核心词：
橡 电缆 变电站直流系统是电力系统的重要组成部分,
矿用控制电缆是继电保护等二次系统的控制核心,所有继电保护、自动装置的工作电源都采用直流电源。所以,直流电源正常与否直接影响继电保护、自动装置的安全运行。
1、电缆接线等组成 通常变电站直流系统由充电机、蓄电池组、直流母线、配电装置(刀闸、断路器及熔断器)、对直流系统进行测量、控制的装置及电缆接线组成。由于变电站内存在大量的电源电缆,而电缆多布置在电缆沟、配电装置等诸多户外设备内,此外变电站内二次系统的工作多涉及直流回路,因此变电站直流系统最常见的故障是绝缘故障,但由于直流系统接线复杂且数量大,接地故障时常发生,如不及时排除故障,将造成控制系统和继电保护装置的不正确动作,威胁到整个电力系统的安全运行。
2、快速发现故障支路 为实时监测直流系统接地故障,快速查找故障支路,各变电站都装设了微机型直流系统接地装置。该装置一定程度上实现了对直流绝缘故障的快速报警,支路快速查找,解决了以前仅靠经验拉路寻找来判断绝缘故障点的问题。超高压LZ局为南方电网公司大型超高压局,负责管理多座500kV变电站和串补站。其所辖各站直流系统绝缘监测装置采用了多个国内厂家生产了主流产品,具有较广泛的代表性。其中,
控制电缆遭人为破坏2次,设备故障2次,受潮、积水4次。在上述故障中,直流系统绝缘监测装置正确报警3次,漏报警4次。可以看出,绝缘故障为直流系统多发故障,常见的原因有人为破坏、动物啃咬、气候潮湿、水浸、电缆老化、施工不当和设备故障等。绝缘监测装置漏报警、误报警的情况时有发生,严重影响变电站的安全运行。绝缘监测装置使正负极绝缘降到1K,继电器一点接地就可能误跳闸。不能判断正、负极绝缘均等下降。某些情况下不能查找和判断接地点的位置。不能区分是整体绝缘水平下降还是电阻性接地。不能巡检由两段直流母线通过若干二极管向同一负荷供电的接地支路。不能正确巡检交直流串电的接地支路。目前,电压平衡法、泄漏电流法等测量方法是国内变电站直流系统绝缘监测装置传统测量方法。传统的绝缘监测原理在直流系统简单接地故障时均能正常发挥作用。
3、而对于直流正负极等地接地等故障则无能为力 但对于大型枢纽变电站,在直流系统接线复杂且存在干扰的情况下,其效能将大打折扣,对于直流正负极均等接地等故障更是无能为力。传统的直流漏电流测量法是一种支路巡检方式,由于其传统原理疏漏较多,常引发误报和漏报,致使不能协助运行人员正确判定故障范围。对于直流正负极母线绝缘同时均等下降等故障测量更是存在"死区",需对其进行改进,提出改进的测量方法。理论计算提出了一种新的测量方法:通过算法实时监测直流正负母线的对地电阻,从根本上解决了在直流母线绝缘均等下降的情况下,由于正、负极母线对地电压依然平衡,不能报警的"死区"问题,其原理如图1所示。切换电子开关K1、K2的切换按一定的规律切换进行。其中,K为正、负极电压比例因子。可以看出,在切换过程中只要测出直流正、负极对地电压和直流母线电压就能计算出正、负极对地电阻值,结果与接地位置、接地方式、对地电压是否平衡无关,消除了动作死区。
4、将超低频小信号作为外部信号注入直流系统进行分支检查 但为保障继电保护、自动装置等二次设备的安全运行,改进以超低频小信号作为外接信号注入直流系统,进行支路巡检。支路巡检仅在接地发生后,向直流母线注入一个近似直流的超低频小信号(该信号能保证直流系统的安全运行,不影响二次设备正常工作)的能抗分布电容的交变信号,通过支路CT检测该信号大小,并经过相位处理,得到支路绝缘电阻值。支路接地检测也没有动作死区。如图2所示,同样在#1馈线支路a、b点发生均等接地故障,测量装置首先采用切换法测出R+=R-=20K?,并发接地信号。在判断接地故障确实发生后,测量装置注入一个交变信号,其电流i+、i-通过#1馈线支路电流互感器的方向相同。通过内部采集得到:i=i+=i-=0.5mA,u=5V,相角为0°。则支路电阻:R=COSφ==10K?,(此时接地电阻为两个20K?接地电阻并联),显示#1馈线支路为电阻性接地,不存在死区。测量装置在支路巡检结束后立即停止注入信号。该信号仅在接地信号发出后注入,并在支路巡检后完成,因此注入直流系统的时间较短,给直流设备带来的影响也较小。中间继电器的启动功率约为1W,所以考虑约20倍的安全裕度,必须保证注入交变信号只有50mW左右。如图2,注入信号是对大地施加的,所以在直流母线正、负极之间,此信号相抵。在以直流电源为工作电源的二次设备看来,是没有这个信号的,所以不会增加母线电压纹波系数。目前500kV枢纽变电站的规模越来越大,以超高压LZ局维护的几个变电站为例,直流系统的馈线支路基本已超过200路,部分超过250路。而要实现对故障支路的快速定位,向直流母线注入超低频小信号,并通过支路CT检测该信号大小,并经过相位处理,得到支路绝缘电阻值的方法仍然是最为有效的方法。如此,在每个馈线支路都安装1台电流传感器的情况下,全站有超过200只传感器需要安装。数量如此庞大的CT安装,对于已经运行的变电站,当对直流绝缘监测系统进行改造时,不可能在全部馈线都停电后再更换电流传感器的更换工作。因此,在改造实施时采用新开发适配器达到旧电流传感器与新绝缘监测系统的配合,可以在不更换原有电流传感器的情况下完成改造,不仅能降低安装过程中的风险,而且减少了200多个传感器的使用,节约了投资。根据旧系统电流传感器的工作特性,研发适配器,实现其与新型绝缘监测器的配合。
5、为今后类似改造提供了更优化的方案 在不拆除原有系统电流传感器的情况下通过适配器接入新绝缘监测装置的方案,耐寒橡套软电缆降低了风险,减少了安装工程量及设备需求量,为今后的类似改造工作提供了更优化的方案。
6、共发生4起直流系统绝缘故障 kVLB变电站新型直流绝缘监测装置自2011年1月投运开始,共发生了4次直流系统绝缘故障。其中,施工不当误碰带电端子1次,受潮、积水3次,耐寒橡套软电缆直流系统绝缘故障时都正确动作。特别是2012年5月发生的电缆沟积水造成的110VI、II段对地绝缘降低时,几乎是直流电源正、负极绝缘均等降低,新型绝缘监测装置都正确报警,且判断出故障支路,为现场继电保护人员排除故障争取了宝贵的时间,保证了电网安全稳定运行。在传统测量原理的监测装置无法适应变电站快速发展的情况下,耐寒橡套软电缆通过采取新的测量原理,采用超低频小信号作为辅助外接信号等方法对原有的绝缘监测系统进行改进。特别是在工程实践的过程中采用匹配器实现在不拆除原有电流传感器的情况下进行改造,不仅节约了投资,减少了改造所需的时间,而且极大程度上降低了改造过程中的风险。在智能变电站大力度建设的今天,集成多种功能的变电站智能在线监测系统正在迅猛发展。将新原理的直流系统绝缘监测装置融入到变电站智能在线监测系统,实现变压器油色谱、套管及直流系统等在线监测系统的统一管理是该领域的发展方向。
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