电气直流系统的运行及故障处理

高卫东

摘要：电气直流系统在发电厂的设备运行中非常重要，它为继电保护装置、自动装置、控制系统、信号系统、计算机监控系统、事故照明、UPS 等设备提供工作电源，是保证发电厂正常运行的必备条件。但由于直流系统某两点接地短接了有关元件，就会造成继电保护的误动作，甚至造成断路器的误跳、拒跳和直流熔丝熔断等嚴重情况。因此做好电气直流系统的运行及故障处理工作十分重要。

关键词：电气;直流系统;运行;故障处理

前言：

直流输电系统由于其在传输容量、传输距离、线路损耗等方面的优势得到了飞速的发展。研究表明，多端直流输、配电系统在大规模及分布式新能源接入、弱系统供电（偏远地区及海岛等）以及城市配电等领域具有巨大的优势。随着电力电子技术的快速发展，直流系统将成为未来电力系统的重要组成部分，因此研究电气直流系统的运行及故障处理具有重要意义。

1直流系统的构成

直流输电具有传送功率大、线路造价低、控制性能好等优点，是目前发达国家作为高电压、大容量、长距离送电和异步联网的重要手段。具体而言，直流系统主要由充电模块、监控单元、直流馈电单元、降压单元、绝缘监测、蓄电池组等组成。一台完整的充电柜一般由若干台高频开关电源模块组成，正常情况下，单个的充电模块故障不会对直流系统的运行造成影响，在故障时可以临时使用备用充电机的模块替代，然后单独将故障模块拔下处理。由于目前电气设备制造工艺水平的不断提高，除直流电动机负荷外，一般很少有冲击负荷的出现[1]。特别是在开关的控制回路中，分合闸线圈及储能电机的电流都非常小，在工作状态对直流母线电压影响几乎很小。监控单元作为充电模块和蓄电池组的指挥系统，在根据设置参数进行控制的同时还能够进行故障监视，及时将故障信息传送给 DCS 等上位机监视系统，以便运行人员及时发现问题。

2直流系统接地故障的危害

直流系统发生一点接地是直流系统常见的异常运行状态，虽不立即产生后果，但潜在危险性很大。直流接地故障中，危害较大的是两点接地，可能造成严重后果。直流系统发生两点接地故障，便可能构成接地短路，造成继电保护、信号、自动装置误动或拒动，或造成直流保险熔断，使保护及自动装置、控制回路失去电源。在复杂的保护回路中同极两点接地，还可能将某些继电器短接，不能动作于跳闸、致使越级跳闸。

1 两点接地可造成断路器或保护误动作。以某电气直流系统为例，当直流接地同时发生在 A，B 两点时，断路器控制开关 SA 的 6～7 触点、KQ 线圈、QF 触点被短路接，跳闸线圈励磁，使断路器跳闸，此时，一次系统并未发生故障，所以称为断路器误跳。当 B，C 两点及 A，E 两点接地时，都能使断路器误跳闸，同样，当两点接地使保护出口动作时，即造成保护误动作[2]。

2 两点接地可造成断路器或保护拒动。当直流接地同时发生在A、D 两点时，跳闸线圈回路被短路接，此时若一次系统发生故障，保护动作，不能使跳闸线圈励磁，将造成断路器拒动。

3 两点接地可造成直流熔丝熔断。当接地点发生在 A，D 两点时，会引起熔断器熔断，当接地点发生在 D、E 两点而保护动作时，不但断路器拒跳，而且熔断器熔断，同时有烧坏继电器的可能。4. 两点接地可造成误发信号，在正常运行中断路器控制开关触点 SA 的有关触点是接通的，而断路器的辅助触点 QF 是断开的，中央事故信号回路不通，不发信号。但当发生 A，F 两点接地时，QF被短接，中央事故信号回路误发断路器跳闸信号。直流系统接地故障，不仅对设备不利，而且对整个电力系统的安全构成威胁。（1）直流电源为 220 V，两极对地电压绝对值差超过 50 V 或绝缘能力降低到 25 kΩ。（2）直流电源为 48 V，任一极对地电压有明显变化时，应视为直流系统接地。

3电气直流系统的运行及故障处理措施

3.1寻找接地点的一般原则

当直流系统中有一点接地时，运行人员应尽快找到接地点，隔离故障点并消除故障，防止发展成两点接地故障。（1）对于两段以上并列运行的直流母线，先采用“分网法”，拉开两段母线的分段刀闸，判明属哪一段母线接地，以缩小查找范围。（2）对直流母线上允许短时停电的直流负荷馈线，采用“瞬间停电法”寻找。当拉开某一回路时，如接地信号消失，并且各极对地电压恢复正常（不能只靠接地信号消失为准），则说明接地点在该回路上。如接地发生在某一专用直流回路时，可按先次要设备后主要设备取下（拉开）该回路的各分支路的熔断器或刀闸来找出接地点。（3）对于不允许短时停电的重要直流负荷，可采用“转移负荷法”查找接地点。（4）如接地不在各直流负荷上时，可瞬间解列充电设备、蓄电池和倒换直流母线查找接地点[3]。（5）在电容补偿装置运行中，查找直流系统接地时，如需判断带有补偿电容的控制回路有无接地时，则必须将具有公共负极的补偿控制回路全部断开，否则会由于电容器上的残余电压造成接地假象而误判断。

3.2掌握科学故障判断方法

首先，利用绝缘监察装置判断，变电站的直流母线一般分为两段，每段母线上均装有绝缘监察装置，直流系统正常工作时，装置数字显示母线电压，监测直流系统正、负母线绝缘状况，当直流系统发生接地时，装置自动启动报警之后产生低频信号，由正负直流母线平衡对地注入直流系统，再通过安装于每一支路上的传感器接收这一低频交流信号，CPU对各条线路所采集信号电流进行分析，判断出故障线路号及接地电阻值，完成自动选接地线的功能。其次，利用拉路法进行判断，根据负荷的重要性，依次短时拉开直流屏所供直流负荷各回路。当切除某一回路时故障消失，则说明故障就在该回路之内。继续运用拉路法，就可以进一步确定故障在此回路的哪一支路当中。例如，断开直流屏主控控制回路熔断器，绝缘监察装置”接地”信号消失，说明故障在此回路中。最后，逐段排除法，让直流负荷分段开环运行，再断开直流母线分段开关及回路环路开关，然后采用拉路法，故障范围更容易确定。

3.3明确查找接地故障时的注意事项

故障识别与故障定位算法是故障隔离的基础，是故障清除过程的重要组成部分。查找接地故障时的注意事项1. 瞬停直流电源时，应经调度同意，时间不应超过 3 s，动作应迅速，防止失去保护电源及带有重合闸电源的时间过长。2. 为防止误判断，观察接地现象是否消失时，应从信号、光字牌和绝缘监察表计指示情况综合判断。3. 尽量避免在高峰负荷时进行[4]。4. 防止人为造成短路或另一点接地导致误跳闸。5. 按符合实际的图纸进行，防止拆错端子线头，防止恢复接线时遗留或接错;所拆线头应做好记录和标记。6. 使用仪表检查时，表计内阻应不低于 2 000 Ω。7. 查找故障，必须两人及以上进行，防止人身触电，要做好安全监护。8. 防止保护误动作，必要时在瞬断操作电源前，解除可能误动的保护，操作电源正常后再投入保护

总结：

快速性、选择性、灵敏性和可靠性是电力系统对继电保护的基本要求，直流系统的故障识别原理与隔离方案的研究也必须遵循这一基本原则。而虽然国内外学者已经进行了大量的研究，但多端直流系统故障识别的快速性与故障隔离的选择性问题仍然未能得到解决，为此今后还需不断对电气直流系统的运行及故障处理工作做出研究。

参考文献：

[1]王贺，孟凡志.变电站用交直流系统的运行及故障处理[J].黑龙江科技信息，2014（32）：100.

[2]陈纪文，师振国.电气设备状态——直流系统接地故障检修的处理[J].门窗，2016（09）：279-280.

[3]陈利平.发电厂电气直流系统的运行及故障处理[J].河南科技，2016（22）：49.

[4]江桂芬. 多直流送端系统次同步振荡机理及特性研究[D].华中科技大学，2016.