毛雁賓 新疆新華水電克孜爾電廠

關(guān)于直流系統(tǒng)的接地故障

毛雁賓 新疆新華水電克孜爾電廠

發(fā)電廠、變電站直流系統(tǒng)是十分重要的電源系統(tǒng)，它是一個獨(dú)立的電源，不受發(fā)電機(jī)、廠用電、站用變以及系統(tǒng)運(yùn)行方式改變的影響，為電力系統(tǒng)的控制回路、信號回路、繼電保護(hù)、自動裝置及事照明等提供可靠穩(wěn)定的不間斷電源，它還為斷路器的分、合閘提供操作電源。

由于直流電源在二次系統(tǒng)所處的重要地位，直流系統(tǒng)自身的可靠及安全直接影響到整個系統(tǒng)的安全，由于電力系統(tǒng)應(yīng)用直流電源的特殊性，特別是控制回路和保護(hù)回路的應(yīng)用，使直流系統(tǒng)的故障成為電力系統(tǒng)的事故隱患。

一、關(guān)于直流系統(tǒng)接地

1、什么叫直流系統(tǒng)接地？

直流電源為帶極性的電源，即電源正極和電源負(fù)極。交流電源是無極性電源，為了系統(tǒng)安全，變電站、發(fā)電廠所有設(shè)備的外殼都會牢牢的接地，而且希望其阻抗越低越好。直流電源的“地”對直流電路來講僅僅是個中性點(diǎn)的概念，這個地與交流的“大地”是截然不同的。如果直流電源系統(tǒng)正極或負(fù)極對地間的絕緣電阻值降低至某一整定值，或者低于某一規(guī)定值，這時我們稱該直流系統(tǒng)有正接地故障或負(fù)接地故障。

2、直流系統(tǒng)為什么會接地？

發(fā)電廠、變電站直流系統(tǒng)所接設(shè)備多、回路復(fù)雜，在長期運(yùn)行過程中會由于環(huán)境的改變、氣候的變化、電纜以及接頭的老化，設(shè)備本身的問題等等，而不可避免地發(fā)生直流系統(tǒng)接地。特別在發(fā)電廠、變電站建設(shè)施工中或擴(kuò)建過程中，由于施工及安裝的種種問題，難以避免的會遺留電力系統(tǒng)故障的隱患，直流系統(tǒng)更是一個薄弱環(huán)節(jié)。投運(yùn)時間越長的系統(tǒng)接地故障的概率越大。

3、直流系統(tǒng)接地的危害

（1）接地分類:由于直流系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接比較復(fù)雜，其接地情況歸納起來有以下幾種：金屬接地或全接地和間接接地，非金屬接地或半接地；按接地的情況可分為單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地、環(huán)路接地和絕緣能力降低或稱片接地。

（2）正接地可能導(dǎo)致斷路器誤跳閘

由于斷路器跳閘線圈均接負(fù)極電源，故當(dāng)發(fā)生正接地時可能導(dǎo)致斷路的跳閘。

（3）負(fù)接地可能導(dǎo)致斷路器的拒跳閘，斷路器不會跳開，產(chǎn)生拒動，會使事故越級擴(kuò)大。

二、怎樣查找、排除直流系統(tǒng)接地故障

首先要找到接地的位置，這就是我們常說的接地故障定位。直流接地大多數(shù)情況不是一個點(diǎn)，可能是多個點(diǎn)，或者是一個片，真正通過一個金屬點(diǎn)去接地的情況是比較少見的。更多的會由于空氣潮濕，塵土粘貼，電纜破損，或設(shè)備某部分的絕緣能力降低，或外界其他不明因素所造成。大量的接地故障并不穩(wěn)定，隨著環(huán)境變化而變化。因此在現(xiàn)場查找直流接地是一個較為復(fù)雜的問題。

1、查直流接地的方法

（1）拉回路法：這是電力系統(tǒng)查直流接地故障一直沿用的一個簡單辦法。所謂“拉回路”，就是停掉該回路的直流電源，停電時間應(yīng)小于三秒。一般先從信號回路，照明回路，再操作回路，保護(hù)回路等等。該種方法，由于二次系統(tǒng)越來越復(fù)雜，大部分的廠站由于施工或擴(kuò)建中遺留的種種問題，使信號回路與控制回路和保護(hù)回路嚴(yán)格區(qū)分，而且更多的還形成一些非正常的閉環(huán)回路，必然增大了拉回路查找接地故障的難度。正由于回路接線存在不確定性，往往令在拉回路的過程中，常常發(fā)生人為的跳閘事故，再加上微機(jī)保護(hù)的大量應(yīng)用，微機(jī)保護(hù)由于計(jì)算機(jī)的運(yùn)行特性也不允許隨意斷電。2001年10月，廣西電力局中心調(diào)度所繼?？瓢l(fā)文，明令禁止“拉回路”查找直流接地。

（2）直流接地選線裝置監(jiān)測法

這是一種在線監(jiān)測直流系統(tǒng)對地絕緣情況的裝置。該裝置的優(yōu)點(diǎn)是能在線監(jiān)測，隨時報(bào)告直流系統(tǒng)接地故障，并顯示出接地回路編號。缺點(diǎn)是該裝置只能監(jiān)測直流回路接地的具體接地回路或支路，但對具體的接地點(diǎn)無法定位。技術(shù)上它受監(jiān)測點(diǎn)安裝數(shù)量的限制，很難將接地故障縮小到一個小的范圍。而且該裝置必須進(jìn)行施工安裝，對舊系統(tǒng)的改造很不便。此類裝置還普遍存在檢測精度不高，抗分布電容干擾差，誤報(bào)較多的問題。如果能有一種在監(jiān)測點(diǎn)上不受限制，檢測精度較高，選線準(zhǔn)確的直流接地選線裝置，應(yīng)是一種較好的選擇。

（3）便攜式直流接地故障定位裝置故障定位法

該裝置是近幾年開始在電力系統(tǒng)較為廣泛應(yīng)用的產(chǎn)品。該裝置的特點(diǎn)是無需斷開直流回路電源，可帶電查找直流接地故障完全可以避免再用“拉回路”的方法，極大地提高了查找直流接地故障的安全性。而且該裝置可將接地故障定位到具體的點(diǎn)，便于操作。目前生產(chǎn)此類產(chǎn)品的的廠家也較多，但真正好用的產(chǎn)品很少，絕大部分產(chǎn)品都存在檢測精度不高，抗分布電容干擾差，誤報(bào)較多的問題。

三、查找直流系統(tǒng)接地故障的深層次分析

據(jù)現(xiàn)場使用情況反映，絕大部分查找直流系統(tǒng)接地故障的裝置都不是很好用，其原因要從直流系統(tǒng)接地說起，由于發(fā)電廠、變電站的直流系統(tǒng)是一個龐大的、復(fù)雜的直流電源網(wǎng)絡(luò)，所接設(shè)備多，母線、小母線層層分布，回路縱橫交錯，客觀上增大了查找直流接地故障的難度。

1、關(guān)于分布電容的討論

我們知道電容的特性是對直流呈現(xiàn)開路，對交流呈現(xiàn)一定阻抗特性，其阻抗的計(jì)算公式Zc=1/2πfC，其中f為交流信號頻率，C為電容量，C越大，該電容呈現(xiàn)的容抗就越小，頻率越高，該電容呈現(xiàn)的容抗也越小。變電站、發(fā)電廠直流系統(tǒng)的對地分布電容情況是直流系統(tǒng)越大，回路越復(fù)雜，所接設(shè)備越多，系統(tǒng)呈現(xiàn)的對地分布電容也越大，按現(xiàn)場運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，變電站、發(fā)電廠直流系統(tǒng)的對地分布電容還與發(fā)電廠、變電站的投運(yùn)時間有關(guān)，投運(yùn)時間越長的變電站，分布電容也更大，一般來說，如果查找直流接地的檢測裝置以疊加低頻交流檢測信號方式在直流系統(tǒng)上，假設(shè)點(diǎn)的交流信號頻率f=2Hz(目前絕大多數(shù)裝置都采用5Hz)，那么，直流系統(tǒng)的分布電容對檢測裝置所疊加的低頻交流信號。

2、對直流系統(tǒng)接地故障的定義標(biāo)準(zhǔn)的討論

上面說過直流接地是指直流系統(tǒng)正或負(fù)極對地絕緣阻抗值降低到某個規(guī)定值或某個設(shè)定值時，我們稱直流系統(tǒng)發(fā)生了接地故障。電力系統(tǒng)對直流系統(tǒng)的接地故障目前尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各個廠站按各自的要求將接地故障報(bào)警值按對地電壓不平衡情況定義。直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測普遍采用平衡電橋方式來判定對地絕緣，即為正或負(fù)對地絕緣能力降低時，平衡電橋失去平衡，絕緣監(jiān)測指示上正對地或負(fù)對地電壓會升高或降低。由于平衡電橋回路選用的電阻目前尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。各直流屏生產(chǎn)廠家均有不同的平衡電橋電阻取值，就現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行情況，平衡電橋的電阻取值從1K～36K不等，這樣僅僅用對地電壓的變化來說明接地故障的程度，顯然不是十分準(zhǔn)確的。直流系統(tǒng)對地的絕緣情況，準(zhǔn)確地說，應(yīng)該用阻抗來衡量。發(fā)達(dá)國家的電力系統(tǒng)，對一座較大規(guī)模的發(fā)電廠、變電站，直流系統(tǒng)對地絕緣阻抗的報(bào)警值設(shè)定在50KΩ，目前我國一些全套引進(jìn)進(jìn)口設(shè)備，管理先進(jìn)的個別發(fā)電廠（如大亞灣核電站），直流系統(tǒng)絕緣告警值仍沿用國外標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)為50KΩ。事實(shí)上絕大部分的電廠、變電站，由于種種原因，其接地故障報(bào)警值一般設(shè)在5K～25K之間，有些甚至更低。這就形成一個直流系統(tǒng)接地故障的怪圈，運(yùn)行水平高、管理嚴(yán)格的發(fā)電廠、變電站，比運(yùn)行水平低、管理松散發(fā)電廠、變電站的直流接地故障概率似乎還高。個別運(yùn)行水平低下的變電站一兩年也難有直流接地故障報(bào)警。其根本在于直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測平衡電橋電阻取值的極大差異，造成對地絕緣整定值過低，無法真正體現(xiàn)實(shí)際的絕緣情況。哪怕斷路器因直流系統(tǒng)接地故障有過誤跳，也查不到事故真正原因。

四、怎樣正確選擇直流接地故障查找地裝置

按現(xiàn)場的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，從上面分布電容產(chǎn)生的對地容抗經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，選擇直流接地故障查找地裝置，一定要嚴(yán)格掌握兩個重要指標(biāo)，其一是裝置抗分布電容干擾，（目前絕大多數(shù)生產(chǎn)廠家的設(shè)備都未列出該指標(biāo)）。要求其抗分布電容干擾，對地分布電容系統(tǒng)總值應(yīng)大于或等于80MF，回路的對地分布電容系統(tǒng)值應(yīng)大于或等于8MF；其二是檢測接地故障的對地阻抗值應(yīng)大于或等于40K Ω。達(dá)不到上述兩個指標(biāo)的直流接地故障查找地裝置，在現(xiàn)場應(yīng)用中，對大部分的直流系統(tǒng)接地故障往往檢測不出，更不用說用作定期巡檢裝置。

五、查找直流接地故障的技巧

1、查找及時。因直流接地故障常常隨環(huán)境、氣候的變化而變化，造成難以查找的事故隱患，只要出現(xiàn)故障應(yīng)立即查找。

2、定期巡檢直流系統(tǒng)的對地絕緣。不一定故障出現(xiàn)時再去查找排除。利用精度較高的查找裝置定期對各個直流回路進(jìn)行檢查，記下絕緣較差的直流回路，待氣候漸濕時，再重點(diǎn)監(jiān)測。目前已有部分電廠和變電站采用此法，并已開始建立這種經(jīng)常性的工作。

3、按序查找，先信號回路，事故照明回路，再操作回路，控制回路，保護(hù)回路。先重點(diǎn)檢測絕緣情況較差的回路。

4、對環(huán)路供電的直流系統(tǒng)應(yīng)先斷開環(huán)路開關(guān)，如果客觀上已斷不開的環(huán)路（此類情況現(xiàn)場情況很多），應(yīng)對檢測到的接地故障回路（環(huán)路接地，表現(xiàn)出來一般都是兩個以上回路）其接地精度仔細(xì)分多樣，找出接地更嚴(yán)重的回路，繼續(xù)查找。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.04.056