直流系统接地故障分析

2020-12-22史衍珩

设备管理与维修 2020年22期

史衍珩，贾玉

（徐州华润电力有限公司，江苏徐州 221000）

0 引言

直流系统是电厂电气系统的重要组成部分，接地故障是直流系统经常发生的一类故障，当系统发生正极接地故障时，可能会导致开关误动；而负极接地故障可能会导致操作开关拒动。而当两点接地时，产生的结果是直流电源开关跳闸，回路失去电源，进而导致保护装置失去电能，无法发挥保护作用，甚至可能会造成开关越级跳闸，从而造成严重的事故。

1 直流系统接地故障类型

1.1 单点接地

电厂直流系统为控制负荷、动力负荷以及直流事故照明负荷等提供电能（图1），是现场电气设备控制、信号和保护的基础。在具体的使用中，如果只有正负极中的一极出现接地，并不会对直流系统的运行产生过大的影响，整个系统可以继续对下游负载供电。但如果出现该故障类型，检修人员应及时处理，防止由于故障持续存在而发生多点接地问题。

1.2 多点接地

如果电厂直流系统出现单点接地故障时，没有对其进行及时处理，而且电路中另一点也出现了接地，甚至是两点以上的接地现象，都会严重影响到系统的正常运行，对这种叠加接地的状况，称之为多点接地。

2 直流系统接地的原因、危害以及查找方法

2.1 直流系统接地原因

直流系统出现接地故障的原因：①二次回路中使用的绝缘材料的绝缘性不合格，或是出现了老化、受损等现象，导致直流系统出现接地故障；②二次回路电缆受潮，降低了电路的绝缘性，导致接地故障现象的发生；③电源混搭导致接地故障。

2.2 直流系统接地故障的危害

图1 220 V 直流系统及负荷电路

当直流系统出现正极接地状况时，其保护装置容易出现误动作。由于直流系统负极往往和多数断路器的分合闸线圈以及继电器线圈进行连接，因此当回路中的另外一点也出现接地时，将导致保护装置误动作。而一旦出现直流负极接地的情况，其保护装置可能会出现拒动现象。这是因为在负极出现接地时，如果回路中的另一点也同时发生接地，那么两处接地点可能会导致断路器跳闸线圈或保护出口继电器线圈被短接，进而导致保护装置无法启动；拒动情况下，由于短路电流远超正常值，可能会造成更严重的情况，进而导致直流电源的保险丝被熔断，使各设备的连接处烧坏，使系统瘫痪。

2.3 直流系统接地故障的查找方法

（1）拉回路，俗称拉路法。该方法主要是将直流负荷的开关依次断开，查看直流故障是否消除。这是对直流馈线回路进行排查最为有效的方法，可以查找相关的接地故障，确定接地点的位置。

（2）采用直流接地故障分析装置对故障进行定位。目前，电力系统直流电源查找接地故障的主要困难是现场受到的干扰较大。不同的直流电源以及在不同工作状态下进行测量，其抗干扰性相对较差，导致测量时出现失误，这也是该类产品最为普遍的一项缺陷。能够在市场中得到发展的装置，主要在于其有效解决了干扰问题。直流接地故障分析仪主要有在线式和便携式两种类型。综合来看，该装置具有较高的灵敏度和较强的抗干扰能力，而且体积相对较小，重量比较轻，使用十分方便。维修人员在使用该装置对直流接地故障进行排查时，不需要将电源断开，可直接对接地点进行定位。仪器能对直流系统接地电阻值和具体接地方向进行有效检测，从而为故障排查及定位提供重要参考。

（3）信号注入法，主要是针对直流系统接地故障进行查找的选线装置。主要原理：在直流系统各支路安装可反馈检测信号的电流互感器，对其反馈的传感器信号标注编号，并和接地检测仪显示的部分编号一一对应。各条支路上的互感器可以将检测到的电流信号进行实时反馈，再交由选线装置进行数据分析，并作出最后的判断。一旦出现信号异常，检测仪可以直接显示对应的支路，并确定是哪条分支回路出现了直流接地故障。信号注入法根据其原理又可以分为低频信号注入法和变频信号注入法两种类型。其中低频信号注入法的主要查找流程为，当母线电桥检测到接地故障后，信号会注入分支回路中，通过电流互感器得到相应的反馈信号，并分析此信号的变化特征，判断出接地故障位置。在具体的工作流程中，电流互感器可以对各段线路和相关设备进行仔细检测，不会发生遗漏。检修人员可实时采集各支路的反馈信号，发现其低频电流信号出现较大的波动，可根据情况对该处发生的接地故障进行初步判断。变频信号注入法的原理和低频信号注入法大致相同，只是检测信号为交替变化的低频信号。

2.4 查找直流接地故障的技巧

判断回路中是否存在电源混搭现象，回路中主要使用二极管的单向导通性，并将双电源分别通过二极管输入直流电，从而为控制回路和信号回路等进行供电。如果其中一路的电源二极管出现损坏，导致另外一路直流电的正负极与第一路直流电出现混连，将会导致系统出现接地故障。因此，当断开一路电源后，接地故障也会消失。而对二次回路中提供的干接点是有源还是无源进行确认，当其中一个回路需要另外一个回路为其提供干接点时，反而向其提供了带电源的干接点，这样容易导致电源混搭。因此，在对二次回路进行故障查找时一定要更加注意。在对二次回路在端子牌上进行环线操作时，可能会导致几个控制回路出现混连，并降低绝缘性。在对盘柜进行检查时，要判断其是否出现受潮，是否有明显的潮气、水珠等。而设计直流系统绝缘监测装置时，应采用不平衡电桥原理进行设计，当其直流电源对地电源时，会产生大范围的电压波动，而在使用隔离装置后则可以得到比较平稳的测量电压。

3 直流系统接地故障的缓解对策

在直流系统设备设计与选型过程中，可以通过选择合适的开关以及蓄电池的支架接地方式，来缓解直流系统接地故障产生的影响，确保系统安全运行。

3.1 双极开关对接地故障的缓解作用

选择直流系统开关时选择双极开关，发生断电时正负极会同时断开，可以有效降低多点接地，降低误启动和无法停止造成的影响。双极开关可以避免出现同级接地，且不会导致负载出现误启动。当两个负载同时存在接地故障时，双极开关又可以切断负载电流，从而使故障停止。

3.2 蓄电池支架接地方式的选择

在支架接地的方式中，直接接地方式是将蓄电池安装在钢制支架上，支架和蓄电池之间垫有绝缘层，绝缘层应具有耐化学腐蚀的作用。设计钢制支架时，应按照相关标准和设计要点，使其与电池接地系统进行有效连接。支架不直接接地方式，是将蓄电池在充分绝缘的支撑物上进行安装，并将该支撑物在地板或基座上进行固定。不同蓄电池支架接地方式之间具有明显差异，首先其防护设置不同，对于支架直接接地方式，支架的接地方式要保证支架和接地网之间的电阻为0，并确保人体能够接触到的支架部位电位始终为0，以保证人员的安全；而支架不直接接地方式则主要通过其表面的绝缘性来避免高电位危害到人体，其对接地电阻的大小并没有相关要求。此外，当蓄电池侧出现接地故障时，其产生的接地电阻不同。直接接地方式经过绝缘监测仪的监测，接地电阻为0；而不直接接地方式则由于土壤、水泥等构筑物的导电率不同，其对地电阻也会有所不同。因此，蓄电池支架方式是否直接接地有其各自的优点和缺陷，如果从供电可靠性和降低故障率的层面选择，则应该优选蓄电池支架不直接接地方式。但该方式对整体施工工艺、材料选择等有较高的要求，往往需要较大的投入。从成本角度考虑，并非所有的直流系统都适合采用不直接接地方式，因此在实际应用中，应根据实际情况合理选择。