直流系統(tǒng)接地故障分析

史衍珩，賈 玉

（徐州華潤(rùn)電力有限公司，江蘇徐州 221000）

0 引言

直流系統(tǒng)是電廠電氣系統(tǒng)的重要組成部分，接地故障是直流系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)生的一類(lèi)故障，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生正極接地故障時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)誤動(dòng)；而負(fù)極接地故障可能會(huì)導(dǎo)致操作開(kāi)關(guān)拒動(dòng)。而當(dāng)兩點(diǎn)接地時(shí)，產(chǎn)生的結(jié)果是直流電源開(kāi)關(guān)跳閘，回路失去電源，進(jìn)而導(dǎo)致保護(hù)裝置失去電能，無(wú)法發(fā)揮保護(hù)作用，甚至可能會(huì)造成開(kāi)關(guān)越級(jí)跳閘，從而造成嚴(yán)重的事故。

1 直流系統(tǒng)接地故障類(lèi)型

1.1 單點(diǎn)接地

電廠直流系統(tǒng)為控制負(fù)荷、動(dòng)力負(fù)荷以及直流事故照明負(fù)荷等提供電能（圖1），是現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備控制、信號(hào)和保護(hù)的基礎(chǔ)。在具體的使用中，如果只有正負(fù)極中的一極出現(xiàn)接地，并不會(huì)對(duì)直流系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生過(guò)大的影響，整個(gè)系統(tǒng)可以繼續(xù)對(duì)下游負(fù)載供電。但如果出現(xiàn)該故障類(lèi)型，檢修人員應(yīng)及時(shí)處理，防止由于故障持續(xù)存在而發(fā)生多點(diǎn)接地問(wèn)題。

1.2 多點(diǎn)接地

如果電廠直流系統(tǒng)出現(xiàn)單點(diǎn)接地故障時(shí)，沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行及時(shí)處理，而且電路中另一點(diǎn)也出現(xiàn)了接地，甚至是兩點(diǎn)以上的接地現(xiàn)象，都會(huì)嚴(yán)重影響到系統(tǒng)的正常運(yùn)行，對(duì)這種疊加接地的狀況，稱之為多點(diǎn)接地。

2 直流系統(tǒng)接地的原因、危害以及查找方法

2.1 直流系統(tǒng)接地原因

直流系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障的原因：①二次回路中使用的絕緣材料的絕緣性不合格，或是出現(xiàn)了老化、受損等現(xiàn)象，導(dǎo)致直流系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障；②二次回路電纜受潮，降低了電路的絕緣性，導(dǎo)致接地故障現(xiàn)象的發(fā)生；③電源混搭導(dǎo)致接地故障。

2.2 直流系統(tǒng)接地故障的危害

圖1 220 V 直流系統(tǒng)及負(fù)荷電路

當(dāng)直流系統(tǒng)出現(xiàn)正極接地狀況時(shí)，其保護(hù)裝置容易出現(xiàn)誤動(dòng)作。由于直流系統(tǒng)負(fù)極往往和多數(shù)斷路器的分合閘線圈以及繼電器線圈進(jìn)行連接，因此當(dāng)回路中的另外一點(diǎn)也出現(xiàn)接地時(shí)，將導(dǎo)致保護(hù)裝置誤動(dòng)作。而一旦出現(xiàn)直流負(fù)極接地的情況，其保護(hù)裝置可能會(huì)出現(xiàn)拒動(dòng)現(xiàn)象。這是因?yàn)樵谪?fù)極出現(xiàn)接地時(shí)，如果回路中的另一點(diǎn)也同時(shí)發(fā)生接地，那么兩處接地點(diǎn)可能會(huì)導(dǎo)致斷路器跳閘線圈或保護(hù)出口繼電器線圈被短接，進(jìn)而導(dǎo)致保護(hù)裝置無(wú)法啟動(dòng)；拒動(dòng)情況下，由于短路電流遠(yuǎn)超正常值，可能會(huì)造成更嚴(yán)重的情況，進(jìn)而導(dǎo)致直流電源的保險(xiǎn)絲被熔斷，使各設(shè)備的連接處燒壞，使系統(tǒng)癱瘓。

2.3 直流系統(tǒng)接地故障的查找方法

（1）拉回路，俗稱拉路法。該方法主要是將直流負(fù)荷的開(kāi)關(guān)依次斷開(kāi)，查看直流故障是否消除。這是對(duì)直流饋線回路進(jìn)行排查最為有效的方法，可以查找相關(guān)的接地故障，確定接地點(diǎn)的位置。

（2）采用直流接地故障分析裝置對(duì)故障進(jìn)行定位。目前，電力系統(tǒng)直流電源查找接地故障的主要困難是現(xiàn)場(chǎng)受到的干擾較大。不同的直流電源以及在不同工作狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)量，其抗干擾性相對(duì)較差，導(dǎo)致測(cè)量時(shí)出現(xiàn)失誤，這也是該類(lèi)產(chǎn)品最為普遍的一項(xiàng)缺陷。能夠在市場(chǎng)中得到發(fā)展的裝置，主要在于其有效解決了干擾問(wèn)題。直流接地故障分析儀主要有在線式和便攜式兩種類(lèi)型。綜合來(lái)看，該裝置具有較高的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力，而且體積相對(duì)較小，重量比較輕，使用十分方便。維修人員在使用該裝置對(duì)直流接地故障進(jìn)行排查時(shí)，不需要將電源斷開(kāi)，可直接對(duì)接地點(diǎn)進(jìn)行定位。儀器能對(duì)直流系統(tǒng)接地電阻值和具體接地方向進(jìn)行有效檢測(cè)，從而為故障排查及定位提供重要參考。

（3）信號(hào)注入法，主要是針對(duì)直流系統(tǒng)接地故障進(jìn)行查找的選線裝置。主要原理：在直流系統(tǒng)各支路安裝可反饋檢測(cè)信號(hào)的電流互感器，對(duì)其反饋的傳感器信號(hào)標(biāo)注編號(hào)，并和接地檢測(cè)儀顯示的部分編號(hào)一一對(duì)應(yīng)。各條支路上的互感器可以將檢測(cè)到的電流信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋，再交由選線裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并作出最后的判斷。一旦出現(xiàn)信號(hào)異常，檢測(cè)儀可以直接顯示對(duì)應(yīng)的支路，并確定是哪條分支回路出現(xiàn)了直流接地故障。信號(hào)注入法根據(jù)其原理又可以分為低頻信號(hào)注入法和變頻信號(hào)注入法兩種類(lèi)型。其中低頻信號(hào)注入法的主要查找流程為，當(dāng)母線電橋檢測(cè)到接地故障后，信號(hào)會(huì)注入分支回路中，通過(guò)電流互感器得到相應(yīng)的反饋信號(hào)，并分析此信號(hào)的變化特征，判斷出接地故障位置。在具體的工作流程中，電流互感器可以對(duì)各段線路和相關(guān)設(shè)備進(jìn)行仔細(xì)檢測(cè)，不會(huì)發(fā)生遺漏。檢修人員可實(shí)時(shí)采集各支路的反饋信號(hào)，發(fā)現(xiàn)其低頻電流信號(hào)出現(xiàn)較大的波動(dòng)，可根據(jù)情況對(duì)該處發(fā)生的接地故障進(jìn)行初步判斷。變頻信號(hào)注入法的原理和低頻信號(hào)注入法大致相同，只是檢測(cè)信號(hào)為交替變化的低頻信號(hào)。

2.4 查找直流接地故障的技巧

判斷回路中是否存在電源混搭現(xiàn)象，回路中主要使用二極管的單向?qū)ㄐ?，并將雙電源分別通過(guò)二極管輸入直流電，從而為控制回路和信號(hào)回路等進(jìn)行供電。如果其中一路的電源二極管出現(xiàn)損壞，導(dǎo)致另外一路直流電的正負(fù)極與第一路直流電出現(xiàn)混連，將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障。因此，當(dāng)斷開(kāi)一路電源后，接地故障也會(huì)消失。而對(duì)二次回路中提供的干接點(diǎn)是有源還是無(wú)源進(jìn)行確認(rèn)，當(dāng)其中一個(gè)回路需要另外一個(gè)回路為其提供干接點(diǎn)時(shí)，反而向其提供了帶電源的干接點(diǎn)，這樣容易導(dǎo)致電源混搭。因此，在對(duì)二次回路進(jìn)行故障查找時(shí)一定要更加注意。在對(duì)二次回路在端子牌上進(jìn)行環(huán)線操作時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致幾個(gè)控制回路出現(xiàn)混連，并降低絕緣性。在對(duì)盤(pán)柜進(jìn)行檢查時(shí)，要判斷其是否出現(xiàn)受潮，是否有明顯的潮氣、水珠等。而設(shè)計(jì)直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)裝置時(shí)，應(yīng)采用不平衡電橋原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，當(dāng)其直流電源對(duì)地電源時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大范圍的電壓波動(dòng)，而在使用隔離裝置后則可以得到比較平穩(wěn)的測(cè)量電壓。

3 直流系統(tǒng)接地故障的緩解對(duì)策

在直流系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計(jì)與選型過(guò)程中，可以通過(guò)選擇合適的開(kāi)關(guān)以及蓄電池的支架接地方式，來(lái)緩解直流系統(tǒng)接地故障產(chǎn)生的影響，確保系統(tǒng)安全運(yùn)行。

3.1 雙極開(kāi)關(guān)對(duì)接地故障的緩解作用

選擇直流系統(tǒng)開(kāi)關(guān)時(shí)選擇雙極開(kāi)關(guān)，發(fā)生斷電時(shí)正負(fù)極會(huì)同時(shí)斷開(kāi)，可以有效降低多點(diǎn)接地，降低誤啟動(dòng)和無(wú)法停止造成的影響。雙極開(kāi)關(guān)可以避免出現(xiàn)同級(jí)接地，且不會(huì)導(dǎo)致負(fù)載出現(xiàn)誤啟動(dòng)。當(dāng)兩個(gè)負(fù)載同時(shí)存在接地故障時(shí)，雙極開(kāi)關(guān)又可以切斷負(fù)載電流，從而使故障停止。

3.2 蓄電池支架接地方式的選擇

在支架接地的方式中，直接接地方式是將蓄電池安裝在鋼制支架上，支架和蓄電池之間墊有絕緣層，絕緣層應(yīng)具有耐化學(xué)腐蝕的作用。設(shè)計(jì)鋼制支架時(shí)，應(yīng)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，使其與電池接地系統(tǒng)進(jìn)行有效連接。支架不直接接地方式，是將蓄電池在充分絕緣的支撐物上進(jìn)行安裝，并將該支撐物在地板或基座上進(jìn)行固定。不同蓄電池支架接地方式之間具有明顯差異，首先其防護(hù)設(shè)置不同，對(duì)于支架直接接地方式，支架的接地方式要保證支架和接地網(wǎng)之間的電阻為0，并確保人體能夠接觸到的支架部位電位始終為0，以保證人員的安全；而支架不直接接地方式則主要通過(guò)其表面的絕緣性來(lái)避免高電位危害到人體，其對(duì)接地電阻的大小并沒(méi)有相關(guān)要求。此外，當(dāng)蓄電池側(cè)出現(xiàn)接地故障時(shí)，其產(chǎn)生的接地電阻不同。直接接地方式經(jīng)過(guò)絕緣監(jiān)測(cè)儀的監(jiān)測(cè)，接地電阻為0；而不直接接地方式則由于土壤、水泥等構(gòu)筑物的導(dǎo)電率不同，其對(duì)地電阻也會(huì)有所不同。因此，蓄電池支架方式是否直接接地有其各自的優(yōu)點(diǎn)和缺陷，如果從供電可靠性和降低故障率的層面選擇，則應(yīng)該優(yōu)選蓄電池支架不直接接地方式。但該方式對(duì)整體施工工藝、材料選擇等有較高的要求，往往需要較大的投入。從成本角度考慮，并非所有的直流系統(tǒng)都適合采用不直接接地方式，因此在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理選擇。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在電廠直流系統(tǒng)運(yùn)行中，接地故障是十分常見(jiàn)且非常棘手的問(wèn)題。發(fā)生接地故障后，可能導(dǎo)致開(kāi)關(guān)以及保護(hù)裝置的誤動(dòng)或者拒動(dòng)，對(duì)電廠的安全運(yùn)行造成威脅。對(duì)此，維修維護(hù)人員應(yīng)對(duì)直流系統(tǒng)接地故障機(jī)理有所了解，并能快速確定故障原因和部位，采取有效對(duì)策消除故障隱患，提升電氣系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。