关于发电厂直流系统接地故障的分析

丁润峰 梁雨 刘宗礼

摘要：发电厂直流系统部分对整个电厂的可靠稳定发电影响深远，因为在发电厂中，存在着许多需要直流供电的系统，如最重要的继电保护回路、传递各种信号的信号回路、起到自动化运行的自动装置、发生事故时用到的照明系统以及电厂内部和电厂内外直接通讯用的通信回路等二次设备。一旦直流系统发生故障，影响不仅局限在本发电厂，甚至还要波及这个与该节点相连的其他电厂甚至整个区域电网。基于此，本文对发电厂直流系统接地故障进行分析，以供参考。

关键词：发电厂；直流系统；接地故障；分析

1引言

作为发电厂信号电源、控制回路和保护回路电源、交流不间断的保安电源以及事故照明电源，直流系统运行的正常与否直接关系到人员和设备的安全与否。直流系统一旦发生接地故障，将会为电力系统带来极大的安全隐患。因此，技术人员必须及时排除直流系统接地故障，确保人员安全和设备的正常运行。当直流系统出现单点接地时，尽管没有构成短路回路，设备还可以继续运行，但是为防止另一点也出现接地现象，造成安全事故，必须及时排除直流系统单点接地故障，防止事故扩大。此外，技术人员在处理故障问题时，必须结合实际情况，采取合理有效的措施开展工作，确保直流系统可以恢复正常运行。

2发电厂直流系统

2.1发电厂直流系统概述

当前我国己投入运行的发电厂中的二次系统部分均采用220V或±110V直流电源供电系统，直流供电设备连接到主控室直流配电屏的直流母线上，再由直流母线分别引出短路保护电源、合闸电源、照明电源等。直流供电系统正常工作时其正负两母线为±110V并且对地悬空不接地。现阶段各发电厂所用的直流系统通常是电力电子整流器和蓄电池并联共同工作的浮充供电方式。正常运行时蓄电池作为备用电源保持充电状态，确保在交流电源发生故障时可以持续不间断供电，电厂直流用电设备由整流器将厂用220V交流电变换为直流电来提供。

随着当前电气设备制造工艺水平的不断提升，当前冲击负荷出现的频繁较低，而且在开关控制回路中，分合闸线圈和储能电机由于自身电流较小，在工作时通常不会对直流母线电压带来什么影响，因此在当前新建的电厂中，往往只有直流控制母线，不再需要调协合闸母线，而且也很少用到降压单元。监控单元在直流系统中具有非常重要的作用，其作为充电模块和蓄电池组的指挥系统，能够根据设置的参数进行控制，同时还能够对故障进行有效监视，及时对故障信息进行传递，确保运行人员能够第一时间发现问题。在当前我国运行的发电厂中，二次系统中对直流电源供电系统应用具有广泛性，直流能源供电系统直接与主控室直流配电屏的直流母线实现连接，并从直流母线处来此出短路保护电源、合闸电源和照明电源，而且直流供电系统正母线和负母线都保持不接地对地悬空的状态。在现阶段，各发电厂通常采用电力电子整流器和蓄电池并联共同工作的浮充供电方式，这样在交流电源发生故障时也能够有效的确保供电的连续性。

2.2直流系统接地的危害

中间继电器、二次控制回路中的跳闸装置都与直流电源的负极相接。如果负极接地，则会出现断路器故障，比如拒动或误动故障。如果正极接地，则会造成短路器跳闸。因此，单点接地不会影响整个系统的正常运行，但再出现另一个接地点时，就会导致断路器误动（跳闸）或拒动（不跳闸），因此，需要重视接地问题。当系统监测后台发出接地预警报警信号时，就需要立刻排查原因。

3发电厂直流系统接地故障类型及产生原因

3.1发电厂直流系统接地故障类型

（1）单点接地

通常发电厂直流系统由于连接结构的关系经常接地，发生一点接地时除了概率极小的情况如继电器误发信号由于没有产生短路电流所以不会引起故障，负载仍然可以正常运行。然而，如果发生两点同时接地就会对设备、系统产生较大的危害，因此必须快速发现并及时消除一点接地状态。直流系统一点接地也可能引起一台甚至多台断路器跳闸误动作，而且其危害性通常比两点同时接地时更大更加难以预防。一点接地由于其概率大、随机性强的特点更应该引起运行人员的重视。

（2）两点接地

当直流系统运行出现两点接地现象时，往往会引发继电器误动作、继电器拒绝动作、熔断器熔断等故障，对于直流系统及其设备的正常运行有着极大危害，必须采取有效措施进行排除。

3.2发电厂直流系统接地故障原因分析

（1）规划设计因素

有的地方在设计城市线路时，经常把电缆隧道和蒸汽管道、水管道在一起修建，并且对它们没有进行很好的隔离，一旦蒸汽管道或水管道出现泄露现象，将直接威胁到電气设备的安全。另外有些地方还存在着交直流信号混用一根电缆的现象等这些都是由于规划设计不当给电力系统埋下的接地故障。

（2）设备内部因素

在直流系统运行过程中，直流系统内部的不利因素也会对设备运行造成影响。比如说：二次回路绝缘材料质量不达标，造成其绝缘性较低；设备使用年限较长，缺乏必要的维修和养护，造成设备老化；系统内部存在损伤现象，如过流引起的烧伤、压伤、扭伤等；开关柜小母线出现严重的灰尘堆积，影响线路正常运行；继电器机械部分出现故障，造成其灵活性降低；没有及时排出电缆沟内的积水，使得电缆长期浸泡在水中，引发安全隐患等。

（3）外部环境因素

外部环境因素也很容易造成直流系统接地故障的发生。比说在长时间的分吹日晒和外部环境温度的剧烈变化下，在户外的二次回路控制箱、开关箱、监测仪表以及密封圈很容易发生老化现象，以至于橡胶的绝缘特性在回路导线中减弱，降低设备的使用寿命。当遇到雨雪和雾霾天气时，会使箱内的湿度增大，如果无法及时有效的把这些湿气排除，那么凝露现象会很容易发生，致使发生直流接地现象。

（4）人为因素

导致直流系统接地故障的另一因素是人为因素。这些往往是由于操作人员疏忽大意导致的，比如说：由于燃料系统具有较为恶劣的设备环境，因此，运行人员需要对燃料系统设备进行定期冲洗，在冲洗过程中，如果运行人员不小心将水喷射到质量回路上，就会引发直流系统接地故障；在直流系统施工过程中，如果施工人员粗心大意，在接接头时没有做好绝缘保护工作，会造成线路绝缘性降低，或者在施工过程中损伤了控制电缆，也会引起直流系统接地故障；在带电二次回路上，如果操作人员将直流电源与设备外界进行直接接触，就会造成瞬间接地故障；操作人员没有做好检修工作，如未在室外设备上加设防雨罩、二次回路线头漏接、在潮湿环境中进行设备的操作等，这些都是引发直流系统接地故障的原因。

4直流系统接地故障的处理措施

4.1接地点的查找

接地点定位是排除故障的前提，而接地数目的多少直接影响着检测方法的优劣，因此，在复杂条件下找出合适的检测方法十分重要，下面来介绍一下常用的五种查找故障点的方法：

（1）拉回路法。拉回路法主要采用的是对故障回路进行断电处理的方式，此方法适合查找所有的接地故障点。在对故障回路进行断电处理时，一般按事故照明回路；信号回路；操作回路；保护回路的顺序进行断电处理，逐步缩小故障点范围，然后再逐一排查故障点所在范围内的分支网络，直到把接地点找到为止。

（2）实时监测法。实时监测法，就是使用在线监测设备实时跟踪、监测直流系统的对地绝缘状况，这种方法可以对直流系统进行实时监控并报告故障回路，但是难以对接地点进行准确定位，具有一定的局限性。

（3）电压测量法。利用万用表测量正负母线电压，若在切除某部分负载后万用表显示变化则表明该切除部分为接地部分。但是此种方法对于运行人员要求较高，而且比较费时，不易在设备复杂的空间下采用。

（4）移动定位装置查找法。该方法主要用于测量一些不能断电的自动化设备，可以带电检测查找接地点是移动定位装置查找法的最大优势。

（5）利用新型绝缘监测设备查找故障点。新型绝缘监测设备的工作原理为：利用无接触激磁调制直流微电流智能传感器，在测量接地电阻的大小时，通过正负母线对地接地电阻中由母线产生的漏电流实现电阻大小的测量，以此对非接触式磁性调制母线接地故障的具体方式进行判断。新型绝缘监测设备无需在母线上叠加任何信号，因此不会影响直流母线供电功能，对于母线供电的影响，这种装置可以利用在母线上形成的假阳性和假阴性分布电容来进行消除。

4.2预防控制措施

要严格控制直流直接接地连线形成的二次设备的绝缘水平，把控制用的直流和其它直流线路分开，对于操作机构、户外端子箱、直流屏柜等设备要定期的清扫，以防由于浮尘的大量聚集导致直流系統的对地绝缘性能降低。为了做到对易发生接地短路点的全面了解和掌握，最好安排运行人员对直流系统的绝缘情况定时定点的检查。同时要密封处理好暴露在室外的直流装置，保证其免受雨雪大风等自然天气的影响，对厂用的照明设备也要及时的维护，在修建电缆隧道和户外的电缆沟时，为了使设备免受水害的影响，一定要把排水系统设置好，以确保有效保护电气设备。要经常派专人监视和检查直流系统的绝缘水平。在制作中央控制室的控制保护屏时，最好制作成前后带门的封闭式结构，对有缺陷的直流支路和设备一定要及时的处理和维修，争取把电气设备发生故障的几率降到最低。

5结束语

近年来，我国电网加快了向超高压和大容量的建设工作，这对直流系统运行的可靠性提出了更高的要求。直流系统对于发电厂生产运行具有非常重要的意义，其主要为二次设备提供重要的电源供应，为了确保直流系统供电的可靠性，应对直流接地故障给予重视并进行分析，采取切实可行的方法来进行处理，有效的保障发电厂电能供应的安全性和持续性，确保电力系统保持良好的运营状态，为电网安全、稳定的运行提供有效的支持。

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（作者单位：华润电力（渤海新区）有限公司）