電氣直流系統的運行及故障處理

高衛東

摘要：電氣直流系統在發電廠的設備運行中非常重要，它為繼電保護裝置、自動裝置、控制系統、信號系統、計算機監控系統、事故照明、UPS 等設備提供工作電源，是保證發電廠正常運行的必備條件。但由于直流系統某兩點接地短接了有關元件，就會造成繼電保護的誤動作，甚至造成斷路器的誤跳、拒跳和直流熔絲熔斷等嚴重情況。因此做好電氣直流系統的運行及故障處理工作十分重要。

關鍵詞：電氣;直流系統;運行;故障處理

前言：

直流輸電系統由于其在傳輸容量、傳輸距離、線路損耗等方面的優勢得到了飛速的發展。研究表明，多端直流輸、配電系統在大規模及分布式新能源接入、弱系統供電（偏遠地區及海島等）以及城市配電等領域具有巨大的優勢。隨著電力電子技術的快速發展，直流系統將成為未來電力系統的重要組成部分，因此研究電氣直流系統的運行及故障處理具有重要意義。

1直流系統的構成

直流輸電具有傳送功率大、線路造價低、控制性能好等優點，是目前發達國家作為高電壓、大容量、長距離送電和異步聯網的重要手段。具體而言，直流系統主要由充電模塊、監控單元、直流饋電單元、降壓單元、絕緣監測、蓄電池組等組成。一臺完整的充電柜一般由若干臺高頻開關電源模塊組成，正常情況下，單個的充電模塊故障不會對直流系統的運行造成影響，在故障時可以臨時使用備用充電機的模塊替代，然后單獨將故障模塊拔下處理。由于目前電氣設備制造工藝水平的不斷提高，除直流電動機負荷外，一般很少有沖擊負荷的出現[1]。特別是在開關的控制回路中，分合閘線圈及儲能電機的電流都非常小，在工作狀態對直流母線電壓影響幾乎很小。監控單元作為充電模塊和蓄電池組的指揮系統，在根據設置參數進行控制的同時還能夠進行故障監視，及時將故障信息傳送給 DCS 等上位機監視系統，以便運行人員及時發現問題。

2直流系統接地故障的危害

直流系統發生一點接地是直流系統常見的異常運行狀態，雖不立即產生后果，但潛在危險性很大。直流接地故障中，危害較大的是兩點接地，可能造成嚴重后果。直流系統發生兩點接地故障，便可能構成接地短路，造成繼電保護、信號、自動裝置誤動或拒動，或造成直流保險熔斷，使保護及自動裝置、控制回路失去電源。在復雜的保護回路中同極兩點接地，還可能將某些繼電器短接，不能動作于跳閘、致使越級跳閘。

1 兩點接地可造成斷路器或保護誤動作。以某電氣直流系統為例，當直流接地同時發生在 A，B 兩點時，斷路器控制開關 SA 的 6～7 觸點、KQ 線圈、QF 觸點被短路接，跳閘線圈勵磁，使斷路器跳閘，此時，一次系統并未發生故障，所以稱為斷路器誤跳。當 B，C 兩點及 A，E 兩點接地時，都能使斷路器誤跳閘，同樣，當兩點接地使保護出口動作時，即造成保護誤動作[2]。

2 兩點接地可造成斷路器或保護拒動。當直流接地同時發生在A、D 兩點時，跳閘線圈回路被短路接，此時若一次系統發生故障，保護動作，不能使跳閘線圈勵磁，將造成斷路器拒動。

3 兩點接地可造成直流熔絲熔斷。當接地點發生在 A，D 兩點時，會引起熔斷器熔斷，當接地點發生在 D、E 兩點而保護動作時，不但斷路器拒跳，而且熔斷器熔斷，同時有燒壞繼電器的可能。4. 兩點接地可造成誤發信號，在正常運行中斷路器控制開關觸點 SA 的有關觸點是接通的，而斷路器的輔助觸點 QF 是斷開的，中央事故信號回路不通，不發信號。但當發生 A，F 兩點接地時，QF被短接，中央事故信號回路誤發斷路器跳閘信號。直流系統接地故障，不僅對設備不利，而且對整個電力系統的安全構成威脅。（1）直流電源為 220 V，兩極對地電壓絕對值差超過 50 V 或絕緣能力降低到 25 kΩ。（2）直流電源為 48 V，任一極對地電壓有明顯變化時，應視為直流系統接地。

3電氣直流系統的運行及故障處理措施

3.1尋找接地點的一般原則

當直流系統中有一點接地時，運行人員應盡快找到接地點，隔離故障點并消除故障，防止發展成兩點接地故障。（1）對于兩段以上并列運行的直流母線，先采用“分網法”，拉開兩段母線的分段刀閘，判明屬哪一段母線接地，以縮小查找范圍。（2）對直流母線上允許短時停電的直流負荷饋線，采用“瞬間停電法”尋找。當拉開某一回路時，如接地信號消失，并且各極對地電壓恢復正常（不能只靠接地信號消失為準），則說明接地點在該回路上。如接地發生在某一專用直流回路時，可按先次要設備后主要設備取下（拉開）該回路的各分支路的熔斷器或刀閘來找出接地點。（3）對于不允許短時停電的重要直流負荷，可采用“轉移負荷法”查找接地點。（4）如接地不在各直流負荷上時，可瞬間解列充電設備、蓄電池和倒換直流母線查找接地點[3]。（5）在電容補償裝置運行中，查找直流系統接地時，如需判斷帶有補償電容的控制回路有無接地時，則必須將具有公共負極的補償控制回路全部斷開，否則會由于電容器上的殘余電壓造成接地假象而誤判斷。

3.2掌握科學故障判斷方法

首先，利用絕緣監察裝置判斷，變電站的直流母線一般分為兩段，每段母線上均裝有絕緣監察裝置，直流系統正常工作時，裝置數字顯示母線電壓，監測直流系統正、負母線絕緣狀況，當直流系統發生接地時，裝置自動啟動報警之后產生低頻信號，由正負直流母線平衡對地注入直流系統，再通過安裝于每一支路上的傳感器接收這一低頻交流信號，CPU對各條線路所采集信號電流進行分析，判斷出故障線路號及接地電阻值，完成自動選接地線的功能。其次，利用拉路法進行判斷，根據負荷的重要性，依次短時拉開直流屏所供直流負荷各回路。當切除某一回路時故障消失，則說明故障就在該回路之內。繼續運用拉路法，就可以進一步確定故障在此回路的哪一支路當中。例如，斷開直流屏主控控制回路熔斷器，絕緣監察裝置”接地”信號消失，說明故障在此回路中。最后，逐段排除法，讓直流負荷分段開環運行，再斷開直流母線分段開關及回路環路開關，然后采用拉路法，故障范圍更容易確定。

3.3明確查找接地故障時的注意事項

故障識別與故障定位算法是故障隔離的基礎，是故障清除過程的重要組成部分。查找接地故障時的注意事項1. 瞬停直流電源時，應經調度同意，時間不應超過 3 s，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。2. 為防止誤判斷，觀察接地現象是否消失時，應從信號、光字牌和絕緣監察表計指示情況綜合判斷。3. 盡量避免在高峰負荷時進行[4]。4. 防止人為造成短路或另一點接地導致誤跳閘。5. 按符合實際的圖紙進行，防止拆錯端子線頭，防止恢復接線時遺留或接錯;所拆線頭應做好記錄和標記。6. 使用儀表檢查時，表計內阻應不低于 2 000 Ω。7. 查找故障，必須兩人及以上進行，防止人身觸電，要做好安全監護。8. 防止保護誤動作，必要時在瞬斷操作電源前，解除可能誤動的保護，操作電源正常后再投入保護

總結：

快速性、選擇性、靈敏性和可靠性是電力系統對繼電保護的基本要求，直流系統的故障識別原理與隔離方案的研究也必須遵循這一基本原則。而雖然國內外學者已經進行了大量的研究，但多端直流系統故障識別的快速性與故障隔離的選擇性問題仍然未能得到解決，為此今后還需不斷對電氣直流系統的運行及故障處理工作做出研究。

參考文獻：

[1]王賀，孟凡志.變電站用交直流系統的運行及故障處理[J].黑龍江科技信息，2014（32）：100.

[2]陳紀文，師振國.電氣設備狀態——直流系統接地故障檢修的處理[J].門窗，2016（09）：279-280.

[3]陳利平.發電廠電氣直流系統的運行及故障處理[J].河南科技，2016（22）：49.

[4]江桂芬. 多直流送端系統次同步振蕩機理及特性研究[D].華中科技大學，2016.