地下電站直流系統接地風險分析及防范措施

蔣 偉，孫曉波，蔣冰芝

（中國長江電力股份有限公司白鶴灘電廠籌建處，四川 涼山615400）

直流系統為電力系統信號、繼電保護、自動裝置及斷路器等裝置提供穩定可靠的操作電源。交流電源失電后，蓄電池還能繼續為設備提供可靠的直流電源，直流系統的穩定運行是電站安全運行的重要保障。直流系統接地分為無源接地和有源接地兩種故障方式，其中有源接地以交流竄電的危害最為嚴重，但無論何種形式的接地，都會使設備的穩定運行存在較大的安全隱患。

1 直流接地

直流系統的正負母線通過兩個阻值相等的大電阻與大地相連，以保持正負母線對地電壓分別為±110 V。當直流系統發生單端接地時，接地極對地電壓值降低，另一極電壓值增大。此時正負母線壓差仍能維持在220 V 左右，若不處理，當另一點發生接地時，可能會導致繼電保護等裝置誤動或拒動。當接地點在直流母線側時，直流系統甚至會停運。因此，當絕緣檢測儀報接地故障時，維護人員應立即處理，查找接地點，消除設備缺陷。

1.1 接地原因分析及預防措施

（1）環境潮濕，電纜易受潮進水。對于地下廠房，直流設備幾乎不受天氣的影響，但由于施工的隱蔽性，直流電纜敷設過程中可能存在孔洞封堵不嚴、未封堵等情況，或者廠房內滲漏水導致電纜長時間泡在水中，存在接地的風險。因此，在設備檢修時對直流電源回路進行絕緣測試是消除隱患最有效的措施。

（2）靜電灰塵堆積，導致直流銅排、接線端子等導電裸露部分對地絕緣降低。地下廠房內，灰塵極易聚集在設備箱或設備中，同時積灰長時間吸附水蒸氣將會導致直流絕緣下降最終造成接地故障。

（3）施工或檢修作業過程中，工器具遺落或設備松動直接搭接在直流銅排或端子排上，造成直流接地。

（4）小動物如老鼠等啃咬電纜，在直流電纜周邊施工作業也有可能損壞電纜絕緣導致直流接地。

（5）電纜或直流設備由于長期運行，老化導致絕緣下降，容易造成直流接地。

1.2 直流接地監測方式

現階段直流系統已能通過絕緣檢測儀與直流有源CT 的配合使用來實現對直流系統母線與饋線絕緣狀況的監測功能。

1.2.1 平衡電橋法

平衡電橋法是讓直流正負母線通過兩個阻值相同的電阻R與大地相連，測量正負母線的對地電壓V1、V2。當直流母線發生單相接地時，接地極電壓下降，絕緣檢測儀通過已知平衡電阻R，由歐姆定律計算出對應的接地電阻。但是此方法有很大的局限性，因為當直流正負極對地絕緣均等下降時，絕緣監測儀便無法檢測到故障。

1.2.2 非平衡電橋法

非平衡電橋法是對平衡電橋法的補充，通過開關器件投切檢測橋電阻的方式，采集不同情況下的正負母線對地的電壓值，計算出地電阻。這種方法能夠準確地測量到正負極同時接地時各自的接地電阻值，但是由于直流母線對地電容的影響，每次投切后均需等待母線電壓穩定后才能進行測量，檢測速度慢。

1.2.3 直流CT 監測法

CT 監測原理如圖1 所示，正常情況下，流過負荷正負極的電流大小應當相等。直流CT 中電流的合成磁場為零，表明回路絕緣性能良好。當負荷側發生接地時，流經正負極的電流大小不一致，在CT中產生合成磁場。CT 將這一變化通信至絕緣檢測儀，絕緣檢測儀發出支路接地的報警信號。這種監測方式的優點在于監測時完全不影響直流系統正常運行，并且直流負荷大小變化時也不會干擾CT 的正常工作。但CT 運行時間過長精度會降低，當負荷電流大小變化時會出現誤報警的現象。需要維修人員及時檢查處理，對CT 進行調零。

圖1 直流CT 監測原理

1.3 接地查找辦法

目前由于直流系統本身接地監測方式的不斷完善，當發生接地故障時，維護人員能很快地定位接地支路。但是當同一支路有多個負荷或者支路漏電流CT 監測失靈、無法判斷接地支路時，就需要維護人員對相關回路進行排查，確定接地點。

拉路法，即將相關回路負荷開關短時斷開或者接線解開。通過觀察絕緣監測裝置告警是否消除或者通過萬用表測量直流母線對地電壓是否恢復正常即可判斷該支路是否發生了接地。采用拉路法時應按照負荷重要性從低到高、回路接地可能性從高到低的順序斷電，避免影響相關設備運行。

2 交流竄電

交流竄電，即交流電源竄入直流系統中。直流電源是對地絕緣系統，交流電源為接地系統，交流竄入直流，不僅會造成直流回路接地，同時由于直流正負極對地存在的分布電容，交流電將流過位于負極的繼電器通過分布電容入地，若繼電器的動作功率偏小，將導致繼電器誤動，造成相關保護回路故障跳閘。

2.1 竄電原因分析

（1）作業人員誤接線，在直流或鄰近直流的設備施工過程中，作業人員誤將交流線路接入直流系統中，送電后交流竄入直流系統。

（2）交直流線路絕緣老化或破損，造成交流電竄入直流系統。

（3）部分重要設備依靠交直流同時供電，設備內部絕緣下降導致交流竄電。

2.2 竄電回路分析

如圖2 所示，直流系統投入運行后，直流母線分別對對地電容C+、C-充電，直流母線CL+、CL-對地電壓在±110 V 左右保持平衡，TQ 為繼電器動作線圈。當交流電竄入直流系統后，若竄入點在直流正負極母線處，如圖2 左圖所示，交流電依次通過C+、C-、TQ、C（負極接地通過TQ、C）形成回路，繼電器TQ 的動作受分布電容及繼電器線圈阻值的影響；若竄入點在負荷回路處，在直流電源電路中，相當于負極母線接地。對地電容C-通過竄入點放電，由母線電壓變化產生的電流流過繼電器線圈，其電流方向從地流向母線。若此時交流電壓波形位于正半軸，電流疊加，極有可能造成繼電器誤動。若波形位于負半軸，交流電源對C-充電，待交流電波形回到正半波時，C-放電，TQ 兩端壓差變大，也會造成繼電器的誤動作。

圖2 交流竄電示意圖

2.3 交流竄電的預控措施

（1）在施工階段將交直流線路分開、分層布置，避免因絕緣破損或降低帶來的交流竄電風險。

（2）所有保護裝置的二次電纜均采用屏蔽電纜，屏蔽層可靠接地。

（3）交直流端子分區布置，同時端子排上標明號牌，防止作業人員誤接線。

（4）合理優化重要回路的直流電源線路，避免因分布電容值過大而造成設備誤動。

（5）嚴格按照《國家電網公司二十五項反事故重點措施》要求，在直流系統中安裝交流竄電監測裝置，并驗證其性能，確保出現故障能夠及時報警。

3 結束語

直流系統由于其本身的危險性以及其供電回路的重要性，要求直流系統維護檢修作業必須“零失誤”“零風險”。因此，必須要及時處理直流系統接地故障，避免更為嚴重的事件發生。