升壓站直流系統假接地現象的分析與處理

王 義，沈 杰，凌大軍

(中外合資合肥第二發電廠，安徽 合肥 231607)

0 引言

發電廠升壓站系統是連接發電機和電網主網架的過渡環節。直流系統在升壓站系統中主要承擔給繼電保護設備、監控設備、通訊系統和事故照明等設備不間斷提供直流電源，進而保障整個電力設備的安全穩定和可靠運行，是整個升壓站系統的主要組成部分之一。直流系統所轄的線路和設備很多，直流母線及其出線電纜的實際敷設龐大而復雜。在運行過程中，由于負荷電流、空氣溫度濕度、實際運行方式等外部因素的影響，電纜及其接頭處都有可能出現老化而造成直流接地故障。

目前針對直流系統接地的微機裝置已經比較成熟，一般情況下都能夠準確反映金屬性直接接地和經小電阻接地的故障。但對于接地電阻較大以及一些潛在的接地隱患，如某根饋線的整體絕緣下降卻未造成接地故障等問題卻很難反映出來。但當絕緣下降或者對地有比較大的容性電流時，微機裝置也不能及時反映。這就不僅需要維護人員全面了解該系統，而且要定期對直流系統的運行狀況就地手動檢查。

1 直流系統接地原因

電廠正常運行時，升壓站直流系統的正負極對地的絕緣電阻相等，正負極對地電壓的差值在允許誤差范圍內。

在發生一點接地時，以負接地為例，反映為負極對地電壓向著零電位靠近，正極對地電壓則向著遠離零電位的方向變大。在接地的瞬間，可能經長電纜較大的對地分布電容形成回路，從而遠距離啟動中間繼電器跳閘，造成開關誤動作。若單點接地未形成回路，雖然對其他裝置的運行沒有影響，如各個線路的保護、通訊、信號和監控裝置，但直流系統的供電可靠性將極大降低。若是再發生第2點接地，甚至第3點接地，極易造成直流短路并使開關誤動和拒動。所以只要有1點接地或有1點接地的隱患，都應及時查找，盡快消除或者隔離。

直流接地故障的主要原因有：雨水天氣，因室外的二次接線盒密封不好，進水后造成短路；由于老鼠等小動物咬破電纜引起接地；接線松動至脫落引起接地；誤接線接地；插件內原件損壞接地等。

2 直流接地查找方法

直流回路數量多、分布廣，接地點較難查找。比較有效的查找方法是，先根據運行方式、近期的操作情況、氣候影響等來判斷可能的接地點，再遵循先信號和照明回路，后監控、通訊和控制回路；先室外回路后室內回路；先饋線后母線，再電源的原則，采取逐一拉斷負荷出線尋找的方法來查找。若拉電后直流接地現象消失，說明故障點在該開關控制的下級回路當中；然后再層層分解，一段段排除。同時應注意，在切斷各專用直流回路時，斷電時間不宜太長，并應預先做好防止繼電保護等誤動作的措施。

3 合肥二電廠升壓站直流系統異常現象

3.1 升壓站直流系統正常運行狀態

合肥二電廠升壓站直流系統采用3臺充電設備(KADA31—150 A/110 V 多功能充電浮充電機)、2組蓄電池 (GGm—400 Ah、2 V，52只 / 組)、直流母線分段運行。直流系統帶有閃光裝置以及完善的絕緣監察和電壓監察裝置(見圖1)，一旦直流系統發生異常或絕緣明顯下降時能及時發出預告，以便運行人員及時、準確解決問題。

圖1 網控直流系統

正常運行時，2臺充電機工作，1臺備用，2臺充電機分別對2段母線供電，并且對各自所帶的蓄電池組提供浮充電流。直流電源系統配置的電壓監察裝置整定為(-5 %～+10 %)Un，即欠壓值105 V，過壓值120 V。當直流母線電壓超出此范圍時，發信號。絕緣監察裝置動作電流為3.1 mA，即當絕緣電阻降到6.4 kΩ以下時，發信號。

3.2 升壓站直流系統異常現象

電廠機組大修期間檢修人員發現升壓站直流系統I母和II母電壓均不正常，且都是正極電壓偏大、負極電壓偏小。測量中電壓值呈一定的規律性變化，以I母為例(見圖2)，正極電壓從92 V呈指數下降，經十幾秒后穩定在72.6 V；負極電壓從-49.3 V呈指數上升，經十幾秒后穩定在-39.2 V。

圖2 I母對地電壓測量值

絕緣監察裝置的4KK轉換開關在斷開位置時，微機接地巡檢儀無任何不正常指示，其他相關信號裝置也無報警和跳閘現象。初步推斷為在直流系統中負極電纜的某處存在接地點，且過渡阻抗很可能顯著呈現電容性。

4 直流接地點排查

4.1 常規排查

首先，維護人員根據先室外后室內的排查原則，將升壓站網控樓至集控樓電子間的信號、控制和通訊電纜線解除，解除后用500 V的搖表測量被解除電纜的對地與線間絕緣，室外電纜對地絕緣良好。因此推斷，在室內的某處可能存在故障點。

在對直流系統的室內部分進行檢查時，工作人員采用便攜式絕緣監察裝置，對2條母線所帶的負荷依次檢查。該便攜式絕緣監察裝置的原理為，通過裝置在檢查對象的母線上加一個電壓，然后用鉗形電流表依次測量每一個出線開關下口的電流值，若被測的出線的電流值顯示相對加大，則可以判定該出線有接地現象。經過對所有饋線的檢查，都未能發現異常的支路。

4.2 故障排查過程中的異常現象

在采取上述方法后依然不能消除異常現象的情況下，維護人員在與運行人員協調并做好解除直流失壓保護的措施后，采用逐個短時間拆卸各條出線保險的方法，依次觀察保險拆卸后異常現象是否被消除。然而在所有出線保險經過短時拆卸后，異常現象依舊存在，工作人員遂懷疑是母線本身對地絕緣不好。

在進行檢查直流母線的準備工作時，在切換絕緣監察裝置的瞬間，萬用表測得的母線對地電壓突然恢復到正常值且變得穩定。這個過程中的操作為，將萬能轉換開關4KK由“斷開”位置轉換到“I母”位置，接著運行人員又將4KK開關轉換到“II母”位置，此時電壓值也能恢復正常(絕緣監察裝置原理見圖3)。因此，運行人員判斷可能是由于該轉換開關中的“斷開”位置觸點使用時間太久老化而絕緣下降，只要更換該開關即可。此時，5KK轉換開關在“母監”位置，電壓表相關指示正常。

絕緣監察裝置的原理為，通過阻值很大且相等的電阻R1和R2串聯于正負極母線之間，從R1和R2之間引出一點經過一過渡電阻和不平衡電流繼電器接地，以此來給系統提供一個參考零電位的同時，檢測正負極電壓不平衡時產生的不平衡電流，并發出信號。

圖3 絕緣監察裝置的原理

萬能轉換開關4KK的功能邏輯如表1所示，其中“×”為接通，“○”為斷開。

表1 4KK的功能邏輯

當4KK在“I母”位置時，I母電壓在被監察狀態；當4KK在“II母”位置時，II母電壓在被監察狀態；當4KK在斷開位置時，絕緣監察裝置退出運行。

萬能轉換開關5KK的功能邏輯如表2所示。

表2 5KK的功能邏輯

當5KK在“負對地”位置時，電壓表顯示被監察母線的負對地電壓值。在“正對地”位置時，顯示被監察母線的正對地電壓值。在“母監”位置時，LJ繼電器投入，當存在不平衡電流時動作于發信號，ZJJ即為信號繼電器，此時電壓表顯示被監察母線的正負極之間的電壓差值。在“WDCX”位置時，絕緣監察裝置退出，由WDCX(微機直流系統絕緣在線監測裝置)投入運行。

為了將絕緣監察裝置完全退出，且直流系統不受4KK開關的影響，運行人員將絕緣監察裝置的4個保險1RD，2RD，3RD，4RD全部卸下。當再次測量系統對地電壓時，發現電壓又恢復到原來的電壓浮動現象。隨后恢復4個保險，直流系統電壓正常。由此可以排除該異常現象是由于4KK開關內絕緣下降引起的。因為若是4KK開關的問題，在保險卸下后，系統電壓應該恢復正常。

5 假接地現象的分析

根據上述現象，重點對保險以及4KK開關位置分析。經檢查保險均良好，4KK開關本身的問題也已經排除。在保險裝上后，5KK在“母監”位置的前提下，4KK開關在“斷開”位置時系統電壓也不正常。

當4KK在“I母”位置時(在“II母”位置時相同)，絕緣監察裝置工作在對I母的監察狀態，I母正負極間串聯R1和R2 2個電阻，并從2個電阻之間引出線，經電阻R和電流繼電器LJ接地，形成回路。這就相當于在絕緣監察裝置投入使用的同時，將直流系統的零電位與接地零電位相連，作為參考零電位。而在絕緣監察裝置退出時，系統因失去零電位參考，在用萬用表測量電壓時，電壓會出現浮動，呈現假接地現象。

當5KK投入到WDCX裝置時，該絕緣監察裝置相當于被退出，4KK不再起作用，而系統的零電位參考點則依然是通過該絕緣監察裝置的接地點獲得，以保證系統和WDCX裝置的正常運行。故當4KK在斷開位置時，只有5KK在“WDCX”位置，直流系統才有相應的參考零電位，5KK在其他位置，系統都將會顯示電壓異常浮動。

因此無論何種運行方式，直流系統的電壓零點都必須固定一個參考零電位，以確保母線對地電壓的幅值穩定。當失去參考零電位時用萬用表測量母線對地電壓，則由于長電纜的對地分布電容經過萬用表內阻形成回路后出現一個新的動態平衡過程，而出現圖2中母線對地電壓隨時間呈指數衰減形式的現象。系統失去零電位時，雖然不會對運行造成影響，但在零點漂移較大且存在一點接地時，可能造成誤發信號甚至誤動或者拒動，給系統的安全可靠運行埋下了隱患。

6 結束語

直流系統接地故障的排除可能很容易，即只要通過在線直流接地檢測裝置就能直接確定；也可能很難，即出現無任何信號指示但直流電壓依然不正常的情形。后者往往不易發現，也更難消除。在查找和解決直流接地故障的傳統方法基礎上，可考慮直流系統的參考零電位是否穩定，給直流系統接地問題的解決提供了一種新思路和新方法。

1 柳錫淼.典型直流接地故障查找及分析[J].中國新技術新產品，2008(12).

2 董 明，魏秉政.變電站直流系統運行現狀及存在問題分析[J].繼電器，2006(3).

3 馬立方.變電站直流系統故障分析與處理[J].現代商貿工業，2011(15).

4 徐海明.變電站直流電源設備使用與維護 [M].北京：中國電力出版社，2007.

5 張志軍，孟慶波.交流二次回路多點接地的解決方案[J].電力系統保護與控制，2009(23).

6 王 江.淺談二次回路2點接地引發的事故分析及防范措施[J].技術與市場，2011(7).