關于一起直流屏絕緣故障的分析

林矗

摘要：本文介紹了一起由于感應電勢導致交流分量竄入直流回路中引起的直流屏絕緣故障，并建議在高壓柜尤其是動力饋線柜敷設控制電纜時，將直流控制電纜與交流控制電纜分開進行敷設，以防止該故障的發生。

關鍵詞：直流屏；絕緣故障；感應電勢

中圖分類號：TM571.61文獻標識碼：A文章編號：1674-3024（2016）13-248-02

前言

直流屏是直流電源操作系統的簡稱。簡單地說，直流屏就是提供穩定直流電源的設備。發電廠和變電站中的電力操作電源現今采用的都是直流電源，它為控制負荷和動力負荷以及直流事故照明負荷等提供電源，是當代電力系統控制、保護的基礎。直流屏由交配電單元、充電模塊單元、降壓硅鏈單元、直流饋電單元、配電監控單元、監控模塊單元及絕緣監測單元組成。主要應用于電力系統中小型發電廠、水電站、各類變電站，和其他使用直流設備的用戶（如石化、礦山、鐵路等），適用于開關分合閘及二次回路中的儀器、儀表、繼電保護和故障照明等場合。城南水廠一泵房屬于高壓泵房，在高壓配電系統中安裝有一套直流控制屏作為高壓配電系統操作電源，采用了南京空軍通訊電氣設備總廠設計生產的GZG23系列程控直流電源屏。本文將介紹一起較為少見由于感應電動勢引起的直流屏絕緣故障。

1.故障現象

城南水廠一泵房直流屏安裝于2007年，經過三年的運行，2010年運行人員發現該套系統時常會報絕緣故障。經水廠技術人員檢查發現正負對地絕緣均良好，用數字式萬用表測量輸出電壓值也均正常，且切除直流輸出后，故障仍然存在。更換絕緣監察繼電器后，故障消除，然而運行一段時間后，故障現象又重新出現。后經過仔細觀察，發現絕緣監察繼電器殼體發熱，且內部有高速抖動的聲音，但此時無絕緣故障報警。用示波器在直流屏輸出端檢測出一個頻率為50Hz，幅值約為70V交流分量，當手動切除部分直流負載后，該交流分量消失，繼電器高速抖動現象消失。

2.直流屏對地絕緣下降的危害及絕緣監察工作原理

當直流系統的正極或負極與大地之間的絕緣水平下降到某一整定值或低于某一整定值時，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成為負接地。按照故障類型可以分為

（1）直接接地又叫金屬性接地。直接接地是指直流系統電源正極或負極對地的電阻等于零的情況。當直接接地情況在直流系統中如果同時出現兩點時，就可能造成斷路器誤動或拒動。

（2）間接接地又叫非金屬接地。間接接地是指直流系統電源正極或負極對地的電阻降低至某一個允許值之下。這時的接地電阻是否會對系統造成危害，要看各個單位的具體情況。

（3）絕緣降低是指直流系統所采用的電纜、設備的絕緣電阻由于某種原因低于出場數值。這些電纜設備構成的直流系統的直流電源的正負極對地絕緣電阻總體上低于允許值。

由于直流系統是不接地系統，因此直流系統中有一點接地是不會對直流系統造成直接危害的，但是必須及時消除故障，否則如果再發生一點接地就可能造成對整個電力系統的嚴重危害。當直流系統正極接地時，將會造成保護誤動的可能：當直流系統負極接地時，將會造成保護拒動的可能。

直流屏絕緣監察主要通過對正負極對地電壓來實現。如圖1所示，為直流屏絕緣監測示意圖。SB2為正對地電壓按鈕，SB3為負對地電壓按鈕，PV3為電壓表，方框為直流屏內部絕緣監察繼電器，其中1號觸點接地，2號觸點接直流屏正極，6號觸點接直流屏負極。當沒有操作時，電壓表測量值為直流屏正負極間電壓值，當按下SB2正對地電壓按鈕后，SB2常閉觸點打開，常開觸點閉合，測量的即為負極對地電壓值，同理SB3。該型直流屏內部安裝有阿繼電氣有限公司生產的ZJJ-1A型絕緣監察繼電器，額定電壓為220V，動作電流為2.2mA。其內部接線如圖2所示。該型繼電器采用電阻平衡電橋原理，用于監視低壓直流母線絕緣情況，當母線對地絕緣降到一定水平時，會發出絕緣破壞報警。具體動作步驟如下：見圖3，在外部，5腳與7腳相接，R3為正對地絕緣電阻，R4為負對地絕緣電阻，正常情況下，正負對地絕緣電阻相等，因此靈敏元件CJ無電流流過。當直流系統絕緣發生破壞，即正極或負極完全或部分接地時，R3和R4阻值發生變化，不平衡電流即流過CJ，當不平衡電流大于動作電流時，CJ動作，常開觸點閉合，引起出口元件ZJ動作，ZJ常開觸點閉合，發出絕緣故障報警。

3.故障分析

經過檢查，我們發現，城南水廠一泵房高壓柜主要用于高壓電機啟停操作。在該高壓柜二次回路中，有一組跳車自動關閥門的引出線，其作用為當高壓斷路器跳閘時，為防止水流倒灌引起機組倒車，串聯在閥門關二次回路中的高壓斷路器常開輔助觸點閉合，閥門接觸器吸合，閥門關閉，由此可知，當高壓斷路器處于分閘狀態下，該干接點通有220V交流電。在同一根控制電纜中，還接有從高壓柜引至機旁箱分閘和合閘按鈕，而該組控制線則接在高壓柜直流回路中。經過檢測和分析，我們發現，由于該電纜（型號為KVV8*1.5mm2）使用時間較長，各導線之間絕緣程度下降，導致交流分量竄進直流回路。由于直流系統是不接地系統，因此正負極對地電壓均保持為110V左右，而交流分量竄進直流系統后，隨著正弦波形的變化，會分別導致正負對地電壓升高，在R1和R2上產生不平衡電流，引起絕緣監察繼電器誤動作。且由于交流分量頻率為50Hz，因此在每個周期里都會造成不平衡電流反向一次，由此引起繼電器高速動作，時間長了以后，ZJ觸點發熱粘連，無法脫開，直流屏則長期報絕緣故障。

4.解決方法及結論

城南水廠組織施工人員對閥門控制線纜進行重新敷設，采用RVVP2*1.5屏蔽電纜，徹底隔絕直流系統與交流系統，保證直流系統負載干凈。該故障現象未再發生。在配電系統中直流系統網絡比較復雜，發生接地的機會也較多。直流系統發生一點接地時影響不大，仍可繼續進行。但是一點接地長期存在是非常危險的，若發生另一點接地時，就有可能引起信號回路、控制回路、繼電保護裝置和自動裝置的誤動作或造成直流電源短路。為防止直流系統出現一點接地的運行，必須裝設直流絕緣監察裝置。在實際運行中，為了方便起見，高壓開關柜至機旁箱控制電纜往往會采用一根多芯（8芯或者12芯）電纜，里面同時有交直流控制電纜。當線纜絕緣下降后，交流電就會在直流系統中產生感應電勢，引起直流系統故障。建議今后直流系統與交流系統控制電纜還需分開敷設，最好采用屏蔽電纜，以防止類似情況發生。