直流系統(tǒng)接地故障分析、處理與預(yù)防

董建華

（山西省煤礦節(jié)能監(jiān)測(cè)中心，山西 太原 030045）

引言

直流系統(tǒng)是電力系統(tǒng)極其重要的一部分，為主要電氣設(shè)備提供電源保障，構(gòu)成了一個(gè)巨大的供電網(wǎng)絡(luò)。直流系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)火力、水力發(fā)電廠和變電站等直流設(shè)備，如電氣化鐵路、礦山、鋼鐵、房地產(chǎn)企業(yè)等，為信號(hào)設(shè)備、事故照明設(shè)備、保護(hù)裝置、聯(lián)鎖裝置和斷路器合閉、斷開(kāi)操作提供保障電源；同時(shí)，它還可以作為可靠應(yīng)急電源被應(yīng)用于計(jì)算機(jī)房、賓館、醫(yī)院、通信部門(mén)等重要場(chǎng)所。就像人體內(nèi)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)一樣，直流系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中起著非常重要的作用，它的地位是無(wú)可替代的，直流系統(tǒng)為發(fā)供電設(shè)備的安全運(yùn)行和可靠切除保駕護(hù)航。

1 直流系統(tǒng)的接地

直流系統(tǒng)的接地方式有兩種：直流系統(tǒng)一點(diǎn)接地和直流系統(tǒng)兩點(diǎn)接地。在直流系統(tǒng)中，直流的正極和負(fù)極是可靠絕緣并接地的，當(dāng)采用一極接地方式接地時(shí)，接地電流沒(méi)有構(gòu)成回路，故不會(huì)引起任何的危害，但如果長(zhǎng)期采取一級(jí)接地方式工作，這絕對(duì)是不允許的。因?yàn)楫?dāng)同一極的另一地點(diǎn)二次接地時(shí)，就有可能導(dǎo)致繼電保護(hù)、信號(hào)裝置或者控制回路等一系列裝置的誤動(dòng)作。如果一點(diǎn)接地以后再發(fā)生另一極接地，則將會(huì)造成直流短路現(xiàn)象的發(fā)生。例如：直流正極接地將有可能造成繼電保護(hù)誤動(dòng)作的發(fā)生［1］。出口中間繼電器線(xiàn)圈的跳、合閘線(xiàn)圈等這樣的普通跳閘線(xiàn)圈一般都會(huì)采取接負(fù)極電源方式。如若這些電流回路中再次發(fā)生接地故障或絕緣不良等這些現(xiàn)象，則會(huì)引起繼電保護(hù)的誤動(dòng)作。同理直流的負(fù)極接地與正極接地情況是一樣的，如果構(gòu)成的電流回路中再有一點(diǎn)接地將有可能造成繼電保護(hù)拒絕動(dòng)作的產(chǎn)生，事故后果將會(huì)更加嚴(yán)重。如若兩極兩點(diǎn)同時(shí)接地將會(huì)造成合閘或跳閘回路的短路，不但有可能熔斷器熔斷，還有可能把繼電器的接點(diǎn)燒壞。

2 直流系統(tǒng)的接地故障

直流系統(tǒng)本身所具有的可靠性和安全性將會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的安全造成影響，但當(dāng)投入到實(shí)際工作中時(shí)，由于直流系統(tǒng)應(yīng)用的是直流電源，尤其是應(yīng)用在控制回路和保護(hù)回路等方面，使直流系統(tǒng)的故障成為電力系統(tǒng)事故隱患。

1）2013年3月11日，某煤礦變電站直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)儀接地警報(bào)發(fā)出，此時(shí)監(jiān)測(cè)儀負(fù)極對(duì)地電阻顯示為0，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法確定接地支路。這時(shí)現(xiàn)場(chǎng)工作人員采用萬(wàn)用表分別測(cè)得正極對(duì)地電壓為234.8V，負(fù)極對(duì)地電壓為0.2V，從而推斷本次接地方式為負(fù)極直接接地。由于煤礦生產(chǎn)連續(xù)性，礦井內(nèi)始終都有礦工在工作，存在很大風(fēng)險(xiǎn)。若兩點(diǎn)同時(shí)接地出現(xiàn)在直流系統(tǒng)中，將很可能造成自動(dòng)裝置、繼電保護(hù)裝置等出現(xiàn)錯(cuò)誤動(dòng)作或拒絕動(dòng)作，也可能產(chǎn)生熔斷絲燒斷等故障，這將給電路系統(tǒng)帶來(lái)更大的風(fēng)險(xiǎn)與隱患，甚至可能造成死亡事故。

2）2014年5月23日，某煤礦變電站直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)儀接地告警，光字牌顯示絕緣不良，現(xiàn)場(chǎng)用萬(wàn)用表測(cè)量負(fù)極對(duì)地電壓為43.2V，正極對(duì)地電壓為190.8V，判斷本次接地為線(xiàn)路絕緣不良。

分析故障產(chǎn)生的原因，研究人員通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)儀所出現(xiàn)的故障進(jìn)行探討，總結(jié)出故障原因可能有如下幾點(diǎn)：

第一，基建施工時(shí)埋下的故障隱患?；ㄟM(jìn)行時(shí)，由于現(xiàn)場(chǎng)施工和安裝階段的疏忽，為直流系統(tǒng)留下故障隱患，而且直流系統(tǒng)在運(yùn)行初期并不容易被控制或檢查出所存在的隱患，但隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，直流系統(tǒng)接地故障發(fā)生的概率將逐漸增大。

第二，外力的損傷?，F(xiàn)場(chǎng)檢查、維護(hù)人員在直流回路的運(yùn)行過(guò)程中會(huì)不可避免地對(duì)工作系統(tǒng)造成移動(dòng)、擠壓及不恰當(dāng)沖洗等外力損傷。

第三，電纜本身質(zhì)量問(wèn)題。由于市場(chǎng)上供應(yīng)的直流電纜存在質(zhì)量差異，這就對(duì)直流接地將產(chǎn)生極大的影響。

第四，自然環(huán)境的原因。直流系統(tǒng)一般情況下連接設(shè)備較多，所構(gòu)成的回路也較復(fù)雜，所以在長(zhǎng)期的運(yùn)行過(guò)程中，由于溫度、環(huán)境、氣候等自然條件的影響、電纜和接頭部分老化以及設(shè)備自身的缺陷而導(dǎo)致直流接地故障。

第五，絕緣測(cè)試儀未檢出支路的原因：直流系統(tǒng)母線(xiàn)段接地；直流系統(tǒng)兩段同時(shí)接地。

3 常用故障的查找方法

1）采用萬(wàn)用表測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)正、負(fù)極對(duì)地電壓，根據(jù)顯示電壓值確定是正極接地還是負(fù)極接地。

2）通過(guò)區(qū)分兩段母線(xiàn)，進(jìn)而控制查找的接地范圍。

3）把運(yùn)行中產(chǎn)生誤報(bào)現(xiàn)象的直流絕緣測(cè)試儀撤出。

4）在停止二次回路施工或檢修試驗(yàn)的同時(shí)，斷開(kāi)工作電源，查看其信號(hào)是否消除。

5）采用分段、分部位拉路法來(lái)確定直流接地點(diǎn)。采用此方法時(shí)，務(wù)必保證操作電源由蓄電池供電。停電時(shí)，先停不重要的回路，比如信號(hào)回路和照明回路等。如果直流接地回路與直流系統(tǒng)脫離，勢(shì)必造成直流系統(tǒng)母線(xiàn)的正、負(fù)極對(duì)地電壓出現(xiàn)平衡，因此，通常采用直流接地回路瞬間停電的方法來(lái)確定直流接地點(diǎn)，這就是所謂的“拉路法”。但由于直流系統(tǒng)為不間斷電源，所以人們不能隨性、隨意對(duì)其停電?！袄贩ń?jīng)常造成直流系統(tǒng)控制或保護(hù)回路跳閘等事故［2］。

通過(guò)以上原因分析并采用上述查找的方法，最終圓滿(mǎn)解決了這兩次直流接地事故，事故一的原因是因?yàn)橥饬p傷，開(kāi)關(guān)柜門(mén)將電纜絕緣皮磨破造成接地；事故二是因?yàn)橹绷餍铍姵亟M在安裝時(shí)碰裂外殼，造成輕微漏液。

4 防止直流接地發(fā)生的措施

1）設(shè)備元件絕緣老化盡快更換。直流接地故障較多發(fā)生在運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)的變電站，如二次電纜接地、二次設(shè)備元件老化、電容器爆裂漏液、指示燈座絕緣下降等。絕緣老化的設(shè)備隱患只有通過(guò)更換的方法處理。

2）拆除一些不必要存在的二次回路及設(shè)備。有些二次回路及設(shè)備雖已停用，但卻沒(méi)有退出直流電源，日常缺少維護(hù)，容易造成絕緣下降。比如已實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班的變電站保留的一些公用信號(hào)回路、光子牌、閃光回路、屏頂直流母線(xiàn)、端子排上遺留的接線(xiàn)頭，甚至舊的二次電纜也沒(méi)有拆除，留下接地隱患，也是接地故障產(chǎn)生的主要原因。建議將這些回路全部拆除。

3）做好防潮措施。戶(hù)外端子箱、戶(hù)外開(kāi)關(guān)的機(jī)構(gòu)箱、CT與PT上的接線(xiàn)盒、主變的瓦斯繼電器、溫度表、油位計(jì)等戶(hù)外設(shè)備因?yàn)樵趹?hù)外長(zhǎng)期受陽(yáng)光照射，以致密封膠老化，容易受潮，造成內(nèi)部元件接地。建議對(duì)這些設(shè)備定期進(jìn)行防水檢查，增加防雨罩，使用密封材料封漏。同時(shí)做好加熱器的管理維護(hù)，定期檢查溫控器以及加熱板，特別施工期間，加強(qiáng)對(duì)加熱器電源停用的戶(hù)外端子箱巡視管理，做好防潮措施。一些分相開(kāi)關(guān)的機(jī)構(gòu)箱、刀閘機(jī)構(gòu)箱沒(méi)有安裝加熱器也應(yīng)改造。

4）加強(qiáng)工程施工管理，避免遺留隱患。比如電纜頭制作時(shí)電纜芯受損；電纜芯與柜門(mén)的位置過(guò)近致使關(guān)門(mén)時(shí)夾傷電纜芯；電纜芯與戶(hù)外端子箱的外殼太近，暴曬使得端子箱外殼發(fā)熱，電纜芯受熱使得絕緣下降接地；粗暴施工造成電纜絕緣層損傷等。這些隱患不一定立即顯現(xiàn)，有可能待天氣炎熱、下雨、受到震動(dòng)時(shí)才會(huì)造成絕緣下降，發(fā)生直流系統(tǒng)接地。消除這些隱患，這需要在工程施工時(shí)加強(qiáng)驗(yàn)收管理，文明施工，避免留下隱患。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著電力系統(tǒng)的智能化和網(wǎng)絡(luò)化，直流系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的重要性更為突出，所以相關(guān)人員應(yīng)不斷地進(jìn)行實(shí)踐和總結(jié)，以熟練掌握處理直流接地故障的能力。直流系統(tǒng)接地故障作為緊急缺陷處理往往消耗繼電保護(hù)工作人員大量的時(shí)間和精力，也嚴(yán)重影響電網(wǎng)設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文介紹的直流接地排查方法為繼保工作人員進(jìn)行直流接地排查提供參考。直流接地查找的方法各有優(yōu)點(diǎn)，我們應(yīng)根據(jù)情況合理使用。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)講，主要是“預(yù)防為主，管理為輔”。時(shí)刻加強(qiáng)直流設(shè)備的維護(hù)與管理，定期安排人員巡檢直流系統(tǒng)的對(duì)地絕緣性能，并利用高精度查找裝置定期對(duì)各個(gè)直流回路進(jìn)行巡查，對(duì)絕緣較差的直流回路進(jìn)行標(biāo)記，在恰當(dāng)時(shí)機(jī)對(duì)其進(jìn)行更換，盡可能減少直流接地的發(fā)生，提高電網(wǎng)安全運(yùn)行的可靠性。

［1］ 吳建忠.直流電源系統(tǒng)監(jiān)控裝置的研制［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2003，29（10）：10－12.

［2］ 盧文鵬.發(fā)電廠變電站電氣設(shè)備［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2007.