试论直流接地故障与新的查找方法

王玉全

【摘要】在电力系统运行过程中，经常出现直流接地故障的问题，这给电力系统的安全和稳定运行带来了威胁。因此，针对直流接地故障进行分析，并探索对故障的查找方法具有重要意义。本文对直流接地故障的危害进行了介绍，并分析了常用的几种故障检测手段，提出了检测母线对地电阻的新方法。

【关键词】直流系统直流接地直流绝缘检测

一、直流系统接地故障概述

直流电源作为电源的一种，其最主要的特征就是带极性，即电源正极和电源负极。直流电源不同于交流电源，它没有真正的“地”，它的“地”只是一个概念（一般称中性点）。直流电源正极和负极相对大地之间存在一定的绝缘电阻，这个电阻值有一定的范围，且不能低于规定的数值。如果这个绝缘电阻值低于规定的数值，就很容易发生直流电源正接地故障或者负接地故障。

直流系统所接的设备较多，被广泛应用在发电厂或者变电站，其有着回路复杂的主要特点，在长期的运行过程中经常会因为某些因素变化而出现问题。例如，周围环境气候发生变化、电缆或者接头在长期使用过程中发生老化等，这些因素将无一例外的导致直流系统接地。如果系统存在着一点接地故障，对于设备或系统的正常运行并不能产生什么影响，如果存在着两点或者两点以上的直流接地故障，系统中的保护装置就会出现误动或者拒动的情况，严重影响设备和人身安全。

经过调查显示，在电气故障中，因为直流接地而产生的故障位列第一，所以为了保证电气设备的安全运行，就必须对其潜在的威胁予以排查。目前，直流系统发生接地故障时，直流系统绝缘检测装置就会发出报警，但报警功能依然不够具体，这就需要我们人为的进一步查找具体故障点并排除。因此，研究新的、更快更安全的查找方法势在必行。

二、常用直流接地故障检测方法及存在的问题

直流接地故障的检测步骤有三个。第一，通过对直流接地电阻数值来进行判断，看其是否在规定的范围内，如果不在规定范围内，那么便存在直流接地故障。第二，对接地故障的支路进行判断。第三，对直流接地故障点的具体位置进行查找。

迄今为止，我国直流接地故障最为常用的检测方法主要有两种，分别是电桥法和注入低频交流信号法。

（一）电桥法

电桥法是直流接地故障进行检测的方法中，使用频率较高的一种。其基本的工作原理是在直流系统中设置一个人工搭建的电桥，電桥包括两部分，一部分是直流电源正、负极对地产生的绝缘电阻，另一部分是人为设置的两个电阻。当系统正常时，电桥会处在平衡状态；当系统中某一个部分存在接地时，电桥就会失去平衡，并自动发出报警信号。然而这种方法存在着一定的缺陷：第一，当正负极绝缘电阻的数值已经非常之低且两个数值相当接近，即使已经超过规定标准，电桥仍然会处于平衡状态。第二，当正负极对地绝缘电阻数值都很大，但在规定标准范围内，而且两个数值之间差非常大的情况下，就会导致电桥失去平衡，发生误报警现象。第三，即使该方法能准确的检测出系统存在故障，也不能对绝缘电阻的数值进行计算。第四，这个方法并不能有效的判断出接地故障的支路位置，对于接地故障点也难以正确的找出。

众所周知，这种方法投资成本少，设置的电路结构简单，使用方便，但是由于以上的几种缺陷的存在，导致了该方法的精确率难以保证。因此，在要求不高的场合（可以拉开回路等）使用还是可以的，要求高的场合（不能断电或拉开回路等）就难以胜任了。

（二）注入低频交流信号法

与电桥法一样，注入低频交流信号法也被广泛的应用于对直流接地故障的检测。其理论依据是，在直流母线和大地之间注入一个低频的交流电压源，通过电压源可以产生相应的低频交流电流。根据低频交流电压和电流值可以算出直流母线对地绝缘电阻的数值，通过低频交流电流的流通路径，对接地故障的发生地点进行判断，并确定故障点的位置。这种方法可以分为定频法和变频法两个方面，采用定频法比较简单，只需要对低频交流电流进行检测，慢慢的在整个装置中进行扫描，如果装置没有接近故障点，那么检测出的低频交流电流值会非常平缓，没有明显的变化，但是如果该装置从接地故障点旁通过，那么互感器的输出会出现显著下降的现象，通过这种方法，可以准确的对故障点的位置进行判断，相比于电桥法具有一定的进步。另一种是变频法，首先需要对两个频率下的低频电流的有效值进行检测，并间接算出接地电阻的数值，装置没有接近故障地点之前，接地电阻的数值会几乎保持不变，如果该装置接近了接地故障点，接地电阻的数值会持续增加，通过这种方式，也能够对接地故障点的具体位置进行确定。采用注入低频交流信号法虽然能够准确的对接地故障点进行探测，但是探测结果明显会因为电容的介入而深受影响，所以当系统分布电容很大时，使用这种方法就难以对接地故障点的具体位置进行查找。与电桥法一样，该方法具有一定的局限性。

三、直流接地故障检测的新方法

采用注入低频交流信号检测法时，目的是为了系统能够达到检测精度的标准，在进行检测之前需要对交流信号的幅值及频率进行控制，保证装置系统能具有一定的精度和稳定性，从而导致了交流信号源电路具有一定的复杂性。另一方面，因为电容的存在，对交流电流信号的幅值和相位进行检测也比较复杂。检测的精度会出现偏差，导致了检测出的数值难以进行引用。除此之外，如果向直流系统注入了交流信号，将会导致在直流系统中存在着一个对其性能产生干扰的因素，交流信号会对直流系统产生一定的负作用。在对直流系统进行检测的过程中，当信号幅值和精确度提高的时候，在直流系统中经常出现误动作，这就导致这种方法在实际应用过程中不具备优势。为了对低频交流信号检测法的缺点进行克服，本文就从直流系统接地电阻的数值检测、接地故障所在支路判断、接地故障点查找这三个方面进行分析。

（一）直流系统接地电阻的数值检测

检测方法是采用开关和限流电阻，将直流电源的正、负级母线分别接地（假设正接地为第一支路；负接地为第二支路），然后测出流过开关与限流电阻之间的电流数值，并进一步确定直流系统正、负极对地电阻数值。如果将第一支路中的开关合上，第二支路中的开关断开，就可以测出第一支路电流。同理，将第一支路中的开关断开，第二支路中的开关合上，就可以测出第二支路电流，然后根据欧姆定律及数学方程式，就可以算出直流系统一点或多点对地电阻数值。

这种新方法具有以下优点：第一，能够将正负电极对地电阻数值进行直接求出，并保证了计算出数值的真实性和精确性。第二，检测精度不会因为电容的介入而影响检测数据的真实性。

（二）直流系统接地故障所在支路的判断

采用这种方法能够对直流接地故障发生的所在支路进行判断。假设直流系统中的正极发生了一点接地故障，我们暂且称其为第三支路。如果将第一支路的开关断开，第二支路的开关合上，那么第三支路中的接地电阻，经大地与第二支路限流电阻串联，在直流正负母线间形成了闭合回路。如果第一支路和第二支路的电流互感器的总电流效应为零，那么第三支路的电流互感器的总电流由直流接地电阻引起，只要接地电阻的数值能够保证，不会超过一定的范围，就能保证第三支路传感器电流大于霍耳传感器的死区，这样，第三支路的传感器也就为装置提供一个非零的电压值。这个非零电压值具有被装置获知的作用，进而也就完成了对接地故障发生的支路进行判断。如果接地故障发生在直流系统负极的一点上，那么，可以将第一支路的开关闭合，第二支路的开关断开，并根据输出不为零的、不同的地点的传感器，来对接地故障发生的具体支路进行准确的判断。

（三）直流系统接地故障点探测的新方法

在这种方法下，被利用的接地故障点探测器其实就是一个直流小电流传感器，通过上面的方法对接地故障的发生支路进行判断，假如故障就发生在第三支路的正极，那么可以對第一支路的开关断开，第二支路的开关闭合，为了将第三支路的正负极的两条供电线缆进行卡住，并从开端往后捋，就需要使用钳型毫安电流霍耳传感器。因为在装置中通过的是直流电流，直流电流在接近故障点之前，电流表的读数不会发生改变，如果装置接近或者越过故障点的时候，电流表的读数会突然为零，通过这种手段可以便捷有效的找出故障点的具体位置。另外，如果是负极出现了故障，同理，只需要将第一支路的开关合上，第二支路的开关断开，通过这方式能够迅速的找到故障点，并且不会受到系统分布电容的影响，使得准确率极大的提高。

四、新方法在直流接地故障查找过程中的直接应用

电压为110V的直流系统和48v的通信电源的某站，直流系统的两个部分都控制电源，一部分是交流500KV，而另一部分是交流220kv。由于设备老化，导致直流系统出现了接地故障，所以应用接地探测仪，并根据220KV继保小室的直流绝缘检测装置的报警，在直流第一段和直流第二段都存在着直流正极接地的现象，两点的接地都发生在直流一段，如果把这两段同时拉掉，报警装置会停止，这就表明，在直流二段存在着寄生回路。给检测带来难度。因此采用对直流母线对地电阻进行检测，对母线的绝缘系数和变化进行判断，从而明确了查找方向。

五、总结

作为电气设备中最大的故障，直流接地严重影响电气设备的正常运行，在我国目前使用的检测手法主要有电桥法和注入低频交流信号法，然而在实际应用中，这两种方法都存在着一定的缺陷，因此，通过直流系统接地电阻的数值的计算，可以得知接地故障到底存在哪一条支路上，并对接地故障点进行找出，这种方法在应用过程中的准确性和便捷性方面都有重大提升，可以被广泛应用。

参考文献

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