从一起直流接地故障探析大型厂站直流系统运行

徐　鹏（龙滩水力发电厂，广西 天峨 547300）

从一起直流接地故障探析大型厂站直流系统运行

徐鹏
（龙滩水力发电厂，广西 天峨 547300）

摘要：通过对一起直流系统瞬时接地故障的分析，指出由于寄生回路的存在，导致两套完全独立的直流系统微机绝缘监测装置同时误报接地故障；大型厂站内大量微机型绝缘监测装置、静态型保护装置、滤波回路及长电缆等设备的广泛使用，使得直流系统运行面临很多新问题；对新形势下大型厂站的直流系统运行进行了探讨。

关键词：直流系统；瞬时接地；绝缘监测装置；等效电容

在电力系统中，直流系统直接关系到发电厂、变电站乃至整个电网的安全、可靠和稳定运行。直流负荷一般采用辐射供电方式的设计原则[1]，直流回路电缆分布广、元器件多、现场运行条件较差，当发生接地或绝缘降低故障时很难发现故障点，这直接催生了直流绝缘监测装置的广泛应用。本文从一起由绝缘监测装置引起的直流瞬时接地故障分析入手，探讨新形势下发电厂、变电站直流系统运行需重视的一些问题。

1　事故发生经过

某日，运行人员将7号发电机出口断路器切换至“现地”准备操作，当按下“7号机接地开关807617”现地合闸按钮时，监控突然报出“公用LCU公用直流Ⅱ段母线接地”、“7-9号机组直流Ⅱ段母线接地”、“10kVⅦ段母线进线柜ⅦG1-18开关跳闸回路断线”等信号，随后以上信号立即全部复归。

继电保护人员现场检查微机绝缘监测装置故障记录情况，发现当时公用直流Ⅱ段绝缘监测装置报正极接地，接地电阻18.1kΩ，接地选线支路为“206支路-10kVⅥ段小母线”；7号机组交直流分馈电柜内绝缘监测装置报负极接地，接地电阻20.2kΩ，接地选线支路为“214支路-7号发电机出口断路器隔离开关/接地开关控制电源”，从两套直流系统的微机绝缘监测装置故障记录情况来看，本次故障为直流瞬时接地故障，两套直流系统同时发生故障且同时复归。

2　事故原因查找及分析

2.1事故原因查找过程

事故发生时，运行人员正在配合检修人员做安全措施，准备现地电动操作7号机组靠主变侧接地刀闸807617合闸，根据监控系统和微机绝缘监测装置记录的时间来看，正是在运行人员按下7号发电机断路器控制柜面板上的807617合闸按钮时，公用直流Ⅱ段、7号机组交直流馈电屏微机绝缘监测装置同时报正极或负极接地。经检查确认，两套绝缘监测装置选测的接地支路均不准确。

经过逐一排查，发现事故原因是由于近期厂用电10kV备自投装置改造过程中，由于新增加的10kVⅥ段备自投装置需引入10kVⅥ段进线开关16DL的辅助接点，工作人员现场检查16DL已无剩余接点后，误将已用在7号机组靠主变侧接地刀闸807617闭锁回路中的一个16DL常闭辅助接点接入到了10kVⅥ段备自投装置中，由于10kVⅥ段进线开关16DL和7号发电机断路器控制柜的直流电源系统分属两个不同的系统，两套分别安装在直流母线上的微机绝缘监测装置互相监测对方内部的人工接地点，造成误报接地故障，由于人工接地点处于直流正、负母线的中间位置，所以可能会报正极或负极接地。此外，由于该人工接地点仅在按下7号机组靠主变侧接地刀闸807617合闸按钮瞬间才将回路接通，导致反映出来的为瞬时接地故障，按钮弹回后就立即复归。

2.2事故原因分析

目前微机型绝缘监测装置已广泛应用于大型厂站直流系统中，便于绝缘监视和故障选线，一般每段直流母线设置一套。微机型绝缘监测装置一般都基于电桥原理计算正、负极接地电阻，都在绝缘监测装置内部设置了一个人工接地点与厂站等电位地网可靠连接。

本次瞬时接地故障正是由于寄生回路的存在（共用一个接点使得两个本应完全独立的回路互为对方的寄生回路），使得两套完全独立的直流系统的绝缘监测装置互相监测对方内部的人工接地点而误报接地。发生故障时的现场二次接线简图如图1所示，该图为7号发电机出口接地刀闸807617的合闸闭锁回路，SH29为现地合闸按钮接点，K29是合闸继电器，S821为本体闭锁操作接点，正常运行情况下根据厂家设计的本体闭锁逻辑，S821接点是完全断开的，所以瞬时接地故障只会在现地电动操作，按下SH29按钮时才会出现，按钮弹回时故障复归。

图1故障时的现场二次接线简图

直流接地可能会引起其他二次设备出现故障，如在本次事故中就造成10kVⅦ段母线进线柜ⅦG1-18开关保护装置的光耦误动作（该光耦动作电压较低），监控报“10kVⅦ段母线进线柜ⅦG1-18开关跳闸回路断线动作/复归”信号。

3　关于直流系统运行的探讨

3.1微机型绝缘监测装置对直流系统的影响

基于直流系统在发电厂、变电站的重要作用，用于监视直流系统绝缘状况和故障检查的微机型绝缘监测装置得到了广泛的应用，目前直流系统的绝缘监测装置国内没有统一的标准进行规范，各厂家装置原理各异，但基本上都基于了平衡桥方式、双桥方式或乒乓方式等电桥原理计算正负极接地电阻，再辅以向直流系统注入辅助信号进行接地选线的基本原理。绝缘监测装置为现场直流系统运行监视提供了很大的便利，但同时也带来了一些新的问题，对电气设备运行的影响很大。

（1）绝缘监测装置本身带了较大的对地电容，造成系统分布电容过高；

（2）采用注入式原理接地选线的绝缘监测装置，在注入低频信号时会使系统对地电容大幅增加；

（3）直流绝缘监测装置接地选线时会造成直流系统电压对地波动；

（4）现场可能多套绝缘监测装置并联运行，造成直流系统中存在多个人工接地点，可能会影响装置的正常运行；

（5）不能准确反应交流串入直流系统、环网等重大隐患。

目前在很多大型厂站的直流系统普遍存在以上问题，特别是使用较老绝缘监测装置的厂站，一般来说这些问题运行单位都很难自己解决，除非直接换型，这些问题还是要靠绝缘监测装置厂家在桥电阻、滤波电容等参数选择、软件算法等方面进行优化设计，运行单位也要重视绝缘监测装置的检验，考察其正常运行时、故障选线时对直流系统的影响。

3.2应重视直流一点接地故障的排查

以往的相关专业书籍中对直流接地的描述，都指出直流一点接地时正负极间电压不变，不影响设备继续运行，只强调要及时排除故障，不能再发生两点接地，因为两点接地就会造成断路器误动或拒动，对直流一点接地故障重视不够，此外还简单的普遍认为正极接地容易误动，负极接地容易拒动。殊不知这些观点对目前分布电容较大的大型厂站已经不再完全适用，由于微机型绝缘监测装置、静态型保护装置、滤波回路、长电缆等对地等效电容较大的设备大量使用，在直流一点接地时，无论是正极接地还是负极接地都有可能造成开关误跳闸。

图2直流系统等效电路图

目前，典型的直流系统等效电路图如图2所示，图中C+为直流正极对地等效电容，C-为直流负极对地等效电容，C为从保护装置到断路器中间继电器的长电缆对地电容，一般来说电缆越长电容越大，根据电路图，利用三要素法，假定最终的稳态电压值VC（∞）为零，可以推导出中间继电器K两侧的电压为：设备运行具有很大的安全隐患。

3.3加强反措的检查和执行力度，提升设备自身可

靠性

一般厂站对地电容在设备安装投产完毕后就客观存在，运行单位很难去改变，此时为了防止断路器的不正确动作，就应该加强断路器控制回路自身的可靠性，这主要靠提高断路器控制回路中的出口或中间继电器的动作电压（或动作功率）来实现。相关技术标准对中间继电器的动作电压有具体要求：直流出口跳闸中间继电器的动作电压应为0.5～0.7（为中间继电器工作电压）[2]。跳闸出口继电器的起动电压不应低于直流额定电压的50%，以防止继电器线圈正电源侧接地时因直流回路过大的电容放电引起误动作。

另外，在保护装置内部对外部开入信号设置短暂延时也可以达到防止外部开入接点抖动引起保护误动，对于一些现场改造难度大的回路，可以采取在控制回路中串入或并联适当电阻的方式，提高整个中间继电器的动作电压和动作电流，达到提高回路可靠性的目的。

VC（0）为接地瞬间正极（或负极）对地电压，衰减时间常数为τ=RC

可以看出中间继电器K的端电压是以接地瞬间正极（或负极）对地电压VC（0）为初始值的指数衰减函数，从（1）式可以看出，中间继电器K动作与否，与直流系统正负极对地电容、长电缆对地电容、对地绝缘电阻、绝缘监测装置内部桥电阻有关，当初值VC（0）较大，中间继电器两侧电压VK衰减至其动作时间后，若此时的中间继电器电压瞬时值仍大于其动作电压值，该中间继电器就会误动，如图3所示。

4　结论

图3中间继电器V-t图

新形势下大型厂站的直流系统运行面临很多新问题，要提高直流系统的稳定性、可靠性，保障现场设备的安全稳定运行，必须运行单位、厂家等多方共同努力，运行单位一定要摒弃旧观念，做好防范，增强外部回路的可靠性，使用各种手段严防由直流系统引起其他设备异常或故障，厂家应不断通过技术革新，减少微机绝缘监测装置等设备的自身问题对直流系统运行的影响，只有这样才能保证电力系统的安全可靠运行。

近年来，由于直流一点接地造成的保护装置、断路器误动作事故已发生多起，继电保护专业人员已经对此高度重视，也采取了很多措施。但对于发电厂的一些自动化回路，一般运行环境恶劣，更易造成一点接地，其他专业对这些直流接地的重视程度不足，

参考文献：

[1]DL/T5044-2004.电力工程直流系统设计技术规定[S].

[2]JBT9568-2000.电力系统继电器、保护及自动装置通用技术条件[Z].

中图分类号：TM86

文献标识码：B

文章编号：1672-5387（2015）01-0018-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.01.006

收稿日期：2014-08-26

作者简介：徐鹏（1983-），男，工程师，从事继电保护及安全自动装置调试、检修维护及运行管理工作。