一起直流系统接地故障的分析与处理

孟尚虎

（阜阳华润电力有限公司， 安徽 阜阳 236158）

一起直流系统接地故障的分析与处理

孟尚虎

（阜阳华润电力有限公司， 安徽 阜阳 236158）

介绍一起因数字电液调节系统故障导致的直流系统接地故障的处理过程，分析了直流接地处理过程中的风险控制手段，提出了采用便携式直流系统接地故障定位仪进行直流系统接地问题查找的建议。

直流系统；接地；故障；查找

直流系统是发电厂的重要组成部分，承担着为控制回路、信号回路、继电保护、自动装置及事故情况下直流润滑油泵、密封油泵、照明等设备的供电任务。直流系统对保证发、供电设备的安全投运和可靠切除起着关键作用。

当直流系统发生一点接地时，由于没有短路电流，熔断器不会熔断，仍可继续运行，但必须及时处理，否则，当发生另一点接地后，便可能构成接地短路，造成继电保护、信号、自动装置误动或拒动，或造成直流保险熔断，使保护及自动装置、控制回路失去电源。同极两点接地，还可能将某些继电器短接，使之不能动作于跳闸和越级跳闸，以致损坏设备，扩大事故范围，严重威胁系统的安全运行。一般来说，直流正极接地有可能造成保护误动，直流负极接地则有可能造成保护拒动[1]。

1 故障现象及可能的原因分析

2010 年 6 月 12 日 ， 某发 电 厂（2×640 MW 机组）110 V 直流 系 统绝 缘监测 仪 发出接地 告警， 显示负极对地电阻为0Ω，无法确定接地支路。现场 用 万 用 表 测 量 负 极 对 地 电 压 0.2 V， 正 极 对 地电压 116.8 V，判定 为 负 极直 接接 地 。此 时 1 号 机组正值检修期间，全厂仅1台机组运行，消缺风险很大。

经相关人员讨论，确定故障原因可能有以下几点：

（1）基建及施工遗留的故障隐患。 在建设施工或扩建过程中会遗留一些故障隐患，直流系统存在故障隐患的可能性较大，由于这类故障隐患在投产初期不易发现，机组投运后出现系统接地故障的概率就较大。

（2）外力损伤。 直流回路在运行过程中不可避免要受到挤压、移动及不当冲洗等外力造成的损伤。由于1号机组正处在检修施工中，且放电缆的工作量较大，外力损伤的可能性较大。

（3）电缆质量原因。 目前市场供应的直流电缆质量参差不齐，质量不良的直流电缆有可能成为直流接地故障的原因之一。

（4）自然原因。 发电厂直流系统所接设备多、回路复杂，在长期运行过程中受环境、气候变化的影响，电缆和接头的老化及设备本身的问题导致发生直流接地故障。本次故障发生时天气晴朗，空气湿度适中，可排除天气影响造成的直流接地，但由于直流系统热控负荷的环境比较恶劣，故环境影响的因素也不能排除。

（5）绝缘测试仪未报出支路的原因可能有：直流系统母线段接地；直流系统两段同时接地；热控电源柜内部负荷接地。

2 故障查找及处理

2.1 110 V 直 流系 统配 置 情况

110 V 直 流 系 统 分 两 段 ， 配 置 联 络 开 关 、 3组充电装置、两组蓄电池，每段配置1台武汉某厂产的 WZJ-6E 型绝缘测试仪。 正常运行时两段各自运行，但需退出1台绝缘测试仪，因为该绝缘测试仪的工作原理不允许两段有电气连接的直流系统同时运行（由于直流 110 V 系统在热控电源柜中两路电源通过二极管并列运行）。

2.2 故障分析和查找

初步分析后已确定为负极接地，两段母线正常分段运行，用直流绝缘测试仪交互投运查找接地支路没有效果；二次回路改造电缆施工停止后，接地现象仍未消失。最终确定采用分段分部位的“拉路法”进行查找。

编写详细的负荷断电顺序后，按先负荷后电源的顺序拉路，原则上是先拉掉施工时有可能碰到电缆 的负 荷， 切断时间不 得超过 3 s。 确定 总体原则后，首先将外围施工可能碰到电缆的负荷拉开 ， 未 找 到 接 地 点 ； 然 后 从 380 V 系 统 向 6 kV系统、发变组系统逐步拉路，最后仅剩下不能短时断电或断电可能会引起误动的负荷。

当支路只剩下不能断电的负荷时，检查人员最初决定将热控电源柜中经二极管隔离的两路电源拉开一路。考虑到热控电源工作环境较差、接地可能性大，准备先拉热控直流电源。但热控电源所带负荷中的汽机主遮断电磁阀为常带电设计，电源一旦切断将导致机组跳闸，因此先拉一路热控电源的计划也无法实施，因为即使确定为热控电源接地，也没有办法再进一步确定接地点。经过讨论最终决定购买便携式接地检测装置进行接地支路的查找。

目前,电力系统直流电源接地故障查找的核心问题是现场干扰大，在不同的直流电源和工作状态下测量易发生误测误判，而便携式直流系统接地故障定位仪采用正弦信号相位超前处理技术和数据转移算法技术克服了上述问题，其信号输出 功 率 小 于 0.15 W， 内 设 限 流 保 护 ， 对 继 电 保护、自动、操作回路没有影响，使用安全。便携式直流系统接地故障定位仪在直流母线端注入低频信号，在各支路中可用卡钳测出所加信号产生的接地电阻（计算显示为接地电阻值）， 最终判断接地支路。

在 进 行 6 kV 段 直 流 电 源 拉 路 时 ，凝 结 水 泵变频器发生了一次故障跳闸。原因为凝结水泵变频 控 制 逻 辑 中 的 6 kV 母 线 电 压 监 测 点 取 自 母 线电压互感器综合保护中的电压模拟输出量，当6 kV直流控制电源消失后， 此综合保护装置失电，电 压 模 拟 量 无 输 出 ， 导 致 DCS 判 断 6 kV 母 线 电压消失而联跳凝结水泵。

2.3 故障定位及处理

采用便携式直流系统接地故障定位仪后很快确定了接地点为 ETS 系统中高压遮断电磁阀 6 kV电缆接地。因该回路较为特殊，如何不停机消除接地点成为处理工作的难点。

首先分析主遮断回路的工作原理（见图1）。机组挂闸（建立安全油压）时， 4 只电磁阀（5YV，6YV， 7YV， 8YV）带电， 切断泄油通路， 建立安全油压。 汽机跳闸条件满足时， 接受 ETS 系统指令，电磁阀失电，卸掉安全油压力，从而快速关闭汽轮机各汽门，使汽轮机组安全停机。ETS 系统失电时，汽轮机保护也将动作跳闸汽轮机。

经反复论证，制定了以下消缺安全措施：

（1）用螺钉压住 4 只电磁阀的手动接通按钮，用铁丝将螺钉和电磁阀绑扎在一起，保证电磁阀失电后仍然处于正常工作位置。

（2） 从 110 V DC 电 源 柜 内 接 一 路 临 时 电 源 ，电源接入新的接线盒内，4个电磁阀的电缆也依次接入接线盒。

（3）为保证机组遇紧急情况时能安全停机，在汽机手动打闸装置旁安排专人值守，与集控室保持联系。

图1 主遮断回路原理图

上述措施布置到位后，对接地电缆进行了处理，故障得以安全消除。

3 防范措施

针对本次直流接地暴露出的设备问题，为提高直流系统的可靠性，提出以下防范措施：

（1）ETS 采用日本日立 HIACS-5000M 系统，取用两路（A 路、 B 路 ）110 V 直 流电 源， 内部 设有电源切换装置。 但汽机跳闸电磁阀 5YV， 6YV，7YV， 8YV 的电源未经过电源切换装置， 直接由A 路 、 B 路 单 独 提 供 。 如 果 其 中 一 路 110 V DC 电源消失， 电磁阀 5YV， 6YV， 7YV， 8YV 中将有 2个电磁阀失电，安全风险很大。为消除该隐患，将电磁阀电源改接至切换后的直流母线上。

（2）本次接地点在电磁阀就地接线盒， 接地原因为电磁阀阀座上渗出的EH油腐蚀了接线端子及电缆。究其原因还是基建时安装位置不合理， 汽机主遮断装置安装在汽机房 6.9m 高压主汽阀旁，接线盒安装在主遮断装置本体上，位置低于主遮断电磁阀。停机检修时进行主遮断电磁阀清洗时，从电磁阀阀座上流出来的EH油很容易渗到接线盒内。由于 EH油具有较强的腐蚀性，导致接线端子及电缆绝缘降低，直至发生接地。查明故障原因后，改用防护等级高的接线盒，并将安装位置移至高处，消除了该隐患。

4 结语

直流接地故障查找采用“拉路法”， 不但未能查明接地的原因，还导致了一次辅机误跳闸，可见应慎用“拉路法”查找接地。 而采用便携式直流系统接地故障定位仪，不仅可以有效提高查找接地故障的效率，还能大大降低直流系统接地查找的安全风险。

[1]袁志强，江红军，陈睿.直流接地检测装置改进及问题分析[J].科学之友（下旬），2009，（6）：45-47.

（本文编辑：龚 皓）

Analysis and Treatment of Earth Fault in Direct Current System

MENG Shang-hu
（Resources Power Fuyang Co.， Ltd， Fuyang Anhui236158， China）

This paper describes the treatment process of an earth fault for the direct current system caused by digital electro-hydraulic control system.Through the analysis of the risk controlmeasures during the DC earthing treatment process， it proposes to identify the earth fault of DC system with portable DC earth fault locator.

direct current system； earthing； fault； identification

TM711

： B

： 1007-1881（2011）10-0026-03

2011-05-22

孟尚虎（1975-）， 男， 山西大同人， 工程师， 主要从事发电厂生产技术管理工作。