發電廠直流系統接地故障分析及應對

摘要：文章論述了直流系統在發電廠中所起的作用，提出了直流系統的重要性和必要性，總結了發電廠直流系統接地故障一點接地和兩點同時接地的兩個類型及其相關的故障機理，分析了引起直流系統接地故障的原因并介紹了相關的應對策略和預防措施。

關鍵詞：發電廠；直流系統；接地故障

中圖分類號：TM62 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）03-0049-02

發電廠直流系統部分對整個電廠的可靠穩定發電影響深遠，因為在發電廠中，存在著許多需要直流供電的系統，如最重要的繼電保護回路、傳遞各種信號的信號回路、起到自動化運行的自動裝置、發生事故時用到的照明系統以及電廠內部和電廠內外直接通訊用的通信回路等二次設備。一旦直流系統發生故障，影響不僅局限在本發電廠，甚至還要波及這個與該節點相連的其他電廠甚至整個區域電網。

1 發電廠直流系統概述

當前我國已投入運行的發電廠中的二次系統部分均采用220V或±110V直流電源供電系統，直流供電設備連接到主控室直流配電屏的直流母線上，再由直流母線分別引出短路保護電源、合閘電源、照明電源等。直流供電系統正常工作時其正負兩母線為±110V并且對地懸空不接地。現階段各發電廠所用的直流系統通常是電力電子整流器和蓄電池并聯共同工作的浮充供電方式。正常運行時蓄電池作為備用電源保持充電狀態，確保在交流電源發生故障時可以持續不間斷供電，電廠直流用電設備由整流器將廠用220V交流電變換為直流電來提供。

2 發電廠直流系統接地故障分析

2.1 一點接地

通常發電廠直流系統由于連接結構的關系經常接地，發生一點接地時除了概率極小的情況如繼電器誤發信號由于沒有產生短路電流所以不會引起故障，負載仍然可以正常運行。然而，如果發生兩點同時接地就會對設備、系統產生較大的危害，因此必須快速發現并及時消除一點接地狀態。直流系統一點接地也可能引起一臺甚至多臺斷路器跳閘誤動作，而且其危害性通常比兩點同時接地時更大更加難以預防。一點接地由于其概率大、隨機性強的特點更應該引起運行人員的重視。

2.2 兩點接地

2.2.1 繼電器誤動作。在AB兩點同時接地的情況下，原本斷開的LJ1、LJ2被短路導通使ZJ線圈通電啟動，ZJ觸點閉合導通線圈XJ，其效果和AC兩點同時接地短接時一樣引起誤動作。同理，AD兩點接地短接和DF兩點同時接地短接同樣會造成繼電器誤動。

2.2.2 繼電器拒絕動作。當BE兩點同時接地造成對線圈ZJ短路，當LJ1或LJ2閉合時無法使ZJ導通帶電，進而不能使ZJ接點閉合，我們稱之為拒動作。同理，CE、FE兩點同時接地也會導致拒動作。

2.2.3 熔斷器熔斷。當直流接地發生在AE兩點時，正負兩母線被短路產生較大的短路電流使FU1、FU2熔斷，甚至燒毀繼電器。

3 直流系統接地的原因及應對策略

3.1 直流系統接地的原因

3.1.1 規劃設計因素。電纜隧道與蒸汽管道、水管道修建在一起或隔離措施不到位，當蒸汽管道或水管道發生泄漏時將給電氣設備帶來較大隱患。交直流信號混用一根電纜，屋外設備的防護等級不足。

3.1.2 設備內部因素。直流通路容易受到自身運行設備的影響。開關柜小母線灰塵堆積嚴重、繼電器機械部分故障失去靈活性、線圈老化、絕緣損壞、電纜溝內排水不及時積水嚴重、電纜泡在水中等都可以引起接地或成為一種接地隱患。

3.1.3 外部環境因素。環境因素造成直流接地是一種最常見的情況，特別是戶外二次回路控制箱、開關箱、監測儀表，密封圈在長期風吹日曬及溫度劇烈變化下極易老化，回路導線橡膠絕緣特性減弱，壽命降低。在雨雪及霧霾天氣時，箱內濕度大，濕氣無法及時排除干凈，產生凝露，非常容易造成直流接地，甚至直流短路。

3.1.4 人為因素。燃料系統設備環境惡劣，需經常用水沖洗。運行人員清掃設備時不慎將直流回路噴上水。施工人員不認真，接接頭時不注意絕緣保護和損壞線路絕緣等。

3.2 應對策略

3.2.1 接地點的查找。接地點定位是排除故障的前提，而接地數目的多少直接影響著檢測方法的優劣，因此，在復雜條件下找出合適的檢測方法十分重要，下面來介紹一下常用的五種查找故障點的方法：

（1）拉回路法。顧名思義，就是對所查回路進行斷電處理，此方法為查找接地故障點通用的方法，為工程師所熟知，該方法應用簡單而有效。一般按以下順序進行：事故照明回路；信號回路；操作回路；保護回路等。將故障范圍逐步縮小并對所在范圍的分支網絡設備逐一排查直至找到接地點。

（2）實時監測法。利用在線監測裝置對直流系統對地絕緣狀況進行實時的跟蹤監測。雖然該方法具有實時監控并能對故障進行報告顯示其接地回路，但是很難將接地點定位在具體位置，因此具有一定的局限性。

（3）電壓測量法。利用萬用表測量正負母線電壓，若在切除某部分負載后萬用表顯示變化則表明該切除部分為接地部分。但是此種方法對于運行人員要求較高，而且比較費時，不易在設備復雜的空間下采用。

（4）移動定位裝置查找法。拉路法由于不能應對多點同時接地的情況而具有局限性且對于某些計算機等不能停電的自動化設備是不可用的。移動定位裝置的特點是可以帶點檢測查找接地點。

（5）應用新型絕緣監測設備查找故障點。該裝置使用的無接觸激磁調制直流微電流智能傳感器，使用正負母線對地的接地電阻的由母線產生的漏電流來測量接地電阻的大小，從而判斷非接觸式磁性調制母線接地故障的方式。不疊加在母線上的任何信號這種裝置中，不會對直流母線供電產生任何不利影響，可以通過在母線上所造成的假陽性和假陰性的分布電容來消除。

3.2.2 預防控制措施。對于直流直接接地連線的二次設備絕緣水平要有嚴格的要求，盡量將控制用直流和其他直流線路分開，對于操作機構、戶外端子箱，定期清掃直流屏柜、保護屏、微機自動化屏等，防止浮塵聚集而降低直流系統的對地絕緣。安排運行人員定時定點檢查直流系統絕緣情況，做到對易發生接點短路點的全面了解和監控。同時，對暴露在室外的裝置應做好封閉處理，保證其免受雨雪大風等自然天氣的影響。還要及時維護廠用照明設備。在電纜隧道及戶外電纜溝中要設置良好的排水系統，確保設備得到有效保護。對直流系統的絕緣水平要進行經常性的監視檢査。中央控制室的控制保護屏宜采用前后帶門的封閉式結構。及時處理有缺陷的直流支路或設備，預防和減小故障發生的機率。

4 結語

發電廠直流系統部分對這個電廠的生產運行十分重要，它是供給繼電保護、控制回路、信號回路、計算機監控、通信、事故照明、交流不間斷電源等二次設備的重要電源，對供電的可靠性要求極高，直流接地故障若不及時處理，將會對發電廠的安全穩定運行造成極其嚴重的后果，其產生的故障甚至波及整個電網。因此，對發電廠直流系統的運維和保護意義深遠。

參考文獻

[1] 余劍峰.直流系統接地故障監測研究[D].武漢大學，2004：15-17.

[2] 歐衛慶.發電廠直流系統接地故障分析及應對措施[J].自動化應用，2010，（8）：76-78.

作者簡介：白國良（1969—），男，遼寧遼陽人，中國能建東電四公司高級工程師。