直流系統接地故障分析

史衍珩，賈 玉

（徐州華潤電力有限公司，江蘇徐州 221000）

0 引言

直流系統是電廠電氣系統的重要組成部分，接地故障是直流系統經常發生的一類故障，當系統發生正極接地故障時，可能會導致開關誤動；而負極接地故障可能會導致操作開關拒動。而當兩點接地時，產生的結果是直流電源開關跳閘，回路失去電源，進而導致保護裝置失去電能，無法發揮保護作用，甚至可能會造成開關越級跳閘，從而造成嚴重的事故。

1 直流系統接地故障類型

1.1 單點接地

電廠直流系統為控制負荷、動力負荷以及直流事故照明負荷等提供電能（圖1），是現場電氣設備控制、信號和保護的基礎。在具體的使用中，如果只有正負極中的一極出現接地，并不會對直流系統的運行產生過大的影響，整個系統可以繼續對下游負載供電。但如果出現該故障類型，檢修人員應及時處理，防止由于故障持續存在而發生多點接地問題。

1.2 多點接地

如果電廠直流系統出現單點接地故障時，沒有對其進行及時處理，而且電路中另一點也出現了接地，甚至是兩點以上的接地現象，都會嚴重影響到系統的正常運行，對這種疊加接地的狀況，稱之為多點接地。

2 直流系統接地的原因、危害以及查找方法

2.1 直流系統接地原因

直流系統出現接地故障的原因：①二次回路中使用的絕緣材料的絕緣性不合格，或是出現了老化、受損等現象，導致直流系統出現接地故障；②二次回路電纜受潮，降低了電路的絕緣性，導致接地故障現象的發生；③電源混搭導致接地故障。

2.2 直流系統接地故障的危害

圖1 220 V 直流系統及負荷電路

當直流系統出現正極接地狀況時，其保護裝置容易出現誤動作。由于直流系統負極往往和多數斷路器的分合閘線圈以及繼電器線圈進行連接，因此當回路中的另外一點也出現接地時，將導致保護裝置誤動作。而一旦出現直流負極接地的情況，其保護裝置可能會出現拒動現象。這是因為在負極出現接地時，如果回路中的另一點也同時發生接地，那么兩處接地點可能會導致斷路器跳閘線圈或保護出口繼電器線圈被短接，進而導致保護裝置無法啟動；拒動情況下，由于短路電流遠超正常值，可能會造成更嚴重的情況，進而導致直流電源的保險絲被熔斷，使各設備的連接處燒壞，使系統癱瘓。

2.3 直流系統接地故障的查找方法

（1）拉回路，俗稱拉路法。該方法主要是將直流負荷的開關依次斷開，查看直流故障是否消除。這是對直流饋線回路進行排查最為有效的方法，可以查找相關的接地故障，確定接地點的位置。

（2）采用直流接地故障分析裝置對故障進行定位。目前，電力系統直流電源查找接地故障的主要困難是現場受到的干擾較大。不同的直流電源以及在不同工作狀態下進行測量，其抗干擾性相對較差，導致測量時出現失誤，這也是該類產品最為普遍的一項缺陷。能夠在市場中得到發展的裝置，主要在于其有效解決了干擾問題。直流接地故障分析儀主要有在線式和便攜式兩種類型。綜合來看，該裝置具有較高的靈敏度和較強的抗干擾能力，而且體積相對較小，重量比較輕，使用十分方便。維修人員在使用該裝置對直流接地故障進行排查時，不需要將電源斷開，可直接對接地點進行定位。儀器能對直流系統接地電阻值和具體接地方向進行有效檢測，從而為故障排查及定位提供重要參考。

（3）信號注入法，主要是針對直流系統接地故障進行查找的選線裝置。主要原理：在直流系統各支路安裝可反饋檢測信號的電流互感器，對其反饋的傳感器信號標注編號，并和接地檢測儀顯示的部分編號一一對應。各條支路上的互感器可以將檢測到的電流信號進行實時反饋，再交由選線裝置進行數據分析，并作出最后的判斷。一旦出現信號異常，檢測儀可以直接顯示對應的支路，并確定是哪條分支回路出現了直流接地故障。信號注入法根據其原理又可以分為低頻信號注入法和變頻信號注入法兩種類型。其中低頻信號注入法的主要查找流程為，當母線電橋檢測到接地故障后，信號會注入分支回路中，通過電流互感器得到相應的反饋信號，并分析此信號的變化特征，判斷出接地故障位置。在具體的工作流程中，電流互感器可以對各段線路和相關設備進行仔細檢測，不會發生遺漏。檢修人員可實時采集各支路的反饋信號，發現其低頻電流信號出現較大的波動，可根據情況對該處發生的接地故障進行初步判斷。變頻信號注入法的原理和低頻信號注入法大致相同，只是檢測信號為交替變化的低頻信號。

2.4 查找直流接地故障的技巧

判斷回路中是否存在電源混搭現象，回路中主要使用二極管的單向導通性，并將雙電源分別通過二極管輸入直流電，從而為控制回路和信號回路等進行供電。如果其中一路的電源二極管出現損壞，導致另外一路直流電的正負極與第一路直流電出現混連，將會導致系統出現接地故障。因此，當斷開一路電源后，接地故障也會消失。而對二次回路中提供的干接點是有源還是無源進行確認，當其中一個回路需要另外一個回路為其提供干接點時，反而向其提供了帶電源的干接點，這樣容易導致電源混搭。因此，在對二次回路進行故障查找時一定要更加注意。在對二次回路在端子牌上進行環線操作時，可能會導致幾個控制回路出現混連，并降低絕緣性。在對盤柜進行檢查時，要判斷其是否出現受潮，是否有明顯的潮氣、水珠等。而設計直流系統絕緣監測裝置時，應采用不平衡電橋原理進行設計，當其直流電源對地電源時，會產生大范圍的電壓波動，而在使用隔離裝置后則可以得到比較平穩的測量電壓。

3 直流系統接地故障的緩解對策

在直流系統設備設計與選型過程中，可以通過選擇合適的開關以及蓄電池的支架接地方式，來緩解直流系統接地故障產生的影響，確保系統安全運行。

3.1 雙極開關對接地故障的緩解作用

選擇直流系統開關時選擇雙極開關，發生斷電時正負極會同時斷開，可以有效降低多點接地，降低誤啟動和無法停止造成的影響。雙極開關可以避免出現同級接地，且不會導致負載出現誤啟動。當兩個負載同時存在接地故障時，雙極開關又可以切斷負載電流，從而使故障停止。

3.2 蓄電池支架接地方式的選擇

在支架接地的方式中，直接接地方式是將蓄電池安裝在鋼制支架上，支架和蓄電池之間墊有絕緣層，絕緣層應具有耐化學腐蝕的作用。設計鋼制支架時，應按照相關標準和設計要點，使其與電池接地系統進行有效連接。支架不直接接地方式，是將蓄電池在充分絕緣的支撐物上進行安裝，并將該支撐物在地板或基座上進行固定。不同蓄電池支架接地方式之間具有明顯差異，首先其防護設置不同，對于支架直接接地方式，支架的接地方式要保證支架和接地網之間的電阻為0，并確保人體能夠接觸到的支架部位電位始終為0，以保證人員的安全；而支架不直接接地方式則主要通過其表面的絕緣性來避免高電位危害到人體，其對接地電阻的大小并沒有相關要求。此外，當蓄電池側出現接地故障時，其產生的接地電阻不同。直接接地方式經過絕緣監測儀的監測，接地電阻為0；而不直接接地方式則由于土壤、水泥等構筑物的導電率不同，其對地電阻也會有所不同。因此，蓄電池支架方式是否直接接地有其各自的優點和缺陷，如果從供電可靠性和降低故障率的層面選擇，則應該優選蓄電池支架不直接接地方式。但該方式對整體施工工藝、材料選擇等有較高的要求，往往需要較大的投入。從成本角度考慮，并非所有的直流系統都適合采用不直接接地方式，因此在實際應用中，應根據實際情況合理選擇。

4 結束語

綜上所述，在電廠直流系統運行中，接地故障是十分常見且非常棘手的問題。發生接地故障后，可能導致開關以及保護裝置的誤動或者拒動，對電廠的安全運行造成威脅。對此，維修維護人員應對直流系統接地故障機理有所了解，并能快速確定故障原因和部位，采取有效對策消除故障隱患，提升電氣系統運行的安全性和可靠性。