地下電站直流系統(tǒng)接地風(fēng)險(xiǎn)分析及防范措施

蔣 偉，孫曉波，蔣冰芝

（中國(guó)長(zhǎng)江電力股份有限公司白鶴灘電廠籌建處，四川 涼山615400）

直流系統(tǒng)為電力系統(tǒng)信號(hào)、繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置及斷路器等裝置提供穩(wěn)定可靠的操作電源。交流電源失電后，蓄電池還能繼續(xù)為設(shè)備提供可靠的直流電源，直流系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是電站安全運(yùn)行的重要保障。直流系統(tǒng)接地分為無(wú)源接地和有源接地兩種故障方式，其中有源接地以交流竄電的危害最為嚴(yán)重，但無(wú)論何種形式的接地，都會(huì)使設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行存在較大的安全隱患。

1 直流接地

直流系統(tǒng)的正負(fù)母線通過(guò)兩個(gè)阻值相等的大電阻與大地相連，以保持正負(fù)母線對(duì)地電壓分別為±110 V。當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生單端接地時(shí)，接地極對(duì)地電壓值降低，另一極電壓值增大。此時(shí)正負(fù)母線壓差仍能維持在220 V 左右，若不處理，當(dāng)另一點(diǎn)發(fā)生接地時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)等裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)。當(dāng)接地點(diǎn)在直流母線側(cè)時(shí)，直流系統(tǒng)甚至?xí)＿\(yùn)。因此，當(dāng)絕緣檢測(cè)儀報(bào)接地故障時(shí)，維護(hù)人員應(yīng)立即處理，查找接地點(diǎn)，消除設(shè)備缺陷。

1.1 接地原因分析及預(yù)防措施

（1）環(huán)境潮濕，電纜易受潮進(jìn)水。對(duì)于地下廠房，直流設(shè)備幾乎不受天氣的影響，但由于施工的隱蔽性，直流電纜敷設(shè)過(guò)程中可能存在孔洞封堵不嚴(yán)、未封堵等情況，或者廠房?jī)?nèi)滲漏水導(dǎo)致電纜長(zhǎng)時(shí)間泡在水中，存在接地的風(fēng)險(xiǎn)。因此，在設(shè)備檢修時(shí)對(duì)直流電源回路進(jìn)行絕緣測(cè)試是消除隱患最有效的措施。

（2）靜電灰塵堆積，導(dǎo)致直流銅排、接線端子等導(dǎo)電裸露部分對(duì)地絕緣降低。地下廠房?jī)?nèi)，灰塵極易聚集在設(shè)備箱或設(shè)備中，同時(shí)積灰長(zhǎng)時(shí)間吸附水蒸氣將會(huì)導(dǎo)致直流絕緣下降最終造成接地故障。

（3）施工或檢修作業(yè)過(guò)程中，工器具遺落或設(shè)備松動(dòng)直接搭接在直流銅排或端子排上，造成直流接地。

（4）小動(dòng)物如老鼠等啃咬電纜，在直流電纜周邊施工作業(yè)也有可能損壞電纜絕緣導(dǎo)致直流接地。

（5）電纜或直流設(shè)備由于長(zhǎng)期運(yùn)行，老化導(dǎo)致絕緣下降，容易造成直流接地。

1.2 直流接地監(jiān)測(cè)方式

現(xiàn)階段直流系統(tǒng)已能通過(guò)絕緣檢測(cè)儀與直流有源CT 的配合使用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)直流系統(tǒng)母線與饋線絕緣狀況的監(jiān)測(cè)功能。

1.2.1 平衡電橋法

平衡電橋法是讓直流正負(fù)母線通過(guò)兩個(gè)阻值相同的電阻R與大地相連，測(cè)量正負(fù)母線的對(duì)地電壓V1、V2。當(dāng)直流母線發(fā)生單相接地時(shí)，接地極電壓下降，絕緣檢測(cè)儀通過(guò)已知平衡電阻R，由歐姆定律計(jì)算出對(duì)應(yīng)的接地電阻。但是此方法有很大的局限性，因?yàn)楫?dāng)直流正負(fù)極對(duì)地絕緣均等下降時(shí)，絕緣監(jiān)測(cè)儀便無(wú)法檢測(cè)到故障。

1.2.2 非平衡電橋法

非平衡電橋法是對(duì)平衡電橋法的補(bǔ)充，通過(guò)開(kāi)關(guān)器件投切檢測(cè)橋電阻的方式，采集不同情況下的正負(fù)母線對(duì)地的電壓值，計(jì)算出地電阻。這種方法能夠準(zhǔn)確地測(cè)量到正負(fù)極同時(shí)接地時(shí)各自的接地電阻值，但是由于直流母線對(duì)地電容的影響，每次投切后均需等待母線電壓穩(wěn)定后才能進(jìn)行測(cè)量，檢測(cè)速度慢。

1.2.3 直流CT 監(jiān)測(cè)法

CT 監(jiān)測(cè)原理如圖1 所示，正常情況下，流過(guò)負(fù)荷正負(fù)極的電流大小應(yīng)當(dāng)相等。直流CT 中電流的合成磁場(chǎng)為零，表明回路絕緣性能良好。當(dāng)負(fù)荷側(cè)發(fā)生接地時(shí)，流經(jīng)正負(fù)極的電流大小不一致，在CT中產(chǎn)生合成磁場(chǎng)。CT 將這一變化通信至絕緣檢測(cè)儀，絕緣檢測(cè)儀發(fā)出支路接地的報(bào)警信號(hào)。這種監(jiān)測(cè)方式的優(yōu)點(diǎn)在于監(jiān)測(cè)時(shí)完全不影響直流系統(tǒng)正常運(yùn)行，并且直流負(fù)荷大小變化時(shí)也不會(huì)干擾CT 的正常工作。但CT 運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)精度會(huì)降低，當(dāng)負(fù)荷電流大小變化時(shí)會(huì)出現(xiàn)誤報(bào)警的現(xiàn)象。需要維修人員及時(shí)檢查處理，對(duì)CT 進(jìn)行調(diào)零。

圖1 直流CT 監(jiān)測(cè)原理

1.3 接地查找辦法

目前由于直流系統(tǒng)本身接地監(jiān)測(cè)方式的不斷完善，當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)，維護(hù)人員能很快地定位接地支路。但是當(dāng)同一支路有多個(gè)負(fù)荷或者支路漏電流CT 監(jiān)測(cè)失靈、無(wú)法判斷接地支路時(shí)，就需要維護(hù)人員對(duì)相關(guān)回路進(jìn)行排查，確定接地點(diǎn)。

拉路法，即將相關(guān)回路負(fù)荷開(kāi)關(guān)短時(shí)斷開(kāi)或者接線解開(kāi)。通過(guò)觀察絕緣監(jiān)測(cè)裝置告警是否消除或者通過(guò)萬(wàn)用表測(cè)量直流母線對(duì)地電壓是否恢復(fù)正常即可判斷該支路是否發(fā)生了接地。采用拉路法時(shí)應(yīng)按照負(fù)荷重要性從低到高、回路接地可能性從高到低的順序斷電，避免影響相關(guān)設(shè)備運(yùn)行。

2 交流竄電

交流竄電，即交流電源竄入直流系統(tǒng)中。直流電源是對(duì)地絕緣系統(tǒng)，交流電源為接地系統(tǒng)，交流竄入直流，不僅會(huì)造成直流回路接地，同時(shí)由于直流正負(fù)極對(duì)地存在的分布電容，交流電將流過(guò)位于負(fù)極的繼電器通過(guò)分布電容入地，若繼電器的動(dòng)作功率偏小，將導(dǎo)致繼電器誤動(dòng)，造成相關(guān)保護(hù)回路故障跳閘。

2.1 竄電原因分析

（1）作業(yè)人員誤接線，在直流或鄰近直流的設(shè)備施工過(guò)程中，作業(yè)人員誤將交流線路接入直流系統(tǒng)中，送電后交流竄入直流系統(tǒng)。

（2）交直流線路絕緣老化或破損，造成交流電竄入直流系統(tǒng)。

（3）部分重要設(shè)備依靠交直流同時(shí)供電，設(shè)備內(nèi)部絕緣下降導(dǎo)致交流竄電。

2.2 竄電回路分析

如圖2 所示，直流系統(tǒng)投入運(yùn)行后，直流母線分別對(duì)對(duì)地電容C+、C-充電，直流母線CL+、CL-對(duì)地電壓在±110 V 左右保持平衡，TQ 為繼電器動(dòng)作線圈。當(dāng)交流電竄入直流系統(tǒng)后，若竄入點(diǎn)在直流正負(fù)極母線處，如圖2 左圖所示，交流電依次通過(guò)C+、C-、TQ、C（負(fù)極接地通過(guò)TQ、C）形成回路，繼電器TQ 的動(dòng)作受分布電容及繼電器線圈阻值的影響；若竄入點(diǎn)在負(fù)荷回路處，在直流電源電路中，相當(dāng)于負(fù)極母線接地。對(duì)地電容C-通過(guò)竄入點(diǎn)放電，由母線電壓變化產(chǎn)生的電流流過(guò)繼電器線圈，其電流方向從地流向母線。若此時(shí)交流電壓波形位于正半軸，電流疊加，極有可能造成繼電器誤動(dòng)。若波形位于負(fù)半軸，交流電源對(duì)C-充電，待交流電波形回到正半波時(shí)，C-放電，TQ 兩端壓差變大，也會(huì)造成繼電器的誤動(dòng)作。

圖2 交流竄電示意圖

2.3 交流竄電的預(yù)控措施

（1）在施工階段將交直流線路分開(kāi)、分層布置，避免因絕緣破損或降低帶來(lái)的交流竄電風(fēng)險(xiǎn)。

（2）所有保護(hù)裝置的二次電纜均采用屏蔽電纜，屏蔽層可靠接地。

（3）交直流端子分區(qū)布置，同時(shí)端子排上標(biāo)明號(hào)牌，防止作業(yè)人員誤接線。

（4）合理優(yōu)化重要回路的直流電源線路，避免因分布電容值過(guò)大而造成設(shè)備誤動(dòng)。

（5）嚴(yán)格按照《國(guó)家電網(wǎng)公司二十五項(xiàng)反事故重點(diǎn)措施》要求，在直流系統(tǒng)中安裝交流竄電監(jiān)測(cè)裝置，并驗(yàn)證其性能，確保出現(xiàn)故障能夠及時(shí)報(bào)警。

3 結(jié)束語(yǔ)

直流系統(tǒng)由于其本身的危險(xiǎn)性以及其供電回路的重要性，要求直流系統(tǒng)維護(hù)檢修作業(yè)必須“零失誤”“零風(fēng)險(xiǎn)”。因此，必須要及時(shí)處理直流系統(tǒng)接地故障，避免更為嚴(yán)重的事件發(fā)生。