關于直流系統的接地故障

毛雁賓 新疆新華水電克孜爾電廠

關于直流系統的接地故障

毛雁賓 新疆新華水電克孜爾電廠

發電廠、變電站直流系統是十分重要的電源系統，它是一個獨立的電源，不受發電機、廠用電、站用變以及系統運行方式改變的影響，為電力系統的控制回路、信號回路、繼電保護、自動裝置及事照明等提供可靠穩定的不間斷電源，它還為斷路器的分、合閘提供操作電源。

由于直流電源在二次系統所處的重要地位，直流系統自身的可靠及安全直接影響到整個系統的安全，由于電力系統應用直流電源的特殊性，特別是控制回路和保護回路的應用，使直流系統的故障成為電力系統的事故隱患。

一、關于直流系統接地

1、什么叫直流系統接地？

直流電源為帶極性的電源，即電源正極和電源負極。交流電源是無極性電源，為了系統安全，變電站、發電廠所有設備的外殼都會牢牢的接地，而且希望其阻抗越低越好。直流電源的“地”對直流電路來講僅僅是個中性點的概念，這個地與交流的“大地”是截然不同的。如果直流電源系統正極或負極對地間的絕緣電阻值降低至某一整定值，或者低于某一規定值，這時我們稱該直流系統有正接地故障或負接地故障。

2、直流系統為什么會接地？

發電廠、變電站直流系統所接設備多、回路復雜，在長期運行過程中會由于環境的改變、氣候的變化、電纜以及接頭的老化，設備本身的問題等等，而不可避免地發生直流系統接地。特別在發電廠、變電站建設施工中或擴建過程中，由于施工及安裝的種種問題，難以避免的會遺留電力系統故障的隱患，直流系統更是一個薄弱環節。投運時間越長的系統接地故障的概率越大。

3、直流系統接地的危害

（1）接地分類:由于直流系統網絡連接比較復雜，其接地情況歸納起來有以下幾種：金屬接地或全接地和間接接地，非金屬接地或半接地；按接地的情況可分為單點接地、多點接地、環路接地和絕緣能力降低或稱片接地。

（2）正接地可能導致斷路器誤跳閘

由于斷路器跳閘線圈均接負極電源，故當發生正接地時可能導致斷路的跳閘。

（3）負接地可能導致斷路器的拒跳閘，斷路器不會跳開，產生拒動，會使事故越級擴大。

二、怎樣查找、排除直流系統接地故障

首先要找到接地的位置，這就是我們常說的接地故障定位。直流接地大多數情況不是一個點，可能是多個點，或者是一個片，真正通過一個金屬點去接地的情況是比較少見的。更多的會由于空氣潮濕，塵土粘貼，電纜破損，或設備某部分的絕緣能力降低，或外界其他不明因素所造成。大量的接地故障并不穩定，隨著環境變化而變化。因此在現場查找直流接地是一個較為復雜的問題。

1、查直流接地的方法

（1）拉回路法：這是電力系統查直流接地故障一直沿用的一個簡單辦法。所謂“拉回路”，就是停掉該回路的直流電源，停電時間應小于三秒。一般先從信號回路，照明回路，再操作回路，保護回路等等。該種方法，由于二次系統越來越復雜，大部分的廠站由于施工或擴建中遺留的種種問題，使信號回路與控制回路和保護回路嚴格區分，而且更多的還形成一些非正常的閉環回路，必然增大了拉回路查找接地故障的難度。正由于回路接線存在不確定性，往往令在拉回路的過程中，常常發生人為的跳閘事故，再加上微機保護的大量應用，微機保護由于計算機的運行特性也不允許隨意斷電。2001年10月，廣西電力局中心調度所繼保科發文，明令禁止“拉回路”查找直流接地。

（2）直流接地選線裝置監測法

這是一種在線監測直流系統對地絕緣情況的裝置。該裝置的優點是能在線監測，隨時報告直流系統接地故障，并顯示出接地回路編號。缺點是該裝置只能監測直流回路接地的具體接地回路或支路，但對具體的接地點無法定位。技術上它受監測點安裝數量的限制，很難將接地故障縮小到一個小的范圍。而且該裝置必須進行施工安裝，對舊系統的改造很不便。此類裝置還普遍存在檢測精度不高，抗分布電容干擾差，誤報較多的問題。如果能有一種在監測點上不受限制，檢測精度較高，選線準確的直流接地選線裝置，應是一種較好的選擇。

（3）便攜式直流接地故障定位裝置故障定位法

該裝置是近幾年開始在電力系統較為廣泛應用的產品。該裝置的特點是無需斷開直流回路電源，可帶電查找直流接地故障完全可以避免再用“拉回路”的方法，極大地提高了查找直流接地故障的安全性。而且該裝置可將接地故障定位到具體的點，便于操作。目前生產此類產品的的廠家也較多，但真正好用的產品很少，絕大部分產品都存在檢測精度不高，抗分布電容干擾差，誤報較多的問題。

三、查找直流系統接地故障的深層次分析

據現場使用情況反映，絕大部分查找直流系統接地故障的裝置都不是很好用，其原因要從直流系統接地說起，由于發電廠、變電站的直流系統是一個龐大的、復雜的直流電源網絡，所接設備多，母線、小母線層層分布，回路縱橫交錯，客觀上增大了查找直流接地故障的難度。

1、關于分布電容的討論

我們知道電容的特性是對直流呈現開路，對交流呈現一定阻抗特性，其阻抗的計算公式Zc=1/2πfC，其中f為交流信號頻率，C為電容量，C越大，該電容呈現的容抗就越小，頻率越高，該電容呈現的容抗也越小。變電站、發電廠直流系統的對地分布電容情況是直流系統越大，回路越復雜，所接設備越多，系統呈現的對地分布電容也越大，按現場運行經驗，變電站、發電廠直流系統的對地分布電容還與發電廠、變電站的投運時間有關，投運時間越長的變電站，分布電容也更大，一般來說，如果查找直流接地的檢測裝置以疊加低頻交流檢測信號方式在直流系統上，假設點的交流信號頻率f=2Hz(目前絕大多數裝置都采用5Hz)，那么，直流系統的分布電容對檢測裝置所疊加的低頻交流信號。

2、對直流系統接地故障的定義標準的討論

上面說過直流接地是指直流系統正或負極對地絕緣阻抗值降低到某個規定值或某個設定值時，我們稱直流系統發生了接地故障。電力系統對直流系統的接地故障目前尚無統一的標準，各個廠站按各自的要求將接地故障報警值按對地電壓不平衡情況定義。直流系統絕緣監測普遍采用平衡電橋方式來判定對地絕緣，即為正或負對地絕緣能力降低時，平衡電橋失去平衡，絕緣監測指示上正對地或負對地電壓會升高或降低。由于平衡電橋回路選用的電阻目前尚無統一標準。各直流屏生產廠家均有不同的平衡電橋電阻取值，就現場實際運行情況，平衡電橋的電阻取值從1K～36K不等，這樣僅僅用對地電壓的變化來說明接地故障的程度，顯然不是十分準確的。直流系統對地的絕緣情況，準確地說，應該用阻抗來衡量。發達國家的電力系統，對一座較大規模的發電廠、變電站，直流系統對地絕緣阻抗的報警值設定在50KΩ，目前我國一些全套引進進口設備，管理先進的個別發電廠（如大亞灣核電站），直流系統絕緣告警值仍沿用國外標準，設為50KΩ。事實上絕大部分的電廠、變電站，由于種種原因，其接地故障報警值一般設在5K～25K之間，有些甚至更低。這就形成一個直流系統接地故障的怪圈，運行水平高、管理嚴格的發電廠、變電站，比運行水平低、管理松散發電廠、變電站的直流接地故障概率似乎還高。個別運行水平低下的變電站一兩年也難有直流接地故障報警。其根本在于直流系統絕緣監測平衡電橋電阻取值的極大差異，造成對地絕緣整定值過低，無法真正體現實際的絕緣情況。哪怕斷路器因直流系統接地故障有過誤跳，也查不到事故真正原因。

四、怎樣正確選擇直流接地故障查找地裝置

按現場的運行經驗，從上面分布電容產生的對地容抗經驗數據分析，選擇直流接地故障查找地裝置，一定要嚴格掌握兩個重要指標，其一是裝置抗分布電容干擾，（目前絕大多數生產廠家的設備都未列出該指標）。要求其抗分布電容干擾，對地分布電容系統總值應大于或等于80MF，回路的對地分布電容系統值應大于或等于8MF；其二是檢測接地故障的對地阻抗值應大于或等于40K Ω。達不到上述兩個指標的直流接地故障查找地裝置，在現場應用中，對大部分的直流系統接地故障往往檢測不出，更不用說用作定期巡檢裝置。

五、查找直流接地故障的技巧

1、查找及時。因直流接地故障常常隨環境、氣候的變化而變化，造成難以查找的事故隱患，只要出現故障應立即查找。

2、定期巡檢直流系統的對地絕緣。不一定故障出現時再去查找排除。利用精度較高的查找裝置定期對各個直流回路進行檢查，記下絕緣較差的直流回路，待氣候漸濕時，再重點監測。目前已有部分電廠和變電站采用此法，并已開始建立這種經常性的工作。

3、按序查找，先信號回路，事故照明回路，再操作回路，控制回路，保護回路。先重點檢測絕緣情況較差的回路。

4、對環路供電的直流系統應先斷開環路開關，如果客觀上已斷不開的環路（此類情況現場情況很多），應對檢測到的接地故障回路（環路接地，表現出來一般都是兩個以上回路）其接地精度仔細分多樣，找出接地更嚴重的回路，繼續查找。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.04.056