一种直流系统寄生回路及环网绝缘故障定位装置的研制与应用
直流系统环网故障实例及分析
直流系统环网故障实例及分析作者：李彦来源：《科学与财富》2018年第13期一、引言变电站直流系统主要由直流充电屏、馈电屏、蓄电池组、二次电缆和直流负载构成，一般为双套配置。
直流系统主要为保护装置、安全自动装置、故障录波装置和自动化系统等提供稳定可靠的工作电源，是变电站的最基础设备，非常重要。
[1]重要变电站或发电厂的直流系统，为提高供电可靠性，大都采用2组蓄电池与2组或以上充电机。
正常情况下，2组蓄电池要求分开运行，即构成2组独立的直流电源系统。
由于各种原因，如施工带来的寄生回路等，造成2套独立运行的直流系统，出现了电气连接现象，我们称之为环网（直流串电接地）。
[2]二、直流系统环网问题产生原因与危害1、直流系统环网问题出现的原因主要有：（1）施工过程，负荷电源线连接错误，跨接两段母线，某个负荷电源线多于两根，多出的电源线接到另一段母线；（2）倒负荷操作，将某负荷转到另一段母线后，未将原来的那一段的负荷开关断开；导致该负荷由两段母线同时供电，从而产生环网。
（3）重要的保护回路都有两路电源，正常工作状态下，只投一路，如果两路都投则造成环网。
（4）某些装置采用两路电源（互为备用），但装置内部却没有隔离。
（5）在同一电缆中，分属两段母线的供电电缆内部破损造成环网。
2、直流系统环网造成的危害：（1）在较小的直流馈线中，出现环网，由于环流可能导致该馈线烧毁，甚至引起火灾（2）缩短蓄电池使用寿命（3）接地故障检测灵敏度下降，发生接地故障，不能及时正确告警（4）接地引起保护误动的机会越大（5）可能引起设备拒动（6）空开级差配合失效（7）引起接地故障告警（8）两段母线同时接地三、以220kV实习站直流环网故障为例说明1、故障主要现象：实习站2017年04月，#2监测系统故障返厂维修，维修后由继保班到实习站将其安装上电，发现II段直流系统#60（110kV实习1线1211开关操作电源及电压切换装置电源II）、#66（110kV实习2线、实习3线测控装置及遥信电源II）馈线绝缘降低，直流接地监测系统显示#60馈线对地电阻为-6.5kΩ，#66馈线对地电阻为5.4kΩ（正常情况下，馈线对地绝缘应999.9kΩ）。
直流系统环网故障的处理方法探讨
直流系统环网故障的处理方法探讨摘要：变电站直流系统环网会给电力二次设备，甚至是电力系统带来极大危害。
首先对直流系统环网故障的危害及原因分析作了介绍，其次论述了环网故障会影响蓄电池的使用时间寿命、降低接地故障监测灵敏度及引起火灾的危害，并给出查找直流环网故障点的两种方法，最后，结合两种查找方法处理了一起典型的直流环网故障，为变电站直流环网故障处理提供参考。
关键词：直流系统；环网；查找方法；处理过程0 引言变电站直流系统作为电力系统的重要组成部分，其为站内继电保护装置、安全自动装置、远动通讯装置及控制信号回路提供工作电源，应具有高度的稳定可靠性。
直流回路因布线复杂，常因现场潮湿、灰尘、绝缘老化以及元件损坏等因素引起直流系统接地，如果直流系统出现故障，就可能影响其正常工作，甚至威胁到站内保护装置的安全运行，所以直流系统在变电站中的地位是显而易见的。
然而直流系统环网在发生故障时，危害性较大，严重程度较高，对变电站内二次设备的稳定运行构成直接威胁。
因此，准确查找和检测直流系统环路，有利于及时排除隐患，避免发生上述事故。
本文针对直流系统环网，给出其危害及原因分析，叙述了两种常规查找直流环网故障方法，并将此两种方法相结合，应用于一起直流环网故障的查找处理中，实现达到能够准确定位直流环网故障的目的。
1 直流系统环网故障的危害及原因分析1.1 直流系统环网故障的危害与直流接地故障相比，直流系统环网故障引起的危害要严重得多，譬如影响蓄电池的使用时间、易造成保护误动作及可能引起火灾等。
（1）缩短蓄电池的使用时间对于同一生产厂家、同一批次的蓄电池，由于受到制造工艺的影响，其自放电率和容量都着不同之处，要是不同厂家或者是不同批次的蓄电池，必然存在着很大差异。
倘若直流系统的两组蓄电池并列运行，还有相同的浮充电压情况下，必有一组蓄电池处于欠充电，而另一组蓄电池处于过充电。
以上的蓄电池状态，均会影响蓄电池的性能，缩短其使用时间。
环网故障对直流系统绝缘监测影响的研究
122第45卷 第07期2022年07月Vol.45 No.07Jul.2022水 电 站 机 电 技 术Mechanical & Electrical Technique of Hydropower Station0 引言直流电源系统主要负责发电厂和变电站内设备的能源动力供给，其稳定性、可靠性直接关系到电力系统的正常运行。
为提高可靠性，目前在重要场合都使用两套直流系统。
一般情况下，两套直流系统相互独立，不形成电气连接[1]。
但由于供电设计问题，诸多电厂和电站存在直流系统负载使用双电源供电，而没有进行电源隔离的情况，使得系统出现直流环网的情况[2]。
环网直接影响到直流系统绝缘监测的正确性和可靠性，分析和研究环网情况，做出应对方案尤为重要。
文献[3]针对一起110 kV变电站直流系统环网故障查找和处理的案例，从缺陷现象、缺陷分析、直流环网故障查找及处理等方面，总结了变电站直流系统环网故障查找和处理的方法。
文献[4]针对某220 kV 变电站改造过程中由于直流系统多点环网引起的直流系统电压波动故障，排查并分析了故障原因，并提出了改造建议。
文献[5]研究了直流系统中单极、两极、以及交流窜入接地故障类型及其检测方法，提出了绝缘电阻、环网电阻及交流对地电压的计算方法。
本文介绍了直流系统绝缘的一般监测方法，针对直流系统环网模型进行了仿真研究，并在某电站机组直流系统进行了接地试验，提出了在直流环网情况下准确监测直流系统绝缘异常的思路。
1 环网故障1.1 环网故障原因由于设计、施工和人为操作等多方面的因素，直流系统环网故障原因总结有以下几个方面[6，7]：（1）在进行工程的改造或者施工时接线错误，比如存在负荷电源线不只一组，将其连接到不同段的直流母线上；（2）运行人员在进行负荷转移过程中操作不当，负荷接入一段母线而未断开原先的母线开关，使得两端母线都给负载供电；（3）在发电厂和变电站中的重要回路都使用双电源供电，而在进入供电负载之前没有进行电源的隔离，常见的有两路电源通过二极管给重要电源供电，造成直流环网。
直流系统接地案例分析及风险防范,实用!
直流系统接地案例分析及风险防范，实用！近期天气恶劣，梅雨持续时间长，空气湿度大，多座变电站不同程度出现直流系统绝缘降低或者直接接地的情况。
一旦直流系统发生接地，可能会造成继电保护、自动装置或开关控制回路误动或拒动，或造成直流系统短路，将引发较大电网安全风险。
本文分析了几起典型直流接地案例并提出了防范措施，值得大家引起警觉并学习借鉴。
直流系统在变电站中主要为控制信号、继电保护、自动装置等提供可靠的直流电源，一旦直流系统发生接地，可能会造成继电保护、自动装置或开关控制回路不能正确动作，严重影响变电站的安全稳定运行。
提高告警标准，将接地隐患防范于未然当发生直流系统接地时，按照接地情况可以分为单点接地、多点接地、环路接地、绝缘降低等。
单点接地可以分为直流正极接地和直流负极接地。
直流正极接地可能导致保护及自动装置误动，直流负极接地可能导致继电保护、制动装置拒动。
无论是正极接地还是负极接地，只要有一个接地，即对地构成了新的接地回路就要迅速排除，否则一旦出现二点或多点接地就会发生故障，乃至发生事故。
正常运行时，直流系统正、负极对地的绝缘电阻都是999K欧，当室外设备受潮后，导致直流系统绝缘下降。
220V直流系统对地电阻告警值为25K，110V直流系统对地电阻告警值为15K。
XX公司高度重视直流接地隐患治理，提高直流系统绝缘降低报警标准，设置220V直流系统对地电阻下降至40K欧时装置告警，110V 直流系统对地电阻下降至25K欧时装置告警。
在直流系统绝缘降低发展成接地之前将隐患消除。
近期天气恶劣，梅雨持续时间长，空气湿度大，省内6座500千伏变电站不同程度出现直流系统绝缘降低或者直接接地的情况。
XX、XX出现直流系统绝缘降低至40K欧；XX直流系统正接地；XX直流系统正接地；XX直流系统整体绝缘下降；XX直流下降，负对地降至18K欧；XX变直流系统正接地。
下面以近期几个变电站直流系统绝缘降低或接地情况进行具体分析：（1）500千伏XX、XX变电站：站内直流系统绝缘监测装置显示绝缘下降至40K，待观察后绝缘有所回升，恢复至可接受范围。
变电站中直流系统存在的环网问题及解决办法
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论直流系统环网故障判断及查找技术
论直流系统环网故障判断及查找技术摘要：该文简要分析了直流系统环网故障产生的原因及危害，并提出了解决现有环网故障的措施。
阐述两套独立运行直流系统是否存在环网故障的判断方法，分析环网故障产生对直流系统造成的影响，总结环网故障的处理的方法，供大家参考，以提高直流系统安全运行的水平。
关键词：直流系统环网故障查找处理中图分类号：tm7 文献标识码：a 文章编号：1674-098x（2013）04（c）-0047-02在变电站电力系统中，为提高直流电源系统供电可靠性，广州地区110 kv及以上电压等级的变电站均采用双充双蓄（即两组蓄电池及充电设备）的直流供电方式，将负荷大致平均分配给两套独立供电的直流系统。
对于重要负荷，则分别从两套直流系统经空气开关引出馈线，分别选择一组直流系统进行供电。
南方电网公司直流系统规范严格规定两套直流系统须独立运行，但实在际运行中，由于设计、施工、运行过程中倒负荷操作、直流系统绝缘降低等原因，均可能造成环网故障现象（即两套直流系统存在一点或多点电气连接），这样给变电站电力系统的安全运行带来严重的影响。
1 环网故障形式与危害根据两套直流系统电气连接的性质不同，可将环网故障分为：双极环网、正极环网、负极环网、异极性环网4种类型。
（1）当双极环网故障时，当两套蓄电池并列运行时，因由于制造工艺等原因，既使是同一厂家，同一批次的蓄电池，其容量和自放电率都存在差异。
在相同浮充电压情况下，必将导致一组蓄电池欠充电，另一组蓄电池过欠电。
无论欠充电还是过充电，都将会大大缩短蓄电池的使用寿命。
且因两套直流系统的参数差异，可能产生很大的环网电流，当该环网电流通过较小供电电缆线径环网时，将会引起电缆长期过载发热，严重时引起火灾，造成非常严重的后果。
因两套直流系统并列运行，其中一组发生直流接地时，另一组也会发生接地故障。
（2）当正极环网、负极环网故障时，两套直流系统并列运行即出现环网故障，则直流系统拥有2个平衡桥电阻，根据电路原理可知：这样会降低接地的实际电阻值，使直流系统接地电阻值必实际接地值要小，会大大降低了接地告警灵敏度，因不能及时告警，可能使直流系统长期带有接地故障运行。
一种新型的直流系统绝缘互窜检测方法
一种新型的直流系统绝缘互窜检测方法摘要:变电站直流电源系统是站用电源系统的重要组成部分,相当于变电站的“心脏”，如何快速、安全、准确的监测直流电源系统中各种故障问题显得尤为重要，才能为这颗“心脏”的可靠稳定运行保驾护航。
直流互窜是直流电源系统中的重要故障之一,是直流系统中难以判定和检测的故障，大部分绝缘检测装置存在没有直流互窜检测功能、误报互窜故障、互窜检测过程中干扰直流系统等问题。
该文主要阐述变电站直流互窜故障的原因、危害、互窜类型,并详细描述了一种新的绝缘互窜检测方法，可以精确定位和检测两段直流系统间母线互窜故障,选出互窜馈线支路,并在实际的变电站电源系统中得到应用,保证直流电源系统的安全稳定运行。
关键词: 直流互窜; 互窜检测桥; 直流系统A new method for insulation cross - channeling detection of DCpower systemAbstract:The DC power system of substation is an important part of the station power system,it is the heart of a substation. How to quickly, safely and accurately monitor various faults in DC power system is very important. DC cross - channel fault is an important fault in DC power system,Most detection devices on the market have not dc cross - channel detection function,some devices Detect fault inaccurate,and some devices brings problems to the dc system itself。
变电站中直流系统存在的环网问题及解决方法研究
变电站中直流系统存在的环网问题及解决方法研究摘要：直流系统的环网问题，在电力系统当中是比较典型的问题，变电站运维中应特别关注环网问题。
因此在本文的研究中，针对环网问题进行了讨论，并且依托相关规定，结合具体的环网故障案例讨论了环网问题的解决方法，希望可以为解决相似环网问题提供参考。
关键词：变电站；直流系统；环网；解决方法电力系统当中直流系统是重要组成部分，是为变电站等场站二次系统供电的关键系统。
变电站中直流系统一般都会采用2组蓄电池与2组或以上的充电机，以冗余的方式来保证二次设备的供电可靠性。
通常情况下，2组蓄电池的运行是分开的，但是因为一些原因而导致2组独立的直流系统出现了电气连接，即直流系统环网，也即直流系统接地故障。
一、变电站中直流系统存在的环网问题多数情况下环网问题的产生可以归纳为五种可能的原因，如负荷电源线连接错误。
倒负荷操作中误操作，即倒负荷后，原来的负荷开关未断开，一般的重要保护回路都有两路电源，正常运行中通常都只有一路，如果两路运行就会出现环网。
某些装置采用了两路电源，但是装置内部却没有隔离，如果分属两段母线的供电电缆内部出现了破损也会造成环网。
一般变电站直流系统出现环网，轻则导致馈线烧毁，缩短蓄电池寿命，重则引起火灾。
实际环网问题发生后还有很多伴生性的故障，如接地故障检测灵敏度下降，不能及时在接地故障中报警，同时也容易引起保护误动，设备拒动等故障问题。
直流系统在变电站当中地位突出，属于公用的部分，是二次设备的供电系统，如果直流系统问题，那么整个变电站二次设备的安全运行都会受到影响。
一般的，典型变电站直流系统，早期采用的是一组蓄电池向全站的二次设备供电，这种直流系统环网问题高发，通常会因为继电保护二次回路接线错误而引起环网，造成很大的事故。
因为一组蓄电池供电的直流系统容易出现环网问题基本上已经被放弃，现在绝大部分变电站采用的直流系统由两组蓄电池供电，但在使用过程中因为一些因素的影响也存在比较典型的环网问题，而且更为复杂。
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一种直流系统寄生回路及环网绝缘故障定位装置的研制与应用
发表时间：2019-12-23T14:48:39.463Z 来源：《当代电力文化》2019年 16期作者：肖伟杰
[导读] 二次寄生回路是继电保护不容许存在的回路，在多项反措中经常提到“相互独立”
摘要：二次寄生回路是继电保护不容许存在的回路，在多项反措中经常提到“相互独立”，就是防止寄生回路。
它的存在轻则误报信号信息，重则导致保护误动拒动，给电网安全埋下重大隐患。
在保护验收及定检过程中会碰到寄生回路现象的出现，只要严格按照作业指导书的检查方法，不难发现寄生回路的存在。
但对于寄生回路的故障点查找，传统方法是拉路法，既费时又费力，同时是带电拆接线操作，还可能造成直流接地、误接线、触电等风险。
为了降低工作量和工作风险，作者开展研究，成功研制一台二次寄生回路故障点查找仪，能够快速实现直流系统寄生回路及环网绝缘故障定位，降低运维人员消缺工作量。
在揭阳的变电站保护改造和消缺应用中成效明显。
关键词：直流系统；寄生回路；故障定位；拉路法；
文献标志码：B
1引言
电力、电网等系统中，其直流系统通常由许多回路构成，由于施工改造、设备大修、人员误操作等因素，有可能在直流系统中产生寄生回路或者发生将两套直流系统错误合环的故障。
由于寄生回路和环网故障电压状态量没有变化，导致目前站内安装的直流监视装置不能对合环报警【1】。
2研究实施过程
2.1现状分析
当前，对绝缘接地故障查找的常用的方法有直流叠加法、直流分量法、低频叠加法或者信号注入法【2】等。
直流叠加法，基本原理是在电缆的三相添加运行母线电压，然后在电磁式电压互感器的中性点接地处加一个低压直流电压源，电缆同时施加有工频交流和直流电压，通过滤波器，滤除测试回路中的交流分量，只检测由直流电压源流过电缆绝缘层所产生的微弱直流电流，从而得到电缆的绝缘电阻来监测电缆的绝缘状况。
直流分量法利用水树枝的“整流效应”，即在外加交流正负半周电压的反复作用下，电缆绝缘层中会聚集负电荷，然后逐渐从导体层向屏蔽层漂移，产生一个直流分量，该直流分量的大小能够反映水树枝的情况，从而来诊断电缆的绝缘情况。
低频叠加法是将低频电压叠加在电缆导体上，没有直流微电流测量上的问题，测量误差较小，测量装置在电缆接地线中串接，以得到相应的绝缘电阻值。
根据以上方法所设计的现有检测设备，在具体工程应用中，由于被测每个回路接线纵多，具体故障点难以查找，而现有环网故障查找设备都是在带电情况下测试，而该类设备无法对寄生回路故障点进行查找。
2.2制定措施
为了降低工作风险，减少一线班组日常维护的工作量，而现有检测设备又存在不足，为了解决传统通过拉路的方式费时费力地确定寄生回路，以及解决现有环网故障查找设备都是在带电情况下测试，且该类设备无法对寄生回路故障点进行查找等问题，作者结合近二十年的现场工作经验，开展研究，根据现场实际应用情况，发明可以在不带电情况下检测并定位寄生回路故障和环网故障点的设备，该设备能帮助运行维护人员快速找到故障点，大大提高了运行维护效率，保障直流系统接线准确性，提高系统安全性。
2.2.1技术原理
本仪器由分析仪、探测仪组成。
分析仪的作用：用仪器本身自带或外接的直流5V电源，通过内部升压至最高为50V的交流电源，在断开站内试验设备直流电源的情况下，把存在寄生的两个回路，如控制回路1和信号回路或控制回路1和控制回路2，加入一个低频交流低幅值电流信号，此信号通过“分析仪--回路1--寄生故障点--回路2--分析仪”形成闭环。
探测仪与分析仪通过2.5G的无线通讯模块进行数据传输，覆盖范围超过整个变电站，用钳形电流表在两个回路不同点探测该低频信号。
根据探测到电流大小以及方向，在回路1或回路2探测的电流由有变无或由无变有时，此两点则为两个回路的寄生点。
（1）分析装置
分析装置的检测技术原理是基于信号叠加或者注入法，在硬件设计上，将信号发生功能与故障定位检测功能独立分体设计；其中将信号发生以及回路故障判断设计成独立的“分析装置”，将具体支路或者寄生回路故障定位部分设计成独立的“探测装置”。
这样解决了一方面通过分析装置首先确定回路的绝缘故障，在通过探测装置逐个探测该回路中的所有支路，从而定位故障支路或者寄生回路。
另外，该分体式的设计，使得可以在不带电情况下检测并定位寄生回路故障和环网故障点的设备，该设备能帮助运行维护人员快速找到故障点，大大提高了运行维护效率，保障直流系统接线准确性，提高系统安全性。
图1 分析装置使用示意图
（2）探测装置
探测装置的检测技术原理是基于信号叠加或者注入法，配合独立的回路信号发生装置，将具体支路或者寄生回路故障定位部分设计成独立的“探测装置”。
探测装置可以探测道回路中信号发生装置发出的低频信号，有故障的分支会产生与信号源相同频率的电流变化信号，探测装置的采集传感器可以对这一信号进行分析，通过频谱分析以及滤波技术，这样解决了通过探测装置逐个探测该回路中的所有支
路，从而定位支路或者寄生回路故障的问题。
2.3现场成效检查
利用寄生回路的特点，在两个独立回路与寄生点形成新的回路中加入低频低幅值的交流信号，通过钳形电流快速探测出故障点。
与传统方法比较，本仪器具有以下特点：1、在系统直流电源断开情况下查找，避免查找过程中造成直流故障以及其他运行保护误动作。
2、不用拆接线和监视电压变化等步骤，避免恢复接线时错接线或接线不牢固的风险。
3、传统的方法每个点操作需要拆线、监视电压变化、记录二次措施单、接线，大概需要几分钟，探测仪每个点操作只需10秒左右，极大提高效率。
4、仪器携带方便，可单人操作。
5、分析仪与探测仪采用无线通讯，查找覆盖范围广。
3结束语
本成果成功自制一种直流系统寄生回路及环网绝缘故障定位装置，适应各种复杂的应用环境，可以在不带电情况下检测并定位寄生回路故障和环网故障点的设备，该设备能帮助运行维护人员快速找到故障点，大大提高了运行维护效率，保障直流系统接线准确性，提高系统安全性。
参考文献：
[1]黄勇；变电站中直流系统存在的环网问题及解决方法【J】.中国新技术新产品，2016，（11）.
[2]黄勇变电站直流系统寄生回路的排查方法研究【J】.中国新技术新产品，2015，（23）.。