浅谈直流系统接地故障的危害与处理

2016-07-15新疆天业集团有限公司石河子市832000

石河子科技 2016年3期

（新疆天业（集团）有限公司，石河子市，832000）刘　涛

浅谈直流系统接地故障的危害与处理

（新疆天业（集团）有限公司，石河子市，832000）刘涛

摘要发电厂直流系统为非接地系统，主要功能是为相关系统或结构提供电源，是发电厂的重要组成部分。由于直流系统遍布发电厂的各个角落，且部分地方运行环境恶劣，直流接地故障在发电厂中经常发生。根据直流接地产生的原因及危害，探讨目前常用的接地故障的排除方法和原理，希望为尽快安全排除直流系统接地故障提供参考。

关键词直流系统接地；故障分析；故障定位

直流系统是发电厂最为复杂的系统之一，在保证发电厂正常运行方面起着至关重要的作用。由于直流回路分支网络多、所接设备多等因素构成了庞大而复杂的直流电源网络，常因现场扬尘、潮湿、绝缘老化、元件损坏、施工事故等原因引发直流系统一点接地故障的发生。（见图1）

图1　直流系统图

正常情况下直流电源的正负对地均是绝缘的，当系统中有一点发生接地时，因未构成回路，所以一般情况下并不影响直流系统运行。但当出现两点及两点以上接地时，就会造成正负极短路，保护装置会出现误动、拒动现象，为电力系统运行埋下重大隐患，所以当发生接地后快速准确的判定消除故障，对于电力系统的安全稳定运行是十分重要的。

1　直流系统接地的种类与危害

1.1接地的种类

直流系统接地按接地极性分为正接地和负接地；按接地类型上分为直接接地（金属性接地或完全接地）和间接接地（非金属性接地或非完全接地）；此外还可按接地情况可分为单点接地、多点接地、环路接地、绝缘降低和交流半接地等。

1.2直流系统多点接地的危害

图2　某台6KV设备常用直流系统控制回路图

一般断路器跳闸线圈均接负极电源，当发生系统正极接地时，正极经过大地，构成回路。如图所示，当图2中的A点和B点同时接地，将正常的分闸接点、转换开关接点短接，启动中间继电器-KM2，常开触点闭合；由于断路器处在合闸位置，直流电源通过L+→-KM2→-TQ→L_回路导通使得断路器跳闸，但实际上一次系统并未发生故障，这种动作称为误动作；同理，当在A、D两点同时发生接地故障时也会造成断路器误动作。

图2中B、C或C、D任意两点发生接地故障，将跳闸线圈回路短路，如果此时一次系统发生故障需要保护动作跳开断路器，由于断路器跳闸线圈没有励磁，铁芯不动作，就会导致断路器拒动进而发生越级跳闸来切断故障，造成事故扩大，严重者甚至造成电网解列。

图2中A、C两点接地时同时会造成控制回路跳闸；B、C或C、D两点发生接地，不仅会在保护动作时导致断路器拒动，同时可能损坏回路元器件。

图2中A、C两点只要有一点发生单极接地，将会影响继电保护装置的正常运行，不但会烧毁保护装置的电源板块，同时也会影响保护装置的正常运行可能会造成装置的误动或拒动。

断路器正常运行时，断路器还需给运行后台提供一些运行信号，即中央事故信号显示正常。但当发生两点接地或回路被短接，事故信号回路联通/断开，从而启动信号回路“误发信号”。

两极同时发生接地故障，可能使直流系统的母线发生短路，烧毁供电电源设备和供电网络。

2　发电厂直流系统接地故障查找

从以上的列举直流接地危害中，可以看出发电厂直流系统发生接地故障时危害极大，无论是正极接地还是负极接地，只要发生直流系统接地，就要迅速排除，一旦出现二点或多点接地就会发生系统故障乃至发生事故。

2.1拉路法

负载通过直流馈线获得电能，故障时依次短时切断直流系统中各直流馈线来确定接地点，即所谓的“拉路法”。在发现直流系统接地后，先断开某一直流馈线，观察直流接地现象是否消失，若接地现象消失，说明接地点在被拉馈线回路中，如果接地现象未消失，立即恢复对该馈线的供电，再断开另一条馈线进行检查，直至确定出接地点的所在馈线。

用拉路法查找接地时，一般按照下列顺序进行：断开现场临时工作电源→断合事故照明回路→断合通信电源→断合附属设备→断合充电回路→断合合闸回路→断合信号回路→断合操作回路→断合蓄电池回路。在进行上述各项检查选择后仍未查出故障点，则应考虑同极性两点接地。当发现接地在某一回路后，有环路的应先解环，再进一步采用取保险及拆端子的办法，直至找到故障点并消除。因此，拉路法受现场实际条件的影响较大，如有的发电厂由于施工和改造中遗留的种种问题，使信号回路、控制回路和保护回路没有严格区分，有的还形成一些非正常的闭环回路，增大了拉路法查找接地故障的难度。现场往往还需要根据运行方式、天气状况判断接地点可能所在的范围，在尽量少拉路的情况下迅速确定接地位置并予以消除，而这取决于运行维护人员对现场的熟悉程度和自身的技术水平、经验等。另外，在所拉回路中接有输电线路的纵联保护装置时，拉路前还需要与调度员联系，同时退出线路两侧的纵联保护，而这有时是不被允许的。

综上，虽然拉路法有简单直接的优点，但由于受现场实际以及运行维护人员自身工作经验的影响较大，再加上实际的直流系统越来越复杂，馈线层层分布，在实际中仅依靠拉路法来查找直流接地显然不可取。

2.2自动接地巡检仪查找回路

目前绝大多数的直流系统都配备了直流在线监测装置，这类设备一般基于“信号注入法”、“霍尔传感器监测法”、“磁饱和监测法”等原理，在直流的各分支回路上安装一个穿心式的电流互感器，各互感器感应到的信号经过直流接地选线装置进行分析，确定发生直流接地的分支回路，其安装在支路回路上的传感器编号和接地检测仪显示装置回路编号一一对应。这种装置能在线实时监测各回路的对地绝缘状态，不但可以监测全直流系统对地绝缘状况，还可以判断出接地的极性，检测出具体发生接地的直流馈线。

与拉路法相比，在线检测法的优点在于无需断电就可以将故障定位到具体的直流馈线回路，可节省大量时间，提高了故障处理速度，但在线检测法也存在明显的缺陷。如选线灵敏度太低、抗分布电容能力不够、直流供电网络接线不合理，如双回路、多分支等。由于上述问题的存在，导致了检测装置容易存在误报、漏报的情况。另外，在线检测法只能检测到发生接地的直流馈线，而具体接地点仍需现场运行维护人员去查找。如有些厂站内的直流馈线层次较多，而在线检测装置只能将故障定位到首层。针对这一问题，近年来开始出现便携式的直流接地故障定位装置，该装置可以带电查找直流接地。

2.3采用直流接地查找仪

直流接地查找仪原理是：信号发生器从系统采样正、负、地电压，电阻信号，CPU判断是否正常。若正常则显示正常，不对系统注入任何信号。若不正常，判断是正接地或负接地，如果是正接地就在正与地之间加入一个微弱电流信号，如果是负接地，就在负与地之间加入一个微弱电流信号。

使用便携式的直流接地故障查找仪查找直流接地故障在目前应用极为普遍的，可以安全迅速地对接地故障排除。其特点是不需断开直流回路电源，移动式的采集互感器在各分布回路上测量。如果回路出现接地就报警。具体实施时采用支路法定位故障：首先可用仪器所配夹钳去夹整扎、双根、单根回路导线，判断支路是否存在接地，若出现接地波形判断该部分有接地的支路。沿该支路向下查找，在该支路下查找小分支，直至确定接地线路。查出故障线路后要确认故障点，顺着故障线路往下移动夹钳，若有接地波形或报接地，说明故障点在后面，若钳到末端没有，故障点在有和没有接地波形之间，逐步缩小范围来定位。如果该线一直测到末端都有，说明故障点在终端设备。若分支都没有，就查母排和固定绝缘监测装置和告警继电器部分，以上都没有就查蓄电池即可。

这种设备在使用上是十分科学的。在原理上基本和在线装置的信号注入法原理相似。由于其采集传感器可以任意移动，利用其移动的优点还可以更具体地查找到各接地点。目前各个厂家生产的产品和各直流系统的兼容性和抗干扰能力都有很大提升，误报率显著降低，大量采用直流接地查找仪进行故障定位已普遍应用在各地变电站。

2.4采用万用表查找

万用表电压测量法查找接地故障基本原理：用万用表直流电压档(DC档)测直流电压值。当直流一极接地时，另一极对地电压为全电压，即为220V。条件允许切除某一部分直流负荷时，观察万用表所测极对地电压值的变化情况来判断接地点所在区域，从大到小，逐个否定，最后排除。拉路时，观察电压读数有无变化，如果没变化就立即合上开关，拉合另一支路，一旦电压表读数发生较大变化，就可以确定故障支路。另外，直流系统接地时，绝缘监测装置会发出报警信号，应尽快确认现场有无工作已经外部环境（雨雪天气），很可能直流接地是上述原因造成的。