直流回路异常及故障处理研究

论文总字数：21523字

摘 要

直流系统在整个电网中扮演着一个非常重要的角色，一但发生故障，将会对整个电网造成严重的损失。电力系统继电保护系统将会朝着计算机化，网络化，智能化方向迅速发展。随着微机保护技术，计算机技术的迅猛发展，融入新时代科技的新的继电保护技术将会慢慢融入到每一个变电厂，发电站中。依附于新的继电保护技术的智能站将会一座一座的崛起，超高的自愈能力，拥有极高的自我智能的电网将会慢慢普及，各个区域之间电网的联动将会越来越紧密，电网的稳定可靠性将会极大地提高。

关键词：直流系统；继电保护，故障处理；智能站

DC circuit anomaly and Troubleshooting research

Abstract

DC system plays a very important role in the overall grid, but a failure, it will cause serious damage to the entire grid. Power system protection system will develop rapidly toward computerization, networking, intelligent direction. With the rapid development of computer protection technology, computer technology, integration of new technologies and new era of technology protection will slowly change into every power plant, power station. Attached to the new protection technology will be a smart stop a rise of ultra-healing ability, with a high self smart grid will slowly spread, grid linkage between the various regions will increasingly the closer, stability and reliability of the grid will greatly improve.

Keywords: DC systems; protection, fault handling; intelligent stations

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 2

1.1选题背景与意义 2

1.1.1选题背景 2

1.1.2选题意义 3

1.2本课题关键问题及难点 3

1.2.1关键问题 3

1.2.2难点 4

1.3本课题当前的现状 4

1.3.1直流接地故障的原因 5

1.3.2对直流系统的基本要求 6

1.4本课题研究方案及未来发展 6

1.4.1本课题研究方案 6

1.4.2电力系统继电保护的发展趋势 6

1.5本论文的工作任务 8

第二章 直流系统的绝缘监测的研究 8

2.1直流系统的构成分析 8

2.1.1蓄电池的分析 8

2.1.2充电设备的分析 9

2.1.3直流母线及输出馈线 10

2.1.4直流监控装置 10

2.2直流系统接地危害的分析 10

2.3绝缘监测装置构成机理的分析 11

2.4绝缘检测和电压监视装置 12

2.4.1继电器构成的绝缘检测装置分析 12

2.4.2微机型绝缘监测装置的深入研究 13

2.5本章小结 14

第三章 电力系统继电保护分析 15

3.1智能电网中继电保护的分析 15

3.1.1智能电网继电保护的构成分析 15

3.1.2高功能传感器与自动整定技术的研究 15

3.2智能站的未来发展分析 16

3.3智能电网的继电保护技术的发展研究 16

3.4广域保护的发展前景研究 17

3.4.1广域保护研究的当前现状 17

3.4.2广域保护系统基本结构 17

3.4.3广域保护的通讯网络 17

3.5本章小结 18

第四章 典型案例分析 18

4.1直流一点接地跳闸的案例 18

4.1.1事故简述  18

4.1.2事故原因  19

4.1.3事故对策  19

4.1.4事故教训  19

4.2 220kV断路器无故障自动分闸的案例 19

4.2.1事故简述  19

4.2.2原因分析  20

4.2.3事故对策  20

4.2.4事故教训  20

4.3万用表使用不当造成误跳闸的案例 20

4.3.1事故简述  20

4.3.2原因分析  20

4.3.3事故对策  21

4.3.4事故教训  21

4.4保护装置元件绝缘老化、脏污，造成直流接地线路跳闸的案例 21

4.4.1事故简况 21

4.4.2事故原因及暴露问题  21

4.4.3防范措施  22

4.5本章小结 22

第五章 结论与展望 23

5.1结论 23

5.2展望 23

第一章 绪论

1.1选题背景与意义

1.1.1选题背景

直流系统发生故障之后，警报装置发出报警信号。工作人员需要紧急处理。故障通常都是多点开花的，很少是一个点。大部分是由于客观原因造成的。大部分的故障随着客观条件的变化而变化。所以在现场检查查找事故的原因是一件很不容易并需要多方考虑周全的难事。在查找接地点及处理时，应注意以下事项：（1）应有两人同时进行；（2）应使用带绝缘的工具，以防造成直流短路或出现另一点接地；（3）需进行测量时，应使用高内阻电压表或数字万用表，表计的内阻应不低于2000/V，严禁使用电池灯（通灯）进行检查；(4)需开二种工作票，作好安全措施，严防查找过程中造成断路器跳闸等事故。

接地故障指的是直流系统对地阻抗值下降到了某个特定值。没有固定的标准，不同的厂站按不同情况自己设置不同的报警值。绝缘监察装置的核心一般都是平衡电桥，如果对地绝缘下降，电桥就会失去平衡，绝缘监察装置启动。由于电桥回路中的电阻是不一样的。不同的商家生产不同阻值的电阻，根据多年的现场工作经验可以得知，电阻的范围在一到三十六K之间，这样的话，对地电压的变化就能直接说明故障的程度，但是误差比较大。只有阻抗能精确衡量。欧美国家的电力系统，一般报警值设定在五十千欧，我国的大亚湾核电站，因为设备都是全部进口，所以报警值就按照欧美国家设定，是五十千欧。大部分的电厂、变电站，其报警值一般设在五到二十五K之间，还有些更加低。这样就很不合理，运行水平高的发电厂、变电站，比运行水品低的故障概率似乎还会更高。甚至一些水平低下的变电站短时间内都不会出现故障。其实就是因为平衡电桥有不同的阻值，绝缘整定值太低，就无法反映实际的情况和故障的原因

1.1.2选题意义

直流电源在电厂和变电站中的应用是非常的广泛的继保装置和控制回路都是靠它供电的。某些重要的事故照明供电也采用直流电源。此外，为了确保重要设备的安全性，一些动力设备也是由直流电源供电的。直流系统是一个核心的系统。在大型的发电厂和变电站中，为了保护众多的重要设备，直流系统是几乎覆盖整个场站的。所以，完善的，可靠的直流系统对于一个安全经济的场站来说是必不可少的。

近年来，微机型计算机技术迅猛发展,使得小型的控制系统以惊人的速度发展起来，并且，原来的单片机是具有先天优势的，它的保护精度，保护速度，保护范围都很高，与计算机技术结合起来，可以构成无人看守的无人站点。这样既降低了劳动力，又提高了保护的力度。输变电是连接电能的生产和消耗的重要桥梁，所以输送电能的高压电线的安全是非常重要的，不管对国家还是个人都是有重要意义的。国家对电力行业的要求也是非常高的，不断有新的行业标准。随着电子及计算机技术的发展，电力行业也获得了新鲜的血液。如何正确有效地利用继保技术来解决故障，提高运行质量是当今最需要解决的首要问题。

1.2本课题关键问题及难点

1.2.1关键问题

老式的变电站一般是使用电磁的监测装置，存在以下问题：如果正负极的电阻同时下降，电桥是不失去平衡的，不发出报警信号;之后，绝缘监测装置发出报警信号，就算发出信号，现场人员仍需要重新确定故障支路，不是很好。

无人值班的场站需要配置微机型的监测装置。能在线监视各设备的运行情况。当发生故障时会发出相对应的报警信号。报警参数都是人工设置的。装置有一个能够巡检支路的功能，可以检测各个分支绝缘电阻，通过RS串行端口，监测装置可以上传数据。

目前，微机型接地选线装置的原理是：

⒈直流传感器检测分支的漏电流，以确定是否发生故障。它是利用高灵敏度的直流传感器来判断是否发生故障的。

问题：比较理想化，不需要注入信号，不受对地电容的影响，欧姆定律直接计算接地电阻。假如使用磁平衡，做成有源的，这样容易发生剩磁变化；如果做成无源的，剩磁变化会更加大的，剩磁变化会造成直流偏移，需要及时去调节零点，不然装置的精度会不断下降，这样的话对现场实际使用就会带来很大的不方便。

⒉注入低频AC信号。当发生故障时，装置会产生低频信号，通过低频信号来判断是否发生故障。

问题：电容电流的影响是主要问题，为了去除影响，这里有三种方法比较常用：①用功率方向原理除去无；②用硬件锁相去除③软件锁相去除。对于方法①和②，任何元件细微的变化都会影响准确性，而硬件锁相方法的调试工作量低，适应能力差，软件锁相的话就能很好的弥补这一点。

⒊继电保护及控制回路等对直流馈线的要求

⑴对大容量发电机组及额定电压为220KV及以上的主设备、输电线路等，应根据继电保护与控制回路双重化的要求及保护电源与控制电源分开的原则，使控制回路同保护回路由不同的直流馈线供电。两套双重化的保护及控制回路也需由不同的直流母线供电。

⑵事故照明系统需有两套，分别由不同的母线供电。

⑶对于微机型保护装置，非电量保护应与电气量保护的直流电源分开。

为确保直流系统的安全运行，对空气开关、熔断器及快速小开关的选择应遵照以下原则：

①正常或最大负荷工况下，不会误脱扣或误熔断，或误跳闸；

②在各直流馈线及各分支直流馈线上均应设置熔断器或快速开关；

③对大型直流动力设备供电的直流馈线宜设置空气开关；

④保护装置及控制回路的分支直流馈线宜采用快速开关，其上一级馈线宜采用熔断器；

⑤各级空气开关、熔断器或快速开关的脱扣、熔断或跳闸电流应满足上、下级配合及动作选择性要求，即只断开有短路故障的分支直流馈线，不得越级跳闸或熔断。

1.2.2难点

直流系统所接电缆正、负极对地电容以及各套静态型继电保护装置的抗干扰对地电容之和，对大型发电厂、变电站直流系统这个抗干扰电容量不可忽视。

传统有效的安全措施不可丢，运行设备和试验设备之间要设有明显的区别标贴，若一碰就有跳闸危险的连接片、跳闸中间继电器等应用绝缘材料遮盖。

国产断路器机构箱、户外端子箱等的密封性能很差，阴雨天气潮气能进去，晴天潮气不易出来，端子排、辅助触点等的胶木绝缘件的耐潮、耐电压质量差，有待制造厂改进。

用万用表在运行设备上进行测量工作，最好在不同回路上进行同一种工作内容，一种工作内容完成后，再换档进行另一种工作内容，万用表换档频繁，很易发生上述差错。

在运行设备上工作，要加强监护工作，操作人员要讲述每次操作任务，得到监护人员认可后方可操作，就可避免万用表使用位置同工作任务不相符而发生的差错。

直流系统分布的范围比较广，容易受到外界环境的影响，使得某些脆弱的元件的绝缘损坏。在所有故障中，两点接地的破坏性比较大，不仅对装置和维护人员的安全造成威胁，还会破坏整个电力系统的完整性，所以当放生直流接地的时候，应该停止一切有关直流的工作，查找出故障点。

在实际的应用中,其实任何查找故障的装置都不是很好用的，因为事故的原因受多种因素影响，机器不能够做到如此高的智能化，必须要靠人脑的智慧去判断，所以其实查找出直流故障是一件很有难度的事。

1.3本课题当前的现状

1.3.1直流接地故障的原因

直流接地故障发生的原因很多，也比较复杂。这里概括性地归纳为以下几点：

⒈设计方面原因：

由于设计人员掌握专业知识的局限性、与相关专业的协调不够细致、对设备性能了解不深，以及对控制、保护装置内部原理吃不透，而造成交直流回路串接。

⒉装置本身原因：

在设备制造过程中，由于工作失误，选择材料的不合格，设计缺陷和生产的粗糙等原因造成装置本身的问题，从而在送电的过程中发生故障。如:充电设备、蓄电池本身接线柱、不停电电源装置、直流供电部分与设备外壳及各直流用电设备的接地柱和内部回路以及电缆损坏、不合格等。

⒊施工过程造成的原因：

这是引起直流系统接地故障发生的最常见的原因。由于施工过程中，施工人员业务技术素质不同，环境的好坏及诸多外部因素的影响等，均会发生接地故障或造成隐患。如：

⑴电缆接线过程中，施工人员将芯线绝缘外皮损坏。

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