直流系统绝缘降低危害及解决方法(ppt课件).ppt
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1、广州优维电子科技有限公司1o直流系统构成直流系统构成o直流系统绝缘故障分类及常见情况直流系统绝缘故障分类及常见情况o直流接地危害直流接地危害o平衡桥概念平衡桥概念o直流系统绝缘故障分析直流系统绝缘故障分析o直流系统寄生回路(环路)特征分析直流系统寄生回路(环路)特征分析o直流交流窜电故障分析直流交流窜电故障分析o直流互窜分析直流互窜分析o各类直流故障处理方法各类直流故障处理方法o分布电容对直流绝缘故障查找的影响分布电容对直流绝缘故障查找的影响广州优维电子科技有限公司2直流系统构成-简介 直流系统是应用于水力、火力发电厂,各类变电站和其它使用直流设备的用户,为给信号设备、保护、自动装置、事故照明
2、、应急电源及断路器分、合闸操作提供直流电源的电源设备。直流系统是一个独立的电源,它不受发电机、厂用电及系统运行方式的影响,并在外部交流电中断的情况下,保证由后备电源蓄电池继续提供直流电源的重要设备。广州优维电子科技有限公司3直流系统构成o整流模块及蓄电池系统整流模块及蓄电池系统o监控系统监控系统o绝缘监测单元绝缘监测单元o电池巡检单元电池巡检单元o开关量检测单元开关量检测单元o降压单元降压单元o配电单元配电单元广州优维电子科技有限公司4直流系统构成-整流模块系统 电力整流模块就是把交流电整流成直流电的单机模块,通常是以通过电流大小来标称(如2A模块、5A模块、10A模块、20A模块等等),按设
3、计理念的不同也可以分为:风冷模块、独立风道模块、自冷模块、智能风冷模块和智能自冷模块。它可以多台并联使用,实现了N+1冗余。模块输出是110V、220V稳定可调的直流电压。模块自身有较为完善的各种保护功能如:输入过压保护、输出过压保护、输出限流保护和输出短路保护等。广州优维电子科技有限公司5直流系统构成-监控系统 监控系统是整个直流系统的控制、管理核心,其主要任务是:对系统中各功能单元和蓄电池进行长期自动监测,获取系统中的各种运行参数和状态,根据测量数据及运行状态及时进行处理,并以此为依据对系统进行控制,实现电源系统的全自动管理,保证其工作的连续性、可靠性和安全性。监控系统目前分为两种:一种是
4、按键型还有一种是触摸屏型。:监控系统提供人机界面操作,实现系统运行参数显示,系统控制操作和系统参数设置。广州优维电子科技有限公司6直流系统构成-绝缘监测单元 直流系统绝缘监测单元是监视直流系统绝缘情况的一种装置,可实时监测线路对地漏电阻,此数值可根据具体情况设定。当线路对地绝缘降低到设定值时,就会发出告警信号。直流系统绝缘监测单元目前有母线绝缘监测、支路绝缘监测。广州优维电子科技有限公司7直流系统构成-电池巡检单元 电池巡检单元就是对蓄电池在线电压情况巡环检测的一种设备。可以实时检测到每节蓄电池电压的多少,当哪一节蓄电池电压高过或低过设定时,就会发出告警信号,并能通过监控系统显示出是哪一节蓄电
5、池发生故障。电池巡检单元一般能检测2V-12V的蓄电池和巡环检测1-108节蓄电池。广州优维电子科技有限公司8直流系统构成-开关量检测单元 开关量检测单元是对开关量在线检测及告警干节点输出的一种设备。比如在整套系统中哪一路断路器发生故障跳闸或者是哪路熔断器熔断后开关量检测单元就会发出告警信号,并能通过监控系统显示出是哪一路断路器发生故障跳闸或者是哪路熔断器熔断。目前开关量检测单元可以采集到1-108路开关量和多路无源干节点告警输出。广州优维电子科技有限公司9直流系统构成-降压单元 降压单元就是降压稳压设备,是合母电压输入降压单元,降压单元再输出到控母,调节控母电压在设定范围内(110V或220
6、V)。当合母电压变化时,降压单元自动调节,保证输出电压稳定。降压单元也是以输出电流的大小来标称的。降压单元目前有两种,一种是有级降压硅链,一种是无级降压斩波。有级降压硅链有5级降压和七级降压,电压调节点都是3.5V,也就是说合母电压升高或下降3.5V时降压硅链就自动调节稳定控母电压。无级降压斩波就是一个降压模块,它比降压硅链体积小,它没有电压调节点所以输出电压也比降压硅链要稳定,还有过压、过流、和电池过放电等功能。不过目前无级降压斩波技术还不是很成熟常发生故障,所以还是降压硅链使用效广泛。广州优维电子科技有限公司10直流系统构成-配电单元 配电单元主要是直流屏中为实现交流输入、直流输出、电压显
7、示、电流显示等功能所使用的器件如:电源线、接线端子、交流断路器、直流断路器、接触器、防雷器、分流器、熔断器、转换开关、按钮开关、指示灯以及电流、电压表等等。广州优维电子科技有限公司11广州优维电子科技有限公司12直流系统接地概念o当直流系统的正极或负极与大地之间的绝缘水平降到某一整定值或低于某一规定值时,统称为直流系统接地;o当正极绝缘水平低于某一规定值时称为正接地;o 当负极绝缘水平低于某一规定值时称为负接地。直流接地电阻整定值直流接地电阻整定值系统电压(V)绝缘整定值(K)2202511015广州优维电子科技有限公司13直流系统接地故障分类按故障类型分为:按故障类型分为:直接接地(金属接地
8、)直接接地(金属接地)直接接地是指直流系统电源正极或负极对地的电阻等于或接近于零的情况。这种接地情况在直流系统中如果同时出现两点时,就很可能造成断路器误动或拒动,或熔断丝烧断等现象间接接地(非金属接地)间接接地(非金属接地)间接接地是指直流系统电源正极或负极对地绝缘电阻低至某一允许值之下。这时的接地电阻是否会对系统造成危害,就要看各个单位的具体情况,它与系统接地的位置和继电器的灵敏度有关绝缘降低绝缘降低 绝缘降低是指直流系统所采用的电缆、设备的绝缘电阻由于某种原因低于出厂数值。这些电缆,设备构成的直流系统的直流电源的正,负极对地绝缘电阻总体上低于充许值广州优维电子科技有限公司14直流绝缘异常常
9、见情况电缆绝缘异常电缆绝缘异常 故障主要是由于电缆绝缘层的老化或电缆加工、敷设过程中的工作不慎损伤电缆绝缘层造成。设备故障设备故障 设备在制造过程中绝缘部分受损或者绝缘材料质量低,经过一段时间之后,薄弱部位就会裸露出来,如果空气潮湿就可能产生直流接地故障。其他外来物引起其他外来物引起 外来物包括外来金属碎片、设备的紧固件及小动物躯体等。广州优维电子科技有限公司15直流接地故障的危害当直流系统正极接地时,将会有造成保护误误动动的可能;当直流系统负极接地时,将会有造成保护拒拒动动的可能。广州优维电子科技有限公司16直流接地故障的危害分析u两点接地可能造成断路器误跳两点接地可能造成断路器误跳A、B两
10、点,A、C两点,A、D两点,D、F两点接地都可能造成断路器误跳。u两点接地可能造成断路器拒动两点接地可能造成断路器拒动B、E两点,D、E两点或C、E两点接地都可能造成断路器拒动。u两点接地可能引起熔断器熔断两点接地可能引起熔断器熔断 A、E两点接地可能引起熔断器熔断。当接地点发生在B、E和C、E两点,保护动作时,不但断路器拒动,熔断器熔断,而且还有烧坏断电器触点的可能。广州优维电子科技有限公司17分布电容对保护误动影响分析 电力系统以往的教材及技术资料均强调,直流系统发生一点接地时,仍可继续运行,但必须及时发现和消除,以免第二点发生接地后造成继电保护的误动或拒动。但根据现场运行经验,直流系统一
11、点接地,同样可能导致出口保护继电器的误动,从而导致变电站主变跳闸或发电厂的发电机组停运,严重影响生产。传统观念:一点接地仍能运行广州优维电子科技有限公司18分布电容对保护误动影响分析广州优维电子科技有限公司正极接地引起保护误动模型建立模型建立正极接地正接地后线圈两端电压变化曲线19分布电容对保护误动影响分析广州优维电子科技有限公司模型建立线圈接地中间继电器线接地引起保护误动模型建立线圈接地后线圈两端电压变化曲线20分布电容对保护误动影响分析广州优维电子科技有限公司正极接地示意图1正极接地示意图2系统分析正极接地21分布电容对保护误动影响分析广州优维电子科技有限公司系统分析正极接地线圈接地示意图
12、1线圈接地示意图222平衡桥的概念 理想情况下,直流系统中正负对地的绝缘电阻是区于无穷大的,为了便于处理直流系统接地故障,通常会在直流系统的正极对地与负极对地之间加入的两个大小相等的平衡电阻,该电阻即称为直流系统中的平衡电桥。广州优维电子科技有限公司23平衡桥的意义 当直流系统没有发生绝缘故障时,该平衡电桥可以维持直流系统正负对地电压接近或相等;当直流系统发生绝缘故障时,该平衡电桥做为直流系统中的正负对地电压与对地绝缘电阻之间的桥梁,使它们之间建立起对应关系,方便故障的排查与处理。广州优维电子科技有限公司24系统平衡桥的推导 对于一个绝缘正常的系统,往直流屏厂家并没给出确定的平衡桥电阻大小,因
13、此我们并不知道其平衡桥电阻是否处于一个合理范围之内,通常我们可以用如下方法来对平衡电桥进行计算:1.测量该系统电压为:在该系统正极接入2电阻,测量其正极对地电压为在该系统负极接入2电阻,测量其负极对地电压为则该系统正极对地绝缘阻值与负极对地绝缘阻值分别为:如果该系统没有绝缘异常或接地故障,那么:即为该系统的平衡桥电阻广州优维电子科技有限公司25直流系统绝缘故障分析直流系统绝缘故障分析 当直流系统发生接地故障后,直流系统对地电压会发生偏差,正极绝缘故障则正极对地电压偏低,负极对地绝缘故障则负极对地电压偏低。在一个存在平衡桥的系统里面,绝缘故障越严重,则对地电压偏差越严重。广州优维电子科技有限公司
14、26接地阻值与系统电压偏差关系分析 R正与R负为系统平衡桥,系统正常时,R正=R负,V+=V-,当系统正级或负级发生接地或绝缘异常时,其正对地与负对地电压即会发生变化。如果正极接地电阻为RX,得:广州优维电子科技有限公司27接地阻值与系统电压偏差关系分析 分别以R正=R负=1M,以及R正=R负=50K时正接地电阻为50K时考察电压的变化情况。平衡电阻为1M 时,V+=10.5V,V-=209.5V 平衡电阻为50K 时,V+=73V,V-=147V则:广州优维电子科技有限公司28接地阻值与系统电压偏差关系分析 由此可见系统正负极电压偏差程度与接地程度的直接联系是建立在平衡桥处于正常范围之内.当
15、我们分析不同的系统时,不能简单的以电压偏差程度来判断绝缘异常严重程度,在没有确定平衡电阻大小时,它们之间无法一一对应 但对于同一系统,由于其平衡电阻大小是固定的,我们可以定性得出,电压偏差越大,绝缘相对会差广州优维电子科技有限公司29直流系统对地绝缘阻抗推导直流系统对地绝缘阻抗推导 当直流系统发生绝缘故障后,如下图所示,设直流系统平衡桥阻值为 ,正极对地绝缘故障电阻为 ,正负对地电压为 ,正对地电压为 。由:可得:由上式可知,如果在一个直流系统平衡电桥已知的情况下,其接地阻值与对地电压之间有明确的一一对应关系,通过这一关系可以很方便的计算出系统的接地阻值,判断系统的健康状态。广州优维电子科技有
16、限公司30直流系统对地绝缘阻抗推导直流系统对地绝缘阻抗推导o乒乓原理 通过乒乓原理推导出的直流系统的正负对地绝缘阻值,在系统发生两极平衡绝缘故障后亦可以通过该公式计算出绝缘阻值。o等效阻值 直接通过电压推导出的直流系统的对地绝缘阻值为等效阻值。通过上述两种方式的配合使用可以实现绝缘故障的全面检测广州优维电子科技有限公司31 根据乒乓原理计算系统正负对地绝缘电阻,已知直流母线正负电压为220V,正极投入200K电阻后正对地电压为60V,负极投入200K电阻后负对地电压为130V,试计算平衡桥为100K时系统正负对地阻值分别是多少?平衡桥为200K时系统正负对地阻值分别是多少?广州优维电子科技有限
17、公司32馈线绝缘故障漏电流分析 直流系统中的绝缘故障往往是由直流系统中的某一条或几条馈线绝缘故障引起,通过对正常回路与接地回路的漏电流进行分析,可以找出故障回路特征电流,如下示意图所示:广州优维电子科技有限公司33馈线绝缘故障漏电流分析-单极接地 图中馈线1为正常馈线,馈线n为存在负对地绝缘故障的馈线,为绝缘故障阻值,R为系统平衡电桥。设负荷电流大小为 ,系统正对地电压为Vcc,负对地电压为Vss,则馈线1中,=,A处所测电流大小为 -=0;馈线n中,=,,B处所测电流大小为 ,C处所测电流大小为 -=0;根据A、B、C处中所测电流差异可以实现直流接地故障定位。广州优维电子科技有限公司34馈线
18、绝缘故障漏电流分析-两极接地 如图所示,馈线n出现了正负对地同阻值的绝缘故障,即图中 =,系统对地电压 则 B,C处所测的电流值均为0。因此馈线中同支路出现在正负对地同时绝缘下降的情况下,纯漏电流检测模式无法准确计算出馈线对地正负绝缘阻值。需采用乒乓原理进行同馈线正负同时对地绝缘下降故障。传感器所测电源为:广州优维电子科技有限公司35馈线绝缘故障漏电流分析-两极接地1.向正极施加一信号源,分别记录正负极对地电压 ,记录B处传感器的漏电流 则:2.向正极施加一信号源,分别记录正负极对地电压 ,记录B处传感器的漏电流 则:3.根据上2式可计算出:广州优维电子科技有限公司36直流系统寄生回路(环路)
19、特征分析 双回路供电支路即环路,在直流系统中是一种普遍存在现象,部分环路系统是为了保障重要回路供电安全而引入,我们称之为正常环路;也有部分环路为进行系统改造时不规范的接线引起,我们称之为非正常环路。采用传统的单一支路“泄露电流法”的监测模式的监测装置,不管是正常环路还是非正常环路,都将直接导致绝缘监测系统的误判。广州优维电子科技有限公司37直流系统寄生回路(环路)特征分析广州优维电子科技有限公司38直流系统交流串电故障分析 直流系统中的交流串电故障是指交流电中的相线直接或间接与直流系统的正极或负极相连的情况。直流系统中发生交流串电故障通常由以下两种原因引起:o维护人员的误操作;o直流系统中含有
20、交流供电的设备出现故障导致交流串电。单相交流电由相线L与零线N组成,零线始终和大地是等电位的,即与直流系统中的地是等电位的。交流电L与N之间的电压波形为:广州优维电子科技有限公司39直流系统交流串电故障分析 直流系统中发生交流串电故障即使没有两点接地也会造成保护的误动作,在直流系统中,线缆对地均存在一定的分布电容,如果直流系统中串入交流电源,该交流电可通过分布电容进入合闸回路,如果分布电容较大,串入的交流接地内阻又小,即会造成保护动作。广州优维电子科技有限公司40直流系统交流串电故障分析 如下图示,图中C1、C2分别为跳闸回路电缆的对地等效分布电容,C3为跳闸回路电缆之间的等效分布电容,C4为
21、两条直流母线间的等效分布电容,K1为网控开关跳闸触点,K2为单元控制室开关跳闸触点,TJR为跳闸继电器线圈,AC为串入直流系统的等效交流电源。在正常情况下,直流系统中不存在交流电源AC,网控跳闸触点闭合或单元控制室触点闭合,则跳闸继电器动作,跳闸命令发出。在交流串入直流系统的故障情况下,如果跳闸回路电缆的长度较大、跳闸继电器的动作功率较小,交流电源经电缆对地分布电容C1、C2,使跳闸继电器动作。广州优维电子科技有限公司41直流系统交流串电故障分析 交流串电电压与串电内阻之间的关系交流串电电压与串电内阻之间的关系 设直流系统的电压等级为Udc,直流系统平衡桥电阻大小为Rp,串入直流系统的交流电压
22、的有效值为Uac,内阻为Rn(变压器线圈内阻)。则交流串入直流的等效电路示意图如下:RpRpDCACRnANB上图中A点为正母线,B点为负母线,N点为地点。以直流通路进行分析,直流系统表现出正对地为Rn的接地故障大小,正对地直流电压为:Uan=Udc*(Rp/Rn /(Rp/Rn +Rp).1广州优维电子科技有限公司42直流系统交流串电故障分析以交流通路分析:Uan=Uac-Uac*(Rn/(Rn+Rp/2)Uac(Rp/(2Rn+Rp)2Uan处的电压波形为:Uan 根据上述1式与2式分析可知,在Udc与Uac一定的情况下,当串接电阻Rn越小,对于直流通路反映出的接地故障越明显,对于交流通路
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