直流接地故障分析及查找方法

摘 要：直流系統為電力系統保護裝置、信號系統、控制系統提供持續穩定的直流電源，若其發生故障會引起誤動作或拒動作，嚴重威脅到電力系統供電的可靠性和安全性。為了保證直流系統的正常穩定工作，分析出現直流接地故障的原因，以及直流接地查找方法工作原理，為電力系統設備維護人員查找直流接地故障提供參考。

關鍵詞：電力系統；直流接地；故障分析；查找方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.17.256

1 引言

電力系統中直流系統是十分重要的電源系統，但也容易受到各方面的影響發生直流接地故障。當直流系統單點接地時，不會對信號回路、控制回路、自動裝置、繼電保護及事故照明等設備造成誤動作或拒動作，但這樣的隱患必須及時消除，否則可能發展成為兩點接地，這樣將會引起上述事故，產生嚴重的后果。由此可見，直流系統的可靠性及安全性直接影響著整個電力系統的安全，然而目前對直流接地的文獻、參考資料等都很有限，當出現直流接地故障時，往往大多數時間憑借個人經驗來處理，如何安全、快速、準確地找到接地故障位置，及時解決并消除故障恢復直流系統正常運行，是我們當前需要分析和掌握的技術。

2 直流接地故障的原因

直流系統容易受到各種因素（如系統分布范圍廣、設備外露部分多等）的影響，在灰塵、濕氣的作用下容易造成絕緣元件絕緣降低，導致直流接地故障的發生。直流系統接地故障發生的主要原因如下幾方面：

2.1 自然因素

（1）直流系統、電氣設備及二次回路處于陰雨、潮濕的氣候中，容易造成電氣設備對地絕緣性能嚴重下降，引起直流接地故障。

（2）小動物爬入或小金屬零件掉落在元件上造成直流接地故障。

2.2 人為因素

（1）因檢修人員疏忽大意造成直流接地故障。

（2）由于電力系統設計錯誤或基建安裝接線錯誤造成直流接地故障。

（3）設備本身缺陷，引起直流接地故障。

（4）電力系統運行多年以后，二次回路絕緣材料嚴重老化、絕緣性能降低，造成直流接地故障。

3 直流接地故障危害

直流接地可分為單點接地和多點接地，其中單點接地對直流系統影響不大，但多點接地危害做大，可能造成嚴重后果。

3.1 直流正極接地

有可能引起保護及自動裝置誤動作。合閘、跳閘線圈及繼電器線圈正常與負極電源直接接通（正極接通即動作）。如果原直流系統中存在正極接地，正極回路再發生一處接地，就可能引起誤動作，動作原理見圖1。

在直流系統中，如果A、B兩點同時接地時，在將繼電器前的接點短接，則會導致繼電器誤動作引起跳閘。這樣的直流接地情況可導致誤報警、保護誤動等現象。

3.2 直流負極接地

可能使保護及自動裝置拒動。跳閘線圈、繼電器線圈正常與負極電源直接接通，正極電源通過接點接通。如果原直流系統存在負極接地，正極回路也發生一處接地，就可能引起裝置拒動，動作原理見圖2。

在直流系統中，如果A、B兩點同時接地時，則會造成繼電器拒絕跳閘。這樣的直流接地情況可導致保護及自動裝置拒動，從而導致嚴重的事故。

4 直流接地查找方法

結合現場實際情況，直流接地查找的方法通常采用以下幾種方法：

4.1 電橋法

電橋法原理簡單，應用廣泛。主要應用于母線監測，可以監測到直流系統中正負電源對地的絕緣情況。

（1）平衡電橋檢測法.如圖3所示，當開關Q1、Q2長期閉合，且對地分壓電阻R1、R2阻值相同，當正負母線對低電阻Rx、Ry為無窮大時，系統無接地。

（2）非平衡電橋檢測法。如圖3所示，當R1=R2，開關Q1、Q2交替閉合，如Q1閉合Q2斷開，測得U1、U2；Q1斷開Q2閉合，在次測得U1、U2，這樣可以求出正負母線接地電阻Rx、Ry。

綜上所述的兩種方法，平衡電橋法其局限性在于，當監測多點接地時可能產生較大誤差，可能存在動作死區；非平衡電橋法屬于動態監測，但其檢測速度慢，容易受到接地電容的影響，精確度大大降低。

4.2 低頻信號注入法

該方法是在直流系統母線與大地之間定時注入低頻交流信號，根據交流電流信號的流向查找接地故障來實現接地監測。

（1）定頻法。其工作原理是在接地故障點，向直流系統的正負兩極注入一個低頻交流信號，在使用電流互感器逐個檢測直流系統中每個支路電流，如果電流互感器電流相互抵消，則支路沒有發生接地故障；如果電流互感器電流不再平衡，則測量接地點的交流電流值，計算得到絕緣電阻阻值，通過與設定值比較，判斷該點是否發生接地故障。該方法簡單，容易實現，主要用于便攜式檢測裝置。缺點是檢測結果受系統分布電容影響較大，可能會出現誤判。

（2）變頻法。該方法是針對分布式電容對檢測結果影響較大而提出的。其原理是在定頻法的基礎上，向直流系統正負極注入兩個相同幅值、不同頻率的低頻交流電壓信號，通過鉗形電流表觀察直流系統中各支路電流大小的變化來查找接地點。

接地電阻或交流線路隨著對地分布電容的增大，會導致無法查找接地支路。這樣加低頻交流信號會增大直流系統電壓紋波系數，從而影響直流系統的安全運行。

4.3 直流漏電檢測法

直流漏電流檢測法主要是通過測量直流系統的一條支路在正極流出的電流值以及在負極流入的電流值，若無接地點，則兩電流幅值相等，方向相反。

直流漏電流檢測法的優點是不注入干擾源，不受分部電容影響，以操作電源為檢測電源。缺點是當對正負母線頻繁切換接地電阻，容易形成漏電流回路，造成保護裝置和控制設備的誤動作。

5 結論

直流接地系統對電力系統安全運行具有重要的影響，因此了解直流接地發生故障的原因以及危害，對于直流接地故障查找和排除是非常必要的，熟練的掌握快速查找和處理直流接地故障，可以保證設備的安全運行，確保電力系統的穩定安全運行。

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