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便携式直流接地故障查找仪的原理和实现方法

2023-04-27 来源:汇智旅游网


便携式直流接地故障查找仪的原理和实现方法

直流系统接地故障的检测对于保障电力系统的安全运行十分重要。本文首先阐述了直流系统接地故障检测的多种理论方法;通过判断馈线电流波形,介绍了一种便携式查地仪的工作原理和具体的操作方法。检测过程中,要求同时检测馈线的正负极电源线,以消除负荷电流的干扰。

标签:直流系统;接地故障;便携式;馈线;

1 引言

直流系统是变电站的重要组成部分,主要有由蓄电池、充电机及其附属设备、馈线、事故照明等组成[1]。直流系统分布范围广、外露部分多、电缆多、且较长,易受尘土、潮气腐蚀,从而降低元件的绝缘能力,甚至绝缘破坏造成直流接地[2-3]。直流系统的接地故障易造成继电保护的自动装置误动作或拒动作,严重影响系统正常运行。因此,需要快速、准确地查找直流系统接地故障发生的位置,以便及时处理。

直流系统接地故障查找难度大、时间长、风险高,一直困扰检修维护人员,对系统的安全运行也造成不利影响。为了减轻接地故障处理的难度,降低对接地故障查找人员的技术素质要求。本文通过一种便携式接地查找设备,阐述了其工作原理和具体的操作方法;针对负荷电流的干扰问题,提出通过同时检测馈线的正负极电源线进行解决。

2 直流故障接地查找方法与原则[4-6]

2.1 查找方法

1)利用绝缘监察装置判断

变电所的直流母线一般分为两段,每段母线上均装有绝缘监察装置。在直流母线上均装有微机直流系统绝缘在线监测装置,直流系统正常工作时,装置数字显示母线电压,监测直流系统正、负母线绝缘状况,当直流系统发生接地时,装置自动启动报警之后产生低频信号,由正负直流母线平衡对地注入直流系统,再通过安装于每一支路上的传感器接收这一低频交流信号,CPU 对各条线路所采集信号电流进行分析,判断出故障线路号及接地电阻值,完成自动选接地线的功能。有的变电所的直流绝缘监察装置是利用传统的电桥原理构成的,正常运行时,直流正负母线对地绝缘电阻是平衡的,当发生一点接地时,电桥平衡遭到破坏,接地继电器流过较大的电流,当线圈电流大于整定值时,继电器动作,发出声、光信号报警。

2)瞬时拉路法

根据负荷的重要性, 依次短时拉开直流屏所供直流负荷各回路。当切除某一回路时故障消失,则说明故障就在该回路之内。继续运用拉路法,就可以进一步确定故障在此回路的哪一支路当中。例如,断开直流屏主控控制回路熔断器,绝缘监察装置”接地”信号消失,说明故障在此回路中。

3)逐段排除法

让直流负荷分段开环运行,再断开直流母线分段开关及回路环路开关,然后采用拉路法,故障范围更容易确定。

4)动态分析法

对于一些转换性接地故障,此方法比较有效。比如断路器在合闸位置时,直流系统正接地,断路器分开以后,直流系统又变成了负接地,对于这种情况,只有依据相关图纸,对其操作回路进行动态分析,分析断路器在由合到分变化过程中,哪些回路发生了电位极性的变化,( 如断路器在分闸以后,操作回路的TWJ监视回路由正电位變成了负电位)逐步缩小查找范围,最终找到接地的部位。这种类型的故障分析起来比较麻烦,要求技术人员不但要对直流电源系统的相关特性比较熟悉,对操作回路、保护装置都要有充分的了解。

5)解线法

当确定了接地故障点的大致范围以后,如果接地部位的回路比较复杂,要确定具体的接地位置还是很困难的,这时可以采用解除被怀疑接地的电缆芯线的方法,降低查找的难度,方便查找。

2.2 查找原则

1)当直流发生接地时,禁止在二次回路上工作。查找和处理必须由两人同时进行,处理时不得造成直流短路和另一点接地。

2)不能采用任意拔一只熔断器(特别是负荷熔断器)的办法寻找故障点,这样易产生寄生回路导致保护误动作,是不可行的。

3)对于不能停电的直流设备,必须事先用备用直流电源供电,以保证在拉路时该回路直流电源不间断。

4)如果直流母线上所有负荷切除后故障仍不消失, 则说明接地故障发生在直流电源

部分(直流屏、蓄电池组、浮充电机、连结电缆等)。为了避免在查找故障过程中给负荷造成较长时间停电,引起更大事故发生, 在一般情况下应先用一套具有足够容量的备用直流电源(如备用充电装置)给负荷供电,再将有故障的直流电源与外电路脱离来查找故障。

5)有时接地故障发生在主控信号回路中,在这种情况下,当拉开该回路时,中央信号失去电源,直流绝缘监察的声、光信号不能发出。这时,判断接地与否不能再利用声、光信号,而要派专人监视直流绝缘监察继电器,看其触点是否动作来判断直流回路有无接地。

8)禁止用灯泡查找接地点,以防直流回路短路。

3 便携式查地仪的工作原理

3.1 基本原理

本文提出一种便携式接地查找设备,如图1所示,由三部分组成:信号源(1)、手持检测器(2)、钳形电流互感器(3)。

随设备配有三根测试导线,红色一端插入信号源红色端子(+),另一端夹在直流母线正极熔断器;绿色线一端插入信号源绿色端子(-),另一端夹在直流母线负极熔断器,黄色线一端插入信号源黄色端子(地),另一端夹在直流屏的接地铜排上。

信号源的作用是产生一正弦波接地信号ID,通过接地母线(如图1中负母线)、空开到供电回路,及接地点,从大地返回信号源,如图1中的虚线所示。

钳形电流互感器(3)的输出接手持检测器(2),将钳形电流互感器逐人钳住馈线,

如图中B点、C点,显然B点馈线支路没有接地,该支路不能检测出信号源产生的信号电流,而C点则可以检测到该电流,表明C点馈线支路存在接地故障,继续往该馈线支路负荷侧查找,到D点仍有接地信号,但在F点接地信号消失,则可判断出接地点在D点和E点之间,可不断缩小D点和E点的范围,直到找出接地点的具体位置。接地查找过程中,信号源(1)无需移动,只需携带手持检测器(2)及钳形电流互感器(3)。由于手持检测器采用普通干电池做电源,而钳形电流互感器为无源器件,因此,该便携式接地查找设备,不受电源线的限制,可查找任意地点的接地故障。

因1套直流系统只有1组蓄电池,如果是蓄电池接地,可以很快确定接地故障位置。而直流馈线一般有几十条以上,检测出接地馈线支路需要较长时间。因此,查找接地故障的时,应先查蓄电池,后差馈线。如图1所示,先A点、后B点、再C点...等等。

3.2 负荷电流的消除方法

按正常的理解,如果直流系统正极接地,则查找直流系统正极接地支路,反之负极接地,就从负极回路查找接地故障即可。然而,采用便携式设备查找接地故障,必须同时检测馈线的正负极,如图2B点,即将馈线的正负极同时穿过钳形电流互感器。檢测蓄电池是否接地时,也应该检测蓄电池正负极2根连接线,如图2A点。

直流系统负载包括CPU、运算放大器、逻辑器件、继电器、电阻、电容、电感、二极管、三极管...等等,这些负载的电流随信号的大小、逻辑状态等条件的变化而变化,馈线中的电流(如图2中I+、I-),即有恒定的直流,也有脉动电流。

馈线中的脉动电流,可分解为各种频率的电流,其中就包含便携式接地查找设备的信号电流(图1中ID),如果只检测馈线的正极或负极,由于馈线中脉动电流的影响,将出

现误判接地支路的情况。

当同时检测馈线的正负极时,如图2B点,馈线中正负极负荷电流大小相等,方向相反,在钳形电流互感器中产生的磁场相互抵消,则可消除负荷电流的影响。

3.3 接地判断

1)检测电流波形为一条直线

如图3,检测电流波形显示为一条直线,或接近于直线,表示在该馈线没有接地信号电流,即可判断该支路没有接地故障。

由于绝大部分支路都没有接地故障,因此绝大部分支路检测电流波形为图3所示的直线。

2)检测电流波形为标准正弦波

如图4检测电流波形显示为标准正弦波,表示该支路有接地信号电流,依上所述,该接地信号电流为信号源所产生(图1中ID),表明该支路存在接地故障。

一旦检测出接地支路,剩余的馈线支路可不必检测。而是顺着接地支路往负荷侧继续检测,按检测原理中讲述的方法,查找该支路具体的接地故障点,并排除故障。

3)检测电流波形为杂波

如图5检测电流波形显示为杂波,既不为水平直线,也不为标准正弦波,表示为寄生

回路。检测为杂波电流馈线,无法判断是否为接地支路或为不接地支路。

先检测出杂波的馈线支路编号,继续检测其它剩余馈线,如果所有馈线都检测完毕,均未发现图4电流波形支路,则按下节方法查找寄生回路。

3.4 寄生回路的查找方法

寄生回路是指某负荷供电电源线超过2根,即有3根或3个根以上的电源线,有时也称之为环网故障。如图6所示,#1负载由2路馈线供电,有4根电源线;#2、#3负载的负极电源线互相连接,各有3根电源线。图6中描述的是2组直流系统之间的寄生回路,如果是1套直流系统,出现图中接线,仍然为寄生回路。

寄生回路对接地故障查找影响极大,常会误判为接地支路,耗费大量的时间,也大大降低检修人员对便携式设备使用信心,有的最终放弃使用。

寄生回路误判为接地支路或无法判断是否接地,其原因是负荷电源线多于2跟,使得流经正负极的负荷电流不相同,如图6中,A、B、C、D4个检测点无法抵消负荷电流变化造成的影响,将在钳形电流互感器中感应出电流,即图5。

在检测所有馈线电流都没有发现标准正弦波波形(图4),而只有不规则电流波形即杂波情况下,任意选择一条有杂波电流波形得馈线,往负荷侧继续检测,直到图6中,E、F、G点,检测电流波形为直线(图3),表明该支路没有接地;或标准正弦波(图4),表明该支路存在接地。

如果第一条杂波电流支路检测没有接地故障,再检测其它杂波电流支路,直到检测出

接地故障支路。一般情况下寄生回路成对出现,如2条、4条、6条等。

4 总结

本文阐述了直流故障接地的查找方法以及相应的原则,提出一种便携式设备查找直流接地故障,分析了其工作原理和查找方法,同时对负荷电流的消除和寄生回路的查找进行了具体分析说明。

采用便携式设备查找接地故障,无需断开电源,现场使用更安全、快捷,使接地故障处理变得简单容易,按先电池,后馈线的顺序查找,可节省接地故障的处理时间。

参考文献:

[1] 田瑞敏,崔秀梅,韩晋峰,王国俊,等. 变电站查找直流接地浅谈. 科技情报开

发与经济,2006,16(1):285-286.

[2] 范玉. 变电所直流接地的原因分析. 大众用电,2004,6:33.

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练静,杨晓斌. 对直流系统接地故障的分析与处理. 中国科技信息,2008,18:

[4] 沈从树. 浅谈变电站直流接地故障点的查找. 河南电力,2008,1:36-38.

[5] 周兴友. 直流接地故障查找方法探讨. 科技信息,2009,35:364.

[6] 张晓毅,王志强. 变电站直流接地故障的分析与查找. 中国电力教育,2008:

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