關(guān)于發(fā)電廠直流系統(tǒng)接地故障的分析

丁潤峰 梁雨 劉宗禮

摘要：發(fā)電廠直流系統(tǒng)部分對整個電廠的可靠穩(wěn)定發(fā)電影響深遠(yuǎn)，因為在發(fā)電廠中，存在著許多需要直流供電的系統(tǒng)，如最重要的繼電保護(hù)回路、傳遞各種信號的信號回路、起到自動化運(yùn)行的自動裝置、發(fā)生事故時用到的照明系統(tǒng)以及電廠內(nèi)部和電廠內(nèi)外直接通訊用的通信回路等二次設(shè)備。一旦直流系統(tǒng)發(fā)生故障，影響不僅局限在本發(fā)電廠，甚至還要波及這個與該節(jié)點(diǎn)相連的其他電廠甚至整個區(qū)域電網(wǎng)?；诖耍疚膶Πl(fā)電廠直流系統(tǒng)接地故障進(jìn)行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠；直流系統(tǒng)；接地故障；分析

1引言

作為發(fā)電廠信號電源、控制回路和保護(hù)回路電源、交流不間斷的保安電源以及事故照明電源，直流系統(tǒng)運(yùn)行的正常與否直接關(guān)系到人員和設(shè)備的安全與否。直流系統(tǒng)一旦發(fā)生接地故障，將會為電力系統(tǒng)帶來極大的安全隱患。因此，技術(shù)人員必須及時排除直流系統(tǒng)接地故障，確保人員安全和設(shè)備的正常運(yùn)行。當(dāng)直流系統(tǒng)出現(xiàn)單點(diǎn)接地時，盡管沒有構(gòu)成短路回路，設(shè)備還可以繼續(xù)運(yùn)行，但是為防止另一點(diǎn)也出現(xiàn)接地現(xiàn)象，造成安全事故，必須及時排除直流系統(tǒng)單點(diǎn)接地故障，防止事故擴(kuò)大。此外，技術(shù)人員在處理故障問題時，必須結(jié)合實際情況，采取合理有效的措施開展工作，確保直流系統(tǒng)可以恢復(fù)正常運(yùn)行。

2發(fā)電廠直流系統(tǒng)

2.1發(fā)電廠直流系統(tǒng)概述

當(dāng)前我國己投入運(yùn)行的發(fā)電廠中的二次系統(tǒng)部分均采用220V或±110V直流電源供電系統(tǒng)，直流供電設(shè)備連接到主控室直流配電屏的直流母線上，再由直流母線分別引出短路保護(hù)電源、合閘電源、照明電源等。直流供電系統(tǒng)正常工作時其正負(fù)兩母線為±110V并且對地懸空不接地。現(xiàn)階段各發(fā)電廠所用的直流系統(tǒng)通常是電力電子整流器和蓄電池并聯(lián)共同工作的浮充供電方式。正常運(yùn)行時蓄電池作為備用電源保持充電狀態(tài)，確保在交流電源發(fā)生故障時可以持續(xù)不間斷供電，電廠直流用電設(shè)備由整流器將廠用220V交流電變換為直流電來提供。

隨著當(dāng)前電氣設(shè)備制造工藝水平的不斷提升，當(dāng)前沖擊負(fù)荷出現(xiàn)的頻繁較低，而且在開關(guān)控制回路中，分合閘線圈和儲能電機(jī)由于自身電流較小，在工作時通常不會對直流母線電壓帶來什么影響，因此在當(dāng)前新建的電廠中，往往只有直流控制母線，不再需要調(diào)協(xié)合閘母線，而且也很少用到降壓單元。監(jiān)控單元在直流系統(tǒng)中具有非常重要的作用，其作為充電模塊和蓄電池組的指揮系統(tǒng)，能夠根據(jù)設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行控制，同時還能夠?qū)收线M(jìn)行有效監(jiān)視，及時對故障信息進(jìn)行傳遞，確保運(yùn)行人員能夠第一時間發(fā)現(xiàn)問題。在當(dāng)前我國運(yùn)行的發(fā)電廠中，二次系統(tǒng)中對直流電源供電系統(tǒng)應(yīng)用具有廣泛性，直流能源供電系統(tǒng)直接與主控室直流配電屏的直流母線實現(xiàn)連接，并從直流母線處來此出短路保護(hù)電源、合閘電源和照明電源，而且直流供電系統(tǒng)正母線和負(fù)母線都保持不接地對地懸空的狀態(tài)。在現(xiàn)階段，各發(fā)電廠通常采用電力電子整流器和蓄電池并聯(lián)共同工作的浮充供電方式，這樣在交流電源發(fā)生故障時也能夠有效的確保供電的連續(xù)性。

2.2直流系統(tǒng)接地的危害

中間繼電器、二次控制回路中的跳閘裝置都與直流電源的負(fù)極相接。如果負(fù)極接地，則會出現(xiàn)斷路器故障，比如拒動或誤動故障。如果正極接地，則會造成短路器跳閘。因此，單點(diǎn)接地不會影響整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行，但再出現(xiàn)另一個接地點(diǎn)時，就會導(dǎo)致斷路器誤動（跳閘）或拒動（不跳閘），因此，需要重視接地問題。當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測后臺發(fā)出接地預(yù)警報警信號時，就需要立刻排查原因。

3發(fā)電廠直流系統(tǒng)接地故障類型及產(chǎn)生原因

3.1發(fā)電廠直流系統(tǒng)接地故障類型

（1）單點(diǎn)接地

通常發(fā)電廠直流系統(tǒng)由于連接結(jié)構(gòu)的關(guān)系經(jīng)常接地，發(fā)生一點(diǎn)接地時除了概率極小的情況如繼電器誤發(fā)信號由于沒有產(chǎn)生短路電流所以不會引起故障，負(fù)載仍然可以正常運(yùn)行。然而，如果發(fā)生兩點(diǎn)同時接地就會對設(shè)備、系統(tǒng)產(chǎn)生較大的危害，因此必須快速發(fā)現(xiàn)并及時消除一點(diǎn)接地狀態(tài)。直流系統(tǒng)一點(diǎn)接地也可能引起一臺甚至多臺斷路器跳閘誤動作，而且其危害性通常比兩點(diǎn)同時接地時更大更加難以預(yù)防。一點(diǎn)接地由于其概率大、隨機(jī)性強(qiáng)的特點(diǎn)更應(yīng)該引起運(yùn)行人員的重視。

（2）兩點(diǎn)接地

當(dāng)直流系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)兩點(diǎn)接地現(xiàn)象時，往往會引發(fā)繼電器誤動作、繼電器拒絕動作、熔斷器熔斷等故障，對于直流系統(tǒng)及其設(shè)備的正常運(yùn)行有著極大危害，必須采取有效措施進(jìn)行排除。

3.2發(fā)電廠直流系統(tǒng)接地故障原因分析

（1）規(guī)劃設(shè)計因素

有的地方在設(shè)計城市線路時，經(jīng)常把電纜隧道和蒸汽管道、水管道在一起修建，并且對它們沒有進(jìn)行很好的隔離，一旦蒸汽管道或水管道出現(xiàn)泄露現(xiàn)象，將直接威脅到電氣設(shè)備的安全。另外有些地方還存在著交直流信號混用一根電纜的現(xiàn)象等這些都是由于規(guī)劃設(shè)計不當(dāng)給電力系統(tǒng)埋下的接地故障。

（2）設(shè)備內(nèi)部因素

在直流系統(tǒng)運(yùn)行過程中，直流系統(tǒng)內(nèi)部的不利因素也會對設(shè)備運(yùn)行造成影響。比如說：二次回路絕緣材料質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，造成其絕緣性較低；設(shè)備使用年限較長，缺乏必要的維修和養(yǎng)護(hù)，造成設(shè)備老化；系統(tǒng)內(nèi)部存在損傷現(xiàn)象，如過流引起的燒傷、壓傷、扭傷等；開關(guān)柜小母線出現(xiàn)嚴(yán)重的灰塵堆積，影響線路正常運(yùn)行；繼電器機(jī)械部分出現(xiàn)故障，造成其靈活性降低；沒有及時排出電纜溝內(nèi)的積水，使得電纜長期浸泡在水中，引發(fā)安全隱患等。

（3）外部環(huán)境因素

外部環(huán)境因素也很容易造成直流系統(tǒng)接地故障的發(fā)生。比說在長時間的分吹日曬和外部環(huán)境溫度的劇烈變化下，在戶外的二次回路控制箱、開關(guān)箱、監(jiān)測儀表以及密封圈很容易發(fā)生老化現(xiàn)象，以至于橡膠的絕緣特性在回路導(dǎo)線中減弱，降低設(shè)備的使用壽命。當(dāng)遇到雨雪和霧霾天氣時，會使箱內(nèi)的濕度增大，如果無法及時有效的把這些濕氣排除，那么凝露現(xiàn)象會很容易發(fā)生，致使發(fā)生直流接地現(xiàn)象。

（4）人為因素

導(dǎo)致直流系統(tǒng)接地故障的另一因素是人為因素。這些往往是由于操作人員疏忽大意導(dǎo)致的，比如說：由于燃料系統(tǒng)具有較為惡劣的設(shè)備環(huán)境，因此，運(yùn)行人員需要對燃料系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行定期沖洗，在沖洗過程中，如果運(yùn)行人員不小心將水噴射到質(zhì)量回路上，就會引發(fā)直流系統(tǒng)接地故障；在直流系統(tǒng)施工過程中，如果施工人員粗心大意，在接接頭時沒有做好絕緣保護(hù)工作，會造成線路絕緣性降低，或者在施工過程中損傷了控制電纜，也會引起直流系統(tǒng)接地故障；在帶電二次回路上，如果操作人員將直流電源與設(shè)備外界進(jìn)行直接接觸，就會造成瞬間接地故障；操作人員沒有做好檢修工作，如未在室外設(shè)備上加設(shè)防雨罩、二次回路線頭漏接、在潮濕環(huán)境中進(jìn)行設(shè)備的操作等，這些都是引發(fā)直流系統(tǒng)接地故障的原因。

4直流系統(tǒng)接地故障的處理措施

4.1接地點(diǎn)的查找

接地點(diǎn)定位是排除故障的前提，而接地數(shù)目的多少直接影響著檢測方法的優(yōu)劣，因此，在復(fù)雜條件下找出合適的檢測方法十分重要，下面來介紹一下常用的五種查找故障點(diǎn)的方法：

（1）拉回路法。拉回路法主要采用的是對故障回路進(jìn)行斷電處理的方式，此方法適合查找所有的接地故障點(diǎn)。在對故障回路進(jìn)行斷電處理時，一般按事故照明回路；信號回路；操作回路；保護(hù)回路的順序進(jìn)行斷電處理，逐步縮小故障點(diǎn)范圍，然后再逐一排查故障點(diǎn)所在范圍內(nèi)的分支網(wǎng)絡(luò)，直到把接地點(diǎn)找到為止。

（2）實時監(jiān)測法。實時監(jiān)測法，就是使用在線監(jiān)測設(shè)備實時跟蹤、監(jiān)測直流系統(tǒng)的對地絕緣狀況，這種方法可以對直流系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)控并報告故障回路，但是難以對接地點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確定位，具有一定的局限性。

（3）電壓測量法。利用萬用表測量正負(fù)母線電壓，若在切除某部分負(fù)載后萬用表顯示變化則表明該切除部分為接地部分。但是此種方法對于運(yùn)行人員要求較高，而且比較費(fèi)時，不易在設(shè)備復(fù)雜的空間下采用。

（4）移動定位裝置查找法。該方法主要用于測量一些不能斷電的自動化設(shè)備，可以帶電檢測查找接地點(diǎn)是移動定位裝置查找法的最大優(yōu)勢。

（5）利用新型絕緣監(jiān)測設(shè)備查找故障點(diǎn)。新型絕緣監(jiān)測設(shè)備的工作原理為：利用無接觸激磁調(diào)制直流微電流智能傳感器，在測量接地電阻的大小時，通過正負(fù)母線對地接地電阻中由母線產(chǎn)生的漏電流實現(xiàn)電阻大小的測量，以此對非接觸式磁性調(diào)制母線接地故障的具體方式進(jìn)行判斷。新型絕緣監(jiān)測設(shè)備無需在母線上疊加任何信號，因此不會影響直流母線供電功能，對于母線供電的影響，這種裝置可以利用在母線上形成的假陽性和假陰性分布電容來進(jìn)行消除。

4.2預(yù)防控制措施

要嚴(yán)格控制直流直接接地連線形成的二次設(shè)備的絕緣水平，把控制用的直流和其它直流線路分開，對于操作機(jī)構(gòu)、戶外端子箱、直流屏柜等設(shè)備要定期的清掃，以防由于浮塵的大量聚集導(dǎo)致直流系統(tǒng)的對地絕緣性能降低。為了做到對易發(fā)生接地短路點(diǎn)的全面了解和掌握，最好安排運(yùn)行人員對直流系統(tǒng)的絕緣情況定時定點(diǎn)的檢查。同時要密封處理好暴露在室外的直流裝置，保證其免受雨雪大風(fēng)等自然天氣的影響，對廠用的照明設(shè)備也要及時的維護(hù)，在修建電纜隧道和戶外的電纜溝時，為了使設(shè)備免受水害的影響，一定要把排水系統(tǒng)設(shè)置好，以確保有效保護(hù)電氣設(shè)備。要經(jīng)常派專人監(jiān)視和檢查直流系統(tǒng)的絕緣水平。在制作中央控制室的控制保護(hù)屏?xí)r，最好制作成前后帶門的封閉式結(jié)構(gòu)，對有缺陷的直流支路和設(shè)備一定要及時的處理和維修，爭取把電氣設(shè)備發(fā)生故障的幾率降到最低。

5結(jié)束語

近年來，我國電網(wǎng)加快了向超高壓和大容量的建設(shè)工作，這對直流系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性提出了更高的要求。直流系統(tǒng)對于發(fā)電廠生產(chǎn)運(yùn)行具有非常重要的意義，其主要為二次設(shè)備提供重要的電源供應(yīng)，為了確保直流系統(tǒng)供電的可靠性，應(yīng)對直流接地故障給予重視并進(jìn)行分析，采取切實可行的方法來進(jìn)行處理，有效的保障發(fā)電廠電能供應(yīng)的安全性和持續(xù)性，確保電力系統(tǒng)保持良好的運(yùn)營狀態(tài)，為電網(wǎng)安全、穩(wěn)定的運(yùn)行提供有效的支持。

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（作者單位：華潤電力（渤海新區(qū)）有限公司）