一例直流系統(tǒng)接地故障的查找和分析

李天波

摘? 要：文章介紹了某火電廠生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的一起直流系統(tǒng)接地故障處理過程，分析了這次接地故障處理和以前處理類似故障相比有難度的原因，并對(duì)使用的直流系統(tǒng)接地檢測(cè)儀原理進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，最后針對(duì)本廠直流系統(tǒng)提出了相關(guān)改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞：直流系統(tǒng);接地故障;絕緣監(jiān)察;查找

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）32-0128-02

Abstract： This paper introduces the treatment process of a DC system grounding fault that occurred in the production site of a thermal power plant， and analyzes the reasons why it is difficult to deal with the grounding fault compared with the similar fault before. The principle of the DC system grounding detector is briefly introduced， and finally the relevant improvement suggestions are put forward for the DC system of this factory.

Keywords： DC system; grounding fault; insulation monitoring; finding

引言

直流系統(tǒng)對(duì)發(fā)電廠的生產(chǎn)運(yùn)行十分重要，它是供給繼電保護(hù)、通信、控制回路、信號(hào)回路、DCS、事故照明、UPS等二次設(shè)備的重要電源，對(duì)供電的可靠性要求極高。由于電力系統(tǒng)應(yīng)用直流電源的特殊性，特別是控制回路和保護(hù)回路的應(yīng)用，一旦直流系統(tǒng)發(fā)生故障，如果處理不當(dāng)，往往發(fā)展成為電力系統(tǒng)較大的事故。直流系統(tǒng)正常運(yùn)行中最常發(fā)生的就是接地故障。一旦直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地故障，必須及時(shí)處理，否則將會(huì)對(duì)發(fā)電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成極其嚴(yán)重的威脅，甚至?xí)暗秸麄€(gè)電網(wǎng)。發(fā)電廠直流電源分布廣泛，運(yùn)行環(huán)境也較復(fù)雜，尤其在火電廠爐機(jī)運(yùn)行環(huán)境里，更容易造成接地。正常時(shí)直流系統(tǒng)是絕緣系統(tǒng)，正、負(fù)極對(duì)地絕緣電阻相等，正、負(fù)極對(duì)地電壓平衡。發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，正、負(fù)極對(duì)地電壓發(fā)生變化，接地極對(duì)地電壓降低，非接地極對(duì)地電壓升高，供電可靠性大大降低，如果在接地點(diǎn)未消除時(shí)再發(fā)生第二點(diǎn)接地，極易引起直流短路和開關(guān)誤動(dòng)或拒動(dòng)，所以直流一點(diǎn)接地時(shí)，設(shè)備雖可以短時(shí)繼續(xù)運(yùn)行，但接地點(diǎn)必須盡快查到，將其消除或隔離。

1 某發(fā)電廠110V直流系統(tǒng)概述

某電廠裝機(jī)容量6×350MW，每?jī)膳_(tái)機(jī)組為一個(gè)單元，每個(gè)單元集控電氣系統(tǒng)設(shè)置110V、220V兩級(jí)電壓的直流系統(tǒng)。110V直流系統(tǒng)為機(jī)組的控制、保護(hù)、DCS系統(tǒng)及其它負(fù)荷供電。220V直流系統(tǒng)為直流動(dòng)力負(fù)荷、直流事故照明、交流不停電電源供電。每臺(tái)機(jī)組的110V直流系統(tǒng)由兩組直流母線、三臺(tái)整流柜、兩組蓄電池組成。其中一臺(tái)整流柜作為另兩臺(tái)的公共備用，每組蓄電池有電瓶54個(gè)。在兩組直流母線上每組裝有一套直流絕緣監(jiān)察裝置。正常情況下，直流110VⅠ、Ⅱ段分段運(yùn)行，每段母線對(duì)應(yīng)的整流柜和蓄電池并列運(yùn)行，整流柜帶正常負(fù)荷，同時(shí)以小負(fù)荷向蓄電池組浮充電，以補(bǔ)償其自放電。

2 故障的發(fā)生

2017年某月某日09：39，三單元集控5號(hào)機(jī)ASD面板發(fā)“51 110V SWGR EARTHING”報(bào)警，維護(hù)人員接到通知后和運(yùn)行人員共同到配電間，查看110V直流I段就地絕緣監(jiān)察裝置，顯示為“Rs<1K”（其報(bào)警值設(shè)置為20K），絕緣監(jiān)察裝置報(bào)警指示紅燈亮，110VI段直流柜頂報(bào)警指示黃燈亮。嘗試復(fù)位報(bào)警信號(hào)，不能復(fù)歸。辦理工作票后，用萬(wàn)用表測(cè)量?jī)蓸O對(duì)地電壓U+e為57.8V，U-e為-59.2V，且電壓穩(wěn)定。此次正負(fù)極對(duì)地電壓都不為零，這在以前處理直流接地故障沒有遇到過。初步分析后認(rèn)為110V系統(tǒng)應(yīng)該不是某一極直接接地，故障點(diǎn)可能在兩極之間的某處。

3 故障的分析及查找過程

首先需要說明的是本廠直流系統(tǒng)的特殊性。每臺(tái)機(jī)組重要的負(fù)荷和保護(hù)裝置，其控制電源均有兩路，分別取自110V直流I段和110V直流II段。在控制電源小開關(guān)上口裝設(shè)有二極管對(duì)兩路電源進(jìn)行隔離，當(dāng)一路電源失去后，可實(shí)現(xiàn)另一路電源無(wú)擾切換，以保證電源可靠性。因110V直流I段和II段由二極管連接成環(huán)路，所以正常情況下，分別設(shè)置在兩段上的兩組絕緣監(jiān)察裝置只投I組。當(dāng)兩段間負(fù)極聯(lián)絡(luò)刀閘斷開時(shí)，II段上的II組絕緣監(jiān)察裝置自動(dòng)投入。此時(shí)，當(dāng)斷開兩段間負(fù)極聯(lián)絡(luò)刀閘時(shí)，110V直流II組絕緣監(jiān)察裝置也發(fā)報(bào)警，故不能判斷接地點(diǎn)在那一段上。聯(lián)想到一年多前5號(hào)機(jī)110V直流I段接地檢查時(shí)，絕緣監(jiān)察裝置本身發(fā)生過故障，懷疑接地點(diǎn)可能在I段絕緣監(jiān)察裝置上。將II段絕緣監(jiān)察裝置拆下更換到I段后報(bào)警仍不能消除，說明絕緣監(jiān)察裝置本身無(wú)故障。詢問當(dāng)班運(yùn)行人員，報(bào)警發(fā)生前和直流系統(tǒng)相關(guān)的回路也沒有任何操作。

兩個(gè)月前，5號(hào)機(jī)停機(jī)進(jìn)行C級(jí)檢修時(shí)，110V直流系統(tǒng)的蓄電池全部換新，且蓄電池個(gè)數(shù)因故比原來(lái)少兩塊，應(yīng)該對(duì)蓄電池充電回路進(jìn)行檢查。故先停運(yùn)1號(hào)整流柜，將3號(hào)備用整流柜直流輸出轉(zhuǎn)換開關(guān)Q25打至“1”位，啟動(dòng)3號(hào)備用整流柜，接帶110V直流I段母線，并依次斷開I組蓄電池刀熔開關(guān)Q28，斷開110V直流I段工作進(jìn)線刀熔開關(guān)，報(bào)警不消失。停運(yùn)3號(hào)備用整流柜，恢復(fù)1號(hào)整流柜接帶110V直流I段母線。按上述步驟，依次隔離II組蓄電池和2號(hào)整流柜，報(bào)警仍不消失?；謴?fù)110V直流系統(tǒng)為正常運(yùn)行方式。由以上操作結(jié)果推斷，接地點(diǎn)不在整流柜和蓄電池充電回路上，也不在直流母線工作進(jìn)線刀熔開關(guān)之前的線路上。

利用儀器查找直流接地故障。我廠使用的是浙江星炬的WZJD-6B微機(jī)直流系統(tǒng)接地檢測(cè)儀。此便攜式裝置由超低頻信號(hào)發(fā)生器、超低頻信號(hào)接收器、數(shù)字信號(hào)處理器及液晶數(shù)碼顯示器等電路組成。超低頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生2HZ的超低頻信號(hào)，通過保護(hù)電路，由母線對(duì)地注入直流系統(tǒng)，檢測(cè)探頭卡在超低頻信號(hào)注入點(diǎn)后面，沿線向后移動(dòng)，查找接地故障，并確定接地故障點(diǎn)位置。如查尋線路上有接地故障，這時(shí)，超低頻信號(hào)源發(fā)出的超低頻信號(hào)電流經(jīng)被查尋的線路及接地電阻與接地電容形成電流回路，卡在被測(cè)線路上的檢測(cè)探頭中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的大小與接地電阻和接地電容構(gòu)成的阻抗成反比。阻抗越小，檢測(cè)探頭所產(chǎn)生的感應(yīng)電流越大。感應(yīng)電流經(jīng)放大、帶通濾波、相位比較、濾波、A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，求出接地電阻值與接地電容值，從而檢測(cè)直流負(fù)荷各支路絕緣電阻。經(jīng)過對(duì)110V直流系統(tǒng)各路負(fù)荷的檢測(cè)，并未發(fā)現(xiàn)阻值有明顯的變化，沒有找到接地點(diǎn)。

最后用“拉路法”進(jìn)行檢查。先將設(shè)置雙路電源的負(fù)荷，由110V直流II段供電的電源開關(guān)逐一斷開，觀察I段絕緣監(jiān)察裝置，報(bào)警一直未走。再斷開負(fù)極聯(lián)絡(luò)刀閘，發(fā)現(xiàn)II段絕緣監(jiān)察裝置報(bào)警未發(fā)，I段報(bào)警仍在;然后將110V 直流II段上剛才斷開的電源開關(guān)逐一合上，再依次斷開由110V直流I段供電的電源開關(guān)。在此過程中， II段母線絕緣監(jiān)察裝置報(bào)警一直未發(fā)，I段報(bào)警還在?？梢酝茢喙收辖拥攸c(diǎn)在直流I段所連接的回路上?；謴?fù)110V直流系統(tǒng)為正常運(yùn)行方式。最后由直流I段供電且可暫時(shí)斷開的負(fù)荷就只有110V/24V直流變換器的六個(gè)電源模塊了。將此電源模塊電源開關(guān)按編號(hào)依次斷開、合上進(jìn)行觀察，當(dāng)檢測(cè)到第四個(gè)模塊時(shí)，發(fā)現(xiàn)絕緣監(jiān)察裝置報(bào)警消失，阻值恢復(fù)正常，用萬(wàn)用表測(cè)量110V 直流兩極對(duì)地電壓正常。更換此電源模塊后，將24V直流系統(tǒng)恢復(fù)正常。查找結(jié)束，全面檢查110V和24V直流系統(tǒng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

查找直流接地故障操作的一般步驟和注意事項(xiàng)在這里不再贅述。直流系統(tǒng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的接地故障大部分屬于間接接地和非金屬接地，是隨著自然環(huán)境的變化而不斷變化的，這種動(dòng)態(tài)的接地故障非常不容易查找，再加上直流系統(tǒng)的接入點(diǎn)以及回路非常復(fù)雜，一直以來(lái)都是困擾維修人員的一大難題。由于我廠雙路供電的110V直流回路隔離二極管的存在，使得回路形成環(huán)路，如不首先斷開環(huán)路也是不易找到接地點(diǎn)的，這使得我廠接地故障的查找更增加了難度。這次接地點(diǎn)隱藏較深，發(fā)生故障的24V直流電源模塊正常運(yùn)行，未發(fā)報(bào)警，這在以前沒有遇到過，干擾了對(duì)故障的判斷。說明24V直流電源模塊內(nèi)部的設(shè)計(jì)本身有缺陷，應(yīng)盡早與廠家溝通，進(jìn)行消除。

對(duì)于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)而言，我廠設(shè)備普遍運(yùn)行多年，老化嚴(yán)重，各種端子箱、機(jī)構(gòu)箱、刀閘輔助接點(diǎn)箱等生銹損壞，密封性下降，遇雨、雪、濕霧天氣，易發(fā)生接地;還有直流串電（寄生回路）、同級(jí)兩點(diǎn)接地、直流系統(tǒng)絕緣不良、多處出現(xiàn)虛接地點(diǎn)等復(fù)雜狀況。所以在拉路查找時(shí)，往往更加困難。針對(duì)此次事件，應(yīng)對(duì)主廠房直流系統(tǒng)進(jìn)行一次全面排查，建立易接地設(shè)備臺(tái)帳，消除存在的安全隱患。還應(yīng)多方調(diào)研，加快制定直流系統(tǒng)的升級(jí)改造方案，消除二極管對(duì)直流系統(tǒng)接地查找難度的影響。另外，每周測(cè)量一次直流系統(tǒng)兩極對(duì)地電壓，形成定期機(jī)制;對(duì)運(yùn)維人員加大培訓(xùn)力度，增強(qiáng)直流系統(tǒng)故障處理能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]熊信銀.發(fā)電廠電氣部分[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.

[2]國(guó)家電力調(diào)度通信中心.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)實(shí)用技術(shù)問答（第二版）[M].北京：中國(guó)電力出版社，2000.

[3]鄭永高，張繼志.直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)點(diǎn)滴體會(huì)[J].建筑電氣，2016，35（02）：40-43.

[4]浙江星矩電力電子有限公司.WZJD-6B型便攜式直流檢測(cè)儀說明書[Z].