基于故障录波方法的直流系统瞬时接地告警装置研究

黄元 谢祥伟 刘浔 黄瑶玲 吴文健

【摘  要】直流系统是电力二次设备的电源，二次回路特征需求直流系统设计为不接地系统，直流系统发生接地故障可能发生电力系统保护误动或者拒动事故，所以规程明确要求直流系统接地故障低于阈值时必须查找接地故障。当前运行的绝缘故障监测装置和接地故障查找仪均是针对牢靠接地故障设计，瞬时接地不能正确告警。保护动作时间是毫秒级别，绝缘监测装置反应时间是秒级以上，瞬时接地可能引发电力系统误动或者拒动，但由于技术原因检修人员对瞬时接地故障束手无策。本文论述研究一种针对瞬时接地故障告警选线的绝缘监测装置，这种装置通过故障录波方式判断瞬时接地馈出支路，解决瞬时接地故障对电力检修人员的困扰。

【关键词】故障录波;直流接地;瞬时接地;保护误动

1概述

直流系统接地故障按照接地时间分可分为短时间接地和长时间接地，按照接地阻值分可分为低阻接地和高阻接地，按照接地介质属性分可分为电阻性接地和有源接地。直流接地故障可能引发保护误动或者拒动的电力严重事故，为防止电力事故发生，电力检修工作规程要求在阈值内的接地故障必须查找;由于技术手段原因，目前主要处理长时间的稳定低阻接地，对高阻绝缘故障没必要查找，对短时间不可靠接地故障无技术手段解决。

继电保护过程中应用的各种继电器，动作电压是继电器额定电压的55%-70%之间，动作响应时间是3-5ms。数据知，继电保护应用的继电器是非常可靠、非常灵敏的;超过3ms的接地故障就有可能引起保护误动事故。然而有的接地故障发生短暂时间后自动恢复，监测设备没能准确记录，无法为故障查找、故障分析提供有效依据;检修人员受该类故障困扰较大。

2直流系统瞬时接地故障分析

2.1故障定义

直流电源系统发生接地，在短时间内接地又消失的接地故障统称为瞬时接地。瞬时接产生原因有：室外设备漏水、机械振动磨损等。瞬时接地通常具备周期性频繁发生，排查难度大，危害拒动的特征。

2.2故障危害分析

直流电源系统接地故障会导致直流母线对地电压发生偏移，频繁发生瞬时接地直流系统对地电压就会发生波动;直流系统对地电压突变可能导致保护误动。

如图2-1所示，保护控制回路一端永远接在直流系统母线负极，另一端通过控制回路接到正极;线圈J对地电压等于负极对地电压V-，直流系统无绝缘故障时，母线对地电阻R+=R-等于平衡桥电阻，V-约等于U/2;当系统发生绝缘故障时，打破平衡，电压发生偏移V-不再等于U/2。电压发生偏移，控制回路分布电容C1充放电，电压曲线如图2-1右侧所示，Vd为控制继电器动作电压，电压偏差值有可能大于Vd的情况，随着电容充放电结束，电压减小，大于Vd的时长为t1，继电器动作响应时间一般为3-5ms，当t1>3ms时保护可能误动作。

直流系统频繁发生瞬时接地时，电压偏移频繁，引起电压波动;此时更容易引起保护误动。

3瞬时接地故障告警装置设计

3.1瞬时接地故障结构设计

如图3-1所示，瞬时接地故障分为监测主机、监测模块和CT三部分组成，一套瞬时接地故障监测装置保函1台监测主机、最多可带16个监测模块（采用地址码区分）、每个监测模块可监测16个CT。

CT作用是感应被监测馈线故障电流变化情况，完成电流信号转变电压信号的功能。

监测模块采用STM32的F系列芯片，选用该系列具有16个AD通道资源的CPU，高速采样CT通道的电流值，设计存储缓存芯片，实现电流数据缓存、录波等功能。

监测主机也采用STM32的F系列芯片，监测直流母线以及直流母线对地电压，高速采样电压值，设计存储缓存芯片，实现电流数据缓存、录波等功能。

监测主机和监测模块间通信采用工业高速通信CAN总线进行通信，保证系统可靠进行大数据传输。

3.2瞬时接地故障判断方法

监测主机设计算法区分判断电阻性故障馈线漏电流变化趋势和故障导致分布电容充放电电流变化趋势，有效判断接地支路区分分布电容支路。

监测主机和监测模块设计有软件对时功能，监测主机检测到直流系统母线电压发生偏移后，判断通信接收到的电流波形趋势，电流变化起止时间与电压突变时间一致的支路为瞬时接地故障支路。

4小结

本文论述直流电源系统瞬时接地形成原因及危害，探讨一直基于电流录波和电压录波，然后采用相同时刻波形对比的方法判断瞬时接地故障支路，通过波形变化趋势分析判断瞬时接地情况。采用论述方法研制生产瞬时接地故障监测设备，有望解决当前瞬时接地无解决技术手段的问题。

参考文献：

[1]张保会、潘贞存，电力系统继电保护，中国电力出版社，2008年11月;

[2]余南华，配电网运行信号录波与故障诊断技术，中国电力出版社，2017年8月;

[3]余继军、李昌禧，直流系统绝缘监测装置研究，华中理工大学學报，2000年8月;

[4]贾秀芳、赵成勇、李黎、陈恺，直流系统绝缘监测综合判据，电力系统自动化，1999年8月。

作者简介：

黄元，男，1985年6月生，湖北应城人，供职于国网湖北省电力有限公司检修公司特高压交直流运检中心，主要研究方向：换流站二次设备检修技术。

（作者单位：1.湖北省电力有限公司检修公司;2.广州市仟顺电子设备有限公司）