试论火力发电厂直流系统接地故障分析及处理

摘 要：本文首先对电厂直流系统的模型进行了简单的介绍，并对可能出现的各类故障及其带来的影响进行分析，最后提出了一些故障的防范措施。希望能够为今后电厂的直流系统的运行以及维护提供一些帮助。

关键词：火电厂；直流系统；危害；接地故障；防范处理

1 电厂直流系统模型及等效电路

在电厂中使用的直流电源一般都来自于蓄电池，但是蓄电池组发生整体性问题的几率是比较小的，蓄电池的故障一般都是从某一个或某几个电池开始的。相对于其他电源来讲，蓄电池还是比较安全、可靠的一种直流电来源，发电厂的直流系统的电源部分主要有蓄电池组以及充电装置两部分组成。

直流系统的构成主要有以下几个原则，首先，要选用的设备需要是比较先进、可靠的，而且还要相对经济合理，当然在系统的可靠性的基础上还要使用尽可能简单的接线。在直流系统中，保护设备一般是用来进行过电流保护的保险丝、空气开关以及相应的接地警告装置。

2 直流接地的危害

直流系统接地是电厂直流系统的常见故障，其严重威胁着电厂设备的安全运行。正常情况下，直流电源的正、负母线对地是绝缘的。但我公司由于机组情况复杂，直流供电网络分布非常广泛，直流负载较多，环路和分支情况较复杂，户外设备也较多，造成整体绝缘较低，只有50kn左右，当某一支路绝缘下降或接地时，很容易达到12kn的接地报警值。

当发生一点接地时，一般情况下并不影响直流系统的正常运行。但发生一点接地后再发生另一点接地，就很可能使保护或断路器发生拒动或误动。如果正、负极均接地，还会使故障回路熔丝熔断，使相应部分的直流系统停电，严重威胁设备的正常运行。

3 直流系统故障分析

直流电源是与交流系统有本质的区别的，直流电源是有极性的，直流电源的地并不是像交流系统那样与大地相连，这个地是相对于中性点而言的。一般在直流电源系统的某一极相对于中性点的绝缘电阻比一个定值低的时候，就可以认定为该直流系统发生了接地故障。

直流系统的接线本身就是很复杂的，而且工作的环境也比较恶劣，这就使得接地故障有了发生的可能性。一般直流系统发生接地故障的原因有以下几种。首先是由于直流线路或者设备中进水或者受潮所引起的。其次是设备的金属外壳出现了生锈的状况，导致接地故障。

再次，是由于直流回路的质量问题所引起的，比如一些线的老化或者外力作用使线发生了破损，减小了绝缘性能。

在直流系统发生一点故障时，一般是不足以形成一个完整的回路的，因此对系统的影响也就不是太大，但是需要对此进行及时的发现、排查，不然可能会引发多点接地故障，进而对整个系统产生致命性的影响。

中间继电器线圈以及跳闸线圈是和直流电源进行负极相连的，因而正极的接电故障时会形成保护误动的，而负极接地有可能造成跳闸回路进而放大停电的范围。因此可以看出，一旦在直流系统中发现一点故障就要进行及时的检查，并尽快解决这种问题，以免引发更严重的问题。

4 直流系统接地故障检测

4.1 直流系统接地故障检测中的主要问题

4.1.1 电容的影响

对于注入的低频信号，需要通过各个支路的接地情况或者某些接地电阻在这个支路上产生同一频率的电流信号。对于没有进行接地的支路，可以默认为其电阻是非常大的。

在正常的状态之下，发生故接地障的支路才可以检测单低频电流得到信号，而在非接地的支路上，互感器上输出的总效应应该是零。但是在真正进行检测的过程中，由于对地电容一般是比较大的，而在不进行接地的状态下，电流互感器也是可以检测到一些支路电流的，然而真正需要关心的阻性的成分还是比较小的。

4.1.2 环网的影响

通过设置环网，可以在一定程度上提高整个支路的可靠性，但是这个结构相对来讲还是比较复杂的，对于接地检测来讲还是比较困难的。在环网支路电流中有很大一部分的谐波，这一部分电流比注入低频信号所产生的电流要大很多，甚至可以使电流互感器处于一种饱和的状态，这势必会影响到检测的电流信号，进而影响到检测结果是否准确，而一般的检测装置对支路环流以及接地电阻电流是很难辨别的。

4.1.3 直流系统电源的影响

在一般的直流电网中，都要使用浮充电源来进行供电，而实际中大部分都是浮充电源都使用可控硅调压方式，这就使得整流装置会产生纹波电压，而这种纹波电压是很难被直流输出侧的大容量滤波电容所消除的。

4.2 直流系统接地故障检测方法

要想保障电厂的安全稳定运行，就要使直流系统保持一个安全稳定的状态，这就要求快速对直流系统的故障进行及时的检查以及排除，在实际的检测过程中是要用故障检测仪器来进行检查的，但是各个生产厂商故障检测的原理的是各有差异的。本文中主要对直流母线电桥法、信号注入法两种检测方法的原理以及特点做出介绍。

4.2.1 直流母线电桥法

这种方法是在系统的绝缘检测过程中应用比较多的一种方法，是指通过在直流母线中加入电阻，来形成一个平衡的电桥，来达到对直流系统中的短路故障进行检查的。

使用这种方法进行检测的时候，在直流电源没有出现接地故障的情况下，电桥是保持平衡的，在继电器中也是没有电流通过的，一旦检测的直流系统发生了接地故障，电桥是不能保持平衡状态的，而继电器中是会有电流流过的，同时还可以通过该电流的方向来确定接地故障极。

在进行实际操作过程中，是需要对继电器设置一个阀值的，一旦在继电器中流过的电流大于了这个设定的值，就可以认定该直流系统发生了接地故障。直流母线电桥法主要有以下特点。首先，这种设备是比较简单的而且经济性还比较强。其次，在检测装置运行的过程中，桥臂的电阻是很难达到一致的，这就会使得测得的值存在一定的误差。

再次，使用的继电器需要有足够大的电阻值，这样才能达到降低其动作电流的目的，最终有效避免系统中其他继电器的误动。

4.2.2 信号注入法

信号注入法是指在直流系统发生接地故障时，向故障母线以及地之间注入低频信号，并且通过钳型电流检测仪来对各条馈线中的低频信号进行检测。通过钳型电流检测仪可以对馈线电流中的阻性电流分量进行有效的识别，进而通过对馈线绝缘电阻的处理来找到接地点，发现问题所在。

这种方法的优势就在于可以在不停电的状态下对接地故障进行检测，当然这种方法也有自身的不足，这种检测仪器的灵敏性在很大程度上会受到分布电容的影响，而且注入的低频率信号还会使系统中电压的纹波系统增大。为了有效降低分布电流所带来的不良影响，可以通过注入变频信号的方式来处理。

4.3 直流系统接地故障检测装置

在对接地检测装置进行设计时，要考虑到直流系统接地故障的方案，并且还要根据所要处理信号的特点来进行相应的分析。检测装置主要有微处理器单元、信号采集单元以及显示单元。

装置要采用STD总线结构，也就是说要在一块底板上进行平行布线，而且要采用标准的STD模块来处理CPU模块和各功能模块，并且要插入到总线的插槽中，并以模板来实现总线之间的连通，从而完成一个完整的检测控制系统。其中微处理器单元需要使用性能足够高、并且低功耗以及小体积的芯片。显示单元需要对检测支路的对地电阻值进行显示并报警。

5 直流系统运行接地故障防范与处理

首次投入使用的直流系统设备需要进行以下试验来进行故障的防范。第一，要对设备中需要绝缘的部位进行绝缘性能监测，来充分保证其绝缘性，并且要设定一个信号报警装置并进行相关试验检测。第二，要进行耐压试验以及绝缘试验。

同时在直流系统设备运行以及管理的过程中需要注意以下几点问题。第一，要对直流系统设备进行运行维护的人员进行有效的管理，规范其职责管理的权限，严格禁止相关人员的随意操作。第二，要做到定期对直流电流吸引设备进行检测维修，有效评估设备的状态，要对其中存在的问题进行及时的排除，将问题及早解决。第三，在具有两组或以上蓄电池组的直流系统中，需要通过分段母线运行的方式来有效提高系统的可靠性，保障整个系统的正常工作。第四，需要对直流电源系统的卫生进行及时清理，保持环境卫生，做好防潮、防水工作，使直流电源系统在一个良好的环境中运行。

6 结语

要为电厂的监测以及保护提供二次设备，就需要以直流系统作为电源的来源，同时直流电源还要作为电厂事故的保安电源。因此直流系统对于电厂正常运行是十分重要的，直流系统一旦发生事故对整个电厂的工作都会带来非常不利的影响。当直流系统发生接地故障时，一定要进行及时检测，发现问题所在并及时解决，来确保整个系统能够保持安全稳定的运行。

参考文献：

[1]火力发电厂变电所直流系统设计技术规定[S].DL/T5044-95

[2]陈颖.电厂直流系统接地故障查找与处理探讨[J].机电信息，2013（21）：21，23.

作者简介：刘杰 （1986-），男， 本科，助理工程师，一直从事发电厂集控运行管理工作。