直流系統絕緣降低原因分析及解決方法

摘要：變電站和發電廠的直流系統是十分重要的電源系統。基于直流系統在電力系統中處的重要地位，其自身絕緣的可靠直接影響到整個直流系統乃至整個電力系統的安全，特別是控制回路和保護回路。以下是直流系統絕緣降低原因分析及解決方法。

關鍵詞：直流系統絕緣;故障分析;直流系統;直流系統接地;絕緣降低排查

一、概述

在變電站和發電廠中，為保護、控制、信號、不間斷電源裝置等可靠供電的電源系統，通常采用直流電源。現變電站和發電廠中廣泛應用的是主要采用閥式蓄電池和開關電源組成的直流控制電源系統。

直流系統母線、饋線的發生一點絕緣降低，在一般情況下并不直接影響直流系統的正常運行，但如果不及時找出絕緣減低的原因并加以修復，當另一點發生接地故障或者絕緣降低時，就可能引發事故事故。為保障直流系統的安全可靠，則必須對其絕緣狀況進行實時監控。本文采取檢測其對地絕緣電阻的方法來分析其絕緣狀況，并對絕緣降低提出解決方法。

二、直流系統接地故障

電力系統中，直流系統電壓通常采用220V和110V，依據電力行業標準lt;lt;電力用直流電源監控裝置gt;gt; DL/T856-2004對直流絕緣檢測的技術要求，220V直流系統絕緣整定值為25kΩ，110V系統為7kΩ。

以220V直流系統為例，當正極或負極對地絕緣電阻降低到25kΩ，則稱為直流系統接地;正級小于25kΩ則稱之為正極接地，負極對地電阻小于25kΩ則稱之為負極接地。在電橋法表現出來則是正極對地電壓降低，或負極對地電壓降低。當直流系統正極或負極對地絕緣電阻降低但其阻值還大于25kΩ，稱之為絕緣降低;當其阻值低于25kΩ但大于0Ω時，稱之為間接接地（非金屬接地）;當其阻值接近于0Ω時，稱之為直接接地（金屬接地）。

三、直流絕緣異常原因分析

電纜引起：主要是由于電纜在加工過程出現質量問題、敷設過程中損傷電纜或者使用時間過長老化所致。

設備引起：由于設備故障或老化造成直流對地短路，或者絕緣降低，比如經常出現的比如操作回路分、合閘線圈燒毀接地，直流空氣開關由于過流發熱損壞接地等。

其他原因引起：由于鐵銹、小動物、蟻巢、污垢等引起直流系統絕緣降低，特別是天氣異常時，如連續下雨或潮濕天氣后，端子排進水或受潮引起絕緣降低。

圖1" 直流系統接地圖

由圖1可知，若A點接地，同時于B點也接地，則KM線圈接通，可能造成斷路器誤分或誤合。同理，A點與C、F、D中一點同時接地也可能造成斷路器勿動。E點與B、C、E、F中一點同時接地都可能造成斷路器拒動。直流系統正負極電源之間兩點接地還有可能造成熔斷器熔斷、燒壞直流電纜甚至引起火災的危險。

圖2 電橋原理圖

圖2為直流系統電橋原理圖，R1=R2= 1MΩ，做星形與三角形等效變換后可轉換為圖3的電橋原理等效圖。

由圖3和圖4可知，R正與R負為電橋三角形變化后的等效電阻，正常運行時，有R正、R負相等，V+、V- 相對地電壓都為110V，當正級或負級相對地絕緣降低時，V+、V-會發生變化，如圖4中正極接地，V+會降低，假設正極接地電阻為RX，計算結果如下：

假設正接地電阻RX=50kΩ，直流電壓隨平衡電阻變化情況如下：

平衡電阻為R正=R負=1MΩ時，V+ =10.5V，V- =209.5V

平衡電阻為R正=R負=50kΩ時，V+ =73V，V- =147V

由此可見直流系統絕緣降低的嚴重程度不能單獨看直流母線電壓的偏差，還跟電橋系統的平衡電阻有關。對某一變電站或發電廠直流系統，其平衡電阻是固定不變的，因此可以用直流母線電壓偏差的大小來判斷直流絕緣降低的嚴重程度。

當廠家沒給出平衡電阻值時，我們可以用如下方法來計算平衡電阻：

1.測量該系統電壓為：V總

2.人為在正極與地之間接入電阻RX=100kΩ，測量正極對地電壓為V+

3.人為在負極與地之間接入電阻RX=100kΩ，測量正極對地電壓為V-

4.計算出正極、負極對地絕緣阻值分別為：

如果該系統沒有絕緣降低，則 R+ = R- 即為該系統的平衡電阻

如果該系統出現絕緣異常，現在我們可以利用上式計算出來的平衡電阻值，再通過測量系統直流母線正、負極對地電壓來計算其相對地的絕緣阻值，以圖4為例，計算得：

四、直流絕緣降低異常解決方法

變電站和發電廠中直流系統的絕緣降低情況是非常復雜的，但是處理絕緣降低的方法基本是一致的。方法如下：

（1）運行中的直流系統一旦發生一點絕緣降低或接地時，應引起高度重視，迅速查找原因，盡快消除缺陷，防止發展成多點接地故障。

（2）在尋找及處理接地故障時，必須保證至少有兩人，在工作前，應慎重考慮，并采取必要措施，防止引起直流回路另一點接地或因直流電源中斷而造成各種嚴重后果如裝置誤動作。

（3）直流接地發出信號后或發現其監視電壓表指示有效大的偏差時，應及時查找并根據電壓情況指示判斷是哪一極接地。使用儀表測量電壓時，應使用高內阻儀表，其內阻應大于2kΩ/V。

（4）直流系統接地發生后，嚴禁在直流回路上進行與查找接地無關的工作。

（5）在直流回路上工作的同時，發生直流系統接地，應首先在該工作回路上尋找接地點。

（6）禁止把未接地的一極接地，通過燒焦接地處來查尋接地點。

（7）在進行直流系統絕緣故障點的尋找時，應使用專用的直流接地探測器進行查找，在查找時應注意以下幾點：使用探測器之前應檢查探測器兩接線之間是否正常，防止直流短路事故。探測器兩接線的線夾應用絕緣膠布包好，防止直流短路或多點接地的發生。

（8）為了查找直流接地，可采取瞬間斷開某回路電源的方法查找。工作前必須征得調度員的同意，對瞬間失電后，有可能誤動的保護，應先申請將保護或一次設備退出運行后進行。

（9）采用瞬時斷開某回路電源的方法查找時，應按先拉不重要饋線，后拉重要饋線。先戶外，后戶內的原則進行，先動部分，后靜部分，拉保險絲先拉正極的，后拉負極的，合則相反。其順序可如下：① 斷開臨時工作電源，② 斷開事故照明回路，③ 斷開信號回路，④ 斷開閘回路，⑤斷開蓄電池回路，⑥ 斷開保護回路;操作過程中不管是否是次回路的問題，都應在3秒內把開關重新合上。

（10）當查明某一回路接地時，應盡可能找出接地點，如確定接地點在保護或自動裝置內部時，通知繼保人員及廠家人員檢查消除。

這就是所謂的“拉路法”，直流絕緣減低回路一旦從拉開脫離系統，則直流母線的正、負極對地電壓就會馬上恢復平衡。實際故障排查中，由于直流供電系統的特殊性，經常發生閉環回路供電、雙電源供電情況，保護裝置不經調度同意也不允許私自停電，以及在施工、擴建、改造過程中遺留的回路不明確等復雜情況，使查尋直流降低故障點更加困難。故現變電站和發電廠直流系統中引入絕緣監測裝置，實時監測其絕緣狀況。

對于直流系統絕緣降低情況的嚴重程度，建議對絕緣降低的情況進行分級處理。

接地故障設置建議" 0-50K

一級絕緣設置建議" 51-100K

二級絕緣設置建議" 101-200K

三級絕緣設置建議" 201-500K

分級處理為直流系統絕緣降低分級管控提供依據，由絕緣降低發展為嚴重的接地故障，多數情況下是一個漸變的過程，先是一點絕緣降低，再發展到兩點，最后是兩點或多點接地，對整個電力系統可能產生嚴重的后果。

因此必須防微杜漸，從最開始杜絕絕緣降低的情況發生。這就要求直流系統有高精度的絕緣測量技術和先進的評估診斷手段，這也是對直流系統實時測控設備提出新的挑戰。

參考文獻：

[1]陳萍.直流系統接地危害及防范措施"" 電工技術.2011（04）

[2]賴嵩汕.淺談直流接地故障的原因、危害及處理" 電源技術應用.2013（06）