Algemene methoden voor het lokaliseren van aardfouten in een DC-systeem van een onderstation

Algemene methoden voor het lokaliseren van aardfouten in een DC-systeem van een onderstation

In onderstations zorgt het gelijkstroomsysteem voor een betrouwbare voedingsbron voor de besturing van beveiligingsrelais, schakelaar in- en uitschakelhandelingen, automatiseringsapparatuur, signaalcircuits en noodbelastingen. In vergelijking met AC-hulpsystemen worden DC-systemen van onderstations gewoonlijk ontworpen als niet-geaarde of zwevende systemen. Daarom zal een enkele aardfout de DC-voeding mogelijk niet onmiddellijk onderbreken, maar vermindert deze wel de isolatiemarge van het systeem. Als er een tweede aardfout optreedt, kan dit een ongewenst stroompad creëren en mogelijk leiden tot onbedoelde werking van de beveiliging, falen van de stroomonderbreker of zelfs een bredere systeemstoring.

Met de voortdurende ontwikkeling van slimme onderstations, digitale onderstations, integratie van hernieuwbare energie en moderne elektriciteitsnetten, zijn de betrouwbaarheid van DC-systemen in onderstations en hun online isolatiebewakingsmogelijkheden steeds belangrijker geworden voor nutsbedrijven, EPC-aannemers en internationale kopers van stroomapparatuur.

Wat is een aardfout in een onderstationn DC System?

Een gelijkstroomaardfout in het onderstation, ook wel een DC-aardfout of DC-isolatiefout, treedt op wanneer de positieve of negatieve pool van het gelijkstroomsysteem een onbedoeld geleidend pad naar aarde ontwikkelt als gevolg van isolatieverslechtering, apparaatschade, vocht of andere oorzaken.

Een typisch gelijkstroomsysteem in een onderstation bestaat uit:

• Accubank
• Acculader
• DC-railrails
• DC-verdeelpanelen
• DC-voedingscircuits
• Beschermings- en besturingsapparatuur

Onder normale bedrijfsomstandigheden moeten zowel de positieve als de negatieve pool voldoende isolatieweerstand naar aarde behouden.

Veelvoorkomende oorzaken van DC-aardsluitingen zijn:

• Verouderde of beschadigde secundaire kabels
• Vocht- of waterophoping in kabelgoten
• Condensatie in schakelkasten
• Isolatieverslechtering in relais- of stroomonderbrekercircuits
• Mechanische schade aan kabels tijdens installatie
• Interne isolatiefout van elektrische apparatuur
• Stof en vervuiling
• Kleine dieren of vreemde metalen voorwerpen die apparatuur binnendringen

Omdat een gelijkstroomsysteem van een onderstation een groot aantal verdeelde voedingslijnen en lange secundaire kabels kan bevatten,Detectie en lokalisatie van gelijkstroomaardfoutenkan aanzienlijk complexer zijn dan het oplossen van een conventionele laagspanningsregelcircuit.

Waarom moet een gelijkstroomaardfout snel worden gelokaliseerd?

Een enkele aardfout veroorzaakt niet noodzakelijkerwijs een onmiddellijk verlies van gelijkstroom. Het verandert echter de spanningsverdeling van het gelijkstroomsysteem ten opzichte van aarde en vermindert de veiligheidsmarge van het systeem.

Als bijvoorbeeld de positieve pool wordt geaard, kan de spanning van de negatieve pool ten opzichte van aarde aanzienlijk verschuiven. Als er vervolgens elders in het systeem een andere aardfout optreedt, kan er een onbedoeld stroompad van positief naar negatief ontstaan.

Mogelijke gevolgen zijn onder meer:

1. Verkeerde werking van beveiligingsrelais
2. Abnormale werking van stroomonderbrekers
3. Storing van een stroomonderbreker bij uitschakelen of inschakelen
4. Storing van automatiseringsapparatuur
5. Ongewenste werking van DC-zekeringen of stroomonderbrekers
6. In ernstige gevallen verminderd vermogen om te reageren op substationstoringen en noodsituaties

Om deze reden, zodra een DC-systeem isolatiefout wordt gedetecteerd, moeten de foutpolariteit, de getroffen voeding en de specifieke foutlocatie zo snel mogelijk worden geïdentificeerd.

Algemene methoden voor het lokaliseren van een DC-aardfout in een substation

1. Bevestig het aardfoutalarm en de systeemconditie

Wanneer het DC-paneel, het isolatiebewakingsapparaat of het bewakingssysteem een aardfoutalarm geeft, is de eerste stap het verifiëren van de algemene bedrijfstoestand van het DC-systeem.

Belangrijke parameters zijn:

• DC-systeemspanning
• Positieve spanning ten opzichte van aarde
• Negatieve spanning ten opzichte van aarde
• Isolatieweerstand
• Status van isolatiebewakingsapparaat
• Foutpolariteit
• Of de fout continu of intermitterend is
• Of er meerdere aardfouten kunnen bestaan

Moderne DC-isolatiebewakingsapparaten (IMD's) om de isolatieweerstand naar aarde in ongeaarde DC-systemen continu te bewaken. IEC 61557-8 specificeert eisen voor isolatiebewakingsapparaten die worden gebruikt voor ongeaarde DC IT-systemen tot 1.500 V DC.

2. Bepaal de foutpolariteit en -ernst

Na bevestiging van het alarm moeten technici bepalen of de isolatieverslechtering voornamelijk verband houdt met de positieve of de negatieve pool.

De volgende parameters moeten worden geëvalueerd:

Isolatieconditie van positieve pool naar aarde
Isolatieconditie van negatieve pool naar aarde
DC-busspanning
Totale isolatieweerstand

Als de isolatieweerstand van één pool aanzienlijk lager is dan verwacht, is de fout waarschijnlijk eerder gerelateerd aan circuits die op die pool zijn aangesloten.

De exacte diagnosemethode hangt echter af van de configuratie van het DC-systeem en het ontwerp van het isolatiebewakingsapparaat. Een enkele spanningsmeting mag niet worden gebruikt als enige basis voor het bepalen van de exacte foutlocatie.

3. Controleer de DC-voedingen sectie voor sectie

Als de fout niet direct kan worden gelokaliseerd, is een veelgebruikt storingszoekprincipe:

Begin bij de DC-bus, controleer vervolgens de voedingen, aftakkingen en ten slotte de individuele apparatuur.

Een typische storingszoekvolgorde is:

DC-bus → DC-verdeelpaneel → individuele DC-voedingen → beveiligings-/besturingskasten → aansluitdozen → veldapparatuur

Door het systeem stapsgewijs te isoleren, kunnen technici een complex DC-netwerk terugbrengen tot een veel kleiner vermoedelijk foutgebied.

Tijdens dit proces moeten operators strikt de goedgekeurde schakelprocedures volgen.Kritieke beveiligingscircuits, stroomonderbrekerbesturingscircuits of essentiële DC-voedingen mogen nooit willekeurig worden losgekoppeld alleen om een aardfout te lokaliseren.

4. Gebruik online isolatiebewaking en foutlocatieApparatuur

Voor grote onderstations kan het handmatig controleren van elke feeder tijdrovend zijn. Daarom maken moderne onderstations steeds vaker gebruik van online isolatiebewaking en isolatiefoutlocatiesystemen.

Een geavanceerd gelijkstroom aardfoutdetectie- en locatiesysteem kan de isolatietoestand van individuele feeders bewaken en helpen bij het identificeren van het circuit dat verband houdt met de isolatiefout.

IEC 61557-9:2023 specificeert vereisten voor isolatiefoutlocatiesystemen (IFLS) die zijn ontworpen om isolatiefouten te lokaliseren in ongeaarde IT-systemen, inclusief ongeaarde gelijkstroomsystemen tot 1.500 V DC.

De technologie stelt het beveiligingssysteem daarom in staat om te evolueren van eenvoudigweg detecteren van een isolatiefout naar het detecteren, lokaliseren, registreren en analyseren van de fout.

5. Inspecteer de veldapparatuur nadat het foutgebied is vernauwd

Zodra de getroffen feeder of het getroffen circuit is geïdentificeerd, kunnen technici specifieke componenten inspecteren, waaronder:

• Kabels en kabelverbindingen
• Klemmenblokken
• Beveiligingsrelais
• Uitschakel- en inschakelspoelen van stroomonderbrekers
• Bedieningsschakelaars
• Signaleringsapparaten
• Anticondensatieverwarmers
• Aansluitkasten
• Buiten secundaire bedrading
• Kabelgoten en kabelafsluitingen

Voor buitenstations moet bijzondere aandacht worden besteed aanregenwater, condensatie, vochtigheid, stof, vervuiling en indringing van dieren, die allemaal kunnen bijdragen aan verslechtering van de isolatie.

Traditionele probleemoplossing versus intelligente foutlocatie

Traditioneleprobleemoplossing van DC-aardfouten in onderstationsvertrouwt voornamelijk op een isolatie-alarm gevolgd door handmatige inspectie per voeding.

Deze aanpak heeft relatief lage apparatuurkosten, maar kent twee belangrijke beperkingen.

Ten eerste kan het lokaliseren van een storing veel tijd in beslag nemen.
Wanneer een onderstation een groot aantal gelijkstroomvoedingen heeft, moeten technici mogelijk meerdere circuits achtereenvolgens controleren.

Ten tweede is het oplossen van problemen sterk afhankelijk van de ervaring van de operator.
Vooral intermitterende storingen kunnen moeilijk te lokaliseren zijn. Een isolatiefout veroorzaakt door vocht kan bijvoorbeeld verdwijnen nadat de apparatuur is opgedroogd en weer optreden wanneer de luchtvochtigheid toeneemt.

Om deze reden worden in moderne onderstations steeds vaker online isolatiebewakingssystemen, takisolatiebewaking en automatische storingslocatiesystemen toegepast..

Het basiswerkproces kan als volgt worden samengevat:

Isolatiebewaking → Aardfoutalarm → Identificatie van foutpolariteit → Voedinglokalisatie → Inspectie van het foutpunt → Foutverhelping → Controle van isolatieherstel

Voor grote onderstations, energiecentrales, datacentra en kritieke industriële faciliteiten kan deze aanpak de efficiëntie van probleemoplossing en de betrouwbaarheid van het gelijkstroomsysteem aanzienlijk verbeteren.

Belangrijke overwegingen bij het oplossen van DC-aardfouten

1. Koppel kritieke circuits niet willekeurig los

Beveiligingsrelais, stroomonderbrekerbesturingscircuits, automatiseringssystemen en andere kritieke apparatuur kunnen afhankelijk zijn van de gelijkstroomvoeding van het station.

Het onjuist loskoppelen van een essentiële voedingslijn tijdens het oplossen van problemen kan ervoor zorgen dat beveiligings- of besturingsfuncties niet beschikbaar zijn.

Alle schakelhandelingen moeten daarom worden uitgevoerd volgens goedgekeurde schakelprocedures, de enkellijns- en secundaire bedradingsschema's van het onderstation en de instructies van de fabrikant van de apparatuur.

2. Let op het risico van meerdere aardfouten

Een enkele aardfout veroorzaakt mogelijk niet direct een groot operationeel probleem. Een tweede aardfout kan echter een onbedoeld stroompad creëren en de beveiligings- en besturingscircuits beïnvloeden.

Daarom, zodra de eerste aardfout is gedetecteerd, mag deze niet simpelweg als een klein alarm worden beschouwd. De oorzaak moet worden geïdentificeerd en de isolatietoestand moet zo snel als praktisch haalbaar worden hersteld.

3. Geef prioriteit aan online monitoring voor kritieke installaties

Voor grote onderstations, energiecentrales, datacenters en kritieke industriële faciliteiten,online isolatiemonitoring en foutlocatiemoeten bij voorkeur al in de ontwerpfase van het gelijkstroomsysteem worden overwogen.

Dergelijke systemen kunnen snellere foutlokalisatie en historische gegevens bieden voor preventief onderhoud en conditiegestuurd onderhoud.

Trends in de technologie van gelijkstroomsystemen in onderstations

Met de ontwikkeling van digitale onderstations evolueren gelijkstroomsystemen van conventionele stroomvoorzieningsapparatuur naar een belangrijk onderdeel van deintelligente onderstationmonitoring en betrouwbaarheidsarchitectuur.

Toekomst DC-systeembewakingoplossingen zullen naar verwachting nauwer integreren met SCADA, digitale substationplatforms en intelligente assetmanagementsystemen.

Belangrijke functies kunnen zijn:

• Online isolatiebewaking
• Automatische foutlocatie
• Historische gegevensregistratie
• Trendanalyse
• Vroegtijdige waarschuwing
• Extern toezicht
• Conditiegestuurd onderhoud

Het nieuwste IEC-kader toont ook de toenemende nadruk op speciale isolatiebewaking en foutlocalisatietechnologieën. IEC 61557-8 behandelt continue isolatiebewaking, terwijl IEC 61557-9 de localisatie van isolatiefouten in ongeaarde IT-systemen behandelt.

Voor internationale B2B-kopers moet de selectie van een DC-systeem voor onderstations daarom niet alleen rekening houden met traditionele parameters zoals DC-spanning, batterijcapaciteit, ladervermogen en DC-distributieconfiguratie, maar ook met isolatiebewaking, foutlocalisatiemogelijkheden, communicatie-interfaces en compatibiliteit met SCADA- of automatiseringssystemen voor onderstations.

Conclusie

Het kernprincipe van het opsporen van aardfouten in DC-systemen van onderstations is om de fout geleidelijk te beperken door middel van bewaking, identificatie, sectionele isolatie, localisatie en verificatie.

Traditionele handmatige probleemoplossing kan geschikt zijn voor kleinere DC-systemen. Voor grote onderstations, elektriciteitscentrales, datacenters en andere kritieke elektrische installaties echter, DC-isolatiebewakingssystemen en DC-aardfoutdetectie- en locatiesystemen kunnen een efficiëntere en systematischere oplossing bieden.

Vanuit het perspectief van apparatuurproductie en technische toepassingen moeten de DC-verdeelpaneel, acculader, accubank, isolatiebewakingsapparaat en DC-voedingssysteem worden ontworpen als een geïntegreerd systeem op basis van het projectspanningsniveau, de belastingskarakteristieken, de beveiligingsarchitectuur en de communicatiearchitectuur.

Naarmate slimme onderstations en digitale energiesystemen zich blijven ontwikkelen, zullen online isolatiebewaking en intelligente DC-storingslocatie steeds belangrijkere technologieën worden om de veiligheid, betrouwbaarheid en onderhoudbaarheid van DC-systemen in onderstations te verbeteren.

Veiligheidsopmerking: DC-systemen in onderstations voorzien in kritieke beveiligings- en stroomonderbrekerbesturingsfuncties. Daadwerkelijke storingsoplossing en schakelhandelingen moeten worden uitgevoerd door gekwalificeerd personeel in overeenstemming met de veiligheidsprocedures ter plaatse, goedgekeurde elektrische tekeningen, bedieningsinstructies en de vereisten van de apparatuurfabrikant. Dit artikel is bedoeld als technische en technische referentie en vervangt geen locatiespecifieke bedieningsprocedures.