一起直流系統接地故障的分析與處理

孟尚虎

（阜陽華潤電力有限公司， 安徽 阜陽 236158）

一起直流系統接地故障的分析與處理

孟尚虎

（阜陽華潤電力有限公司， 安徽 阜陽 236158）

介紹一起因數字電液調節系統故障導致的直流系統接地故障的處理過程，分析了直流接地處理過程中的風險控制手段，提出了采用便攜式直流系統接地故障定位儀進行直流系統接地問題查找的建議。

直流系統；接地；故障；查找

直流系統是發電廠的重要組成部分，承擔著為控制回路、信號回路、繼電保護、自動裝置及事故情況下直流潤滑油泵、密封油泵、照明等設備的供電任務。直流系統對保證發、供電設備的安全投運和可靠切除起著關鍵作用。

當直流系統發生一點接地時，由于沒有短路電流，熔斷器不會熔斷，仍可繼續運行，但必須及時處理，否則，當發生另一點接地后，便可能構成接地短路，造成繼電保護、信號、自動裝置誤動或拒動，或造成直流保險熔斷，使保護及自動裝置、控制回路失去電源。同極兩點接地，還可能將某些繼電器短接，使之不能動作于跳閘和越級跳閘，以致損壞設備，擴大事故范圍，嚴重威脅系統的安全運行。一般來說，直流正極接地有可能造成保護誤動，直流負極接地則有可能造成保護拒動[1]。

1 故障現象及可能的原因分析

2010 年 6 月 12 日 ， 某發 電 廠（2×640 MW 機組）110 V 直流 系 統絕 緣監測 儀 發出接地 告警， 顯示負極對地電阻為0Ω，無法確定接地支路。現場 用 萬 用 表 測 量 負 極 對 地 電 壓 0.2 V， 正 極 對 地電壓 116.8 V，判定 為 負 極直 接接 地 。此 時 1 號 機組正值檢修期間，全廠僅1臺機組運行，消缺風險很大。

經相關人員討論，確定故障原因可能有以下幾點：

（1）基建及施工遺留的故障隱患。 在建設施工或擴建過程中會遺留一些故障隱患，直流系統存在故障隱患的可能性較大，由于這類故障隱患在投產初期不易發現，機組投運后出現系統接地故障的概率就較大。

（2）外力損傷。 直流回路在運行過程中不可避免要受到擠壓、移動及不當沖洗等外力造成的損傷。由于1號機組正處在檢修施工中，且放電纜的工作量較大，外力損傷的可能性較大。

（3）電纜質量原因。 目前市場供應的直流電纜質量參差不齊，質量不良的直流電纜有可能成為直流接地故障的原因之一。

（4）自然原因。 發電廠直流系統所接設備多、回路復雜，在長期運行過程中受環境、氣候變化的影響，電纜和接頭的老化及設備本身的問題導致發生直流接地故障。本次故障發生時天氣晴朗，空氣濕度適中，可排除天氣影響造成的直流接地，但由于直流系統熱控負荷的環境比較惡劣，故環境影響的因素也不能排除。

（5）絕緣測試儀未報出支路的原因可能有：直流系統母線段接地；直流系統兩段同時接地；熱控電源柜內部負荷接地。

2 故障查找及處理

2.1 110 V 直 流系 統配 置 情況

110 V 直 流 系 統 分 兩 段 ， 配 置 聯 絡 開 關 、 3組充電裝置、兩組蓄電池，每段配置1臺武漢某廠產的 WZJ-6E 型絕緣測試儀。 正常運行時兩段各自運行，但需退出1臺絕緣測試儀，因為該絕緣測試儀的工作原理不允許兩段有電氣連接的直流系統同時運行（由于直流 110 V 系統在熱控電源柜中兩路電源通過二極管并列運行）。

2.2 故障分析和查找

初步分析后已確定為負極接地，兩段母線正常分段運行，用直流絕緣測試儀交互投運查找接地支路沒有效果；二次回路改造電纜施工停止后，接地現象仍未消失。最終確定采用分段分部位的“拉路法”進行查找。

編寫詳細的負荷斷電順序后，按先負荷后電源的順序拉路，原則上是先拉掉施工時有可能碰到電纜 的負 荷， 切斷時間不 得超過 3 s。 確定 總體原則后，首先將外圍施工可能碰到電纜的負荷拉開 ， 未 找 到 接 地 點 ； 然 后 從 380 V 系 統 向 6 kV系統、發變組系統逐步拉路，最后僅剩下不能短時斷電或斷電可能會引起誤動的負荷。

當支路只剩下不能斷電的負荷時，檢查人員最初決定將熱控電源柜中經二極管隔離的兩路電源拉開一路。考慮到熱控電源工作環境較差、接地可能性大，準備先拉熱控直流電源。但熱控電源所帶負荷中的汽機主遮斷電磁閥為常帶電設計，電源一旦切斷將導致機組跳閘，因此先拉一路熱控電源的計劃也無法實施，因為即使確定為熱控電源接地，也沒有辦法再進一步確定接地點。經過討論最終決定購買便攜式接地檢測裝置進行接地支路的查找。

目前,電力系統直流電源接地故障查找的核心問題是現場干擾大，在不同的直流電源和工作狀態下測量易發生誤測誤判，而便攜式直流系統接地故障定位儀采用正弦信號相位超前處理技術和數據轉移算法技術克服了上述問題，其信號輸出 功 率 小 于 0.15 W， 內 設 限 流 保 護 ， 對 繼 電 保護、自動、操作回路沒有影響，使用安全。便攜式直流系統接地故障定位儀在直流母線端注入低頻信號，在各支路中可用卡鉗測出所加信號產生的接地電阻（計算顯示為接地電阻值）， 最終判斷接地支路。

在 進 行 6 kV 段 直 流 電 源 拉 路 時 ，凝 結 水 泵變頻器發生了一次故障跳閘。原因為凝結水泵變頻 控 制 邏 輯 中 的 6 kV 母 線 電 壓 監 測 點 取 自 母 線電壓互感器綜合保護中的電壓模擬輸出量，當6 kV直流控制電源消失后， 此綜合保護裝置失電，電 壓 模 擬 量 無 輸 出 ， 導 致 DCS 判 斷 6 kV 母 線 電壓消失而聯跳凝結水泵。

2.3 故障定位及處理

采用便攜式直流系統接地故障定位儀后很快確定了接地點為 ETS 系統中高壓遮斷電磁閥 6 kV電纜接地。因該回路較為特殊，如何不停機消除接地點成為處理工作的難點。

首先分析主遮斷回路的工作原理（見圖1）。機組掛閘（建立安全油壓）時， 4 只電磁閥（5YV，6YV， 7YV， 8YV）帶電， 切斷泄油通路， 建立安全油壓。 汽機跳閘條件滿足時， 接受 ETS 系統指令，電磁閥失電，卸掉安全油壓力，從而快速關閉汽輪機各汽門，使汽輪機組安全停機。ETS 系統失電時，汽輪機保護也將動作跳閘汽輪機。

經反復論證，制定了以下消缺安全措施：

（1）用螺釘壓住 4 只電磁閥的手動接通按鈕，用鐵絲將螺釘和電磁閥綁扎在一起，保證電磁閥失電后仍然處于正常工作位置。

（2） 從 110 V DC 電 源 柜 內 接 一 路 臨 時 電 源 ，電源接入新的接線盒內，4個電磁閥的電纜也依次接入接線盒。

（3）為保證機組遇緊急情況時能安全停機，在汽機手動打閘裝置旁安排專人值守，與集控室保持聯系。

圖1 主遮斷回路原理圖

上述措施布置到位后，對接地電纜進行了處理，故障得以安全消除。

3 防范措施

針對本次直流接地暴露出的設備問題，為提高直流系統的可靠性，提出以下防范措施：

（1）ETS 采用日本日立 HIACS-5000M 系統，取用兩路（A 路、 B 路 ）110 V 直 流電 源， 內部 設有電源切換裝置。 但汽機跳閘電磁閥 5YV， 6YV，7YV， 8YV 的電源未經過電源切換裝置， 直接由A 路 、 B 路 單 獨 提 供 。 如 果 其 中 一 路 110 V DC 電源消失， 電磁閥 5YV， 6YV， 7YV， 8YV 中將有 2個電磁閥失電，安全風險很大。為消除該隱患，將電磁閥電源改接至切換后的直流母線上。

（2）本次接地點在電磁閥就地接線盒， 接地原因為電磁閥閥座上滲出的EH油腐蝕了接線端子及電纜。究其原因還是基建時安裝位置不合理， 汽機主遮斷裝置安裝在汽機房 6.9m 高壓主汽閥旁，接線盒安裝在主遮斷裝置本體上，位置低于主遮斷電磁閥。停機檢修時進行主遮斷電磁閥清洗時，從電磁閥閥座上流出來的EH油很容易滲到接線盒內。由于 EH油具有較強的腐蝕性，導致接線端子及電纜絕緣降低，直至發生接地。查明故障原因后，改用防護等級高的接線盒，并將安裝位置移至高處，消除了該隱患。

4 結語

直流接地故障查找采用“拉路法”， 不但未能查明接地的原因，還導致了一次輔機誤跳閘，可見應慎用“拉路法”查找接地。 而采用便攜式直流系統接地故障定位儀，不僅可以有效提高查找接地故障的效率，還能大大降低直流系統接地查找的安全風險。

[1]袁志強，江紅軍，陳睿.直流接地檢測裝置改進及問題分析[J].科學之友（下旬），2009，（6）：45-47.

（本文編輯：龔 皓）

Analysis and Treatment of Earth Fault in Direct Current System

MENG Shang-hu
（Resources Power Fuyang Co.， Ltd， Fuyang Anhui236158， China）

This paper describes the treatment process of an earth fault for the direct current system caused by digital electro-hydraulic control system.Through the analysis of the risk controlmeasures during the DC earthing treatment process， it proposes to identify the earth fault of DC system with portable DC earth fault locator.

direct current system； earthing； fault； identification

TM711

： B

： 1007-1881（2011）10-0026-03

2011-05-22

孟尚虎（1975-）， 男， 山西大同人， 工程師， 主要從事發電廠生產技術管理工作。