關(guān)于發(fā)電廠直流系統(tǒng)接地故障的分析

丁潤峰 梁雨 劉宗禮

摘要：發(fā)電廠直流系統(tǒng)部分對整個電廠的可靠穩(wěn)定發(fā)電影響深遠，因為在發(fā)電廠中，存在著許多需要直流供電的系統(tǒng)，如最重要的繼電保護回路、傳遞各種信號的信號回路、起到自動化運行的自動裝置、發(fā)生事故時用到的照明系統(tǒng)以及電廠內(nèi)部和電廠內(nèi)外直接通訊用的通信回路等二次設(shè)備。一旦直流系統(tǒng)發(fā)生故障，影響不僅局限在本發(fā)電廠，甚至還要波及這個與該節(jié)點相連的其他電廠甚至整個區(qū)域電網(wǎng)?；诖?，本文對發(fā)電廠直流系統(tǒng)接地故障進行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠；直流系統(tǒng)；接地故障；分析

1引言

作為發(fā)電廠信號電源、控制回路和保護回路電源、交流不間斷的保安電源以及事故照明電源，直流系統(tǒng)運行的正常與否直接關(guān)系到人員和設(shè)備的安全與否。直流系統(tǒng)一旦發(fā)生接地故障，將會為電力系統(tǒng)帶來極大的安全隱患。因此，技術(shù)人員必須及時排除直流系統(tǒng)接地故障，確保人員安全和設(shè)備的正常運行。當(dāng)直流系統(tǒng)出現(xiàn)單點接地時，盡管沒有構(gòu)成短路回路，設(shè)備還可以繼續(xù)運行，但是為防止另一點也出現(xiàn)接地現(xiàn)象，造成安全事故，必須及時排除直流系統(tǒng)單點接地故障，防止事故擴大。此外，技術(shù)人員在處理故障問題時，必須結(jié)合實際情況，采取合理有效的措施開展工作，確保直流系統(tǒng)可以恢復(fù)正常運行。

2發(fā)電廠直流系統(tǒng)

2.1發(fā)電廠直流系統(tǒng)概述

當(dāng)前我國己投入運行的發(fā)電廠中的二次系統(tǒng)部分均采用220V或±110V直流電源供電系統(tǒng)，直流供電設(shè)備連接到主控室直流配電屏的直流母線上，再由直流母線分別引出短路保護電源、合閘電源、照明電源等。直流供電系統(tǒng)正常工作時其正負兩母線為±110V并且對地懸空不接地?，F(xiàn)階段各發(fā)電廠所用的直流系統(tǒng)通常是電力電子整流器和蓄電池并聯(lián)共同工作的浮充供電方式。正常運行時蓄電池作為備用電源保持充電狀態(tài)，確保在交流電源發(fā)生故障時可以持續(xù)不間斷供電，電廠直流用電設(shè)備由整流器將廠用220V交流電變換為直流電來提供。

隨著當(dāng)前電氣設(shè)備制造工藝水平的不斷提升，當(dāng)前沖擊負荷出現(xiàn)的頻繁較低，而且在開關(guān)控制回路中，分合閘線圈和儲能電機由于自身電流較小，在工作時通常不會對直流母線電壓帶來什么影響，因此在當(dāng)前新建的電廠中，往往只有直流控制母線，不再需要調(diào)協(xié)合閘母線，而且也很少用到降壓單元。監(jiān)控單元在直流系統(tǒng)中具有非常重要的作用，其作為充電模塊和蓄電池組的指揮系統(tǒng)，能夠根據(jù)設(shè)置的參數(shù)進行控制，同時還能夠?qū)收线M行有效監(jiān)視，及時對故障信息進行傳遞，確保運行人員能夠第一時間發(fā)現(xiàn)問題。在當(dāng)前我國運行的發(fā)電廠中，二次系統(tǒng)中對直流電源供電系統(tǒng)應(yīng)用具有廣泛性，直流能源供電系統(tǒng)直接與主控室直流配電屏的直流母線實現(xiàn)連接，并從直流母線處來此出短路保護電源、合閘電源和照明電源，而且直流供電系統(tǒng)正母線和負母線都保持不接地對地懸空的狀態(tài)。在現(xiàn)階段，各發(fā)電廠通常采用電力電子整流器和蓄電池并聯(lián)共同工作的浮充供電方式，這樣在交流電源發(fā)生故障時也能夠有效的確保供電的連續(xù)性。

2.2直流系統(tǒng)接地的危害

中間繼電器、二次控制回路中的跳閘裝置都與直流電源的負極相接。如果負極接地，則會出現(xiàn)斷路器故障，比如拒動或誤動故障。如果正極接地，則會造成短路器跳閘。因此，單點接地不會影響整個系統(tǒng)的正常運行，但再出現(xiàn)另一個接地點時，就會導(dǎo)致斷路器誤動（跳閘）或拒動（不跳閘），因此，需要重視接地問題。當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測后臺發(fā)出接地預(yù)警報警信號時，就需要立刻排查原因。

3發(fā)電廠直流系統(tǒng)接地故障類型及產(chǎn)生原因

3.1發(fā)電廠直流系統(tǒng)接地故障類型

（1）單點接地

通常發(fā)電廠直流系統(tǒng)由于連接結(jié)構(gòu)的關(guān)系經(jīng)常接地，發(fā)生一點接地時除了概率極小的情況如繼電器誤發(fā)信號由于沒有產(chǎn)生短路電流所以不會引起故障，負載仍然可以正常運行。然而，如果發(fā)生兩點同時接地就會對設(shè)備、系統(tǒng)產(chǎn)生較大的危害，因此必須快速發(fā)現(xiàn)并及時消除一點接地狀態(tài)。直流系統(tǒng)一點接地也可能引起一臺甚至多臺斷路器跳閘誤動作，而且其危害性通常比兩點同時接地時更大更加難以預(yù)防。一點接地由于其概率大、隨機性強的特點更應(yīng)該引起運行人員的重視。

（2）兩點接地

當(dāng)直流系統(tǒng)運行出現(xiàn)兩點接地現(xiàn)象時，往往會引發(fā)繼電器誤動作、繼電器拒絕動作、熔斷器熔斷等故障，對于直流系統(tǒng)及其設(shè)備的正常運行有著極大危害，必須采取有效措施進行排除。

3.2發(fā)電廠直流系統(tǒng)接地故障原因分析

（1）規(guī)劃設(shè)計因素

有的地方在設(shè)計城市線路時，經(jīng)常把電纜隧道和蒸汽管道、水管道在一起修建，并且對它們沒有進行很好的隔離，一旦蒸汽管道或水管道出現(xiàn)泄露現(xiàn)象，將直接威脅到電氣設(shè)備的安全。另外有些地方還存在著交直流信號混用一根電纜的現(xiàn)象等這些都是由于規(guī)劃設(shè)計不當(dāng)給電力系統(tǒng)埋下的接地故障。

（2）設(shè)備內(nèi)部因素

在直流系統(tǒng)運行過程中，直流系統(tǒng)內(nèi)部的不利因素也會對設(shè)備運行造成影響。比如說：二次回路絕緣材料質(zhì)量不達標(biāo)，造成其絕緣性較低；設(shè)備使用年限較長，缺乏必要的維修和養(yǎng)護，造成設(shè)備老化；系統(tǒng)內(nèi)部存在損傷現(xiàn)象，如過流引起的燒傷、壓傷、扭傷等；開關(guān)柜小母線出現(xiàn)嚴(yán)重的灰塵堆積，影響線路正常運行；繼電器機械部分出現(xiàn)故障，造成其靈活性降低；沒有及時排出電纜溝內(nèi)的積水，使得電纜長期浸泡在水中，引發(fā)安全隱患等。

（3）外部環(huán)境因素

外部環(huán)境因素也很容易造成直流系統(tǒng)接地故障的發(fā)生。比說在長時間的分吹日曬和外部環(huán)境溫度的劇烈變化下，在戶外的二次回路控制箱、開關(guān)箱、監(jiān)測儀表以及密封圈很容易發(fā)生老化現(xiàn)象，以至于橡膠的絕緣特性在回路導(dǎo)線中減弱，降低設(shè)備的使用壽命。當(dāng)遇到雨雪和霧霾天氣時，會使箱內(nèi)的濕度增大，如果無法及時有效的把這些濕氣排除，那么凝露現(xiàn)象會很容易發(fā)生，致使發(fā)生直流接地現(xiàn)象。

（4）人為因素

導(dǎo)致直流系統(tǒng)接地故障的另一因素是人為因素。這些往往是由于操作人員疏忽大意導(dǎo)致的，比如說：由于燃料系統(tǒng)具有較為惡劣的設(shè)備環(huán)境，因此，運行人員需要對燃料系統(tǒng)設(shè)備進行定期沖洗，在沖洗過程中，如果運行人員不小心將水噴射到質(zhì)量回路上，就會引發(fā)直流系統(tǒng)接地故障；在直流系統(tǒng)施工過程中，如果施工人員粗心大意，在接接頭時沒有做好絕緣保護工作，會造成線路絕緣性降低，或者在施工過程中損傷了控制電纜，也會引起直流系統(tǒng)接地故障；在帶電二次回路上，如果操作人員將直流電源與設(shè)備外界進行直接接觸，就會造成瞬間接地故障；操作人員沒有做好檢修工作，如未在室外設(shè)備上加設(shè)防雨罩、二次回路線頭漏接、在潮濕環(huán)境中進行設(shè)備的操作等，這些都是引發(fā)直流系統(tǒng)接地故障的原因。

4直流系統(tǒng)接地故障的處理措施

4.1接地點的查找

接地點定位是排除故障的前提，而接地數(shù)目的多少直接影響著檢測方法的優(yōu)劣，因此，在復(fù)雜條件下找出合適的檢測方法十分重要，下面來介紹一下常用的五種查找故障點的方法：

（1）拉回路法。拉回路法主要采用的是對故障回路進行斷電處理的方式，此方法適合查找所有的接地故障點。在對故障回路進行斷電處理時，一般按事故照明回路；信號回路；操作回路；保護回路的順序進行斷電處理，逐步縮小故障點范圍，然后再逐一排查故障點所在范圍內(nèi)的分支網(wǎng)絡(luò)，直到把接地點找到為止。

（2）實時監(jiān)測法。實時監(jiān)測法，就是使用在線監(jiān)測設(shè)備實時跟蹤、監(jiān)測直流系統(tǒng)的對地絕緣狀況，這種方法可以對直流系統(tǒng)進行實時監(jiān)控并報告故障回路，但是難以對接地點進行準(zhǔn)確定位，具有一定的局限性。

（3）電壓測量法。利用萬用表測量正負母線電壓，若在切除某部分負載后萬用表顯示變化則表明該切除部分為接地部分。但是此種方法對于運行人員要求較高，而且比較費時，不易在設(shè)備復(fù)雜的空間下采用。

（4）移動定位裝置查找法。該方法主要用于測量一些不能斷電的自動化設(shè)備，可以帶電檢測查找接地點是移動定位裝置查找法的最大優(yōu)勢。

（5）利用新型絕緣監(jiān)測設(shè)備查找故障點。新型絕緣監(jiān)測設(shè)備的工作原理為：利用無接觸激磁調(diào)制直流微電流智能傳感器，在測量接地電阻的大小時，通過正負母線對地接地電阻中由母線產(chǎn)生的漏電流實現(xiàn)電阻大小的測量，以此對非接觸式磁性調(diào)制母線接地故障的具體方式進行判斷。新型絕緣監(jiān)測設(shè)備無需在母線上疊加任何信號，因此不會影響直流母線供電功能，對于母線供電的影響，這種裝置可以利用在母線上形成的假陽性和假陰性分布電容來進行消除。

4.2預(yù)防控制措施

要嚴(yán)格控制直流直接接地連線形成的二次設(shè)備的絕緣水平，把控制用的直流和其它直流線路分開，對于操作機構(gòu)、戶外端子箱、直流屏柜等設(shè)備要定期的清掃，以防由于浮塵的大量聚集導(dǎo)致直流系統(tǒng)的對地絕緣性能降低。為了做到對易發(fā)生接地短路點的全面了解和掌握，最好安排運行人員對直流系統(tǒng)的絕緣情況定時定點的檢查。同時要密封處理好暴露在室外的直流裝置，保證其免受雨雪大風(fēng)等自然天氣的影響，對廠用的照明設(shè)備也要及時的維護，在修建電纜隧道和戶外的電纜溝時，為了使設(shè)備免受水害的影響，一定要把排水系統(tǒng)設(shè)置好，以確保有效保護電氣設(shè)備。要經(jīng)常派專人監(jiān)視和檢查直流系統(tǒng)的絕緣水平。在制作中央控制室的控制保護屏?xí)r，最好制作成前后帶門的封閉式結(jié)構(gòu)，對有缺陷的直流支路和設(shè)備一定要及時的處理和維修，爭取把電氣設(shè)備發(fā)生故障的幾率降到最低。

5結(jié)束語

近年來，我國電網(wǎng)加快了向超高壓和大容量的建設(shè)工作，這對直流系統(tǒng)運行的可靠性提出了更高的要求。直流系統(tǒng)對于發(fā)電廠生產(chǎn)運行具有非常重要的意義，其主要為二次設(shè)備提供重要的電源供應(yīng)，為了確保直流系統(tǒng)供電的可靠性，應(yīng)對直流接地故障給予重視并進行分析，采取切實可行的方法來進行處理，有效的保障發(fā)電廠電能供應(yīng)的安全性和持續(xù)性，確保電力系統(tǒng)保持良好的運營狀態(tài)，為電網(wǎng)安全、穩(wěn)定的運行提供有效的支持。

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（作者單位：華潤電力（渤海新區(qū)）有限公司）