直流系統(tǒng)是為電力設(shè)備提供直流電源的電源設(shè)備。當(dāng)外部交流電發(fā)生中斷時(shí)，直流系統(tǒng)中的蓄電池作為后備電源，保證繼續(xù)提供直流電源。

目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于直流系統(tǒng)絕緣下降的實(shí)例研究較少，所以有必要對(duì)變電所現(xiàn)場(chǎng)直流系統(tǒng)絕緣下降的實(shí)例進(jìn)行分析。

1直流系統(tǒng)接地故障的原因探究

由于變電站直流系統(tǒng)易受氣侯、環(huán)境、設(shè)備自身等因素影響，使得一些絕緣薄弱元件的絕緣性能下降，不可避免發(fā)生直流系統(tǒng)接地故障，其原因有如下：直流接地易受環(huán)境因素影響；控制電纜線損壞及二次回路電纜老化、絕緣性能低；蓄電池級(jí)柱漏液造成絕緣下降；設(shè)備安裝不合理，如電纜有接頭，交、直流共用一根電纜的現(xiàn)象，造成絕緣下降；因工作人員疏忽造成的接地。

2 直流系統(tǒng)絕緣檢測(cè)方法

2.1平衡電橋法

平衡電橋法檢測(cè)優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)速度快，能實(shí)時(shí)檢測(cè)正、負(fù)母線對(duì)地電壓；缺點(diǎn)是檢測(cè)相對(duì)誤差大，且不能檢測(cè)正、負(fù)母線絕緣同時(shí)等同下降的情況。

2.2不平衡電橋法（略）

不平衡電橋法檢測(cè)原理（見(jiàn)下圖1）。不平衡電橋法優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)精度高，且能實(shí)時(shí)檢測(cè)正、負(fù)母線絕緣同時(shí)等同下降的情況；缺點(diǎn)是受接地電容影響大，監(jiān)測(cè)速度慢。

圖1

3 實(shí)例分析

某220kV變電所在運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)生直流母線電壓異常情況，現(xiàn)場(chǎng)直流系統(tǒng)絕緣巡檢裝置顯示：正負(fù)母線對(duì)地電壓平衡（U+=99.5V，U-=125.3V），正負(fù)母線對(duì)地絕緣電阻（R+=1.0K，R-=2.3K），低于系統(tǒng)對(duì)地絕緣下限為25K的要求。

3.1環(huán)網(wǎng)測(cè)試檢查

采用不平衡電橋法檢測(cè)此變電所直流系統(tǒng)I、II母線是否存在環(huán)路，以此推測(cè)直流系統(tǒng)是否因?yàn)榇嬖诃h(huán)路導(dǎo)致直流系統(tǒng)絕緣水平下降，儀器檢測(cè)結(jié)果顯示系統(tǒng)無(wú)環(huán)路。通過(guò)模擬接地試驗(yàn)，使II段正、負(fù)母線對(duì)地電壓偏移，但I(xiàn)段正、負(fù)母線對(duì)地電壓未發(fā)生變化，驗(yàn)證了檢測(cè)儀測(cè)量結(jié)果的正確性。

3.2正常情況下的直流母線電壓

技術(shù)人員將一臺(tái)電壓監(jiān)視器接入直流II段母線，連續(xù)監(jiān)測(cè)絕緣故障發(fā)生時(shí)直流II段正-地、負(fù)-地，正-負(fù)電壓變化（見(jiàn)下圖2），通過(guò)電壓變化特性判斷絕緣產(chǎn)生的原因。

圖2

圖3、圖4為正常情況下直流母線正負(fù)極、正極對(duì)地、負(fù)極對(duì)地間電壓有效值趨勢(shì)圖。正常時(shí)直流母線正負(fù)極間電壓維持在224V左右；正極對(duì)地電壓則在105V~117V間上下變動(dòng)并具有周期性；負(fù)極對(duì)地電壓則在107V~118V間上下變動(dòng)并具有周期性。

圖3

圖4

3.3直流母線電壓異常現(xiàn)象

圖5為測(cè)試期間連續(xù)5天7小時(shí)（12日0：00至17日7：00）直流母線正負(fù)極間電壓、正極對(duì)地電壓以及負(fù)極電壓的變化趨勢(shì)。圖6、圖7分別為此段時(shí)間內(nèi)正極對(duì)地電壓、負(fù)極對(duì)地電壓的變化趨勢(shì)。

圖5

圖6

圖7

圖8、圖9分別為單次直流母線電壓異常前后正極對(duì)地、負(fù)極對(duì)地電壓變化情況。

圖8

圖9

將I、II段直流母線并列運(yùn)行，分別退出2#充電機(jī)全部充電模塊及蓄電池進(jìn)行觀察，絕緣故障并未消失。因此可以排除充電模塊（整流濾波）、蓄電池對(duì)直流母線電壓異常帶來(lái)的影響。

將I、II段直流母線分列運(yùn)行，監(jiān)視母線對(duì)地電壓，觀察發(fā)現(xiàn)I段對(duì)地電壓比較穩(wěn)定。II段母線電壓在直流系統(tǒng)絕緣下降時(shí)正對(duì)地和負(fù)對(duì)地電壓波動(dòng)非常大，基本可確定為直流II段母線上的支路絕緣下降引起。

對(duì)II段母線正、負(fù)電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，用絕緣監(jiān)測(cè)儀查找II段直流母線各條支路，結(jié)果顯示，各支路電容量不平衡由多條支路絕緣不理想累加而成，導(dǎo)致直流母線電壓異常。

4結(jié)論

（1）測(cè)試期間每次電壓異常均為正極對(duì)地電壓降低，但電壓降低幅度不等；電壓異常現(xiàn)象的發(fā)生主要集中在中午。

（2）直流母線電壓異常前后正負(fù)極間電壓無(wú)明顯變化；正極對(duì)地電壓在異常發(fā)生時(shí)突然降低而后逐漸恢復(fù)，但電壓平穩(wěn)后相對(duì)于異常前有微小下降。

（3）觀察記錄的波形圖，發(fā)現(xiàn)直流母線電壓異常后正極對(duì)地電壓有一個(gè)明顯的下降并逐漸恢復(fù)的過(guò)程。該電壓波形與電容短時(shí)擊穿時(shí)的波形較為相似。因此我們判斷絕緣故障產(chǎn)生時(shí)存在電容特性，確定直流母線電壓異常是由于支路電源濾波器引起的，它屬于容性負(fù)載。而采用該電源錄波器的保護(hù)裝置有6條支路。

5防范措施

• 嚴(yán)禁用小母線供電方式。
• 直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中應(yīng)確保設(shè)計(jì)回路可靠，無(wú)寄生回路存在。
• 新設(shè)備及改造設(shè)備驗(yàn)收時(shí)，仔細(xì)核對(duì)圖紙接線的正確性；在整組試驗(yàn)基礎(chǔ)上應(yīng)獨(dú)立驗(yàn)證各操作回路、信號(hào)回路及測(cè)控回路，保證各回路的獨(dú)立、清晰。
• 對(duì)于早期投運(yùn)的變電所，可能存在交直流混合情況以及直流電源一、二段操作與控制直流混用的情況，應(yīng)根據(jù)規(guī)程規(guī)定，使交、直流完全分開．操作和控制直流完全分開。

本文編自《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“一起直流系統(tǒng)母線絕緣下降故障實(shí)例分析”，作者為董升、陳文通 等。