寄生引起的直流接地假象分析及应对措施

厉 冰，高永强，刘自华，王世祥

(深圳供电局有限公司，广东 深圳 518020)

寄生引起的直流接地假象分析及应对措施

厉 冰，高永强，刘自华，王世祥

(深圳供电局有限公司，广东 深圳 518020)

寄生和直流接地常常引起继电保护设备故障，两者具有相似性和区别性。分析了寄生引起直流接地假象的原因，并将其与典型的直流接地特征进行对比，为现场工作快速判明故障类型、准确排除故障提供指导。

寄生；直流接地；继电保护

寄生和直流接地都会引起继电保护设备误动作，在现场工作中常会遇到此类问题。寄生引起的直流接地假象具有突出的特征，通过与有代表性的直流接地故障进行对比分析，能够更加清晰2者之间的区别与联系。

1 故障现象及排查

某110 kV变电站110 kV分段1012开关执行分闸操作后，站内2个绝缘监察装置发直流接地信号。I段直流馈线屏的负极接地，II段直流馈线屏的正极接地，2段直流母线的对地绝缘电阻值均为2.44 kΩ。

在故障排查过程中，发现110 kV分段1012开关的TWJ重动继电器断开相关回路的某点后，测量该点两端均有电且电位正常，同时直流接地现象消失。经检查分析，该重动继电器误将正极采用了遥信正电，负极采用了控制电源负电，如图1所示。

图1 直流寄生等效原理接线

在图1中，TWJ重动继电器内阻Rj=4.9 kΩ，与保护装置内TWJ辅助节点串联；保护的控制电源接在I端馈线屏，信号电源接在Ⅱ端馈线屏。该回路存在寄生；寄生引起的直流接地现象，即为直流接地假象。

2 寄生引起的直流接地假象分析

2.1 假直流接地寄生回路等效计算

图1的等效电路如图2a所示，其中R1、R2为直流母线平衡电阻，其范围为20～50 kΩ，现取R=R1=R2=30 kΩ，U=110 V进行计算。由叠加原理，可将图2a分解为图2b和图2c。

根据基尔霍夫原理，电流方程如下：

由于b，c电路的对称性，故而有：

将以上6个方程联立，可得到流经电阻Rj的电流值为：

则I，Ⅱ段直流母线对地电阻均为：

I段直流馈线屏的负母线电流为：

I段直流馈线屏的负母线电压为：

I段直流馈线屏的正母线电压为：

同理，可计算得出：

Ⅱ段直流馈线屏的正母线电压UⅡ+=+7.7 V，Ⅱ段直流馈线屏的负母线电压UⅡ-=-102.3 V。

图2 直流寄生等效电路

以上由公式计算得出的电压值与实际测得电压值基本一致，说明此模型选取合理。

2.2 直流接地判据原理

现有的检测直流系统绝缘方法主要是利用电桥平衡原理。根据电桥平衡原理设计的绝缘监测装置被广泛使用，常见的绝缘监察装置的简化示意如图3所示。

直流母线平衡电阻R1、R2与直流母线对地的绝缘电阻R+、R-构成电桥。电桥法通过计算正、负母线的对地绝缘电阻，将其与设定值进行比较，当绝缘电阻低于设定报警值时，便发出接地报警，并启动下一级的支路巡检功能。110 V直流系统整定值为7 kΩ。

对于平衡电桥检测法，当系统单端接地时(如正母线接地)，则有：

通过此方程式，还可求得单端接地电阻R+。

当系统出现双端接地时，则有：

将R+、R-中较大者视为无穷大，按单端接地的情况求解得到的接地电阻值，其值大于实际值。

图3 绝缘监察装置的简化示意

3 寄生引起直流接地假象分析

(1) 2段直流母线的对地绝缘电阻值为2.4 kΩ，均小于7 kΩ，因此2个绝缘监察装置都会发直流接地信号。

(2) 由寄生回路等效计算得知，I段直流馈线屏的负母线电压为-7.71 V，Ⅱ段直流馈线屏的正母线电压为+7.7 V。该电压值已相当低，与直流正极、负极接地时无太大差别，故而误判为一段直流母线正接地，另一段直流母线负接地。

(3) 若断开TWJ辅助节点，则寄生回路断开，寄生电流也无通路。此时TWJ辅助节点正极为Ⅱ段直流母线正电压+55 V，负极为I段直流母线负电压-55 V；且由于寄生电流无通路，电桥平衡恢复，直流接地信号消失。

4 寄生引起直流接地假象的判断

直流接地假象与直流接地现象容易混淆，通过与典型直流接地现象对比，就能找到两者的差别，有助于排查现场缺陷。

为便于与直流接地假象比较，在以下讨论中，将直流母线平衡电阻设定为R1=R2=30 kΩ，直流接地电阻设定为Rx=4.9 kΩ。

4.1 直流母线正、负极直流接地的判断

4.1.1 等效电路

以直流母线负电端经电阻Rx接地为例，直流母线正、负极直流接地的等效电路如图4所示。

图4 直流母线正、负极直流接地的等效电路

由于直流母线正极电压为+96.46 V，负极电压为-13.54 V，计算得出的对地绝缘值为4.9 kΩ，小于7 kΩ，绝缘监察装置报直流接地信号。

当接地电阻Rx阻值很低时，接地点直流母线电压会拉低至0左右。

4.1.2 主要判据

(1) 对地绝缘值。关闭直流电源对回路摇绝缘测试，当直流母线正、负极直流接地时，回路对地绝缘值低，小于7 kΩ。

(2) 直流接地信号个数。直流母线正、负极直流接地时，只有一段直流母线电压报直流接地信号。

(3) 直流母线正、负极直流接地时，断开直流接地回路一点，测量该点一端有电且电位正常，另一端电位为0，且直流接地现象消失。

4.2 正、负极均等电阻直流接地的判断

4.2.1 等效电路

以直流母线正、负极分别经电阻Rx接地为例，正、负极均等电阻直流接地的等效电路如图5所示。

直流母线正极电压正常，为+55 V；负极电压正常，为-55 V。由直流接地判据原理可知，绝缘监察装置计算出的对地绝缘值为正无穷大，故而不报直流接地信号。

当接地电阻值很低时，直流电源会由于短路电流过大而烧毁。

图5 正、负极均等电阻直流接地的等效电路

4.2.2 主要判据

(1) 对地绝缘值。关闭直流电源对回路摇绝缘测试，当正、负极均等电阻直流接地时，回路对地绝缘值很低，小于7 kΩ。

(2) 直流接地信号个数。正、负极均等电阻直流接地时表现为正、负极对地电压平衡，采用平衡桥原理的绝缘监测装置不能发现直流接地故障。

(3) 正、负极均等电阻直流接地时，断开直流接地回路的某点，测量该点一端有电但电位异常，另一端电位为0且装置报直流接地。

4.3 直流母线Ⅰ，Ⅱ段共极接地的判断

4.3.1 等效电路

以直流母线Ⅰ，Ⅱ段负极串电且直流母线Ⅱ经电阻Rx接地为例，直流母线Ⅰ，Ⅱ段串电接地的等效等效电路如图6所示。

图6 直流母线Ⅰ，Ⅱ段串电接地等效电路

两端直流母线正极电压均为+88.26 V，负极电压均为-21.74 V。由于计算得到的对地电阻为9.8 kΩ，大于7 kΩ，故绝缘监察装置不报直流接地信号。但为使计算结果具有普遍性，故以下讨论Rx取值较小，且计算得到的对地电阻为小于7 kΩ的情况。

直流母线Ⅰ，Ⅱ段串电接地是寄生和直流接地故障的混合体，直流接地假象实质是寄生。

4.3.2 主要判据

(1) 对地绝缘值。关闭直流电源对回路摇绝缘测试，当直流母线Ⅰ，Ⅱ段串电接地时，回路对地绝缘值很低，小于7 kΩ。

(2) 直流接地信号个数相同但极性不同。直流母线Ⅰ，Ⅱ段串电接地有2个电源端电压被拉低，且被拉低的电压为共极性。

(3) 直流母线Ⅰ，Ⅱ段串电接地时，断开直流接地回路某点，测量该点一端有电且电位正常，另一端电位为0，且直流接地现象消失。

4.4 真、假直流接地特征归纳

将真、假直流接地特征进行归纳对比，如表1所示。各种缺陷情况以相同的指标进行衡量对比，可找到各种故障的特征量，对现场快速判定故障类型、排除故障有一定指导作用。

表1 真、假直流接地特征对比

通过对表1的分析，可得出以下几点结论。

(1) 装置报直流接地信号，不一定是发生了直流接地；装置不报直流接地信号，也不一定没有发生直流接地。在现场工作中，判断是否发生了直流接地，应以绝缘监察装置发出的直流接地信号为参考，但最直接、有效的判据应是回路对地摇绝缘的绝缘值偏低。

(2) 若回路绝缘正常，当断开相关回路某点时，测量该点两端均有电且电位均正常，并且直流接地现象消失，则可判定发生了直流接地假象。

1 程 岩，罗 天．变电站寄生回路的产生及排查方法[J].自动化应用，2012(6).

2 廖 军，吴 胜，戚振彪，等．直流接地故障分析与查找[J].广东电力，2013(1).

3 吴家贵．剖析查找直流接地多种方法的特点[J]．动力与电气工程，2012(1)．

4 张太林．网控110 V直流接地的查找处理及预防[J]．电力安全技术，2013(3)．

2014-11-24。

厉 冰(1989-)，男，本科，助理工程师，主要从事继电保护方面的工作，email：shxwang123@sina.cn。

高永强(1986-),男，硕士，工程师，主要从事继电保护方面的工作。

刘自华(1980-),男，本科，高级工程师，主要从事继电保护方面的工作。

王世祥(1970-),男，本科，教授级高级工程师，主要从事继电保护方面的工作。