淺談直流系統接地故障的危害與處理

（新疆天業（集團）有限公司，石河子市，832000） 劉　濤

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淺談直流系統接地故障的危害與處理

（新疆天業（集團）有限公司，石河子市，832000） 劉濤

摘要發電廠直流系統為非接地系統，主要功能是為相關系統或結構提供電源，是發電廠的重要組成部分。由于直流系統遍布發電廠的各個角落，且部分地方運行環境惡劣，直流接地故障在發電廠中經常發生。根據直流接地產生的原因及危害，探討目前常用的接地故障的排除方法和原理，希望為盡快安全排除直流系統接地故障提供參考。

關鍵詞直流系統接地；故障分析；故障定位

直流系統是發電廠最為復雜的系統之一，在保證發電廠正常運行方面起著至關重要的作用。由于直流回路分支網絡多、所接設備多等因素構成了龐大而復雜的直流電源網絡，常因現場揚塵、潮濕、絕緣老化、元件損壞、施工事故等原因引發直流系統一點接地故障的發生。（見圖1）

圖1　直流系統圖

正常情況下直流電源的正負對地均是絕緣的，當系統中有一點發生接地時，因未構成回路，所以一般情況下并不影響直流系統運行。但當出現兩點及兩點以上接地時，就會造成正負極短路，保護裝置會出現誤動、拒動現象，為電力系統運行埋下重大隱患，所以當發生接地后快速準確的判定消除故障，對于電力系統的安全穩定運行是十分重要的。

1　直流系統接地的種類與危害

1.1接地的種類

直流系統接地按接地極性分為正接地和負接地；按接地類型上分為直接接地（金屬性接地或完全接地）和間接接地（非金屬性接地或非完全接地）；此外還可按接地情況可分為單點接地、多點接地、環路接地、絕緣降低和交流半接地等。

1.2直流系統多點接地的危害

圖2　某臺6KV設備常用直流系統控制回路圖

一般斷路器跳閘線圈均接負極電源，當發生系統正極接地時，正極經過大地，構成回路。如圖所示，當圖2中的A點和B點同時接地，將正常的分閘接點、轉換開關接點短接，啟動中間繼電器-KM2，常開觸點閉合；由于斷路器處在合閘位置，直流電源通過L+→-KM2→-TQ→L_回路導通使得斷路器跳閘，但實際上一次系統并未發生故障，這種動作稱為誤動作；同理，當在A、D兩點同時發生接地故障時也會造成斷路器誤動作。

圖2中B、C或C、D任意兩點發生接地故障，將跳閘線圈回路短路，如果此時一次系統發生故障需要保護動作跳開斷路器，由于斷路器跳閘線圈沒有勵磁，鐵芯不動作，就會導致斷路器拒動進而發生越級跳閘來切斷故障，造成事故擴大，嚴重者甚至造成電網解列。

圖2中A、C兩點接地時同時會造成控制回路跳閘；B、C或C、D兩點發生接地，不僅會在保護動作時導致斷路器拒動，同時可能損壞回路元器件。

圖2中A、C兩點只要有一點發生單極接地，將會影響繼電保護裝置的正常運行，不但會燒毀保護裝置的電源板塊，同時也會影響保護裝置的正常運行可能會造成裝置的誤動或拒動。

斷路器正常運行時，斷路器還需給運行后臺提供一些運行信號，即中央事故信號顯示正常。但當發生兩點接地或回路被短接，事故信號回路聯通/斷開，從而啟動信號回路“誤發信號”。

兩極同時發生接地故障，可能使直流系統的母線發生短路，燒毀供電電源設備和供電網絡。

2　發電廠直流系統接地故障查找

從以上的列舉直流接地危害中，可以看出發電廠直流系統發生接地故障時危害極大，無論是正極接地還是負極接地，只要發生直流系統接地，就要迅速排除，一旦出現二點或多點接地就會發生系統故障乃至發生事故。

2.1拉路法

負載通過直流饋線獲得電能，故障時依次短時切斷直流系統中各直流饋線來確定接地點，即所謂的“拉路法”。在發現直流系統接地后，先斷開某一直流饋線，觀察直流接地現象是否消失，若接地現象消失，說明接地點在被拉饋線回路中，如果接地現象未消失，立即恢復對該饋線的供電，再斷開另一條饋線進行檢查，直至確定出接地點的所在饋線。

用拉路法查找接地時，一般按照下列順序進行：斷開現場臨時工作電源→斷合事故照明回路→斷合通信電源→斷合附屬設備→斷合充電回路→斷合合閘回路→斷合信號回路→斷合操作回路→斷合蓄電池回路。在進行上述各項檢查選擇后仍未查出故障點，則應考慮同極性兩點接地。當發現接地在某一回路后，有環路的應先解環，再進一步采用取保險及拆端子的辦法，直至找到故障點并消除。因此，拉路法受現場實際條件的影響較大，如有的發電廠由于施工和改造中遺留的種種問題，使信號回路、控制回路和保護回路沒有嚴格區分，有的還形成一些非正常的閉環回路，增大了拉路法查找接地故障的難度。現場往往還需要根據運行方式、天氣狀況判斷接地點可能所在的范圍，在盡量少拉路的情況下迅速確定接地位置并予以消除，而這取決于運行維護人員對現場的熟悉程度和自身的技術水平、經驗等。另外，在所拉回路中接有輸電線路的縱聯保護裝置時，拉路前還需要與調度員聯系，同時退出線路兩側的縱聯保護，而這有時是不被允許的。

綜上，雖然拉路法有簡單直接的優點，但由于受現場實際以及運行維護人員自身工作經驗的影響較大，再加上實際的直流系統越來越復雜，饋線層層分布，在實際中僅依靠拉路法來查找直流接地顯然不可取。

2.2自動接地巡檢儀查找回路

目前絕大多數的直流系統都配備了直流在線監測裝置，這類設備一般基于“信號注入法”、“霍爾傳感器監測法”、“磁飽和監測法”等原理，在直流的各分支回路上安裝一個穿心式的電流互感器，各互感器感應到的信號經過直流接地選線裝置進行分析，確定發生直流接地的分支回路，其安裝在支路回路上的傳感器編號和接地檢測儀顯示裝置回路編號一一對應。這種裝置能在線實時監測各回路的對地絕緣狀態，不但可以監測全直流系統對地絕緣狀況，還可以判斷出接地的極性，檢測出具體發生接地的直流饋線。

與拉路法相比，在線檢測法的優點在于無需斷電就可以將故障定位到具體的直流饋線回路，可節省大量時間，提高了故障處理速度，但在線檢測法也存在明顯的缺陷。如選線靈敏度太低、抗分布電容能力不夠、直流供電網絡接線不合理，如雙回路、多分支等。由于上述問題的存在，導致了檢測裝置容易存在誤報、漏報的情況。另外，在線檢測法只能檢測到發生接地的直流饋線，而具體接地點仍需現場運行維護人員去查找。如有些廠站內的直流饋線層次較多，而在線檢測裝置只能將故障定位到首層。針對這一問題，近年來開始出現便攜式的直流接地故障定位裝置，該裝置可以帶電查找直流接地。

2.3采用直流接地查找儀

直流接地查找儀原理是：信號發生器從系統采樣正、負、地電壓，電阻信號，CPU判斷是否正常。若正常則顯示正常，不對系統注入任何信號。若不正常，判斷是正接地或負接地，如果是正接地就在正與地之間加入一個微弱電流信號，如果是負接地，就在負與地之間加入一個微弱電流信號。

使用便攜式的直流接地故障查找儀查找直流接地故障在目前應用極為普遍的，可以安全迅速地對接地故障排除。其特點是不需斷開直流回路電源，移動式的采集互感器在各分布回路上測量。如果回路出現接地就報警。具體實施時采用支路法定位故障：首先可用儀器所配夾鉗去夾整扎、雙根、單根回路導線，判斷支路是否存在接地，若出現接地波形判斷該部分有接地的支路。沿該支路向下查找，在該支路下查找小分支，直至確定接地線路。查出故障線路后要確認故障點，順著故障線路往下移動夾鉗，若有接地波形或報接地，說明故障點在后面，若鉗到末端沒有，故障點在有和沒有接地波形之間，逐步縮小范圍來定位。如果該線一直測到末端都有，說明故障點在終端設備。若分支都沒有，就查母排和固定絕緣監測裝置和告警繼電器部分，以上都沒有就查蓄電池即可。

這種設備在使用上是十分科學的。在原理上基本和在線裝置的信號注入法原理相似。由于其采集傳感器可以任意移動，利用其移動的優點還可以更具體地查找到各接地點。目前各個廠家生產的產品和各直流系統的兼容性和抗干擾能力都有很大提升，誤報率顯著降低，大量采用直流接地查找儀進行故障定位已普遍應用在各地變電站。

2.4采用萬用表查找

萬用表電壓測量法查找接地故障基本原理：用萬用表直流電壓檔(DC檔)測直流電壓值。當直流一極接地時，另一極對地電壓為全電壓，即為220V。條件允許切除某一部分直流負荷時，觀察萬用表所測極對地電壓值的變化情況來判斷接地點所在區域，從大到小，逐個否定，最后排除。拉路時，觀察電壓讀數有無變化，如果沒變化就立即合上開關，拉合另一支路，一旦電壓表讀數發生較大變化，就可以確定故障支路。另外，直流系統接地時，絕緣監測裝置會發出報警信號，應盡快確認現場有無工作已經外部環境（雨雪天氣），很可能直流接地是上述原因造成的。

3　總結

無論采用上述哪種方法，檢修過程都應注意以下幾點：

（1）查找直流一極接地故障時，切勿引起另一點接地，以防引起繼電保護、自動裝置的誤動或拒動，甚至引起短路燒直流保險。

（2）拆除各端子、各開關時間應盡可能短。按符合實際的圖紙進行，防止拆錯端子線頭，防止恢復接線時接錯；所拆線頭應做好記錄和標記。

（3）運用絕緣監察裝置的測量轉換開關測正、負對地電壓時可能有誤，主要是轉換開關內部的正、負極接點與接地接點誤接通，會造成誤發接地信號。

（4）如果是直流系統絕緣嚴重破壞，但并未完全接地，所測極對地電壓應低于220V（合閘回路應低于250V），此時就應根據切除某部分負荷時，觀察所測電壓值是否下降較多來判斷絕緣損壞嚴重

（5）瞬停直流電源時，應經調度同意，時間不應超過3s，動作應迅速，防止失去保護電源及帶有重合閘電源的時間過長。

（6）盡量避免在高峰負荷時進行查找。

參考文獻：

[1]DLT724-2000.電力系統用蓄電池直流電源裝置運行與維護技術規程[S]

[2]DLT5044-2004.電力工程直流系統設計技術規程[S]

[3]《國家電網公司生產技能人員職業能力培訓教材》——直流設備檢修

[4]微機直流絕緣檢測裝置使用說明書

中圖分類號：TM131.3

文獻標識碼：B

文章編號：1008-0899（2016）06-0045-03