直流系統接地故障分析、處理與預防

董建華

（山西省煤礦節能監測中心，山西 太原 030045）

引言

直流系統是電力系統極其重要的一部分，為主要電氣設備提供電源保障，構成了一個巨大的供電網絡。直流系統被廣泛應用于各類火力、水力發電廠和變電站等直流設備，如電氣化鐵路、礦山、鋼鐵、房地產企業等，為信號設備、事故照明設備、保護裝置、聯鎖裝置和斷路器合閉、斷開操作提供保障電源；同時，它還可以作為可靠應急電源被應用于計算機房、賓館、醫院、通信部門等重要場所。就像人體內的中樞神經系統一樣，直流系統在電力系統中起著非常重要的作用，它的地位是無可替代的，直流系統為發供電設備的安全運行和可靠切除保駕護航。

1 直流系統的接地

直流系統的接地方式有兩種：直流系統一點接地和直流系統兩點接地。在直流系統中，直流的正極和負極是可靠絕緣并接地的，當采用一極接地方式接地時，接地電流沒有構成回路，故不會引起任何的危害，但如果長期采取一級接地方式工作，這絕對是不允許的。因為當同一極的另一地點二次接地時，就有可能導致繼電保護、信號裝置或者控制回路等一系列裝置的誤動作。如果一點接地以后再發生另一極接地，則將會造成直流短路現象的發生。例如：直流正極接地將有可能造成繼電保護誤動作的發生［1］。出口中間繼電器線圈的跳、合閘線圈等這樣的普通跳閘線圈一般都會采取接負極電源方式。如若這些電流回路中再次發生接地故障或絕緣不良等這些現象，則會引起繼電保護的誤動作。同理直流的負極接地與正極接地情況是一樣的，如果構成的電流回路中再有一點接地將有可能造成繼電保護拒絕動作的產生，事故后果將會更加嚴重。如若兩極兩點同時接地將會造成合閘或跳閘回路的短路，不但有可能熔斷器熔斷，還有可能把繼電器的接點燒壞。

2 直流系統的接地故障

直流系統本身所具有的可靠性和安全性將會對整個系統的安全造成影響，但當投入到實際工作中時，由于直流系統應用的是直流電源，尤其是應用在控制回路和保護回路等方面，使直流系統的故障成為電力系統事故隱患。

1）2013年3月11日，某煤礦變電站直流系統絕緣監測儀接地警報發出，此時監測儀負極對地電阻顯示為0，現場無法確定接地支路。這時現場工作人員采用萬用表分別測得正極對地電壓為234.8V，負極對地電壓為0.2V，從而推斷本次接地方式為負極直接接地。由于煤礦生產連續性，礦井內始終都有礦工在工作，存在很大風險。若兩點同時接地出現在直流系統中，將很可能造成自動裝置、繼電保護裝置等出現錯誤動作或拒絕動作，也可能產生熔斷絲燒斷等故障，這將給電路系統帶來更大的風險與隱患，甚至可能造成死亡事故。

2）2014年5月23日，某煤礦變電站直流系統絕緣監測儀接地告警，光字牌顯示絕緣不良，現場用萬用表測量負極對地電壓為43.2V，正極對地電壓為190.8V，判斷本次接地為線路絕緣不良。

分析故障產生的原因，研究人員通過對監測儀所出現的故障進行探討，總結出故障原因可能有如下幾點：

第一，基建施工時埋下的故障隱患。基建進行時，由于現場施工和安裝階段的疏忽，為直流系統留下故障隱患，而且直流系統在運行初期并不容易被控制或檢查出所存在的隱患，但隨著運行時間的增加，直流系統接地故障發生的概率將逐漸增大。

第二，外力的損傷?，F場檢查、維護人員在直流回路的運行過程中會不可避免地對工作系統造成移動、擠壓及不恰當沖洗等外力損傷。

第三，電纜本身質量問題。由于市場上供應的直流電纜存在質量差異，這就對直流接地將產生極大的影響。

第四，自然環境的原因。直流系統一般情況下連接設備較多，所構成的回路也較復雜，所以在長期的運行過程中，由于溫度、環境、氣候等自然條件的影響、電纜和接頭部分老化以及設備自身的缺陷而導致直流接地故障。

第五，絕緣測試儀未檢出支路的原因：直流系統母線段接地；直流系統兩段同時接地。

3 常用故障的查找方法

1）采用萬用表測量現場正、負極對地電壓，根據顯示電壓值確定是正極接地還是負極接地。

2）通過區分兩段母線，進而控制查找的接地范圍。

3）把運行中產生誤報現象的直流絕緣測試儀撤出。

4）在停止二次回路施工或檢修試驗的同時，斷開工作電源，查看其信號是否消除。

5）采用分段、分部位拉路法來確定直流接地點。采用此方法時，務必保證操作電源由蓄電池供電。停電時，先停不重要的回路，比如信號回路和照明回路等。如果直流接地回路與直流系統脫離，勢必造成直流系統母線的正、負極對地電壓出現平衡，因此，通常采用直流接地回路瞬間停電的方法來確定直流接地點，這就是所謂的“拉路法”。但由于直流系統為不間斷電源，所以人們不能隨性、隨意對其停電?！袄贩ń洺Ｔ斐芍绷飨到y控制或保護回路跳閘等事故［2］。

通過以上原因分析并采用上述查找的方法，最終圓滿解決了這兩次直流接地事故，事故一的原因是因為外力損傷，開關柜門將電纜絕緣皮磨破造成接地；事故二是因為直流蓄電池組在安裝時碰裂外殼，造成輕微漏液。

4 防止直流接地發生的措施

1）設備元件絕緣老化盡快更換。直流接地故障較多發生在運行時間長的變電站，如二次電纜接地、二次設備元件老化、電容器爆裂漏液、指示燈座絕緣下降等。絕緣老化的設備隱患只有通過更換的方法處理。

2）拆除一些不必要存在的二次回路及設備。有些二次回路及設備雖已停用，但卻沒有退出直流電源，日常缺少維護，容易造成絕緣下降。比如已實現無人值班的變電站保留的一些公用信號回路、光子牌、閃光回路、屏頂直流母線、端子排上遺留的接線頭，甚至舊的二次電纜也沒有拆除，留下接地隱患，也是接地故障產生的主要原因。建議將這些回路全部拆除。

3）做好防潮措施。戶外端子箱、戶外開關的機構箱、CT與PT上的接線盒、主變的瓦斯繼電器、溫度表、油位計等戶外設備因為在戶外長期受陽光照射，以致密封膠老化，容易受潮，造成內部元件接地。建議對這些設備定期進行防水檢查，增加防雨罩，使用密封材料封漏。同時做好加熱器的管理維護，定期檢查溫控器以及加熱板，特別施工期間，加強對加熱器電源停用的戶外端子箱巡視管理，做好防潮措施。一些分相開關的機構箱、刀閘機構箱沒有安裝加熱器也應改造。

4）加強工程施工管理，避免遺留隱患。比如電纜頭制作時電纜芯受損；電纜芯與柜門的位置過近致使關門時夾傷電纜芯；電纜芯與戶外端子箱的外殼太近，暴曬使得端子箱外殼發熱，電纜芯受熱使得絕緣下降接地；粗暴施工造成電纜絕緣層損傷等。這些隱患不一定立即顯現，有可能待天氣炎熱、下雨、受到震動時才會造成絕緣下降，發生直流系統接地。消除這些隱患，這需要在工程施工時加強驗收管理，文明施工，避免留下隱患。

5 結語

隨著電力系統的智能化和網絡化，直流系統在電力系統中的重要性更為突出，所以相關人員應不斷地進行實踐和總結，以熟練掌握處理直流接地故障的能力。直流系統接地故障作為緊急缺陷處理往往消耗繼電保護工作人員大量的時間和精力，也嚴重影響電網設備的安全穩定運行。本文介紹的直流接地排查方法為繼保工作人員進行直流接地排查提供參考。直流接地查找的方法各有優點，我們應根據情況合理使用。從長遠來講，主要是“預防為主，管理為輔”。時刻加強直流設備的維護與管理，定期安排人員巡檢直流系統的對地絕緣性能，并利用高精度查找裝置定期對各個直流回路進行巡查，對絕緣較差的直流回路進行標記，在恰當時機對其進行更換，盡可能減少直流接地的發生，提高電網安全運行的可靠性。

［1］ 吳建忠.直流電源系統監控裝置的研制［J］.計算機應用，2003，29（10）：10－12.

［2］ 盧文鵬.發電廠變電站電氣設備［M］.北京：中國電力出版社，2007.