(diǎn)接地，造成站用380V交流電源控制開(kāi)關(guān)跳閘。

　　2　直流絕緣檢測監測系統的現狀

　　目前各類(lèi)絕緣監察檢測裝置所采用的技術(shù)原理，與現場(chǎng)實(shí)際情況存在一定的差距，造成了裝置的功能難以完全滿(mǎn)足現場(chǎng)實(shí)際需要。

2.1　絕緣監察裝置技術(shù)原理存在的問(wèn)題

　　對于生產(chǎn)現場(chǎng)而言，電廠(chǎng)、變電站多年運行后，電纜絕緣普遍下降，各種端子箱、機構箱、刀閘輔助接點(diǎn)箱等生銹損壞，密封性下降，遇雨、雪、濕霧天氣，易發(fā)生接地；而且，往往為非金屬性接地(對地阻值高)、多點(diǎn)接地、正負極均有接地以及正、負極絕緣電阻之差較小，形成對稱(chēng)性接地故障接地性質(zhì)。

　　而目前各種直流絕緣監察裝置(含常規型、微機型)對于直流系統接地的監察報警均采用電橋平衡原理，對上述高阻對稱(chēng)性接地無(wú)法有效檢測。

　　因受電橋平衡原理的限制，裝置只能監測非對稱(chēng)性直流接地故障，在正、負極絕緣電阻均等下降或其值相接近時(shí)，裝置不能反應?，F有各類(lèi)裝置的對地直流絕緣監測裝置的靈敏度均在兩極絕緣電阻之比為2：1至10：1的范圍。而且，若兩極絕緣電阻相差較大，而實(shí)際上任一級的絕緣水平并未低于允許值的情況下，也可能報警，使檢測人員誤認為絕緣水平下降。

　　2.2　支路檢測原理存在的問(wèn)題

　　隨著(zhù)微機保護大量抗干擾電容的安裝使用，直流系統開(kāi)環(huán)輻射供電運行方式的采用使直流系統的對地電容電流增大?，F國內廣泛使用向系統注入信號方式的微機型絕緣支路選線(xiàn)裝置，實(shí)際上已無(wú)法實(shí)現對接地支路的有效查找。當電容電流大于檢測裝置對絕緣電阻泄漏電流的整定值時(shí)，將造成誤發(fā)信號，影響裝置的正確判斷。

　　河北省電力公司曾對4個(gè)廠(chǎng)家的產(chǎn)品進(jìn)行了現場(chǎng)試驗檢測，結論：(1)某支路電阻性接地20kΩ時(shí)，支路查找判斷準確性相差較大；電阻性接地30kΩ時(shí)，接地支路判斷均不正確。(2)某二支路分別電阻性接地10kΩ時(shí)，支路查找誤報、漏報。(3)加入40μF電容后支路檢測失效。

　　運行實(shí)踐也證明：如石家莊500kV廉州樞紐變電站，安裝有國內某廠(chǎng)的接地選線(xiàn)儀。在380V控制電源直流接地時(shí)，報出220kV、500kV回路直流接地，對運行、檢修人員查找接地造成了極大的干擾，危及電網(wǎng)安全運行。

　　2.3　接地支路的分支接地支路的查找，無(wú)有效手段

　　目前，隨著(zhù)繼電保護反事故措施的落實(shí)，直流系統中保護、控制熔斷器越分越細，數量越來(lái)越多，造成直流屏饋出支路下的分支支路數量越來(lái)越多?，F有的微機支路檢測裝置采用的加裝檢測互感器的方法從技術(shù)上、成本上已難以滿(mǎn)足要求。有的廠(chǎng)家推出了便攜式定點(diǎn)查點(diǎn)設備，原理仍為注入信號式，其缺點(diǎn)前面已述。特別需要指出的是，此型裝置的電流傳感器必須為卡鉗式，有氣隙檢測分散性大。

　　2.4　現有的各類(lèi)絕緣監察裝置不能自動(dòng)滿(mǎn)足直流系統運行方式變化的要求

　　按照國電公司新下發(fā)的反事故技術(shù)措施“防止電力生產(chǎn)重大事故的25項重點(diǎn)要求”，樞紐變電站直流系統廣泛采用雙組蓄電池、單母線(xiàn)分段接線(xiàn)方式。兩段直流的母線(xiàn)在并列運行方式下(如單組蓄電池容量試驗時(shí))，要求及時(shí)停運某一段母線(xiàn)的直流絕緣監察裝置，以保證直流系統對地絕緣電阻不降低，否則可能造成在直流一點(diǎn)接地時(shí)繼電器誤動(dòng)；在兩段直流母線(xiàn)分列運行方式下，要求及時(shí)投運兩段母線(xiàn)的絕緣監察裝置，否則會(huì )造成一段直流母線(xiàn)失去絕緣監視。

　　以常規直流絕緣監察裝置為例：兩段直流母線(xiàn)分列運行時(shí)，是兩個(gè)獨立的直流系統，每段母線(xiàn)均投運一套監察裝置。為了測量對地電位，每個(gè)絕緣監察裝置設有一個(gè)人為的接地點(diǎn)。為防止在直流網(wǎng)絡(luò )中其它任何地方再發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)而引起繼電器誤動(dòng)，要求絕緣監察繼電器的線(xiàn)圈具有足夠大的電阻值。(對220V直流系統該線(xiàn)圈的電阻值為30kΩ，其起動(dòng)電流為1.4mA。系統中其它繼電器的起動(dòng)電流都應選擇大于1.4mA)。在并列運行時(shí)，相當于一條直流母線(xiàn)一個(gè)直流系統，必須在并列前停運一段母線(xiàn)的絕緣監察裝置，否則會(huì )造成兩個(gè)30kΩ電阻并列，對地絕緣電阻變?yōu)?5kΩ，造成一點(diǎn)接地(220kV直流系統對地絕緣報警值為20kΩ)。此時(shí)如再有另一點(diǎn)接地，其接地電流足以造成某些繼電器誤動(dòng)。(幾年前石家莊市內某電廠(chǎng)就因為絕緣監察裝置對地電阻偏小，再有一點(diǎn)接地就造成保護誤動(dòng)事故)。同理，在兩段母線(xiàn)由并列運行轉分列運行后，應及時(shí)將已停運的一段母線(xiàn)絕緣監察裝置投入，否則會(huì )造成該段母線(xiàn)及其系統失去對地絕緣監察。

　　現有的各類(lèi)直流絕緣裝置均不能自動(dòng)適應兩段直流母線(xiàn)的分、并列運行方式，一般采用在二次接線(xiàn)上利用手動(dòng)開(kāi)關(guān)或母線(xiàn)聯(lián)絡(luò )開(kāi)關(guān)輔助接點(diǎn)切換停運一套裝置的接地方式。有的廠(chǎng)家產(chǎn)品甚至不設手動(dòng)開(kāi)關(guān)，通過(guò)斷開(kāi)一套裝置的接于直流母線(xiàn)的熔斷器而停運裝置。

(1)手動(dòng)開(kāi)關(guān)一般采用如下方式：

　　兩段母線(xiàn)分列運行時(shí)，Q置位置三，1－3、2－3均接通，兩套裝置獨自運行；

　　兩段母線(xiàn)并列運行時(shí)，Q置位置一(或二)，一套裝置無(wú)接地點(diǎn)停運，一套運行，同時(shí)監視兩段母線(xiàn)。

　　(2)或者采用固定停、投一套裝置的方法：

　　手動(dòng)方式受人員因素影響大，而且母線(xiàn)運行方式的變化是較少進(jìn)行的操作，運行檢修人員對此易忽略。

　　利用輔助接點(diǎn)方式原理與上圖相似，只是手動(dòng)開(kāi)關(guān)換成了聯(lián)絡(luò )開(kāi)關(guān)的輔助接點(diǎn)。此方式受接點(diǎn)可靠性因素的影響，特別對于較復雜的接線(xiàn)，兩段母線(xiàn)間有多個(gè)聯(lián)絡(luò )開(kāi)關(guān)以及動(dòng)控母線(xiàn)分開(kāi)時(shí)，需多個(gè)接點(diǎn)組合判別的情況，難以滿(mǎn)足運行可靠性的要求。

　　3　對策及效果

　　為解決上述問(wèn)題，我們與協(xié)作單位聯(lián)合研制一種新型的微機直流接地選線(xiàn)監測裝置――GYM直流接地選線(xiàn)監測儀，并做為河北省電力公司2001年科技項目。

　　該裝置相比以往各類(lèi)裝置，通過(guò)在技術(shù)原理上的改進(jìn)，使之更好地滿(mǎn)足現場(chǎng)實(shí)際需要。

　　3.1　GYM的工作原理

　　采用平衡電橋與不平衡電橋相結合，可有效地檢測正、負極同時(shí)接地或延續發(fā)展正、負極接地，對地絕緣電阻不受正、負極接地電阻是否相同或接近的影響。

　　其工作原理：當設備工作在平衡狀態(tài)時(shí)，K1、K2合上，為Ⅰ段母線(xiàn)提供一個(gè)接地點(diǎn)，記錄下此時(shí)的正母線(xiàn)對地電壓、負母線(xiàn)對地電壓，以及Ⅰ段各支路的對地漏電流值。如果此時(shí)有一點(diǎn)接地發(fā)生，此時(shí)的|V正|≠ |V負|，根據電壓的偏差值就可得出接地電阻的阻值。

　　當發(fā)生正負同時(shí)接地時(shí)，則此方法不能準確測出接地電阻，而需要使用不平衡方法檢測母線(xiàn)對地絕緣。當設備處于自動(dòng)檢測方式時(shí)，首先采用平衡電橋K1、K2合上，當接地的正負母線(xiàn)的對地電阻不相等，或不同時(shí)相等，則會(huì )造成正母線(xiàn)對地及負母線(xiàn)對地的電壓偏差，此偏差一旦超過(guò)設定的值(10V)時(shí)，設備將啟動(dòng)一次不平衡檢測，即將K1、K2分別合上一次，記錄K1合上時(shí)的正負母線(xiàn)對地電壓及支路漏電流；K2合上時(shí)正負母線(xiàn)對地電壓及支路漏電流，根據母線(xiàn)對地的4個(gè)電壓值，即可計算出正負母線(xiàn)的對地電阻

　　R＋=(V3－V1)R0/V1 R－=(V2－V4) R0/V4

　　再結合支路的2個(gè)漏電流值，即可計算出支路對地的電阻Rn＋及Rn－，Ⅱ段母線(xiàn)的檢測方法同Ⅰ段母線(xiàn)。為了克服系統電容的影響，我們采用切換后延時(shí)采樣，以避開(kāi)電容充放電的過(guò)渡過(guò)程的影響。

　　3.2　對直流系統運行方式的影響

　　采用將電橋改為分別投入兩段母線(xiàn)的方法，使直流系統的Ⅰ、Ⅱ段母線(xiàn)是否并列運行不影響本裝置的檢測，不影響系統對地絕緣電阻，自動(dòng)滿(mǎn)足直流系統運行方式變化的要求。

　　采用將電橋改為分別投入兩段母線(xiàn)，這樣在同一時(shí)刻，兩段母線(xiàn)上只有一段的平衡電阻，另一段沒(méi)有，采集數據根據投入的電橋在哪一段上就記錄哪一段的辦法。這樣，系統兩段母線(xiàn)是否并列運行就不會(huì )影響到對絕緣的監測，不會(huì )降低直流系統對地絕緣電阻，從而實(shí)現了自動(dòng)滿(mǎn)足直流系統運行方式變化的要求。

　　3.3　支路檢測不注入信號，采用高靈敏度的直流傳感器

　　我們采用高靈敏度的直流傳感器(精度達0.1mA)，結合不平衡電橋可以測出多支路同時(shí)接地或同時(shí)平衡接地的情況，并可直接顯示接地漏電流數值。不需注入信號。并通過(guò)多次實(shí)驗，將直流傳感器的抗過(guò)載能力提高，過(guò)載恢復后能即刻恢復其檢測性能。利用系統在絕緣良好的時(shí)候，每月進(jìn)行一次零點(diǎn)掃描，將傳感器的零點(diǎn)誤差消除。

　　3.4　在裝置中設置定檢方式，方便對接地支路的分支支路的查找

　　在裝置中設置定檢方式，通過(guò)傳感器對報警支路的漏電流的高速檢測與監視，直接顯示在裝置的液晶屏幕上，配合拉合報警支路的分支路熔斷器，有助于查找具體的接地支路，特別是對于多路、多點(diǎn)接地的情況。

　　3.5　采用防誤技術(shù)，提高裝置的抗干擾能力

　　對支路電流的采集，因信號小、易受環(huán)境的影響，我們采用采集母線(xiàn)對地電壓的辦法。因電壓量是比較強的信號量，且檢測不易受到外界的影響，用母線(xiàn)電壓計算出的阻抗如果正常，則支路就不可能有報警發(fā)生。我們在軟件上封鎖支路報警的輸出，但同時(shí)計算支路的信號電壓值與零點(diǎn)值的誤差。如果誤差過(guò)大，則給出支路檢測元件故障的告警信息，顯示在屏幕上，以便及時(shí)排除。

　　4　GYM型直流接地選線(xiàn)監測儀的測試、運行及鑒定情況

　　4.1　檢測、鑒定

　　裝置研制成功后，樣機于2000年4月6日通過(guò)了電力工業(yè)部電力設備及儀表質(zhì)量檢驗測試中心的檢測并頒發(fā)了檢測報告(繼電自動(dòng))檢字2000第X017號，檢測結論：檢測結果滿(mǎn)足檢測依據的要求，合格。并于2001年6月11日，該裝置通過(guò)了由河北省電力公司組織的產(chǎn)品鑒定。

　　4.2　現場(chǎng)運行

　　首臺樣機于2000年9月安裝于220kV許營(yíng)變電站，運行良好。在2000年12月22日下午，許營(yíng)站發(fā)生直流接地，該裝置準確報警，并給出相應接地支路編號。經(jīng)人工檢查，確認接地點(diǎn)在該支路上。在隨后的幾天，因現場(chǎng)施工問(wèn)題，許營(yíng)站多次發(fā)生直流接地，該裝置均準確判別報警。在2001年4月16日，220kV大河變電站在進(jìn)行直流改造過(guò)程中，系統發(fā)生直流接地。大河站使用新裝的GYM型監測儀查找，該裝置準確判斷出接地支路，并顯示接地電流為2mA；為確認其查找的準確性，采用直流倒負荷、分環(huán)等多種運行方式，利用多個(gè)直流支路帶接地支路，該裝置均準確辨別接地支路，接地電流2mA。經(jīng)實(shí)際拉路查找，接地點(diǎn)在202回路，證實(shí)裝置檢測準確。

　　運行實(shí)踐證明，該裝置能夠同時(shí)監視兩段直流母線(xiàn)的電壓及正、負級對地絕緣阻抗，不受兩段母線(xiàn)分、并列運行影響。對接地支路的檢測準確，有利于現場(chǎng)值班員、檢修人員快速準確地處理直流接地故障，對確保電網(wǎng)運行安全起到了重要的作用。達到了研制工作預期的目的。

　　目前，該裝置已在石家莊、滄州、衡水、安陽(yáng)、長(cháng)治等地變電站投運20余套。