Общие методы поиска замыканий на землю в системе оперативного постоянного тока подстанции
На подстанциях система постоянного тока обеспечивает надежное питание цепей управления для защитных реле, операций включения и отключения выключателей, автоматизированного оборудования, сигнальных цепей и аварийных нагрузок. По сравнению со вспомогательными системами переменного тока системы постоянного тока подстанций обычно проектируются как неизолированные или «плавающие» системы. Поэтому одно замыкание на землю может не привести к немедленному прерыванию питания постоянного тока, но оно снижает запас изоляции системы. Если возникает второе замыкание на землю, оно может создать непреднамеренный путь тока и потенциально вызвать ложное срабатывание защиты, отказ выключателя или даже более широкое нарушение работы системы.
С продолжающимся развитием интеллектуальных подстанций, цифровых подстанций, интеграции возобновляемых источников энергии и современных энергосистем надежность систем постоянного тока подстанций и их возможности онлайн-мониторинга изоляции становятся все более важными для энергетических компаний, EPC-подрядчиков и международных покупателей энергетического оборудования.
Что такое замыкание на землю в системе постоянного тока подстанции?
A замыкание на землю в системе постоянного тока подстанции, также называемое Заземление постоянного тока или Пробой изоляции постоянного тока, возникает, когда положительный или отрицательный полюс системы постоянного тока образует непреднамеренный проводящий путь на землю из-за ухудшения изоляции, повреждения оборудования, влажности или других причин.
Типичная система постоянного тока подстанции состоит из:
- Аккумуляторная батарея
- Зарядное устройство аккумулятора
- Шины постоянного тока
- Распределительные щиты постоянного тока
- Фидерные цепи постоянного тока
- Оборудование защиты и управления
При нормальных условиях эксплуатации как положительный, так и отрицательный полюсы должны поддерживать достаточное сопротивление изоляции по отношению к земле.
Распространённые причины замыканий на землю в цепях постоянного тока включают:
- Старение или повреждение вторичных кабелей
- Влага или скопление воды в кабельных каналах
- Конденсат внутри шкафов управления
- Ухудшение изоляции в цепях реле или выключателей
- Механические повреждения кабелей при монтаже
- Внутренний пробой изоляции электрооборудования
- Пыль и загрязнения
- Попадание мелких животных или посторонних металлических предметов в оборудование
Поскольку система постоянного тока подстанции может содержать большое количество распределенных фидеров и длинных вторичных кабелей,обнаружение и локализация замыканий на землю в цепях постоянного токаможет быть значительно сложнее, чем устранение неисправностей в обычных низковольтных цепях управления.
Почему замыкание на землю в цепи постоянного тока следует устранять незамедлительно?
Одиночное замыкание на землю не обязательно приводит к немедленной потере питания постоянного тока. Однако оно изменяет распределение напряжения системы постоянного тока относительно земли и снижает запас безопасности системы.
Например, если заземляется положительный полюс, напряжение отрицательного полюса относительно земли может значительно измениться. Если впоследствии в другой точке системы возникнет еще одно замыкание на землю, может образоваться непреднамеренная цепь тока между положительным и отрицательным полюсами.
Возможные последствия включают:
- Неправильное срабатывание защитных реле
- Ненормальная работа автоматических выключателей
- Отказ автоматического выключателя при отключении или включении
- Неисправность автоматического оборудования
- Нежелательное срабатывание предохранителей или автоматических выключателей постоянного тока
- В тяжелых случаях снижение способности реагировать на аварии и нештатные ситуации на подстанции
По этой причине, как толькообнаружена неисправность изоляции системы постоянного тока, необходимо как можно скорее определить полярность неисправности, затронутый фидер и конкретное место повреждения.
Общие методы поиска замыкания на землю в системе постоянного тока подстанции
1. Подтверждение сигнала аварии замыкания на землю и состояния системы
При поступлении сигнала аварии замыкания на землю от панели постоянного тока, устройства контроля изоляции или системы управления первым шагом является проверка общего рабочего состояния системы постоянного тока.
Важные параметры включают:
- Напряжение системы постоянного тока
- Напряжение положительного полюса относительно земли
- Напряжение отрицательного полюса относительно земли
- Сопротивление изоляции
- Состояние устройства контроля изоляции
- Полярность неисправности
- Является ли неисправность постоянной или перемежающейся
- Возможно ли наличие нескольких замыканий на землю
Современные Устройства контроля изоляции постоянного тока (IMD)непрерывно контролируют сопротивление изоляции относительно земли в системах постоянного тока с изолированной нейтралью. IEC 61557-8 устанавливает требования к устройствам контроля изоляции, используемым для изолированных систем постоянного тока IT напряжением до 1 500 В постоянного тока.
2. Определите полярность и степень тяжести неисправности
После подтверждения сигнала тревоги технические специалисты должны определить, связано ли ухудшение изоляции преимущественно с положительным или отрицательным полюсом.
Следует оценить следующие параметры:
Состояние изоляции положительного полюса относительно земли
Состояние изоляции отрицательного полюса относительно земли
Напряжение шины постоянного тока
Общее сопротивление изоляции
Если сопротивление изоляции одного полюса значительно ниже ожидаемого, неисправность, скорее всего, связана с цепями, подключенными к этому полюсу.
Однако точный метод диагностики зависит от конфигурации системы постоянного тока и конструкции устройства контроля изоляции. Одиночное измерение напряжения не должно использоваться в качестве единственного основания для определения точного места неисправности.
3. Проверьте фидеры постоянного тока по секциям
Если место повреждения не удаётся определить напрямую, общий принцип поиска неисправности таков:
Начинайте с шины постоянного тока, затем проверяйте фидеры, ответвлённые цепи и, наконец, отдельное оборудование.
Типичная последовательность поиска неисправности:
Шина постоянного тока → щит распределения постоянного тока → отдельные фидеры постоянного тока → шкафы защиты/управления → клеммные коробки → полевое оборудование
Постепенно изолируя участки системы, технические специалисты могут свести сложную сеть постоянного тока к гораздо меньшей предполагаемой зоне повреждения.
В ходе этого процесса операторы должны строго соблюдать утверждённые процедуры переключений. Критические цепи защиты, цепи управления выключателями или важные источники постоянного тока ни в коем случае нельзя произвольно отключать только для того, чтобы найти замыкание на землю.
4. Использование онлайн-мониторинга изоляции и определения места повреждения Оборудование
Для крупных подстанций ручная проверка каждого фидера может быть трудоёмкой. Поэтому современные подстанции всё чаще используют системы онлайн-мониторинга изоляции и определения места повреждения изоляции.
Передовая система обнаружения и локализации замыканий на землю в цепях постоянного тока позволяет контролировать состояние изоляции отдельных фидеров и помогает определить цепь, связанную с повреждением изоляции.
IEC 61557-9:2023 устанавливает требования к системам локализации повреждений изоляции (IFLS), предназначенным для локализации повреждений изоляции в изолированных системах IT, включая изолированные системы постоянного тока напряжением до 1 500 В постоянного тока.
Таким образом, данная технология позволяет системе защиты перейти от простого обнаружения повреждения изоляции до к обнаружению, локализации, регистрации и анализу повреждения.
5. Осмотрите полевое оборудование после сужения зоны повреждения
После того как поврежденный фидер или цепь идентифицированы, техники могут проверить конкретные компоненты, включая:
- Кабели и кабельные соединения
- Клеммные колодки
- Защитные реле
- Катушки отключения и включения выключателя
- Командные переключатели
- Сигнальные устройства
- Антиконденсационные нагреватели
- Клеммные коробки
- Наружная вторичная проводка
- Кабельные каналы и кабельные оконцевания
Для наружных подстанций особое внимание следует уделятьдождевой воде, конденсату, влажности, пыли, загрязнению и проникновению животных, все это может способствовать ухудшению изоляции.
Традиционное устранение неисправностей и интеллектуальное определение места повреждения
Традиционноеустранение замыканий на землю в цепях постоянного тока подстанциив основном основано на сигнализации изоляции с последующим ручным поочередным осмотром фидеров.
Этот подход имеет относительно низкую стоимость оборудования, но имеет два основных ограничения.
Во-первых, определение места повреждения может занять много времени.
Когда на подстанции имеется большое количество фидеров постоянного тока, техническому персоналу может потребоваться последовательно проверять несколько цепей.
Во-вторых, поиск неисправностей в значительной степени зависит от опыта оператора.
Прерывистые неисправности могут быть особенно трудны для локализации. Например, неисправность изоляции, вызванная влагой, может исчезнуть после высыхания оборудования и появиться вновь при повышении влажности.
По этой причине современные подстанции всё чаще применяют системы онлайн-мониторинга изоляции, мониторинг изоляции ответвлений и системы автоматического определения места повреждения.
Базовый рабочий процесс можно обобщить следующим образом:
Мониторинг изоляции → Сигнал замыкания на землю → Определение полярности повреждения → Локализация фидера → Осмотр места повреждения → Устранение повреждения → Проверка восстановления изоляции
Для крупных подстанций, электростанций, центров обработки данных и критически важных промышленных объектов этот подход может значительно повысить эффективность поиска неисправностей и надёжность системы постоянного тока.
Важные соображения при поиске замыканий на землю в цепях постоянного тока
1. Не отключайте критически важные цепи произвольно
Защитные реле, цепи управления выключателями, системы автоматики и другое критическое оборудование могут зависеть от источника постоянного тока на подстанции.
Неправильное отключение важного фидера при устранении неисправности может привести к недоступности функций защиты или управления.
Поэтому все операции переключения должны выполняться в соответствии с утверждёнными процедурами переключения, однолинейной схемой подстанции, вторичными схемами соединений и инструкциями производителя оборудования.
2. Обратите внимание на риск множественных замыканий на землю
Одиночное замыкание на землю может не сразу вызвать серьёзную эксплуатационную проблему. Однако второе замыкание на землю может создать непреднамеренный путь тока и повлиять на цепи защиты и управления.
Поэтому при обнаружении первого замыкания на землю его не следует рассматривать просто как незначительную аварию. Необходимо выявить причину и восстановить состояние изоляции как можно скорее.
3. Уделите приоритет онлайн-мониторингу для критически важных объектов
Для крупных подстанций, электростанций, центров обработки данных и критически важных промышленных объектов,онлайн-мониторинг изоляции и определение мест повреждения следует предпочтительно учитывать на этапе проектирования системы постоянного тока.
Такие системы могут обеспечивать более быстрое определение мест повреждения и исторические данные для профилактического обслуживания и обслуживания по состоянию.
Тенденции в технологии систем постоянного тока подстанций
С развитием цифровых подстанций системы постоянного тока превращаются из обычного оборудования электропитания в важную часть архитектуры интеллектуального мониторинга подстанций и обеспечения надёжности.
Будущие решения для мониторинга систем постоянного тока, как ожидается, будут более тесно интегрироваться с SCADA, платформами цифровых подстанций и интеллектуальными системами управления активами.
Ключевые функции могут включать:
- Онлайн-мониторинг изоляции
- Автоматическое определение местоположения неисправности
- Запись исторических данных
- Анализ тенденций
- Раннее предупреждение
- Удалённый мониторинг
- Обслуживание по техническому состоянию
Последняя редакция стандартов IEC также демонстрирует растущее внимание к специализированным технологиям мониторинга изоляции и определения местоположения неисправностей. IEC 61557-8 рассматривает непрерывный мониторинг изоляции, а IEC 61557-9 — локализацию повреждений изоляции в незаземлённых системах IT.
Поэтому международным B2B-покупателям при выборе системы оперативного постоянного тока подстанции следует учитывать не только традиционные параметры, такие как напряжение постоянного тока, ёмкость аккумуляторной батареи, мощность зарядного устройства и конфигурация распределения постоянного тока, но также мониторинг изоляции, возможность определения места повреждения, коммуникационные интерфейсы и совместимость с SCADA или системами автоматизации подстанций.
Заключение
Основной принцип поиска неисправностей заземления в системе постоянного тока подстанции заключается в постепенном сужении области неисправности с помощью мониторинга, идентификации, секционного отключения, локализации и проверки.
Традиционный ручной поиск неисправностей может подходить для небольших систем постоянного тока. Однако для крупных подстанций, электростанций, центров обработки данных и других критически важных электроустановок системы мониторинга изоляции постоянного тока и системы обнаружения и локализации замыканий на землю постоянного тока могут обеспечить более эффективное и системное решение.
С точки зрения производства оборудования и инженерного применения, панель распределения постоянного тока, зарядное устройство аккумулятора, аккумуляторная батарея, устройство мониторинга изоляции и система фидеров постоянного токадолжна быть спроектирована как интегрированная система в соответствии с уровнем напряжения проекта, характеристиками нагрузки, требованиями защиты и архитектурой связи.
По мере развития интеллектуальных подстанций и цифровых энергосистем,онлайн-мониторинг изоляции и интеллектуальное определение места повреждения постоянного токастанут все более важными технологиями для повышения безопасности, надежности и ремонтопригодности систем постоянного тока подстанций.
Примечание по безопасности: Системы постоянного тока подстанций обеспечивают критически важные функции защиты и управления выключателями. Фактические операции по устранению неисправностей и переключениям должны выполняться квалифицированным персоналом в соответствии с процедурами безопасности на объекте, утвержденными электрическими схемами, инструкциями по эксплуатации и требованиями производителя оборудования. Данная статья предназначена для технической и инженерной справки и не заменяет процедуры эксплуатации на конкретном объекте.
