Warum verursacht MVDC-Erden Systemfehler?

Analyse und Behandlung von DC-System-Erdschlussstörungen in Umspannwerken

Bei einem Erdschluss im DC-System kann es sich um einen Einzelpunkterdschluss, Mehrpunkterdschluss, Schleifenerdschluss oder um eine Isolationsminderung handeln. Ein Einzelpunkterdschluss wird weiter unterteilt in Positivpol- und Negativpoleardschluss. Ein Positivpoleardschluss kann zu Fehlfunktionen von Schutz- und automatischen Geräten führen, während ein Negativpoleardschluss zu Ausbleiben der Funktion (z.B. Relaisschutz oder Auslösegeräte) führen kann. Sobald ein Erdschluss vorliegt, entsteht ein neuer Erdpfad; er muss schnellstmöglich beseitigt werden. Andernfalls kann bei einem zweiten oder zusätzlichen Erdschluss zu schwerwiegenden Störungen oder Unfällen kommen.

Bei normaler Betriebsweise beträgt der Isolationswiderstand beider Pole des DC-Systems gegenüber Erde 999 kΩ. Wenn jedoch die Ausrüstung im Freien feucht wird, sinkt der Isolationswiderstand des DC-Systems. Die Alarmgrenze für ein 220V-DC-System liegt in der Regel bei 25 kΩ, und 15 kΩ für ein 110V-System. Die State Grid Hubei Maintenance Company legt großen Wert auf versteckte Erdschlussgefahren und hat den Alarmstandard angehoben: Ein Warnhinweis wird ausgelöst, wenn die Isolation auf 40 kΩ für 220V-Systeme und 25 kΩ für 110V-Systeme sinkt. Dies ermöglicht es, Versteckte Gefahren zu beseitigen, bevor eine Isolationsminderung zu einem vollständigen Erdschluss führt.

Kürzlich haben sechs 500 kV-Umspannwerke in der Provinz aufgrund lang anhaltender widriger Wetterbedingungen und einer langen Regenzeit mit hoher Luftfeuchtigkeit verschiedene Grade an reduzierter DC-Isolation oder direktem Erdschluss erfahren:

• Enshi und Anfu: Isolation sank auf 40 kΩ

• Shuanghe: Positivpoleardschluss

• Jiangxia: Positivpoleardschluss

• Junshan: allgemeine Isolationsminderung

• Xian Nv Shan: Isolationsabfall, Negativpol-Erde 18 kΩ

• Xinglong: Positivpoleardschluss

Fallanalyse aktueller DC-System-Isolationsprobleme:

(1) 500 kV Enshi & Anfu Umspannwerke:
Die DC-Isolierungsüberwachungseinrichtungen zeigten, dass die Isolation auf 40 kΩ sank. Nach Beobachtung erholte sich die Isolation teilweise auf einen akzeptablen Bereich. Basierend auf früheren Erfahrungen war die wahrscheinliche Ursache Feuchtigkeitseintritt in dem thermischen Relais innerhalb der Gehäuse der Freiluft-Ausschalterantriebe.

(2) 500 kV Jiangxia Umspannwerk:
Nach einem DC-Erdschluss fanden die Sekundärwartungspersonal keine abnormalen Signale in der Isolierungsüberwachung. Feldmessungen ergaben 0 V am Positivpol zur Erde. Mit Hilfe eines DC-Erdschlussdetektors wurde die Störung auf einen durch Feuchtigkeit beeinflussten Kontakt im Dichterelais des #2 Busverbindungsschaltkastens zurückgeführt. Nach Entfernung des defekten Kontakts kehrte die Isolation des DC-Systems zur Normalität zurück.

Herausforderungen bei der Behebung von DC-Erdschlüssen:
Das Auffinden und Beheben von DC-Erdschlussdefekten ist herausfordernd. Störungen treten oft wiederholt mit Wetteränderungen auf, und die Störstellen sind schwierig zu identifizieren. Es kann auch zu Mehrpunkterdschlüssen kommen. Die meisten jüngsten Erdschlussprobleme wurden durch reduzierte Isolation in den Kontakten oder Kabeln der Ausrüstung im Freien verursacht. Zu den Faktoren gehören alternde Bauteile mit abgenutzter Isolation und anhaltender Regen, der zu Feuchtigkeitseintritt oder Ausrüstungsversagen führt.

Verbesserung der DC-Erdschluss-Reaktionsfähigkeit:
Eine effektive Behandlung erfordert koordinierte Bemühungen, standardisierte Verfahren und die Integration von Betriebs- und Wartungssystemen (O&M):

• Sicherheitsverfahren:
  Bevor ein DC-Erdschluss behandelt wird, müssen alle Personen aus den relevanten Bereichen entfernt werden, insbesondere diejenigen, die an sekundären Schaltkreisen arbeiten. Mindestens zwei Personen müssen während der Störortbestimmung und -reparatur anwesend sein. Verhindern Sie versehentliche DC-Kurzschlüsse oder zusätzliche Erdungen. Implementieren Sie Sicherheitsmaßnahmen, um Fehlfunktionen von Schutzeinrichtungen zu vermeiden.

• Störortfindungsstrategie:
  Folgen Sie den Prinzipien: Mikroprozessorbasierte Detektion zuerst, dann manuell; extern vor intern; sekundär vor primär; Signale vor Steuerung. Zuerst verwenden Sie das DC-Isolierungsüberwachungsgerät, um die Störung zu lokalisieren. Wenn die Daten ungenau sind, gehen Sie zur manuellen Inspektion über.

• Schnelles Reaktionsprotokoll:
  O&M-Personal muss sofort Alarmsignale und anomale Signale vom Isolierungsmonitor sammeln. Sekundäre Teams sollten schnellstmöglich Notfallreparaturen organisieren. Wenn der Monitor den defekten Schaltkreis korrekt identifiziert, trennen Sie dessen Stromversorgung und beobachten Sie, ob die Isolation sich erholt. Falls nicht, verwenden Sie ein DC-Erdschlussdetektionsgerät, um alle DC-Schaltkreise abzutasten, verdächtige Schaltkreise zu identifizieren und durch Stromtrennung zu testen.

• Genaue Störungsisolierung:
  Sobald der defekte Schaltkreis identifiziert ist, verwenden Sie Schaltpläne, um mögliche Erdpunkte zu bestimmen. Testen Sie durch Trennen der verdächtigen Anschlüsse. Nach Bestätigung wenden Sie eine zuverlässige Isolierung an. Arbeiten Sie eng mit den primären Ausrüstungsteams zusammen, um den Defekt schnellstmöglich zu beseitigen.

Präventive Maßnahmen zur Reduzierung von DC-Erdschlussvorfällen:

• Verbessern Sie die Betriebsumgebung. Installieren Sie Klimaanlagen in Bereichen mit unzureichender Temperaturregelung. Verschließen Sie Endschaltkästen, Schaltantriebsgehäuse und Ausschaltergehäuse ordnungsgemäß. Stellen Sie sicher, dass Schranktüren regendicht sind.

• Während regelmäßiger Inspektionen oder Transformatorinstallationen sollten Sie gründlich prüfen, ob Gasrelais, Ölflussrelais, Ölniveauanzeigen, Thermometer und Druckentlastungsgeräte geeignete Regenschutzhauben haben. Überprüfen Sie die sichere Installation von Verdrahtungskästen, die Anwesenheit von Dichtungsmanschetten und ob sekundäre Kabel ordnungsgemäß verlegt und unbeschädigt sind.

• Nutzen Sie geplante Stilllegungen, um anfällige sekundäre Komponenten im Freien, die häufig betrieben oder ständig unter Spannung stehen, zu ersetzen.

• Beseitigen Sie Konstruktionsfehler oder mangelhafte Arbeit. Stellen Sie sicher, dass sekundäre Schaltkreise bei der Inbetriebnahme vollständig sind – vermeiden Sie parasitäre Schaltkreise, Schleifen oder Kreuzungen. Beachten Sie die Reinigung und Staubentfernung während der Inspektion von Schutz- und automatischen Geräten.

• Für technische Modernisierungen oder Neubauten sollten Sie die Bauzeichnungen strikt befolgen. Führen Sie gründliche Vorbauplanungsprüfungen durch. Vermeiden Sie Mischungen zwischen DC I/II Segmente, AC/DC und parasitäre Schaltkreise, die zu Anomalien im DC-System führen könnten.

• Stärken Sie den Betrieb, die Wartung und die Inspektion von DC-Systemen, DC-Verteilungspaneelen und Isolierungsüberwachungseinrichtungen in allen Umspannwerken. Stellen Sie sicher, dass die Überwachungseinrichtungen genaue Angaben über die Erdschlussorte liefern, um eine schnelle Isolierung durch Wartungspersonal zu ermöglichen.