直流系統(tǒng)接地故障分析及排除方法

阮濤

摘要：直流系統(tǒng)是不接地系統(tǒng)，本文介紹直流接地的產(chǎn)生、接地的排除法、分析直流接地的危害性、探討直流接地的查找方法，希望為盡快安全地排除直流系統(tǒng)接地故障提供幫助。

關(guān)鍵詞：直流系統(tǒng)接地;多點(diǎn)接地;故障排除

發(fā)電廠、變電站的直流電源作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，為一些重要常規(guī)負(fù)荷、繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置、遠(yuǎn)動(dòng)通訊裝置提供不間斷供電電源，并提供事故照明電源。直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地，不會(huì)產(chǎn)生短路電流，則可繼續(xù)運(yùn)行。但是必須及時(shí)查找接地點(diǎn)并盡快消除接地故障，否則當(dāng)發(fā)生另一點(diǎn)接地時(shí)，就有可能引起信號(hào)裝置、繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置、斷路器的誤動(dòng)作或拒絕動(dòng)作，有可能造成直流電源短路，引起熔斷器熔斷，或快分電源開關(guān)斷開，使設(shè)備失去操作電源，引發(fā)電力系統(tǒng)嚴(yán)重故障乃至事故。因此，不允許直流系統(tǒng)在一點(diǎn)接地情況下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，必須加強(qiáng)在線監(jiān)測(cè)，迅速查找并排除接地故障，杜絕因直流系統(tǒng)接地而引起的電力系統(tǒng)故障。

正常情況下正負(fù)對(duì)地均為絕緣的，系統(tǒng)中有一點(diǎn)發(fā)生接地時(shí)，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，開關(guān)和保護(hù)回路誤動(dòng)、拒動(dòng)現(xiàn)象。同時(shí)直流系統(tǒng)的故障可能會(huì)造成更大故障隱患。所以當(dāng)發(fā)生接地時(shí)采用良好的儀器和準(zhǔn)確的判定方法是十分重要的。

一、直流系統(tǒng)接地的產(chǎn)生

（一）何為直流系統(tǒng)接地

當(dāng)直流系統(tǒng)的正極或負(fù)極與大地之間的絕緣水平降到某一整定值或低于某一規(guī)定值時(shí)，統(tǒng)稱為直流系統(tǒng)接地;當(dāng)正極絕緣水平低于某一規(guī)定值時(shí)稱為正接地;當(dāng)負(fù)極絕緣水平低于某一規(guī)定值時(shí)稱為負(fù)接地。

（二）為什么會(huì)造成直流系統(tǒng)接地

直流系統(tǒng)是個(gè)不間斷工作長(zhǎng)期帶電的系統(tǒng)，支路很多，負(fù)荷涉及面廣，會(huì)由于環(huán)境改變、氣候變化、污染、高溫等引起電纜老化、接線端子老化，元件損壞以及設(shè)備本身等問題引起絕緣水平下降。一般來說，投運(yùn)時(shí)間越長(zhǎng)，其接地的概率越高，特別是發(fā)電廠比變電站接地更頻繁。

（三）直流系統(tǒng)接地會(huì)造成哪些危害

（1）接地的種類

從現(xiàn)實(shí)直流系統(tǒng)接地的構(gòu)成上歸納起來有以下幾種：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;有的稱為金屬性接地（也稱完全接地）和間接接地，有的稱非金屬性接地（也稱非完全接地、），有的人還稱為半接地。此外還有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。由于各地的直接接地情況不一樣，所以產(chǎn)生了許多新名字，大體上是這幾種名字。

（2）正接地的危害

由于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)圖中的A點(diǎn)和B點(diǎn)同時(shí)接地，相當(dāng)于A、B兩點(diǎn)通過大地相連接起來，中間繼電器2J1動(dòng)作生成斷路器的跳閘。同理，當(dāng)圖中的A點(diǎn)和C點(diǎn)同時(shí)接地，和圖中的A點(diǎn)、D點(diǎn)同時(shí)接地均可能生成斷路器的跳閘。 請(qǐng)登陸：輸配電設(shè)備網(wǎng) 瀏覽更多信息。

（3）負(fù)極接地的危害

負(fù)極接地可能造成斷路器的拒絕動(dòng)作，如圖所示，當(dāng)圖中的B點(diǎn)，正點(diǎn)同時(shí)接地，B、E點(diǎn)通過地構(gòu)成了回路，即B、E點(diǎn)相接將中間繼電器2J1短接，此時(shí)，如果系統(tǒng)發(fā)生事故，保護(hù)動(dòng)作由于中間繼電器2J1被短接，2J1不工作，斷路器不會(huì)動(dòng)作，產(chǎn)生拒動(dòng)現(xiàn)象，使事故越級(jí)擴(kuò)大。同理，當(dāng)圖中的E點(diǎn)和C點(diǎn)同時(shí)接地和圖中的E點(diǎn)和D點(diǎn)同時(shí)接地均可能生成斷路器拒動(dòng)現(xiàn)象。

二、如何查找接地點(diǎn)，排除故障危害

我們從以上的直流接地危害中，可以看出無論是正極接地還是負(fù)極接地，只要有一個(gè)接地，即對(duì)地構(gòu)成了新的接地回路就要求迅速排除，否則一旦出現(xiàn)二點(diǎn)或多點(diǎn)接地就會(huì)發(fā)生故障，乃至發(fā)生事故。從目前現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際中的情況和經(jīng)驗(yàn)所得，大致有以下幾種方法。

（一）拉路法

直流接地回路一旦從直流系統(tǒng)中脫離運(yùn)行，直流母線的正負(fù)極對(duì)地電壓就會(huì)出現(xiàn)平衡。所以人們通常從直流接地回路瞬間停電，確定直流接地點(diǎn)是否發(fā)生在該回路，這就是所謂的“拉路法”。直流系統(tǒng)是個(gè)不間斷電源，基于它的特殊性，人們不能隨意停電。近年來隨計(jì)算機(jī)的大量使用，微機(jī)保護(hù)同樣也不允許人們隨意斷開直流電源。現(xiàn)場(chǎng)排除故障中，經(jīng)常發(fā)生非正常的閉環(huán)回路，采用雙電源供電回路，以及變電站在現(xiàn)場(chǎng)施工、擴(kuò)建、修試過程中遺留了直流負(fù)載的信號(hào)回路、控制回路和保護(hù)回路之間沒有區(qū)分等等，使直流接地故障查找難度更加困難?！袄贩ā蓖斐闪丝刂苹芈坊虮Ｗo(hù)回路跳閘等事故。

（二）“拉路法”查找的安全步驟

（1）自動(dòng)接地巡檢儀查找回路

目前市場(chǎng)上出現(xiàn)了眾多廠家的直流接地選線裝置。一般以“信號(hào)注入法”、“霍爾傳感器監(jiān)測(cè)法”、“磁飽和監(jiān)測(cè)法”三種原理設(shè)計(jì)生產(chǎn)的，大致情況是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分析判斷，確定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)儀顯示部分回路對(duì)應(yīng)編號(hào)。其優(yōu)點(diǎn)是能在線監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各分支回路的接地狀態(tài)，查巡接地回路時(shí)，如 “全自動(dòng)的逐路測(cè)試法”，如果儀器測(cè)量是準(zhǔn)確性很高的話，是一種不可能缺少的自動(dòng)化設(shè)備。但由于其測(cè)量精度不高、誤報(bào)率較多、抗干擾能力差，各現(xiàn)場(chǎng)情況不一致等問題，在使用上出現(xiàn)了一些問題。

（2）便攜式儀器查找定位方法

使用便攜式的直流接地故障查找儀，查找直流接地不失為一種好方法，作為拉回路法的輔助測(cè)試儀，對(duì)接地故障的排除在時(shí)間上和安全上都是好幫手。其特點(diǎn)如人為拉路法，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。如果出現(xiàn)接地回路就報(bào)警。

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)。但由于目前產(chǎn)品和各直流系統(tǒng)的兼容性和抗干擾能力差的因素，誤報(bào)率十分高，并沒有大量采用和全面推廣，僅為查找時(shí)作為參考使用。

三、人工故障排除方法

變電站的直流接地雖然是復(fù)雜的，無論是常規(guī)保護(hù)還是微機(jī)保護(hù)，其故障的排除法是一致的。采用拉路尋找分段處理的方法，以先信號(hào)和照明部分，后操作部分;先室外部分后室內(nèi)的原則。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的故障排除經(jīng)驗(yàn)，筆者對(duì)其方法進(jìn)行整理如下：

（一）首先確定是正極接地還是負(fù)極接地，測(cè)量正負(fù)極對(duì)地電壓，有效區(qū)分是正極接地還是負(fù)極接地。

（二） 兩段母線之間的區(qū)分，使查找的接地不會(huì)大范圍擴(kuò)大，確定發(fā)生直流接地在哪一段。

（三）如果有直流接地選線的裝置，不能準(zhǔn)確確定，有誤報(bào)的現(xiàn)象，請(qǐng)退出運(yùn)行中的直流接地檢測(cè)儀。

（四）如果站內(nèi)二次回路有在施工的或有檢修試驗(yàn)的應(yīng)立即停止，拉開其工作電源，看信號(hào)是否消除。

（五）采用分段分部位拉路法，操作電源一定要由蓄電池供電，先停下重要的回路，如信號(hào)回路和照明回路等。

應(yīng)按照下列順序進(jìn)行：

（1）斷合現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)工作電源

（2）斷合故障照明回路

（3）斷合信號(hào)回路

（4）斷合閘回路

（5）斷合附助設(shè)備

（6）斷合蓄電池回路

四、總結(jié)

造成發(fā)電廠、變電站直流系統(tǒng)接地的因素較多，為了較好的解決這一問題，在日常運(yùn)行維護(hù)中還應(yīng)視具體情況采取不同措施。

（一）嚴(yán)格二次設(shè)備施工工藝，發(fā)揮主觀能動(dòng)性，減少接地故障的發(fā)生概率。如對(duì)室外端子箱、機(jī)構(gòu)箱等加強(qiáng)密封，加裝防潮除濕設(shè)備或材料;對(duì)手車開關(guān)的活動(dòng)部位采取措施提高其絕緣性能，如用絕緣材料包裹其線頭部分等，避免因其隨手車活動(dòng)引起接地;對(duì)絕緣老化，已不能滿足對(duì)地絕緣電阻要求的控制電纜及有關(guān)二次設(shè)備及時(shí)更換。

（二）加強(qiáng)斷路器、隔離開關(guān)、手車等一次設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)管理。嚴(yán)格斷路器、隔離開關(guān)等具有機(jī)械傳動(dòng)部分設(shè)備的操作規(guī)程，避免因操作不合理造成接地故障。

（三）查找處理接地故障時(shí)嚴(yán)格遵守相關(guān)電氣設(shè)備檢修運(yùn)行規(guī)程要求，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件進(jìn)行。禁止單人工作，禁止直流電源長(zhǎng)時(shí)間停止運(yùn)行（尤其在天氣條件不允許的情況下），拆除、恢復(fù)各端子、各開關(guān)的時(shí)間應(yīng)盡可能短。