直流系統接地故障探討

張 帆

(中國華電香港有限公司，北京 100031)

在電力系統中，無論是發電廠還是變電站，直流系統的可靠性都是保障安全運行的決定條件之一。直流系統主要由蓄電池組、浮充電裝置、監測裝置及饋電支路組成，為控制回路、信號回路、繼電保護及自動裝置等提供可靠穩定的不間斷電源。在正常情況下，直流系統正負極對地均為絕緣。當發生1點接地時，一般情況下并不影響直流系統運行；但當出現2點及2點以上接地時，就會造成正負極短路，開關和保護回路誤動、拒動現象。所以當直流系統發生接地時，應迅速、準確地判斷接地點并及時排除。

1 關于直流系統

1.1 直流系統絕緣的相關規定

根據國家電網公司《直流電源系統技術標準》及其他相關規定：110 V蓄電池組的絕緣電阻不小于100 kΩ，48 V蓄電池組的絕緣電阻不小于50 kΩ；配電柜內直流匯流排和電壓小母線，在斷開所有其他連接支路時，對地的絕緣電阻應不小于10 kΩ；二次回路的每一支路和斷路器、隔離開關、操作機構的電源回路，絕緣電阻不小于1 MΩ。

1.2 直流系統接地的定義

當直流系統的正極或負極絕緣水平降到某一整定值或低于某一規定值時，統稱為直流系統接地。當正極絕緣水平低于某一規定值時稱為正接地，當負極絕緣水平低于某一規定值時稱為負接地。

1.3 直流系統接地的分類

從直流系統接地的構成上分類：按接地極性分為正極接地和負極接地，按接地類型分為直接接地(有的稱為金屬性接地或完全接地)和間接接地(有的稱非金屬性接地、非完全接地或半接地)，此外還可按接地點情況分為單點接地、多點接地等。

1.4 直流系統接地的危害

正極接地可能造成保護或開關誤動作，負極接地可能造成保護或開關拒絕動作，而且一旦出現正負極同時接地就會發生故障，乃至事故。二次回路中，某些元件是按短時通電考慮的，若發生直流接地，這些元件會長期通電，則可能被燒毀。

1.5 直流系統接地的原因分析

直流系統分布范圍廣、支路多，會由于環境改變、氣候變化、污染、高溫等引起電纜老化、接線端子老化、二次回路及設備嚴重污穢和受潮；接線盒進水，小動物爬入帶電回路，元件損壞，交流串入直流回路等問題會引起絕緣水平下降。一般來說，投運時間越長，直流系統接地的概率越高。

2 直流系統接地的查找方法

直流系統接地真正通過一個金屬點接地的情況是比較少見的，更多的情況是由于空氣潮濕，塵土粘附，電纜破損，或就地控制箱柜直流系統或直流設備某部分的絕緣降低，或外界其他不明因素所造成的。大量的接地故障并不穩定，會隨著環境變化而變化，因此查找直流系統接地是一個較為復雜的過程。常見的直流系統接地查找方法有如下3種。

2.1 直流系統接地選線裝置查找法

目前市場上出現了眾多廠家生產的直流接地選線裝置，一般是以“信號注入法”、“霍爾傳感器監測法”、“磁飽和監測法”3種原理為基礎設計生產的。通常是在直流的各分支回路上安裝一個穿心式的電流互感器，各互感器感應到的信號經過直流接地選線裝置分析判斷，確定直流接地的分支回路。其安裝在支路回路上的傳感器編號和接地檢測儀顯示部分回路對應編號。其優點是能在線監測、實時監測各分支回路的接地狀態。查巡接地回路時，如“全自動的逐路測試法”，如果儀器測量準確性很高，則是一種不可缺少的自動化設備。但實際使用中其測量精度不高、誤報率較多、抗干擾能力差，各現場情況不一致等問題經常出現。

2.2 便攜式儀器查找定位方法

使用便攜式直流接地故障查找儀作為拉回路法的輔助測試儀，對接地故障的排除在時間上和安全上都是好幫手。其特點如人為拉路法，不需斷開直流回路電源，用移動式的采集互感器在各分布回路上測量，如果發現接地回路就報警。這種設備在使用上是十分科學的，在原理上基本和在線裝置的信號注入法原理相似。由于其采集傳感器可以任意移動，利用該優點還可以更具體地查找到各接地點。但由于目前產品和各直流系統的兼容性和抗干擾能力差等原因，誤報率十分高，因此并沒有被大量采用和全面推廣，僅在查找時作為參考使用。

2.3 瞬時停電法

瞬時停電法也稱拉路法。查找直流系統接地時按以下步驟進行：①根據接地的極性，分析故障可能發生的原因、大概位置；②若站內二次回路上有工作或有設備檢修試驗，應立即停止工作和試驗，看信號是否消除；③縮小查找范圍，將直流系統分成幾個不相聯系的部分(注意：不能使保護失去電源，操作電源盡量用蓄電池帶)；④對于不太重要的直流負荷及不能轉移的分路，利用“瞬時停電”的方法(即逐一短時斷開各支路保險或空開進行，一般用于能短時斷電的非重要回路，停電時間應小于3 s)查該分路中所帶回路有無接地故障；⑤對于重要的直流負荷，用轉移負荷法(即將發生接地的系統各個回路逐個短時切換到另一電壓相同的正常直流回路中，觀察接地現象是否隨著轉移，以判斷該回路是否接地)查該分路內各回路有無接地故障。該方法查找雖然復雜，但是能準確查找到故障支路，縮小故障點查找范圍。

3 直流系統接地查找注意事項

(1) 當直流系統發生接地時，禁止在二次回路上工作。查找和處理必須由2人同時進行，處理時不得造成直流系統短路和另一點接地。

(2) 不能采用任意拔一只熔斷器(特別是負荷熔斷器)的辦法尋找故障點，這樣易產生寄生回路，導致保護誤動作。

(3) 對于不能停電的直流設備，必須事先用備用直流電源供電，以保證在拉路時該回路直流電源不間斷。

(4) 如果直流母線上所有負荷切除后故障仍不消失，則說明接地故障發生在直流電源部分(直流屏、蓄電池組、浮充電機、連接電纜等)。為了避免在查找故障過程中給負荷造成較長時間的停電，引起更大事故發生，一般情況下應先用一套具有足夠容量的備用直流電源(如備用充電裝置)給負荷供電，再將有故障的直流電源與外電路脫離來查找故障。

(5) 有時接地故障發生在主控信號回路中，在這種情況下，當拉開該回路時，中央信號會失去電源，使直流絕緣監測的聲光信號不能發出。這時，判斷接地與否不能再利用聲光信號，而要派專人監視直流絕緣監視繼電器，根據其觸點是否動作來判斷直流回路有無接地。

(6) 某一分支回路的電纜芯中，有屬于控制、信號、閃光等回路用芯。當該電纜損壞接地時，接地故障可能同時出現在接于直流母線上的控制、信號、閃光等回路。因此，如順著某一回路查找到電纜接地故障，其他回路故障就應懷疑是否也是由此引起的。考慮到這種連帶關系，往往能獲得事半功倍的效果。

(7) 查找接地故障前，應充分了解相關的情況。例如：運行過程中有無異常現象，回路有無處于工作狀態、當時的天氣情況等。具體查找時，要采取先信號和照明部分、后操作部分，先室外部分、后室內部分的原則。在切斷各直流回路時，切斷時間不得超過3 s，且不論回路接地與否均應再合上。若直流回路失電，可能引起保護及自動裝置誤動，因此在切斷前應采取必要的安全措施。當發現某一專用直流回路有接地時，應及時找出接地點，并盡快消除。

4 直流系統接地的防范措施

4.1 設備首次投運

當直流電源系統設備安裝調試完畢后，應進行投運前的交接驗收試驗。在所有試驗項目都達到要求后才能投入試運行。交接驗收試驗及要求如下。

4.1.1 絕緣監測及信號報警試驗

(1) 直流電源裝置在空載運行時，其額定電壓為220 V的系統，用25 kΩ電阻；額定電壓為110 V的系統，用7 kΩ電阻；額定電壓為48 V的系統，用1.7 kΩ電阻。分別使直流母線正極或負極接地，應正確發出聲光報警。

(2) 直流母線電壓低于或高于整定值時，應發出低壓或過壓信號及聲光報警。

(3) 裝有微機型絕緣監測裝置的直流電源系統，應能監測和顯示其支路的絕緣狀態，各支路發生接地時，應能正確顯示和報警。

4.1.2 耐壓及絕緣試驗

(1) 在做耐壓試驗之前，應將電子儀表、自動裝置從直流母線上脫離開，用工頻2 kV對直流母線及各支路進行耐壓1 min試驗，試驗中應不閃絡、不擊穿。

(2) 對直流電源裝置的直流母線及各支路，用1 000 V搖表測量其絕緣電阻應不小于10 MΩ。

4.2 運行中的管理和檢查

(1) 直流電源系統設備的運行維護工作按設備管理權限劃分。在查找直流接地時，特別注意熱工用直流電源，嚴禁運行人員隨意操作。

(2) 運行主管單位每年應對所轄運行直流電源系統進行檢查評價，查實直流系統電源設備缺陷，綜合分析直流電源系統存在問題，正確作出設備狀態評估，提出技術改造和檢修意見。

(3) 現場運行規程中應有直流電源系統接地運行維護和事故處理等有關內容。

(4) 對直流系統進行的定期維護工作應納入年度、月度工作計劃。

(5) 具備2組蓄電池的直流系統應采用母線分段運行方式，每段母線應分別采用獨立的蓄電池組供電，并在2段直流母線之間設聯絡開關或刀閘。正常運行時，該聯絡開關或刀閘應處于斷開位置，防止一組直流系統接地造成全部直流系統接地情況的發生。

(6) 設備運行后，平時應對直流系統進行巡回檢查。運行人員一旦發現系統缺陷，應按維護管理職責和權限及時處理或上報。新安裝、檢修、改造后的直流系統投運后，對出現的直流接地、熔斷器熔斷等異常現象處理后，應進行特殊巡視。

(7) 重視直流系統薄弱環節。特別要做好室外端子箱的去潮工作，定期檢查端子箱內加熱器是否按規定投入運行；搞好室外端子箱、機構箱門的維修和密封工作，防止雨水或潮氣侵入控制箱中，侵蝕直流系統設備或端子排；加強室外端子箱、機構箱的巡視檢查，特別是暴風雨來臨前要對室外端子箱、機構箱門認真檢查。

(8) 加強蓄電池組的維護，定期對蓄電池進行測量、清潔。

(9) 接地故障發生后，要及時認真地進行查找，盡快找出接地回路或接地點。找出接地回路后，要及時予以消除；運行人員無法消除時，要督促檢修人員盡快消除。

4.3 設備檢修及預防性試驗

在電廠或變電站檢修時，直流系統常常需要做停電措施處理，但需注意蓄電池不能長時間不充電、長時間停電。對直流裝置要進行防潮處理，防止異物進入，檢修時需要清除部件上的灰塵。設備屏、柜及電纜檢修后，應做好孔洞封堵和防止電纜穿管積水結冰的措施。

檢修后恢復送電前，直流電源裝置的直流母線及各支路絕緣應不小于10 MΩ。蓄電池的絕緣電阻：電壓為220 V的應不小于0.2 MΩ，電壓為110 V的應不小于0.1 MΩ，電壓為48 V的應不小于0.05 MΩ。

投運后應檢查絕緣監察裝置動作是否正確，電壓為220 V的系統用25 kΩ電阻、電壓為110 V的系統用7 kΩ電阻、電壓為48 V的系統用1.7 kΩ電阻。分別使直流母線正、負極接地，裝置應發出聲光報警；直流電源裝置的工作狀態應能傳送到當地后臺或遠方的監控中心。“三遙”功能及報警信號應顯示正確、遠傳可靠。

結合電廠機組或變電站大修時間安排，做好直流系統設備的預防性試驗工作。其預防性試驗主要安排進行絕緣監測及信號報警試驗和耐壓及絕緣試驗。