直流系统接地故障分析

直流系统接地故障分析

田贵贾可君解卫利段慧琴

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摘要：变电站直流系统主要由蓄电池组、充电机和直流馈线屏及馈线3部分组成。直流系统故障大多为直流系统内部一点接地。在发生故障后，应立即找出接地故障点，并尽快消除，否则可能产生严重后果。

关键词：直流系统；接地故障

变电站直流系统是变电站内所有继电保护、自动化装置、二次控制回路、断路器分合闸机构、事故照明等设备的工作电源，并保证在交流失电状态下不间断的供电，是变电站进行正常、稳定运作的动力系统。由于变电站直流系统对变电站的安全可靠运行起着非常重要的作用，被称为变电站的心脏。近年来，随着变电设备种类、数量的不断加大，直流系统也随之增加，分布广泛。在长期运行过程中，由于气候原因、设备绝缘老化、设备年限、设备质量以及操作不当当等原因，容易造成直流系統接地故障。

一、直流接地的危害

直流系统发生一点接地，不会对系统构成危害，但如果发展成两点接地，就可能造成严重的后果。直流系统发生两点接地故障时，便可能构成接地短路，造成继电保护、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。

（1）直流正极接地，有可能使保护及自动装置误动作。因为一般跳合闸线圈、继电器线圈与负极电源接通，若这些回路再发生一点接地，就可能引起误动作。

（2）直流负极接地，有使保护自动装置拒绝动作的可能。因为跳合闸线圈、保护继电器在这些回路再有一点接地时，线圈被接地点短接而不能动作。同时，直流回路短路电流会使电源保险熔断，并且可能烧坏继电器接点，保险熔断会失去保护及操作电源。

二、直流接地的概念及产生的原因

直流系统由各种保护、控制设备、电缆、端子及箱体等构成，所接设备多、回路复杂，在长期运行过程中会由于环境的改变、气候的变化、电缆以及接头的老化，设备本身的问题等等，在绝缘老化破损、机械振动、灰尘沉淀、金属生锈、潮湿、漏水等各种因素的作用下，不可避免的发生直流系统接地。从我们所遇到的直流接地情况看，以端子箱、压力表进水，电缆表皮破损，裸露金属积有灰尘，在空气潮湿时引起直流接地最为常见；备用电缆芯端面没有包扎好而导致接地的现象也时有发生，另外，电缆在金属处拐弯或穿过金属物，由于振动、碰撞下产生绝缘磨损，也会发生直流接地。

直流电源为带两极性的电源，即电源正极和负极。直流电源的“地”并不是实际接地，仅仅是个中性点的概念。如果直流电源系统正极或负极对地间的绝缘电阻值降低至某一整定值，这时我们称直流系统有正接地故障或负接地故障。

变电站直流系统一般采用悬浮供电方式、电源正负极均不直接接地，这样当直流电源某一极接地时一般不会立即发生短路现象。但由于DC/DC开关电源的大量应用，其EMI抗干扰措施使用了大量的电容，使得直流母线对地电容过大，即图1中C+和C-较大。因此，若K2点发生接地故障，直流系统中的对地电容C+和C-有可能对出口继电器TQ进行充放电，出现电流冲击而造成保护装置误动。当继电器内阻大、动作时间快、动作电压低、电源负极对地电压较高时，一点接地更容易造成保护装置误动。因此，发生直流系统一点接地故障时，必须防止发生两点接地或保护装置误动。

图1

如果直流系统已有一点接地时再发生另一点接地，则容易产生寄生回路，造成直流电源短路、保护装置误动或拒动，从而严重威胁电网的安全运行。如图1所示，若K1和K2点同时接地，保护跳闸出口继电器TQ将动作，从而造成保护误动；若K1和K3点同时接地，则会造成电源短路；若K2和K3点同时接地，即使保护动作跳闸，但是TQ被K2和K3点短路，TQ无法动作，从而造成保护拒动。因此，直流系统均安装了直流绝缘监测装置，在一点接地时装置发出直流电源接地故障报警信号。工作人员在收到直流电源接地报警时必须及时处理接地故障，防止故障扩大。

由于变电站直流系统分布范围广，各部分运行环境不同，所以引起直流系统接地的原因是多方面的，主要有以下四个：一是直流系统绝缘老化。经过多年运行，直流系统受灰尘、潮湿或各种腐蚀性气体的腐蚀，某些元件的绝缘性能降低，从而发展成为接地故障；二是天气的影响。雨、雾、雪等天气可能造成直流系统受潮，某些电缆甚至会浸泡在水中，使某些部位的绝缘性能下降，造成接地故障；三是工作人员操作不当。由于二次回路经常有各种施工，工作人员在施工过程中可能留下导线接头、螺丝、垫圈等杂物，这些杂物容易造成直流系统金属性接地。另外，检修过程中检修人员接错电缆芯号、误碰带电部位等也易造成直流系统接地；四是产品设计不合理。当直流系统中蓄电池电压巡检设备、绝缘监察设备、端子箱、机构箱等设计不合理时，在受到震动、机械力等作用下容易造成直流系统接地。

三、直流系统接地故障排查

（一）直流系统接地故障排查的一般原则如下：

（1）严禁故障扩大化。排查故障过程中，严禁二次回路有人工作，防止造成直流短路或另一点接地。

（2）缩小故障查找范围。在查找接地点范围时，应先考虑室外因素，再考虑室内因素。在检查回路时，应先检查对安全影响较小的信号回路，再检查对安全影响较大的控制回路。采用拉回路的方法检查时，要先拉次要回路，再拉重要回路。

（二）直流系统接地故障排查的步骤：

（1）分析运行现场情况。故障排查时首先要考虑接地故障时设备的运行环境。如果故障时是阴雨天气，主要考虑户外装置是否因受潮使绝缘降低造成接地；如果有人员在二次回路工作或有设备检修试验工作，应主要考虑是否是人为失误造成接地。

（2）查看绝缘监察装置报警信号。根据报警信号确定接地发生在哪一条母线上或哪一条馈线上。对于馈线接地，绝缘监察装置能够准确判断；对于蓄电池、直流母线、充电机三个部位，绝缘监察装置是无法检测的。在没有明确结论的情况下，可以将母线分段开关拉开或闭合退出一组蓄电池，以缩小接地故障的查找范围，此时要注意监视“直流母线接地”信号是否消失，同时测量该段直流母线对地电压。

（3）瞬时停电查找接地点。如果使用上述2种方法都不能找到接地点时，就只能采取瞬时停电的方法。其原则是先停与继电保护无关、不影响电网跳闸的设备，再停继电保护设备。根据现场经验，一般顺序为：停役电源、试验电源、备用电源、事故照明电源、继电保护信号电源、中央信号电源、继电保护设备电源等。

（三）直流接地故障排查的注意事项

为了查找直流接地过程中不出现其它事故，查找时应注意以下几项：

（1）尽量避免在高峰负荷时进行。

（2）查找故障，必须二人及以上进行，防止人身触电，做好安全监护。

（3）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。

（4）当直流系统一点接地时，禁止在二次回路上工作。

（5）瞬停直流电源时，应经调度同意，时间不应超过3秒钟，动作应迅速，防止失去保护电源带有重合闸电源的时间过长。

（6）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。

（7）防止人为造成短路或另一点接地，导致误跳闸。

（8）使用仪表检查时，表计内阻应不低于2000欧/伏。

（9）防止保护误动作，必要时在顺断操作电源前，解除可能误动的保护，操作电源正常后再投入保护。

（10）禁止用灯泡查找接地点，以防直流回路短路。

四、结束语

直流系统一旦发生事故，继电保护装置将无法正常运行，造成断路器拒动或误动，进而导致事故扩大。由此可见，直流系统的可靠性直接关系到整个电网的安全稳定运行。

参考文献：

[1]郑宪伟.变电站直流系统接地故障查找与处理[J].黑龙江科学，2014（12）

[2]黄德珠.变电站直流系统接地故障查找方法研究[J].科技与创新，2016（15）