直流电源系统接地引起保护误动作的分析及对策

1、直流电源系统接地引起保护误动作的分析及对策第28卷第3期2011年6月供用电39直流电源系统接地j弓i起保护谋动作的分析及对策任东红，樊树根(1 陕西省电力公司渭南供电局，陕西渭南714000;2陕西省电力公司宝鸡供电局，陕西宝鸡721004)摘耍:分析了直流电源系统接地引起保护误动作的情况，其中在特定条件下，直流 电源系统一点接地也会引起保护误动作，这要引起充分的关注阐述了直流电源系统装设绝缘监察装置的必 要性，分析了按直流电桥原理构成的绝缘监察装置的工作原理，主要参数以及不足之处;阐述了该装置目前 运行的共同特点，研究了直流电源系统两点接地的后果，重点分析了点接地电容放电引起保护岀口继电器

2、谋 动的情况,并给出了防范措施.关键词:直流电源系统;直流绝缘监察装置;直流电桥中图分类号:tm721.1文献标识码:b文章编号:10066357(2011 )0300395analysisandmeasurestoprotectionmisoperationcausedbygrounding ofdcpowersupplysystemrendonghong,fanshugen(1 .weinanpowersupplybureauofshan'xielectricpowercompanyeinan? 14000,shan* xichina;2.baojipowersupplyburea

3、uofshan'xielectricpowercompany,baoji721004.shan'xich ina)abstract:theprotectionmisoperationscausedbygroundingofdcpowersupplysystemarea nalyzed,especial一 lyunderthecertaincircumstances.onepointgroundingofdcpowersystemcausedprotectio nmisoperationshouldbehighlynoticed.theinstallationofinsulati

4、onmonitorworkedbytheprincipleofdc bridgeisneces一 sarytodcpowersupplysystem.itsworkingprinciple.mainparametersandshortcomingsof theinstallation areanalyzed.thepaperelaboratesthecommonfeaturesoftheinstallationinoperation.studie stheresultof twopointsgroundingofdcpowersystemandfocusesonrelaymisoperatio

5、nattheprotection outletcausedby capacitordischargeofonepointgroundingandsomecountermeasuresaresuggested. keywords:dcpowersupplysystem;dcinsulationmonitorinstallation;dcbridge1直流电源系统装设直流绝缘监察装置的必要性发电厂和变电站的直流电源作为主要电气设备的保护，控制，信号及操作电源,是一个涉及面广，点多，线长，十分庞大的多分支供电网络由于整个供电网络是通过电缆，导线，汇流排等导体与户外，户内的高，低压配电装置的端子箱，操

6、作箱,0动装置，保护装置，断路器操作机构等电气装置相连接，发生接地的概率较高.发电厂和变电站的直流电源系统本身对地是个绝缘系统,一般在发生一点接地故障时，因不会构成短路回路，所以不会造成熔断器熔断或断路器脱扣,直流电源系统仍能继续运行但对发生一点接地故障应及早发现并排除，否则当直流电源系统再发牛另一点接地时,形成两点接地，就有可能引起信号回路，控制回路，保护装置和自动 装置回路的不正确动作，有可能造成系统误发接 地信号，甚至出现保护出口继电器误动，造成断路 器误跳，从而引起停电事故为发现一点接地和 防止直流电源系统由于两点接地可能发生的误跳 闸，必须装设连续工作且足够灵敏的直流绝缘监 察装置.

7、2按肓流电桥原理构成的肓流绝缘监察装置2直流绝缘监察装置的工作原理当直流系统中任何一极的绝缘下降到整定值 时，直流绝缘监察装置应发出灯光和咅响信号.40任东红，等:直流电源系统接地引起保护误动作的分析及对策 目前,发电厂和变电站的直流电源系统一直采用按直流电桥原理构成的直流绝缘监察装置1_. 为了进一步叙述该直流绝缘监测装置的工作原 理，将直流电源系统的接线进行简化如图1所示.在图1中,r1,r2为平衡接地支路桥臂电阻，其 值r-r- lkq;k为电流继电器，其整定值一 般为1.4ma;fu为熔断器.f.fu1fu21 昌.】”匕k 儿口图1直流电源系统接线示意图 直流绝缘监察装置的工作原理如

8、下.1）当直流电源系统正,负母线对地绝缘电阻 值都远远大于规程要求时,流过电流继电器的电 流很微小或不足以启动电流继电器.2）当直流电源系统正,负母线任何一极对地绝缘电阻值下降至规定值吋，电桥失去平衡，流过继电器的电流不小于l4ma时,继电器就会动 作发出灯光和音响告警接地信号.3）当正极绝缘电阻值下降或接地时,其电流的流向为:接地电流由正母线（+wd）熔断器fu1 一接地点一直流绝缘监察装置接地点一绝缘监察装置电流继电器一桥电阻r2 一负母线（一 wd）.流过继电器的电流不小于1.4ma时，继电器就会动作发出灯光和音响告警接地信号.4）当负极绝缘电阻值下降或接地时,其屯流的流向为:接地电流由

9、正母线（+wd）一桥电阻r1一绝缘监察装置电流继电器一直流绝缘监察装置接地点一接地点一熔断器fu2 一负母线（一 wd）.流过继电器的电流不小于1.4ma时，继电器就会动作发出灯光和音响告警接地信号.2.2直流绝缘监察装置的主要参数肓流绝缘监察装置的主要参数如表1所示.表1直流绝缘监察装置的主要参数直流标平衡电阻高内阻直流电压表高内阻直流电压表电流继电器称电压r1,r2的阻值（型号为iv 一 1c1 一 v）（型号为2v 一 1c1 一 v）（型号为dl11/1.4）/v/kn电压刻度值/v电阻值/kfl电压刻度值/v电阻值/ka启动电流/ma电阻值/kfl2202x 12500250100,

10、另附欧姆刻度 02501001.4301102x0.5150015050,另附欧姆刻度 0150501.415直流绝缘监察装置的绝缘整定值见表2.表2直流绝缘监察装置的绝缘整定值肓流电源系统标称电压/v整定/ka220251107 3直流绝缘监察装置存在的不足z处按肓流电桥原理构成的肓流绝缘监察装置虽 然在电力系统以及工矿企业配电系统中得到广泛 应用，但也存在以下不足之处.1）直流绝缘监察装置接线的基本缺点是，当两极的绝缘电阻值均等下降时，不能发出接地告 警信号（拒报），因此在原理上更完善的绝缘监察 装置有待进一步研究.2）如在同一母线上有两套直流绝缘监察装 置同时投入，则将影响监察装置的灵敏

11、度,同时也 将降低直流网络的工作可靠性.3）长期运行经验证明：（1）当直流电源系统任何一极的绝缘电阻值 不满足要求,如另外一极的绝缘电阻与其差值达 不到一定值时，装置不能发出接地告警信号（漏 报）.（2）当直流电源系统正，负两极绝缘电阻值 均满足规程要求时,如两极绝缘电阻的差值达到定数值时，装置也会发出接地信号（误报）.4 口前直流绝缘监察装置运行的共同特点1）直流电源系统正，负母线对地绝缘电阻是 变电站直流电源系统整体综合对地绝缘状况的反 映.一般情况下直流电源系统正极母线要比负极 母线长得多,所以直流电源系统正极母线对地绝 缘电阻值要比负极母线对地绝缘电阻值低一些. 因此,直流绝缘监察装置

12、电桥的桥臂电阻难以一 致，这就造成:宜流电源系统正,负母线对地电 压存在差值(称为直流位移电压)，按有关规定，该 直流位移电压为直流标称电压的5;电流继 电器一定会有或大或小的电流流过.任东红，等:直流电源系统接地引起保护误动作的分析及对策412) 随着电网电压等级的提高,发电厂，变电 站容量的增大，二次回路的线路长度的增加，微机 保护，自动装置的应用，直流电源系统正,负母线 对地电容明显增大直流冋路因过大容量的电容 放电引起误保护装置的误动，己成为发电厂，变电 站直流电源系统的典型故障之一由于不同变电 站的电压等级，变电容量，保护装置，直流回路电 缆等各有不同，影响变电站直流电源系统正，负母

13、 线对地电容的容量有以下两种状况：(1) 在直流电源系统正，负对地电容的容量达到一定数量级时，在电路换路之前，直流负母线 对地电压大丁保护继电器线圈或断路器跳闸线圈 动作电压时,直流电源系统一点接地就有可能造 成保护岀口继电器误动或断路器误跳.(2) 肓流电源系统正,负对地电容的容量未达到一定数量级时，在电路换路前,虽然直流负母 线对地电压大于保护继电器线圈或断路器跳闸线 圈动作电压，但因电容的容量有限,在其对保护出 口继电器线圈或断路器跳闸线圈放电过程中，在 保护出口继电器线圈或断路器跳闸线圈规定的动 作时间内电容器上的电压很快就降低至无法动作 的电压范围内，此时直流电源系统一点接地就不 会

14、造成保护出口继电器误动或断路器误跳.3) 根据有关电力系统二次冋路设计规程中 的规定:所有保护装置的出口继电器线圈和断路 器跳闸线圈的右端必须直接与直流电源负母线连 接，而线圈的左端是通过保护继电器接点或操作 把手等触点与直流电源正母线接通(习惯称为继 电器线圈正电源侧).4) 一般规定，保护装置出口中间继电器动作 电压范围为直流额定电压的3070,而现场 调试整定值往往低于规定值，一般为直流额定电 压的50.5直流电源系统两点接地后果分析按直流电桥原理构成的直流绝缘监察装置的直流电源系统的二次回路示意图见图2.在图2 屮,假设有a,b,c,d,e,f这6个接地点.1) 当图2上的a,b,c,

15、d,e,f中的任意两点同时接地时，都会自然形成回路，这与直:绝缘 监察装置的接地点无关，不会与直流绝缘监察装 置的接地点构成回路.图2直流电源系统二次回路不意图2) 当图2上的a,b,c,d,e,f中的任意两点同时接地时，不同的两个接地点其后果不同，具 体情况如下：(1)a点与b点同时接地，继电器加全压一定引起保护误动.a点与c点同时接地，继电器加全压一定引起保护误动.(3) a点与d点同时接地，继电器加全压一定引起保护误动.(4) a点与e点同时接地，一定引起直流母线短路.(5) a点与f点同时接地，会引起回路电流增大发热.(6) b点与e点同时接地，会引起保护拒动和短路.(7) d点与e点

16、同时接地，会引起保护拒动和短路.6直流电源系统一点接地情况分析 当图2上的a,b,c,d,e,f中任意一点接地 时，都会与直流绝缘监察装置的接地点构成冋路，般因回路串联了 31rf2的电阻(桥臂电阻lkq 与电流继电器内阻30k2相$联)，所以回路的电 流很小或接地信号继电器上的分压达不到动作 值，一般不会引起保护误动作但在特定的条件 下,直流电源系统在不同位置发牛一点接地时，其 后果也不同.1) 在保护出口继电器线圈或断路器跳闸线圈负电源侧一端发生一点接地，不会引起保护误 动作.2) 在保护出口继电器线圈或断路器跳闸线圈正电源侧一端发生一点接地，而且同时具备下 述3个条件时，就会造成保护出口

17、继电器误动或 42任东红，等:直流电源系统接地引起保护误动作的分析及对策 断路器误跳：(1) 直流电源系统正极母线对地绝缘电阻值 比负极母线对地绝缘电阻值低；(2) 在保护出口继电器线圈或断路器跳闸线圈正电源侧一端发生一点接地z前，直流负母线 对地电压大于直流额定电压的50(保护出口继 电器动作电压值)；(3) 直流系统正负对地电容的容量需达到一 定数量级，即屯容器放屯电压由放电前的最高屯 压衰减到能满足保护出口继电器线圈动作电压值 的时间，大于保护出口继电器固有的动作时间.7对直流回路因过大容量的电容放电引起保护谋动作的分析 随着电网电压等级的提高,发电厂，变电站容 量的增大，二次冋路的线路

18、长度的增加,微机保 护，自动装置的应用，直流电源系统正，负母线对 地电容明显增大直流回路因过大容量的电容放 电引起保护装置的课动,已成为发电厂，变电站直 流电源系统的典型故障z 由于不同变电站的电压等级，变电容量，保护 装置，直流回路电缆等各有不同，影响变电站直流 系统正，负母线对地电容的容量有以下2种状况.1) 在直流电源系统正,负对地电容的容量达到一定数量级时，在电路换路z前,直流负母线对 地电压犬于保护继电器线圈或断路器跳闸线圈动 作电压时，直流电源系统一点接地就有可能会造 成保护出口继电器误动或断路器误跳.2) 在直流电源系统正，负对地电容的容量 未达到一定数量级时，在电路换路z前,虽

19、然直 流负母线对地电压大于保护继电器线圈或断路 器跳闸线圈动作电压，但由于电容的容量有限， 在其对保护岀口继电器线圈或断路器跳闸线圈 放电过程中，在保护出口继电器线圈或断路器 跳闸线圈规定的动作时间内电容器上的电压很 快就降低至无法动作的电压范围内，此时直流 电源系统就不会造成保护出口继电器误动或断 路器谋跳.8直流绝缘监察装置自身故障引起的后果1）当直流绝缘监察装置平衡电阻r1（即接电源正极的一端）任意一端开路时,如保护出口继 电器线圈止电源侧发生接地，都不会与其构成回 路，此时只是直流绝缘监察装置失去作用,不会造 成保护出口继电器误动.2）当直流绝缘监察装置平衡电阻r2（即接电源负极的一端

20、）任意一端开路时,如保护出口继 电器线圈止电源侧发生接地，此时保护出口继电 器线圈所分配的电压明显不会大于直流额定电压 的50.因此不会发生保护出口继电器误动，直 流绝缘监察装置仍能发出接地告警信号.3）当直流绝缘监察装置接地电流继电器的 上下任意一端开路时，如不会造成保护出口继电 器误动的可能，但直流绝缘监察装置会失去作用.9防止直流电源系统一点接地，电容放电引起保护岀口继电器误动的措施1）防止或减少直流一点接地,电容放电引起 保护出口继电器误动，需要认真做好直流电源系 统的设备e1常运行维护工作，尤其是绝缘维护工 作，减少或杜绝保护出口继电器线圈正电源侧的 接地的概率，将保护岀口继电器动作

21、电压值提高， 大于直流标称电压的55.2）为了防止或减少直流回路因过大的电容放电引起保护误动作事故，在电力系统继电保护 及安全自动装置反事故措施要点屮规定:跳闸出 口继电器的启动电压不宜低于直流额定电压的 50,以防止继电器线圈正电源侧接地时因肓流回路过大的电容放电引起谋动作;但也不应过高， 以保证直流电压降低时的可靠动作和正常情况下 的快速动作.10结语1）随着电网的发展，全面实施和建设智能变 电站，这给发电厂，变电站直流电源系统提出了更 高的要求.2）按肓流电桥原理构成的肓流绝缘监察装 置在发牛一点或两点接地故障时,在特定条件下 会造成保护出口继电器误动和断路器误跳，引发 停电事故.这需要

22、引起供电部门的注意,采取相 应的措施，避免这类事故的发生.3）0前，蓄电池组出口保护，直流网络级差配合选择，蓄电池组脱离母线，直流电源系统一点（下转第45页）盛方正，等:中性点不接地系统单相断线故障分析及对策研究45 生金属性接地时，非故障相电压可达线电压值;而发生断线故障吋，除非在参数配合下产生铁磁谐 振，一般不会伴随明显的电压升高.3.2通过负序电压或电流判断单和断线故障1）通过负序电压判断.根据上文分析可知，在发生单相断线故障后，母线1处负序电压 较小,而母线2处负序电压较大,接近于0.5倍 相电压如果在下一级变电站开关站（母线2） 上装设负序电压过滤器,那么会很灵敏地将断 线线路找出.

23、2）通过负序电流大小判断因为母线1处 负序电压很小，即非故障线路两端负序电压很小， 所以通过非故障线路的负序电流很小，但是通过 故障线路的负序电流却很大，因此可以考虑在齐 条出线上均装设负序电流过滤器,并在上一级变 电站开关站内安装接地故障选线装置（目前中压 变电站一般安装接地故障选线装置）如果某条 线路的负序电流大于整定值时则发出断线信号, 调度便可根据收到的断线信号安排巡视,加快单 相断线故障的处理负序电流整定值,可以按 照躲开其他线路发生断线故障产生的负序电流 确定，即:kl式屮:是为可靠系数.3）通过负序电流相位判断.取母线指向线路方向为电流的正方向，由于单相断相线路负序 电流方向耳非故障线路负序电流方向相反，如果 以流向系统的负序电流为极化量,而以各条线路 的负序电流为比较相量，那么故障线路负序电流 和系统侧负序电流的相位相差180 ，而非故障线 路和系统侧的负序电流应该同相位，因此故障线 路的判别条件为135. w arctan w 225.2,系统需要说明的是，在发牛接地故障时，负序电流 也满足