淺談直流系統(tǒng)接地故障的危害與處理

（新疆天業(yè)（集團(tuán)）有限公司，石河子市，832000） 劉　濤

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淺談直流系統(tǒng)接地故障的危害與處理

（新疆天業(yè)（集團(tuán)）有限公司，石河子市，832000） 劉濤

摘要發(fā)電廠直流系統(tǒng)為非接地系統(tǒng)，主要功能是為相關(guān)系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)提供電源，是發(fā)電廠的重要組成部分。由于直流系統(tǒng)遍布發(fā)電廠的各個(gè)角落，且部分地方運(yùn)行環(huán)境惡劣，直流接地故障在發(fā)電廠中經(jīng)常發(fā)生。根據(jù)直流接地產(chǎn)生的原因及危害，探討目前常用的接地故障的排除方法和原理，希望為盡快安全排除直流系統(tǒng)接地故障提供參考。

關(guān)鍵詞直流系統(tǒng)接地；故障分析；故障定位

直流系統(tǒng)是發(fā)電廠最為復(fù)雜的系統(tǒng)之一，在保證發(fā)電廠正常運(yùn)行方面起著至關(guān)重要的作用。由于直流回路分支網(wǎng)絡(luò)多、所接設(shè)備多等因素構(gòu)成了龐大而復(fù)雜的直流電源網(wǎng)絡(luò)，常因現(xiàn)場(chǎng)揚(yáng)塵、潮濕、絕緣老化、元件損壞、施工事故等原因引發(fā)直流系統(tǒng)一點(diǎn)接地故障的發(fā)生。（見圖1）

圖1　直流系統(tǒng)圖

正常情況下直流電源的正負(fù)對(duì)地均是絕緣的，當(dāng)系統(tǒng)中有一點(diǎn)發(fā)生接地時(shí)，因未構(gòu)成回路，所以一般情況下并不影響直流系統(tǒng)運(yùn)行。但當(dāng)出現(xiàn)兩點(diǎn)及兩點(diǎn)以上接地時(shí)，就會(huì)造成正負(fù)極短路，保護(hù)裝置會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)、拒動(dòng)現(xiàn)象，為電力系統(tǒng)運(yùn)行埋下重大隱患，所以當(dāng)發(fā)生接地后快速準(zhǔn)確的判定消除故障，對(duì)于電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行是十分重要的。

1　直流系統(tǒng)接地的種類與危害

1.1接地的種類

直流系統(tǒng)接地按接地極性分為正接地和負(fù)接地；按接地類型上分為直接接地（金屬性接地或完全接地）和間接接地（非金屬性接地或非完全接地）；此外還可按接地情況可分為單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地、環(huán)路接地、絕緣降低和交流半接地等。

1.2直流系統(tǒng)多點(diǎn)接地的危害

圖2　某臺(tái)6KV設(shè)備常用直流系統(tǒng)控制回路圖

一般斷路器跳閘線圈均接負(fù)極電源，當(dāng)發(fā)生系統(tǒng)正極接地時(shí)，正極經(jīng)過大地，構(gòu)成回路。如圖所示，當(dāng)圖2中的A點(diǎn)和B點(diǎn)同時(shí)接地，將正常的分閘接點(diǎn)、轉(zhuǎn)換開關(guān)接點(diǎn)短接，啟動(dòng)中間繼電器-KM2，常開觸點(diǎn)閉合；由于斷路器處在合閘位置，直流電源通過L+→-KM2→-TQ→L_回路導(dǎo)通使得斷路器跳閘，但實(shí)際上一次系統(tǒng)并未發(fā)生故障，這種動(dòng)作稱為誤動(dòng)作；同理，當(dāng)在A、D兩點(diǎn)同時(shí)發(fā)生接地故障時(shí)也會(huì)造成斷路器誤動(dòng)作。

圖2中B、C或C、D任意兩點(diǎn)發(fā)生接地故障，將跳閘線圈回路短路，如果此時(shí)一次系統(tǒng)發(fā)生故障需要保護(hù)動(dòng)作跳開斷路器，由于斷路器跳閘線圈沒有勵(lì)磁，鐵芯不動(dòng)作，就會(huì)導(dǎo)致斷路器拒動(dòng)進(jìn)而發(fā)生越級(jí)跳閘來切斷故障，造成事故擴(kuò)大，嚴(yán)重者甚至造成電網(wǎng)解列。

圖2中A、C兩點(diǎn)接地時(shí)同時(shí)會(huì)造成控制回路跳閘；B、C或C、D兩點(diǎn)發(fā)生接地，不僅會(huì)在保護(hù)動(dòng)作時(shí)導(dǎo)致斷路器拒動(dòng)，同時(shí)可能損壞回路元器件。

圖2中A、C兩點(diǎn)只要有一點(diǎn)發(fā)生單極接地，將會(huì)影響繼電保護(hù)裝置的正常運(yùn)行，不但會(huì)燒毀保護(hù)裝置的電源板塊，同時(shí)也會(huì)影響保護(hù)裝置的正常運(yùn)行可能會(huì)造成裝置的誤動(dòng)或拒動(dòng)。

斷路器正常運(yùn)行時(shí)，斷路器還需給運(yùn)行后臺(tái)提供一些運(yùn)行信號(hào)，即中央事故信號(hào)顯示正常。但當(dāng)發(fā)生兩點(diǎn)接地或回路被短接，事故信號(hào)回路聯(lián)通/斷開，從而啟動(dòng)信號(hào)回路“誤發(fā)信號(hào)”。

兩極同時(shí)發(fā)生接地故障，可能使直流系統(tǒng)的母線發(fā)生短路，燒毀供電電源設(shè)備和供電網(wǎng)絡(luò)。

2　發(fā)電廠直流系統(tǒng)接地故障查找

從以上的列舉直流接地危害中，可以看出發(fā)電廠直流系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)危害極大，無(wú)論是正極接地還是負(fù)極接地，只要發(fā)生直流系統(tǒng)接地，就要迅速排除，一旦出現(xiàn)二點(diǎn)或多點(diǎn)接地就會(huì)發(fā)生系統(tǒng)故障乃至發(fā)生事故。

2.1拉路法

負(fù)載通過直流饋線獲得電能，故障時(shí)依次短時(shí)切斷直流系統(tǒng)中各直流饋線來確定接地點(diǎn)，即所謂的“拉路法”。在發(fā)現(xiàn)直流系統(tǒng)接地后，先斷開某一直流饋線，觀察直流接地現(xiàn)象是否消失，若接地現(xiàn)象消失，說明接地點(diǎn)在被拉饋線回路中，如果接地現(xiàn)象未消失，立即恢復(fù)對(duì)該饋線的供電，再斷開另一條饋線進(jìn)行檢查，直至確定出接地點(diǎn)的所在饋線。

用拉路法查找接地時(shí)，一般按照下列順序進(jìn)行：斷開現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)工作電源→斷合事故照明回路→斷合通信電源→斷合附屬設(shè)備→斷合充電回路→斷合合閘回路→斷合信號(hào)回路→斷合操作回路→斷合蓄電池回路。在進(jìn)行上述各項(xiàng)檢查選擇后仍未查出故障點(diǎn)，則應(yīng)考慮同極性兩點(diǎn)接地。當(dāng)發(fā)現(xiàn)接地在某一回路后，有環(huán)路的應(yīng)先解環(huán)，再進(jìn)一步采用取保險(xiǎn)及拆端子的辦法，直至找到故障點(diǎn)并消除。因此，拉路法受現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件的影響較大，如有的發(fā)電廠由于施工和改造中遺留的種種問題，使信號(hào)回路、控制回路和保護(hù)回路沒有嚴(yán)格區(qū)分，有的還形成一些非正常的閉環(huán)回路，增大了拉路法查找接地故障的難度?，F(xiàn)場(chǎng)往往還需要根據(jù)運(yùn)行方式、天氣狀況判斷接地點(diǎn)可能所在的范圍，在盡量少拉路的情況下迅速確定接地位置并予以消除，而這取決于運(yùn)行維護(hù)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的熟悉程度和自身的技術(shù)水平、經(jīng)驗(yàn)等。另外，在所拉回路中接有輸電線路的縱聯(lián)保護(hù)裝置時(shí)，拉路前還需要與調(diào)度員聯(lián)系，同時(shí)退出線路兩側(cè)的縱聯(lián)保護(hù)，而這有時(shí)是不被允許的。

綜上，雖然拉路法有簡(jiǎn)單直接的優(yōu)點(diǎn)，但由于受現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際以及運(yùn)行維護(hù)人員自身工作經(jīng)驗(yàn)的影響較大，再加上實(shí)際的直流系統(tǒng)越來越復(fù)雜，饋線層層分布，在實(shí)際中僅依靠拉路法來查找直流接地顯然不可取。

2.2自動(dòng)接地巡檢儀查找回路

目前絕大多數(shù)的直流系統(tǒng)都配備了直流在線監(jiān)測(cè)裝置，這類設(shè)備一般基于“信號(hào)注入法”、“霍爾傳感器監(jiān)測(cè)法”、“磁飽和監(jiān)測(cè)法”等原理，在直流的各分支回路上安裝一個(gè)穿心式的電流互感器，各互感器感應(yīng)到的信號(hào)經(jīng)過直流接地選線裝置進(jìn)行分析，確定發(fā)生直流接地的分支回路，其安裝在支路回路上的傳感器編號(hào)和接地檢測(cè)儀顯示裝置回路編號(hào)一一對(duì)應(yīng)。這種裝置能在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路的對(duì)地絕緣狀態(tài)，不但可以監(jiān)測(cè)全直流系統(tǒng)對(duì)地絕緣狀況，還可以判斷出接地的極性，檢測(cè)出具體發(fā)生接地的直流饋線。

與拉路法相比，在線檢測(cè)法的優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)需斷電就可以將故障定位到具體的直流饋線回路，可節(jié)省大量時(shí)間，提高了故障處理速度，但在線檢測(cè)法也存在明顯的缺陷。如選線靈敏度太低、抗分布電容能力不夠、直流供電網(wǎng)絡(luò)接線不合理，如雙回路、多分支等。由于上述問題的存在，導(dǎo)致了檢測(cè)裝置容易存在誤報(bào)、漏報(bào)的情況。另外，在線檢測(cè)法只能檢測(cè)到發(fā)生接地的直流饋線，而具體接地點(diǎn)仍需現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)人員去查找。如有些廠站內(nèi)的直流饋線層次較多，而在線檢測(cè)裝置只能將故障定位到首層。針對(duì)這一問題，近年來開始出現(xiàn)便攜式的直流接地故障定位裝置，該裝置可以帶電查找直流接地。

2.3采用直流接地查找儀

直流接地查找儀原理是：信號(hào)發(fā)生器從系統(tǒng)采樣正、負(fù)、地電壓，電阻信號(hào)，CPU判斷是否正常。若正常則顯示正常，不對(duì)系統(tǒng)注入任何信號(hào)。若不正常，判斷是正接地或負(fù)接地，如果是正接地就在正與地之間加入一個(gè)微弱電流信號(hào)，如果是負(fù)接地，就在負(fù)與地之間加入一個(gè)微弱電流信號(hào)。

使用便攜式的直流接地故障查找儀查找直流接地故障在目前應(yīng)用極為普遍的，可以安全迅速地對(duì)接地故障排除。其特點(diǎn)是不需斷開直流回路電源，移動(dòng)式的采集互感器在各分布回路上測(cè)量。如果回路出現(xiàn)接地就報(bào)警。具體實(shí)施時(shí)采用支路法定位故障：首先可用儀器所配夾鉗去夾整扎、雙根、單根回路導(dǎo)線，判斷支路是否存在接地，若出現(xiàn)接地波形判斷該部分有接地的支路。沿該支路向下查找，在該支路下查找小分支，直至確定接地線路。查出故障線路后要確認(rèn)故障點(diǎn)，順著故障線路往下移動(dòng)夾鉗，若有接地波形或報(bào)接地，說明故障點(diǎn)在后面，若鉗到末端沒有，故障點(diǎn)在有和沒有接地波形之間，逐步縮小范圍來定位。如果該線一直測(cè)到末端都有，說明故障點(diǎn)在終端設(shè)備。若分支都沒有，就查母排和固定絕緣監(jiān)測(cè)裝置和告警繼電器部分，以上都沒有就查蓄電池即可。

這種設(shè)備在使用上是十分科學(xué)的。在原理上基本和在線裝置的信號(hào)注入法原理相似。由于其采集傳感器可以任意移動(dòng)，利用其移動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)還可以更具體地查找到各接地點(diǎn)。目前各個(gè)廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品和各直流系統(tǒng)的兼容性和抗干擾能力都有很大提升，誤報(bào)率顯著降低，大量采用直流接地查找儀進(jìn)行故障定位已普遍應(yīng)用在各地變電站。

2.4采用萬(wàn)用表查找

萬(wàn)用表電壓測(cè)量法查找接地故障基本原理：用萬(wàn)用表直流電壓檔(DC檔)測(cè)直流電壓值。當(dāng)直流一極接地時(shí)，另一極對(duì)地電壓為全電壓，即為220V。條件允許切除某一部分直流負(fù)荷時(shí)，觀察萬(wàn)用表所測(cè)極對(duì)地電壓值的變化情況來判斷接地點(diǎn)所在區(qū)域，從大到小，逐個(gè)否定，最后排除。拉路時(shí)，觀察電壓讀數(shù)有無(wú)變化，如果沒變化就立即合上開關(guān)，拉合另一支路，一旦電壓表讀數(shù)發(fā)生較大變化，就可以確定故障支路。另外，直流系統(tǒng)接地時(shí)，絕緣監(jiān)測(cè)裝置會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，應(yīng)盡快確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)有無(wú)工作已經(jīng)外部環(huán)境（雨雪天氣），很可能直流接地是上述原因造成的。

3　總結(jié)

無(wú)論采用上述哪種方法，檢修過程都應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）查找直流一極接地故障時(shí)，切勿引起另一點(diǎn)接地，以防引起繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置的誤動(dòng)或拒動(dòng)，甚至引起短路燒直流保險(xiǎn)。

（2）拆除各端子、各開關(guān)時(shí)間應(yīng)盡可能短。按符合實(shí)際的圖紙進(jìn)行，防止拆錯(cuò)端子線頭，防止恢復(fù)接線時(shí)接錯(cuò)；所拆線頭應(yīng)做好記錄和標(biāo)記。

（3）運(yùn)用絕緣監(jiān)察裝置的測(cè)量轉(zhuǎn)換開關(guān)測(cè)正、負(fù)對(duì)地電壓時(shí)可能有誤，主要是轉(zhuǎn)換開關(guān)內(nèi)部的正、負(fù)極接點(diǎn)與接地接點(diǎn)誤接通，會(huì)造成誤發(fā)接地信號(hào)。

（4）如果是直流系統(tǒng)絕緣嚴(yán)重破壞，但并未完全接地，所測(cè)極對(duì)地電壓應(yīng)低于220V（合閘回路應(yīng)低于250V），此時(shí)就應(yīng)根據(jù)切除某部分負(fù)荷時(shí)，觀察所測(cè)電壓值是否下降較多來判斷絕緣損壞嚴(yán)重

（5）瞬停直流電源時(shí)，應(yīng)經(jīng)調(diào)度同意，時(shí)間不應(yīng)超過3s，動(dòng)作應(yīng)迅速，防止失去保護(hù)電源及帶有重合閘電源的時(shí)間過長(zhǎng)。

（6）盡量避免在高峰負(fù)荷時(shí)進(jìn)行查找。

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[4]微機(jī)直流絕緣檢測(cè)裝置使用說明書

中圖分類號(hào)：TM131.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1008-0899（2016）06-0045-03