試論火力發(fā)電廠直流系統(tǒng)接地故障分析及處理

摘 要：本文首先對(duì)電廠直流系統(tǒng)的模型進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，并對(duì)可能出現(xiàn)的各類故障及其帶來的影響進(jìn)行分析，最后提出了一些故障的防范措施。希望能夠?yàn)榻窈箅姀S的直流系統(tǒng)的運(yùn)行以及維護(hù)提供一些幫助。

關(guān)鍵詞：火電廠；直流系統(tǒng)；危害；接地故障；防范處理

1 電廠直流系統(tǒng)模型及等效電路

在電廠中使用的直流電源一般都來自于蓄電池，但是蓄電池組發(fā)生整體性問題的幾率是比較小的，蓄電池的故障一般都是從某一個(gè)或某幾個(gè)電池開始的。相對(duì)于其他電源來講，蓄電池還是比較安全、可靠的一種直流電來源，發(fā)電廠的直流系統(tǒng)的電源部分主要有蓄電池組以及充電裝置兩部分組成。

直流系統(tǒng)的構(gòu)成主要有以下幾個(gè)原則，首先，要選用的設(shè)備需要是比較先進(jìn)、可靠的，而且還要相對(duì)經(jīng)濟(jì)合理，當(dāng)然在系統(tǒng)的可靠性的基礎(chǔ)上還要使用盡可能簡(jiǎn)單的接線。在直流系統(tǒng)中，保護(hù)設(shè)備一般是用來進(jìn)行過電流保護(hù)的保險(xiǎn)絲、空氣開關(guān)以及相應(yīng)的接地警告裝置。

2 直流接地的危害

直流系統(tǒng)接地是電廠直流系統(tǒng)的常見故障，其嚴(yán)重威脅著電廠設(shè)備的安全運(yùn)行。正常情況下，直流電源的正、負(fù)母線對(duì)地是絕緣的。但我公司由于機(jī)組情況復(fù)雜，直流供電網(wǎng)絡(luò)分布非常廣泛，直流負(fù)載較多，環(huán)路和分支情況較復(fù)雜，戶外設(shè)備也較多，造成整體絕緣較低，只有50kn左右，當(dāng)某一支路絕緣下降或接地時(shí)，很容易達(dá)到12kn的接地報(bào)警值。

當(dāng)發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，一般情況下并不影響直流系統(tǒng)的正常運(yùn)行。但發(fā)生一點(diǎn)接地后再發(fā)生另一點(diǎn)接地，就很可能使保護(hù)或斷路器發(fā)生拒動(dòng)或誤動(dòng)。如果正、負(fù)極均接地，還會(huì)使故障回路熔絲熔斷，使相應(yīng)部分的直流系統(tǒng)停電，嚴(yán)重威脅設(shè)備的正常運(yùn)行。

3 直流系統(tǒng)故障分析

直流電源是與交流系統(tǒng)有本質(zhì)的區(qū)別的，直流電源是有極性的，直流電源的地并不是像交流系統(tǒng)那樣與大地相連，這個(gè)地是相對(duì)于中性點(diǎn)而言的。一般在直流電源系統(tǒng)的某一極相對(duì)于中性點(diǎn)的絕緣電阻比一個(gè)定值低的時(shí)候，就可以認(rèn)定為該直流系統(tǒng)發(fā)生了接地故障。

直流系統(tǒng)的接線本身就是很復(fù)雜的，而且工作的環(huán)境也比較惡劣，這就使得接地故障有了發(fā)生的可能性。一般直流系統(tǒng)發(fā)生接地故障的原因有以下幾種。首先是由于直流線路或者設(shè)備中進(jìn)水或者受潮所引起的。其次是設(shè)備的金屬外殼出現(xiàn)了生銹的狀況，導(dǎo)致接地故障。

再次，是由于直流回路的質(zhì)量問題所引起的，比如一些線的老化或者外力作用使線發(fā)生了破損，減小了絕緣性能。

在直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)故障時(shí)，一般是不足以形成一個(gè)完整的回路的，因此對(duì)系統(tǒng)的影響也就不是太大，但是需要對(duì)此進(jìn)行及時(shí)的發(fā)現(xiàn)、排查，不然可能會(huì)引發(fā)多點(diǎn)接地故障，進(jìn)而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生致命性的影響。

中間繼電器線圈以及跳閘線圈是和直流電源進(jìn)行負(fù)極相連的，因而正極的接電故障時(shí)會(huì)形成保護(hù)誤動(dòng)的，而負(fù)極接地有可能造成跳閘回路進(jìn)而放大停電的范圍。因此可以看出，一旦在直流系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)一點(diǎn)故障就要進(jìn)行及時(shí)的檢查，并盡快解決這種問題，以免引發(fā)更嚴(yán)重的問題。

4 直流系統(tǒng)接地故障檢測(cè)

4.1 直流系統(tǒng)接地故障檢測(cè)中的主要問題

4.1.1 電容的影響

對(duì)于注入的低頻信號(hào)，需要通過各個(gè)支路的接地情況或者某些接地電阻在這個(gè)支路上產(chǎn)生同一頻率的電流信號(hào)。對(duì)于沒有進(jìn)行接地的支路，可以默認(rèn)為其電阻是非常大的。

在正常的狀態(tài)之下，發(fā)生故接地障的支路才可以檢測(cè)單低頻電流得到信號(hào)，而在非接地的支路上，互感器上輸出的總效應(yīng)應(yīng)該是零。但是在真正進(jìn)行檢測(cè)的過程中，由于對(duì)地電容一般是比較大的，而在不進(jìn)行接地的狀態(tài)下，電流互感器也是可以檢測(cè)到一些支路電流的，然而真正需要關(guān)心的阻性的成分還是比較小的。

4.1.2 環(huán)網(wǎng)的影響

通過設(shè)置環(huán)網(wǎng)，可以在一定程度上提高整個(gè)支路的可靠性，但是這個(gè)結(jié)構(gòu)相對(duì)來講還是比較復(fù)雜的，對(duì)于接地檢測(cè)來講還是比較困難的。在環(huán)網(wǎng)支路電流中有很大一部分的諧波，這一部分電流比注入低頻信號(hào)所產(chǎn)生的電流要大很多，甚至可以使電流互感器處于一種飽和的狀態(tài)，這勢(shì)必會(huì)影響到檢測(cè)的電流信號(hào)，進(jìn)而影響到檢測(cè)結(jié)果是否準(zhǔn)確，而一般的檢測(cè)裝置對(duì)支路環(huán)流以及接地電阻電流是很難辨別的。

4.1.3 直流系統(tǒng)電源的影響

在一般的直流電網(wǎng)中，都要使用浮充電源來進(jìn)行供電，而實(shí)際中大部分都是浮充電源都使用可控硅調(diào)壓方式，這就使得整流裝置會(huì)產(chǎn)生紋波電壓，而這種紋波電壓是很難被直流輸出側(cè)的大容量濾波電容所消除的。

4.2 直流系統(tǒng)接地故障檢測(cè)方法

要想保障電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行，就要使直流系統(tǒng)保持一個(gè)安全穩(wěn)定的狀態(tài)，這就要求快速對(duì)直流系統(tǒng)的故障進(jìn)行及時(shí)的檢查以及排除，在實(shí)際的檢測(cè)過程中是要用故障檢測(cè)儀器來進(jìn)行檢查的，但是各個(gè)生產(chǎn)廠商故障檢測(cè)的原理的是各有差異的。本文中主要對(duì)直流母線電橋法、信號(hào)注入法兩種檢測(cè)方法的原理以及特點(diǎn)做出介紹。

4.2.1 直流母線電橋法

這種方法是在系統(tǒng)的絕緣檢測(cè)過程中應(yīng)用比較多的一種方法，是指通過在直流母線中加入電阻，來形成一個(gè)平衡的電橋，來達(dá)到對(duì)直流系統(tǒng)中的短路故障進(jìn)行檢查的。

使用這種方法進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候，在直流電源沒有出現(xiàn)接地故障的情況下，電橋是保持平衡的，在繼電器中也是沒有電流通過的，一旦檢測(cè)的直流系統(tǒng)發(fā)生了接地故障，電橋是不能保持平衡狀態(tài)的，而繼電器中是會(huì)有電流流過的，同時(shí)還可以通過該電流的方向來確定接地故障極。

在進(jìn)行實(shí)際操作過程中，是需要對(duì)繼電器設(shè)置一個(gè)閥值的，一旦在繼電器中流過的電流大于了這個(gè)設(shè)定的值，就可以認(rèn)定該直流系統(tǒng)發(fā)生了接地故障。直流母線電橋法主要有以下特點(diǎn)。首先，這種設(shè)備是比較簡(jiǎn)單的而且經(jīng)濟(jì)性還比較強(qiáng)。其次，在檢測(cè)裝置運(yùn)行的過程中，橋臂的電阻是很難達(dá)到一致的，這就會(huì)使得測(cè)得的值存在一定的誤差。

再次，使用的繼電器需要有足夠大的電阻值，這樣才能達(dá)到降低其動(dòng)作電流的目的，最終有效避免系統(tǒng)中其他繼電器的誤動(dòng)。

4.2.2 信號(hào)注入法

信號(hào)注入法是指在直流系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，向故障母線以及地之間注入低頻信號(hào)，并且通過鉗型電流檢測(cè)儀來對(duì)各條饋線中的低頻信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。通過鉗型電流檢測(cè)儀可以對(duì)饋線電流中的阻性電流分量進(jìn)行有效的識(shí)別，進(jìn)而通過對(duì)饋線絕緣電阻的處理來找到接地點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)問題所在。

這種方法的優(yōu)勢(shì)就在于可以在不停電的狀態(tài)下對(duì)接地故障進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)然這種方法也有自身的不足，這種檢測(cè)儀器的靈敏性在很大程度上會(huì)受到分布電容的影響，而且注入的低頻率信號(hào)還會(huì)使系統(tǒng)中電壓的紋波系統(tǒng)增大。為了有效降低分布電流所帶來的不良影響，可以通過注入變頻信號(hào)的方式來處理。

4.3 直流系統(tǒng)接地故障檢測(cè)裝置

在對(duì)接地檢測(cè)裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到直流系統(tǒng)接地故障的方案，并且還要根據(jù)所要處理信號(hào)的特點(diǎn)來進(jìn)行相應(yīng)的分析。檢測(cè)裝置主要有微處理器單元、信號(hào)采集單元以及顯示單元。

裝置要采用STD總線結(jié)構(gòu)，也就是說要在一塊底板上進(jìn)行平行布線，而且要采用標(biāo)準(zhǔn)的STD模塊來處理CPU模塊和各功能模塊，并且要插入到總線的插槽中，并以模板來實(shí)現(xiàn)總線之間的連通，從而完成一個(gè)完整的檢測(cè)控制系統(tǒng)。其中微處理器單元需要使用性能足夠高、并且低功耗以及小體積的芯片。顯示單元需要對(duì)檢測(cè)支路的對(duì)地電阻值進(jìn)行顯示并報(bào)警。

5 直流系統(tǒng)運(yùn)行接地故障防范與處理

首次投入使用的直流系統(tǒng)設(shè)備需要進(jìn)行以下試驗(yàn)來進(jìn)行故障的防范。第一，要對(duì)設(shè)備中需要絕緣的部位進(jìn)行絕緣性能監(jiān)測(cè)，來充分保證其絕緣性，并且要設(shè)定一個(gè)信號(hào)報(bào)警裝置并進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)檢測(cè)。第二，要進(jìn)行耐壓試驗(yàn)以及絕緣試驗(yàn)。

同時(shí)在直流系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行以及管理的過程中需要注意以下幾點(diǎn)問題。第一，要對(duì)直流系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行維護(hù)的人員進(jìn)行有效的管理，規(guī)范其職責(zé)管理的權(quán)限，嚴(yán)格禁止相關(guān)人員的隨意操作。第二，要做到定期對(duì)直流電流吸引設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)維修，有效評(píng)估設(shè)備的狀態(tài)，要對(duì)其中存在的問題進(jìn)行及時(shí)的排除，將問題及早解決。第三，在具有兩組或以上蓄電池組的直流系統(tǒng)中，需要通過分段母線運(yùn)行的方式來有效提高系統(tǒng)的可靠性，保障整個(gè)系統(tǒng)的正常工作。第四，需要對(duì)直流電源系統(tǒng)的衛(wèi)生進(jìn)行及時(shí)清理，保持環(huán)境衛(wèi)生，做好防潮、防水工作，使直流電源系統(tǒng)在一個(gè)良好的環(huán)境中運(yùn)行。

6 結(jié)語

要為電廠的監(jiān)測(cè)以及保護(hù)提供二次設(shè)備，就需要以直流系統(tǒng)作為電源的來源，同時(shí)直流電源還要作為電廠事故的保安電源。因此直流系統(tǒng)對(duì)于電廠正常運(yùn)行是十分重要的，直流系統(tǒng)一旦發(fā)生事故對(duì)整個(gè)電廠的工作都會(huì)帶來非常不利的影響。當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，一定要進(jìn)行及時(shí)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)問題所在并及時(shí)解決，來確保整個(gè)系統(tǒng)能夠保持安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

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[2]陳穎.電廠直流系統(tǒng)接地故障查找與處理探討[J].機(jī)電信息，2013（21）：21，23.

作者簡(jiǎn)介：劉杰 （1986-），男， 本科，助理工程師，一直從事發(fā)電廠集控運(yùn)行管理工作。