一次直流母线正负极对地电压不平衡的案例分析林海龙、刘生辉广东电网有限责任公司江门供电局广东江门529000 摘要：在电力系统中，断路器的控制回路和保护装置电源都采用直流电源，站用 直流电源的地位越显重要。由于直流电源系统为不接地系统，当直流系统发生接 地时，就容易容易造成断路器的误动或者拒动。因此，变电站内会为直流系统配 置有绝缘检测装置，方便运行人员或者继保人员观察直流系统的绝缘状况。但同 时，绝缘监测装置内平衡桥的设置会对监测结果产生一定影响，本文结合实际案 例，分析平衡桥的设置对直流系统绝缘监测的影响以及有效处理措施。 关键词：直流系统，接地故障，绝缘监测装置，平衡桥0引言在变电站内电力系统中，直流系统担任着重要角色。包括断路器的控制回路 以及保护装置的电源，应用非常广泛。当直流系统发生接地故障时，对断路器的 控制回路的影响尤为明显。而且不同极的母线发生接地时，其影响也是不一样的。 电源正极接地时，保护容易误动；电源负极接地时，保护容易拒动。因此，变电 站内会为直流系统配置有绝缘监测装置，方便运行人员或者继保人员观察直流系 统的绝缘状况。但同时，绝缘监测装置内平衡桥的设置会对监测结果产生一定影 响，本文结合实际案例，分析平衡桥的设置对直流系统绝缘监测的影响以及有效 处理措施。1绝缘监测装置监测接地故障的基本原理1.1绝缘监测装置原理目前，国内常用微机绝缘监测装置接地告警检测如图1所示，都是由平衡桥 电阻R1和切换桥电阻R2组成，R3为正负极对地的分布电阻（通常为兆欧级别）， U1为正极对地电压，U2为负极对地电压。平衡桥电阻R1固定接在正负母线对地 之间，切换桥电阻R2由CPU控制交替接入正极或负极。有的运行设备，虽然有 切换桥功能，但没有开放，因而只能检测单极接地故障，对两极接地和蓄电池接 地不能检测，不能正确告警。回1E/ kiH回JE .1 0图1 绝缘监测装置原理图在现有的绝缘监测装置生产厂家中，对平衡桥和切换桥电阻的选择相差很 大，从几十千欧到几百千欧都有。有的产品平衡桥电阻选择很大，如200kQ； 有的甚至没有平衡桥电阻只有切换桥，因而电压波动可达到百分之百直流母线电 压；有的产品则没有切换桥电阻，因而不能检测两极接地故障，另外绝大多数绝 缘监测装置，不能检测交流串入直流系统引起的接地故障，甚至设备本身也会被 传入的交流电源烧毁引发更大的事故。平衡桥电阻R1切换桥电阻R2的大小与母 线对地电压密切相关。从大量现实案例中分析得出保护误动均与直流系统对地电 压密切相关。12平衡桥电阻平衡桥电阻的主要作用是让直流系统正负极对地电压为总电压的50%,若发 生单极接地故障，接地极对地电压降低，非接地极电压升高，因此通过测量对地 电压的变化可判断是否有接地故障以及严重故障程度及接地电阻的大小。假设某一支路对地电阻值R为固定值，U1为正极对地电压，U2为负极对地 电压。由于R的存在，正负极对地电压会存在偏移，出现丨U1|U2|。电压 偏移越大，U1越小，U2越大，U1/U2则越小。由平衡桥接线图可以得出以下关 系：U1/U2二R1/R/R1二R/(R1+R)(1)由上式可知：平衡桥电阻R与U1/U2成反比，即平衡桥电阻越大，U1/U2越 小，电压偏移幅度越大，因此检测灵敏度也越高。根据一点接地引起保护误动的 试验结果，电压偏离50%越多，越容易造成保护误动，因此。从系统安全角度看， 应选用较小阻值的平衡桥电阻。1.3切换桥电阻切换桥电阻主要是针对平衡桥电阻不能检测正负极发生同时接地故障而设 计。根据厂家说明书，绝缘监测装置在无正或负母线接地告警的情况下，每30 秒将用不平衡电阻法进行一次有无正负母线同时接地状况检测。通过改变如负母 线对地平衡电阻，采用不平衡电桥法和平衡电桥法相结合，计算出正负母线对地 电阻。在选择监测正负母线绝缘同时降低功能时，此时负母对地电压将会正常的 跳变。切换桥电阻越小，对地电压变化越明显，因而检测灵敏度也越高，因而大 部分产品选择的切换桥电阻是比较小的，以加大支路接地故障检测灵敏度。2现场案例分析2.1现场案例2017年，某110kV变电站进行直流系统改造，将整套直流系统（220V系统） 更换。更换完毕后，其在线绝缘监测装置（泰坦产品）上显示：正极对地电压 U1为93V，负极对地电压U2为129V，系统接地电阻R4为287KQ，正负压差为 40V左右。发现异常后，现场继保人员对现场进行了实测，实测结果与绝缘监测 装置显示值一致。次日，现场人员决定退出绝缘监测装置，随后用万用表测量正 负极电压，测得正极对地电压U3为42V，负极对地电压U4为179V，压差将近 140V。根据中国南方电网站用交直流电源管理细则相关规定，220V直流系 统在绝缘状况良好（大于25kQ），应能保证电压偏移在10%以内。因此时现场 明显不符合要求。2.2案例分析在第一种情况下，我们可以得知，直流系统总电压为 222V，正对地电压 U1=93V，负对地电压U2=129V,接地电阻R4为287KQ。根据绝缘监测装置的计 算原理，我们可以得到R1和R2的关系。在第二种情况下，绝缘监测装置退出，平衡桥电阻不投入。我们可以得知， 直流系统总电压为221V，正对地电压U3=42V，负对地电压U4=179V,系统接地 电阻R4不变。R4287kn3-d2VUd=179V：IE图4 退出平衡桥时接线原理图根据绝缘监测装置的计算原理，我们可以得到以下式子。U3/U4=（R3/R4）/R3（3）将 U3=42, U4=179, R4=287kQ，代入（2）式，计算可得 R3=936kQ。 将R3=936k Q代入（1）式可求得Rl=126kQ。根据厂家说明书的描述以及咨询相关专业专家，平衡桥电阻的电阻范围宜 3060k Q之间，该绝缘监测装置的平衡桥电阻为126kQ，大大超出指定范围， 故引起直流系统正负极对地电压出现不平衡现象。2.3解决方案方案一：在原平衡桥电阻上并联一个定值电阻r，降低平衡桥电阻，使新平 衡桥电阻R0阻值为50kQ。R0=R1/r(4)为了验证其效果，回归案例第二种情况，可得：U5=U*(R1/R4/r)/(R1/r+R1/R4/r)(5)U6=U*(R1/r)/(R1/r+R1/R4/r)(6)将 R0=50k Q，U=221V，R1=126kQ，R4=936k Q 代入可求得：R=84kQ，U5=107V，U6=115V。因此，继保人员在原有平衡桥电阻上正负极各并联一个85kQ的电阻，并对 现场正负极母线电压进行实测，测得数据为正对地109V，负对地113V,电压偏 差值符合相关要求。3结论绝缘监测装置内平衡桥有助于我们观察直流系统的绝缘状况以及正负极对 地电压的偏差，但同时平衡桥内的电阻设置也是影响正负极电压偏差的一个重要 因素。因此，在新装置的验收投入时，应该重视绝缘监测装置内部参数的设置， 尤其是对平衡桥和切换桥电阻值的设定，与厂家进行积极沟通，及时发现不合理、 不正常的状态。一方面保证站用直流系统的安全稳定运行，另一方面方便装置投 运后的维护检修。参考文献：1 李晶，罗洋，陈轲娜. 检测桥电阻对直流系统安全运行的影响 M. 四 川电力技术，2014年.2 崔吉方，梅成林，徐玉凤. 与平衡桥有关的几种典型接地故障的处理与 分析 M .广东电力，2010.3 敖飞，陈仕娟，许立强，黄纯. 绝缘监测装置接地故障检测桥电阻参数 研究 M .湖南电力，2018.4 赵兵，张曼诗，徐玉凤. 与直流系统微机型绝缘监测装置桥电阻选择的 依据 M .中国新技术新产品，2009.林海龙（1991-）,男，广东罗定人，广东电网有限责任公司江门供电局，工程师 主要研究方向为站用电源、继电保护设备检修与维护。刘生辉（1983-）,男，山东海阳人，广东电网有限责任公司江门供电局，工学硕士，工程师。 主要研究方向为站用电源、继电保护设备运行与检修。