地下电站直流系统接地风险分析及防范措施

蒋 伟，孙晓波，蒋冰芝

（中国长江电力股份有限公司白鹤滩电厂筹建处，四川 凉山615400）

直流系统为电力系统信号、继电保护、自动装置及断路器等装置提供稳定可靠的操作电源。交流电源失电后，蓄电池还能继续为设备提供可靠的直流电源，直流系统的稳定运行是电站安全运行的重要保障。直流系统接地分为无源接地和有源接地两种故障方式，其中有源接地以交流窜电的危害最为严重，但无论何种形式的接地，都会使设备的稳定运行存在较大的安全隐患。

1 直流接地

直流系统的正负母线通过两个阻值相等的大电阻与大地相连，以保持正负母线对地电压分别为±110 V。当直流系统发生单端接地时，接地极对地电压值降低，另一极电压值增大。此时正负母线压差仍能维持在220 V 左右，若不处理，当另一点发生接地时，可能会导致继电保护等装置误动或拒动。当接地点在直流母线侧时，直流系统甚至会停运。因此，当绝缘检测仪报接地故障时，维护人员应立即处理，查找接地点，消除设备缺陷。

1.1 接地原因分析及预防措施

（1）环境潮湿，电缆易受潮进水。对于地下厂房，直流设备几乎不受天气的影响，但由于施工的隐蔽性，直流电缆敷设过程中可能存在孔洞封堵不严、未封堵等情况，或者厂房内渗漏水导致电缆长时间泡在水中，存在接地的风险。因此，在设备检修时对直流电源回路进行绝缘测试是消除隐患最有效的措施。

（2）静电灰尘堆积，导致直流铜排、接线端子等导电裸露部分对地绝缘降低。地下厂房内，灰尘极易聚集在设备箱或设备中，同时积灰长时间吸附水蒸气将会导致直流绝缘下降最终造成接地故障。

（3）施工或检修作业过程中，工器具遗落或设备松动直接搭接在直流铜排或端子排上，造成直流接地。

（4）小动物如老鼠等啃咬电缆，在直流电缆周边施工作业也有可能损坏电缆绝缘导致直流接地。

（5）电缆或直流设备由于长期运行，老化导致绝缘下降，容易造成直流接地。

1.2 直流接地监测方式

现阶段直流系统已能通过绝缘检测仪与直流有源CT 的配合使用来实现对直流系统母线与馈线绝缘状况的监测功能。

1.2.1 平衡电桥法

平衡电桥法是让直流正负母线通过两个阻值相同的电阻R与大地相连，测量正负母线的对地电压V1、V2。当直流母线发生单相接地时，接地极电压下降，绝缘检测仪通过已知平衡电阻R，由欧姆定律计算出对应的接地电阻。但是此方法有很大的局限性，因为当直流正负极对地绝缘均等下降时，绝缘监测仪便无法检测到故障。

1.2.2 非平衡电桥法

非平衡电桥法是对平衡电桥法的补充，通过开关器件投切检测桥电阻的方式，采集不同情况下的正负母线对地的电压值，计算出地电阻。这种方法能够准确地测量到正负极同时接地时各自的接地电阻值，但是由于直流母线对地电容的影响，每次投切后均需等待母线电压稳定后才能进行测量，检测速度慢。

1.2.3 直流CT 监测法

CT 监测原理如图1 所示，正常情况下，流过负荷正负极的电流大小应当相等。直流CT 中电流的合成磁场为零，表明回路绝缘性能良好。当负荷侧发生接地时，流经正负极的电流大小不一致，在CT中产生合成磁场。CT 将这一变化通信至绝缘检测仪，绝缘检测仪发出支路接地的报警信号。这种监测方式的优点在于监测时完全不影响直流系统正常运行，并且直流负荷大小变化时也不会干扰CT 的正常工作。但CT 运行时间过长精度会降低，当负荷电流大小变化时会出现误报警的现象。需要维修人员及时检查处理，对CT 进行调零。

图1 直流CT 监测原理

1.3 接地查找办法

目前由于直流系统本身接地监测方式的不断完善，当发生接地故障时，维护人员能很快地定位接地支路。但是当同一支路有多个负荷或者支路漏电流CT 监测失灵、无法判断接地支路时，就需要维护人员对相关回路进行排查，确定接地点。

拉路法，即将相关回路负荷开关短时断开或者接线解开。通过观察绝缘监测装置告警是否消除或者通过万用表测量直流母线对地电压是否恢复正常即可判断该支路是否发生了接地。采用拉路法时应按照负荷重要性从低到高、回路接地可能性从高到低的顺序断电，避免影响相关设备运行。

2 交流窜电

交流窜电，即交流电源窜入直流系统中。直流电源是对地绝缘系统，交流电源为接地系统，交流窜入直流，不仅会造成直流回路接地，同时由于直流正负极对地存在的分布电容，交流电将流过位于负极的继电器通过分布电容入地，若继电器的动作功率偏小，将导致继电器误动，造成相关保护回路故障跳闸。

2.1 窜电原因分析

（1）作业人员误接线，在直流或邻近直流的设备施工过程中，作业人员误将交流线路接入直流系统中，送电后交流窜入直流系统。

（2）交直流线路绝缘老化或破损，造成交流电窜入直流系统。

（3）部分重要设备依靠交直流同时供电，设备内部绝缘下降导致交流窜电。

2.2 窜电回路分析

如图2 所示，直流系统投入运行后，直流母线分别对对地电容C+、C-充电，直流母线CL+、CL-对地电压在±110 V 左右保持平衡，TQ 为继电器动作线圈。当交流电窜入直流系统后，若窜入点在直流正负极母线处，如图2 左图所示，交流电依次通过C+、C-、TQ、C（负极接地通过TQ、C）形成回路，继电器TQ 的动作受分布电容及继电器线圈阻值的影响；若窜入点在负荷回路处，在直流电源电路中，相当于负极母线接地。对地电容C-通过窜入点放电，由母线电压变化产生的电流流过继电器线圈，其电流方向从地流向母线。若此时交流电压波形位于正半轴，电流叠加，极有可能造成继电器误动。若波形位于负半轴，交流电源对C-充电，待交流电波形回到正半波时，C-放电，TQ 两端压差变大，也会造成继电器的误动作。

图2 交流窜电示意图

2.3 交流窜电的预控措施

（1）在施工阶段将交直流线路分开、分层布置，避免因绝缘破损或降低带来的交流窜电风险。

（2）所有保护装置的二次电缆均采用屏蔽电缆，屏蔽层可靠接地。

（3）交直流端子分区布置，同时端子排上标明号牌，防止作业人员误接线。

（4）合理优化重要回路的直流电源线路，避免因分布电容值过大而造成设备误动。

（5）严格按照《国家电网公司二十五项反事故重点措施》要求，在直流系统中安装交流窜电监测装置，并验证其性能，确保出现故障能够及时报警。

3 结束语

直流系统由于其本身的危险性以及其供电回路的重要性，要求直流系统维护检修作业必须“零失误”“零风险”。因此，必须要及时处理直流系统接地故障，避免更为严重的事件发生。