試論火力發電廠直流系統接地故障分析及處理

摘 要：本文首先對電廠直流系統的模型進行了簡單的介紹，并對可能出現的各類故障及其帶來的影響進行分析，最后提出了一些故障的防范措施。希望能夠為今后電廠的直流系統的運行以及維護提供一些幫助。

關鍵詞：火電廠；直流系統；危害；接地故障；防范處理

1 電廠直流系統模型及等效電路

在電廠中使用的直流電源一般都來自于蓄電池，但是蓄電池組發生整體性問題的幾率是比較小的，蓄電池的故障一般都是從某一個或某幾個電池開始的。相對于其他電源來講，蓄電池還是比較安全、可靠的一種直流電來源，發電廠的直流系統的電源部分主要有蓄電池組以及充電裝置兩部分組成。

直流系統的構成主要有以下幾個原則，首先，要選用的設備需要是比較先進、可靠的，而且還要相對經濟合理，當然在系統的可靠性的基礎上還要使用盡可能簡單的接線。在直流系統中，保護設備一般是用來進行過電流保護的保險絲、空氣開關以及相應的接地警告裝置。

2 直流接地的危害

直流系統接地是電廠直流系統的常見故障，其嚴重威脅著電廠設備的安全運行。正常情況下，直流電源的正、負母線對地是絕緣的。但我公司由于機組情況復雜，直流供電網絡分布非常廣泛，直流負載較多，環路和分支情況較復雜，戶外設備也較多，造成整體絕緣較低，只有50kn左右，當某一支路絕緣下降或接地時，很容易達到12kn的接地報警值。

當發生一點接地時，一般情況下并不影響直流系統的正常運行。但發生一點接地后再發生另一點接地，就很可能使保護或斷路器發生拒動或誤動。如果正、負極均接地，還會使故障回路熔絲熔斷，使相應部分的直流系統停電，嚴重威脅設備的正常運行。

3 直流系統故障分析

直流電源是與交流系統有本質的區別的，直流電源是有極性的，直流電源的地并不是像交流系統那樣與大地相連，這個地是相對于中性點而言的。一般在直流電源系統的某一極相對于中性點的絕緣電阻比一個定值低的時候，就可以認定為該直流系統發生了接地故障。

直流系統的接線本身就是很復雜的，而且工作的環境也比較惡劣，這就使得接地故障有了發生的可能性。一般直流系統發生接地故障的原因有以下幾種。首先是由于直流線路或者設備中進水或者受潮所引起的。其次是設備的金屬外殼出現了生銹的狀況，導致接地故障。

再次，是由于直流回路的質量問題所引起的，比如一些線的老化或者外力作用使線發生了破損，減小了絕緣性能。

在直流系統發生一點故障時，一般是不足以形成一個完整的回路的，因此對系統的影響也就不是太大，但是需要對此進行及時的發現、排查，不然可能會引發多點接地故障，進而對整個系統產生致命性的影響。

中間繼電器線圈以及跳閘線圈是和直流電源進行負極相連的，因而正極的接電故障時會形成保護誤動的，而負極接地有可能造成跳閘回路進而放大停電的范圍。因此可以看出，一旦在直流系統中發現一點故障就要進行及時的檢查，并盡快解決這種問題，以免引發更嚴重的問題。

4 直流系統接地故障檢測

4.1 直流系統接地故障檢測中的主要問題

4.1.1 電容的影響

對于注入的低頻信號，需要通過各個支路的接地情況或者某些接地電阻在這個支路上產生同一頻率的電流信號。對于沒有進行接地的支路，可以默認為其電阻是非常大的。

在正常的狀態之下，發生故接地障的支路才可以檢測單低頻電流得到信號，而在非接地的支路上，互感器上輸出的總效應應該是零。但是在真正進行檢測的過程中，由于對地電容一般是比較大的，而在不進行接地的狀態下，電流互感器也是可以檢測到一些支路電流的，然而真正需要關心的阻性的成分還是比較小的。

4.1.2 環網的影響

通過設置環網，可以在一定程度上提高整個支路的可靠性，但是這個結構相對來講還是比較復雜的，對于接地檢測來講還是比較困難的。在環網支路電流中有很大一部分的諧波，這一部分電流比注入低頻信號所產生的電流要大很多，甚至可以使電流互感器處于一種飽和的狀態，這勢必會影響到檢測的電流信號，進而影響到檢測結果是否準確，而一般的檢測裝置對支路環流以及接地電阻電流是很難辨別的。

4.1.3 直流系統電源的影響

在一般的直流電網中，都要使用浮充電源來進行供電，而實際中大部分都是浮充電源都使用可控硅調壓方式，這就使得整流裝置會產生紋波電壓，而這種紋波電壓是很難被直流輸出側的大容量濾波電容所消除的。

4.2 直流系統接地故障檢測方法

要想保障電廠的安全穩定運行，就要使直流系統保持一個安全穩定的狀態，這就要求快速對直流系統的故障進行及時的檢查以及排除，在實際的檢測過程中是要用故障檢測儀器來進行檢查的，但是各個生產廠商故障檢測的原理的是各有差異的。本文中主要對直流母線電橋法、信號注入法兩種檢測方法的原理以及特點做出介紹。

4.2.1 直流母線電橋法

這種方法是在系統的絕緣檢測過程中應用比較多的一種方法，是指通過在直流母線中加入電阻，來形成一個平衡的電橋，來達到對直流系統中的短路故障進行檢查的。

使用這種方法進行檢測的時候，在直流電源沒有出現接地故障的情況下，電橋是保持平衡的，在繼電器中也是沒有電流通過的，一旦檢測的直流系統發生了接地故障，電橋是不能保持平衡狀態的，而繼電器中是會有電流流過的，同時還可以通過該電流的方向來確定接地故障極。

在進行實際操作過程中，是需要對繼電器設置一個閥值的，一旦在繼電器中流過的電流大于了這個設定的值，就可以認定該直流系統發生了接地故障。直流母線電橋法主要有以下特點。首先，這種設備是比較簡單的而且經濟性還比較強。其次，在檢測裝置運行的過程中，橋臂的電阻是很難達到一致的，這就會使得測得的值存在一定的誤差。

再次，使用的繼電器需要有足夠大的電阻值，這樣才能達到降低其動作電流的目的，最終有效避免系統中其他繼電器的誤動。

4.2.2 信號注入法

信號注入法是指在直流系統發生接地故障時，向故障母線以及地之間注入低頻信號，并且通過鉗型電流檢測儀來對各條饋線中的低頻信號進行檢測。通過鉗型電流檢測儀可以對饋線電流中的阻性電流分量進行有效的識別，進而通過對饋線絕緣電阻的處理來找到接地點，發現問題所在。

這種方法的優勢就在于可以在不停電的狀態下對接地故障進行檢測，當然這種方法也有自身的不足，這種檢測儀器的靈敏性在很大程度上會受到分布電容的影響，而且注入的低頻率信號還會使系統中電壓的紋波系統增大。為了有效降低分布電流所帶來的不良影響，可以通過注入變頻信號的方式來處理。

4.3 直流系統接地故障檢測裝置

在對接地檢測裝置進行設計時，要考慮到直流系統接地故障的方案，并且還要根據所要處理信號的特點來進行相應的分析。檢測裝置主要有微處理器單元、信號采集單元以及顯示單元。

裝置要采用STD總線結構，也就是說要在一塊底板上進行平行布線，而且要采用標準的STD模塊來處理CPU模塊和各功能模塊，并且要插入到總線的插槽中，并以模板來實現總線之間的連通，從而完成一個完整的檢測控制系統。其中微處理器單元需要使用性能足夠高、并且低功耗以及小體積的芯片。顯示單元需要對檢測支路的對地電阻值進行顯示并報警。

5 直流系統運行接地故障防范與處理

首次投入使用的直流系統設備需要進行以下試驗來進行故障的防范。第一，要對設備中需要絕緣的部位進行絕緣性能監測，來充分保證其絕緣性，并且要設定一個信號報警裝置并進行相關試驗檢測。第二，要進行耐壓試驗以及絕緣試驗。

同時在直流系統設備運行以及管理的過程中需要注意以下幾點問題。第一，要對直流系統設備進行運行維護的人員進行有效的管理，規范其職責管理的權限，嚴格禁止相關人員的隨意操作。第二，要做到定期對直流電流吸引設備進行檢測維修，有效評估設備的狀態，要對其中存在的問題進行及時的排除，將問題及早解決。第三，在具有兩組或以上蓄電池組的直流系統中，需要通過分段母線運行的方式來有效提高系統的可靠性，保障整個系統的正常工作。第四，需要對直流電源系統的衛生進行及時清理，保持環境衛生，做好防潮、防水工作，使直流電源系統在一個良好的環境中運行。

6 結語

要為電廠的監測以及保護提供二次設備，就需要以直流系統作為電源的來源，同時直流電源還要作為電廠事故的保安電源。因此直流系統對于電廠正常運行是十分重要的，直流系統一旦發生事故對整個電廠的工作都會帶來非常不利的影響。當直流系統發生接地故障時，一定要進行及時檢測，發現問題所在并及時解決，來確保整個系統能夠保持安全穩定的運行。

參考文獻：

[1]火力發電廠變電所直流系統設計技術規定[S].DL/T5044-95

[2]陳穎.電廠直流系統接地故障查找與處理探討[J].機電信息，2013（21）：21，23.

作者簡介：劉杰 （1986-），男， 本科，助理工程師，一直從事發電廠集控運行管理工作。