從一起直流接地故障探析大型廠站直流系統運行

徐　鵬（龍灘水力發電廠，廣西 天峨 547300）

從一起直流接地故障探析大型廠站直流系統運行

徐鵬
（龍灘水力發電廠，廣西 天峨 547300）

摘要：通過對一起直流系統瞬時接地故障的分析，指出由于寄生回路的存在，導致兩套完全獨立的直流系統微機絕緣監測裝置同時誤報接地故障；大型廠站內大量微機型絕緣監測裝置、靜態型保護裝置、濾波回路及長電纜等設備的廣泛使用，使得直流系統運行面臨很多新問題；對新形勢下大型廠站的直流系統運行進行了探討。

關鍵詞：直流系統；瞬時接地；絕緣監測裝置；等效電容

在電力系統中，直流系統直接關系到發電廠、變電站乃至整個電網的安全、可靠和穩定運行。直流負荷一般采用輻射供電方式的設計原則[1]，直流回路電纜分布廣、元器件多、現場運行條件較差，當發生接地或絕緣降低故障時很難發現故障點，這直接催生了直流絕緣監測裝置的廣泛應用。本文從一起由絕緣監測裝置引起的直流瞬時接地故障分析入手，探討新形勢下發電廠、變電站直流系統運行需重視的一些問題。

1　事故發生經過

某日，運行人員將7號發電機出口斷路器切換至“現地”準備操作，當按下“7號機接地開關807617”現地合閘按鈕時，監控突然報出“公用LCU公用直流Ⅱ段母線接地”、“7-9號機組直流Ⅱ段母線接地”、“10kVⅦ段母線進線柜ⅦG1-18開關跳閘回路斷線”等信號，隨后以上信號立即全部復歸。

繼電保護人員現場檢查微機絕緣監測裝置故障記錄情況，發現當時公用直流Ⅱ段絕緣監測裝置報正極接地，接地電阻18.1kΩ，接地選線支路為“206支路-10kVⅥ段小母線”；7號機組交直流分饋電柜內絕緣監測裝置報負極接地，接地電阻20.2kΩ，接地選線支路為“214支路-7號發電機出口斷路器隔離開關/接地開關控制電源”，從兩套直流系統的微機絕緣監測裝置故障記錄情況來看，本次故障為直流瞬時接地故障，兩套直流系統同時發生故障且同時復歸。

2　事故原因查找及分析

2.1事故原因查找過程

事故發生時，運行人員正在配合檢修人員做安全措施，準備現地電動操作7號機組靠主變側接地刀閘807617合閘，根據監控系統和微機絕緣監測裝置記錄的時間來看，正是在運行人員按下7號發電機斷路器控制柜面板上的807617合閘按鈕時，公用直流Ⅱ段、7號機組交直流饋電屏微機絕緣監測裝置同時報正極或負極接地。經檢查確認，兩套絕緣監測裝置選測的接地支路均不準確。

經過逐一排查，發現事故原因是由于近期廠用電10kV備自投裝置改造過程中，由于新增加的10kVⅥ段備自投裝置需引入10kVⅥ段進線開關16DL的輔助接點，工作人員現場檢查16DL已無剩余接點后，誤將已用在7號機組靠主變側接地刀閘807617閉鎖回路中的一個16DL常閉輔助接點接入到了10kVⅥ段備自投裝置中，由于10kVⅥ段進線開關16DL和7號發電機斷路器控制柜的直流電源系統分屬兩個不同的系統，兩套分別安裝在直流母線上的微機絕緣監測裝置互相監測對方內部的人工接地點，造成誤報接地故障，由于人工接地點處于直流正、負母線的中間位置，所以可能會報正極或負極接地。此外，由于該人工接地點僅在按下7號機組靠主變側接地刀閘807617合閘按鈕瞬間才將回路接通，導致反映出來的為瞬時接地故障，按鈕彈回后就立即復歸。

2.2事故原因分析

目前微機型絕緣監測裝置已廣泛應用于大型廠站直流系統中，便于絕緣監視和故障選線，一般每段直流母線設置一套。微機型絕緣監測裝置一般都基于電橋原理計算正、負極接地電阻，都在絕緣監測裝置內部設置了一個人工接地點與廠站等電位地網可靠連接。

本次瞬時接地故障正是由于寄生回路的存在（共用一個接點使得兩個本應完全獨立的回路互為對方的寄生回路），使得兩套完全獨立的直流系統的絕緣監測裝置互相監測對方內部的人工接地點而誤報接地。發生故障時的現場二次接線簡圖如圖1所示，該圖為7號發電機出口接地刀閘807617的合閘閉鎖回路，SH29為現地合閘按鈕接點，K29是合閘繼電器，S821為本體閉鎖操作接點，正常運行情況下根據廠家設計的本體閉鎖邏輯，S821接點是完全斷開的，所以瞬時接地故障只會在現地電動操作，按下SH29按鈕時才會出現，按鈕彈回時故障復歸。

圖1故障時的現場二次接線簡圖

直流接地可能會引起其他二次設備出現故障，如在本次事故中就造成10kVⅦ段母線進線柜ⅦG1-18開關保護裝置的光耦誤動作（該光耦動作電壓較低），監控報“10kVⅦ段母線進線柜ⅦG1-18開關跳閘回路斷線動作/復歸”信號。

3　關于直流系統運行的探討

3.1微機型絕緣監測裝置對直流系統的影響

基于直流系統在發電廠、變電站的重要作用，用于監視直流系統絕緣狀況和故障檢查的微機型絕緣監測裝置得到了廣泛的應用，目前直流系統的絕緣監測裝置國內沒有統一的標準進行規范，各廠家裝置原理各異，但基本上都基于了平衡橋方式、雙橋方式或乒乓方式等電橋原理計算正負極接地電阻，再輔以向直流系統注入輔助信號進行接地選線的基本原理。絕緣監測裝置為現場直流系統運行監視提供了很大的便利，但同時也帶來了一些新的問題，對電氣設備運行的影響很大。

（1）絕緣監測裝置本身帶了較大的對地電容，造成系統分布電容過高；

（2）采用注入式原理接地選線的絕緣監測裝置，在注入低頻信號時會使系統對地電容大幅增加；

（3）直流絕緣監測裝置接地選線時會造成直流系統電壓對地波動；

（4）現場可能多套絕緣監測裝置并聯運行，造成直流系統中存在多個人工接地點，可能會影響裝置的正常運行；

（5）不能準確反應交流串入直流系統、環網等重大隱患。

目前在很多大型廠站的直流系統普遍存在以上問題，特別是使用較老絕緣監測裝置的廠站，一般來說這些問題運行單位都很難自己解決，除非直接換型，這些問題還是要靠絕緣監測裝置廠家在橋電阻、濾波電容等參數選擇、軟件算法等方面進行優化設計，運行單位也要重視絕緣監測裝置的檢驗，考察其正常運行時、故障選線時對直流系統的影響。

3.2應重視直流一點接地故障的排查

以往的相關專業書籍中對直流接地的描述，都指出直流一點接地時正負極間電壓不變，不影響設備繼續運行，只強調要及時排除故障，不能再發生兩點接地，因為兩點接地就會造成斷路器誤動或拒動，對直流一點接地故障重視不夠，此外還簡單的普遍認為正極接地容易誤動，負極接地容易拒動。殊不知這些觀點對目前分布電容較大的大型廠站已經不再完全適用，由于微機型絕緣監測裝置、靜態型保護裝置、濾波回路、長電纜等對地等效電容較大的設備大量使用，在直流一點接地時，無論是正極接地還是負極接地都有可能造成開關誤跳閘。

圖2直流系統等效電路圖

目前，典型的直流系統等效電路圖如圖2所示，圖中C+為直流正極對地等效電容，C-為直流負極對地等效電容，C為從保護裝置到斷路器中間繼電器的長電纜對地電容，一般來說電纜越長電容越大，根據電路圖，利用三要素法，假定最終的穩態電壓值VC（∞）為零，可以推導出中間繼電器K兩側的電壓為：設備運行具有很大的安全隱患。

3.3加強反措的檢查和執行力度，提升設備自身可

靠性

一般廠站對地電容在設備安裝投產完畢后就客觀存在，運行單位很難去改變，此時為了防止斷路器的不正確動作，就應該加強斷路器控制回路自身的可靠性，這主要靠提高斷路器控制回路中的出口或中間繼電器的動作電壓（或動作功率）來實現。相關技術標準對中間繼電器的動作電壓有具體要求：直流出口跳閘中間繼電器的動作電壓應為0.5～0.7（為中間繼電器工作電壓）[2]。跳閘出口繼電器的起動電壓不應低于直流額定電壓的50%，以防止繼電器線圈正電源側接地時因直流回路過大的電容放電引起誤動作。

另外，在保護裝置內部對外部開入信號設置短暫延時也可以達到防止外部開入接點抖動引起保護誤動，對于一些現場改造難度大的回路，可以采取在控制回路中串入或并聯適當電阻的方式，提高整個中間繼電器的動作電壓和動作電流，達到提高回路可靠性的目的。

VC（0）為接地瞬間正極（或負極）對地電壓，衰減時間常數為τ=RC

可以看出中間繼電器K的端電壓是以接地瞬間正極（或負極）對地電壓VC（0）為初始值的指數衰減函數，從（1）式可以看出，中間繼電器K動作與否，與直流系統正負極對地電容、長電纜對地電容、對地絕緣電阻、絕緣監測裝置內部橋電阻有關，當初值VC（0）較大，中間繼電器兩側電壓VK衰減至其動作時間后，若此時的中間繼電器電壓瞬時值仍大于其動作電壓值，該中間繼電器就會誤動，如圖3所示。

4　結論

圖3中間繼電器V-t圖

新形勢下大型廠站的直流系統運行面臨很多新問題，要提高直流系統的穩定性、可靠性，保障現場設備的安全穩定運行，必須運行單位、廠家等多方共同努力，運行單位一定要摒棄舊觀念，做好防范，增強外部回路的可靠性，使用各種手段嚴防由直流系統引起其他設備異?；蚬收希瑥S家應不斷通過技術革新，減少微機絕緣監測裝置等設備的自身問題對直流系統運行的影響，只有這樣才能保證電力系統的安全可靠運行。

近年來，由于直流一點接地造成的保護裝置、斷路器誤動作事故已發生多起，繼電保護專業人員已經對此高度重視，也采取了很多措施。但對于發電廠的一些自動化回路，一般運行環境惡劣，更易造成一點接地，其他專業對這些直流接地的重視程度不足，

參考文獻：

[1]DL/T5044-2004.電力工程直流系統設計技術規定[S].

[2]JBT9568-2000.電力系統繼電器、保護及自動裝置通用技術條件[Z].

中圖分類號：TM86

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）01-0018-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.01.006

收稿日期：2014-08-26

作者簡介：徐鵬（1983-），男，工程師，從事繼電保護及安全自動裝置調試、檢修維護及運行管理工作。