一例直流系統接地故障的查找和分析

李天波

摘? 要：文章介紹了某火電廠生產現場發生的一起直流系統接地故障處理過程，分析了這次接地故障處理和以前處理類似故障相比有難度的原因，并對使用的直流系統接地檢測儀原理進行了簡單介紹，最后針對本廠直流系統提出了相關改進建議。

關鍵詞：直流系統;接地故障;絕緣監察;查找

中圖分類號：TM621 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）32-0128-02

Abstract： This paper introduces the treatment process of a DC system grounding fault that occurred in the production site of a thermal power plant， and analyzes the reasons why it is difficult to deal with the grounding fault compared with the similar fault before. The principle of the DC system grounding detector is briefly introduced， and finally the relevant improvement suggestions are put forward for the DC system of this factory.

Keywords： DC system; grounding fault; insulation monitoring; finding

引言

直流系統對發電廠的生產運行十分重要，它是供給繼電保護、通信、控制回路、信號回路、DCS、事故照明、UPS等二次設備的重要電源，對供電的可靠性要求極高。由于電力系統應用直流電源的特殊性，特別是控制回路和保護回路的應用，一旦直流系統發生故障，如果處理不當，往往發展成為電力系統較大的事故。直流系統正常運行中最常發生的就是接地故障。一旦直流系統發生一點接地故障，必須及時處理，否則將會對發電廠的安全穩定運行造成極其嚴重的威脅，甚至會波及到整個電網。發電廠直流電源分布廣泛，運行環境也較復雜，尤其在火電廠爐機運行環境里，更容易造成接地。正常時直流系統是絕緣系統，正、負極對地絕緣電阻相等，正、負極對地電壓平衡。發生一點接地時，正、負極對地電壓發生變化，接地極對地電壓降低，非接地極對地電壓升高，供電可靠性大大降低，如果在接地點未消除時再發生第二點接地，極易引起直流短路和開關誤動或拒動，所以直流一點接地時，設備雖可以短時繼續運行，但接地點必須盡快查到，將其消除或隔離。

1 某發電廠110V直流系統概述

某電廠裝機容量6×350MW，每兩臺機組為一個單元，每個單元集控電氣系統設置110V、220V兩級電壓的直流系統。110V直流系統為機組的控制、保護、DCS系統及其它負荷供電。220V直流系統為直流動力負荷、直流事故照明、交流不停電電源供電。每臺機組的110V直流系統由兩組直流母線、三臺整流柜、兩組蓄電池組成。其中一臺整流柜作為另兩臺的公共備用，每組蓄電池有電瓶54個。在兩組直流母線上每組裝有一套直流絕緣監察裝置。正常情況下，直流110VⅠ、Ⅱ段分段運行，每段母線對應的整流柜和蓄電池并列運行，整流柜帶正常負荷，同時以小負荷向蓄電池組浮充電，以補償其自放電。

2 故障的發生

2017年某月某日09：39，三單元集控5號機ASD面板發“51 110V SWGR EARTHING”報警，維護人員接到通知后和運行人員共同到配電間，查看110V直流I段就地絕緣監察裝置，顯示為“Rs<1K”（其報警值設置為20K），絕緣監察裝置報警指示紅燈亮，110VI段直流柜頂報警指示黃燈亮。嘗試復位報警信號，不能復歸。辦理工作票后，用萬用表測量兩極對地電壓U+e為57.8V，U-e為-59.2V，且電壓穩定。此次正負極對地電壓都不為零，這在以前處理直流接地故障沒有遇到過。初步分析后認為110V系統應該不是某一極直接接地，故障點可能在兩極之間的某處。

3 故障的分析及查找過程

首先需要說明的是本廠直流系統的特殊性。每臺機組重要的負荷和保護裝置，其控制電源均有兩路，分別取自110V直流I段和110V直流II段。在控制電源小開關上口裝設有二極管對兩路電源進行隔離，當一路電源失去后，可實現另一路電源無擾切換，以保證電源可靠性。因110V直流I段和II段由二極管連接成環路，所以正常情況下，分別設置在兩段上的兩組絕緣監察裝置只投I組。當兩段間負極聯絡刀閘斷開時，II段上的II組絕緣監察裝置自動投入。此時，當斷開兩段間負極聯絡刀閘時，110V直流II組絕緣監察裝置也發報警，故不能判斷接地點在那一段上。聯想到一年多前5號機110V直流I段接地檢查時，絕緣監察裝置本身發生過故障，懷疑接地點可能在I段絕緣監察裝置上。將II段絕緣監察裝置拆下更換到I段后報警仍不能消除，說明絕緣監察裝置本身無故障。詢問當班運行人員，報警發生前和直流系統相關的回路也沒有任何操作。

兩個月前，5號機停機進行C級檢修時，110V直流系統的蓄電池全部換新，且蓄電池個數因故比原來少兩塊，應該對蓄電池充電回路進行檢查。故先停運1號整流柜，將3號備用整流柜直流輸出轉換開關Q25打至“1”位，啟動3號備用整流柜，接帶110V直流I段母線，并依次斷開I組蓄電池刀熔開關Q28，斷開110V直流I段工作進線刀熔開關，報警不消失。停運3號備用整流柜，恢復1號整流柜接帶110V直流I段母線。按上述步驟，依次隔離II組蓄電池和2號整流柜，報警仍不消失。恢復110V直流系統為正常運行方式。由以上操作結果推斷，接地點不在整流柜和蓄電池充電回路上，也不在直流母線工作進線刀熔開關之前的線路上。

利用儀器查找直流接地故障。我廠使用的是浙江星炬的WZJD-6B微機直流系統接地檢測儀。此便攜式裝置由超低頻信號發生器、超低頻信號接收器、數字信號處理器及液晶數碼顯示器等電路組成。超低頻信號發生器產生2HZ的超低頻信號，通過保護電路，由母線對地注入直流系統，檢測探頭卡在超低頻信號注入點后面，沿線向后移動，查找接地故障，并確定接地故障點位置。如查尋線路上有接地故障，這時，超低頻信號源發出的超低頻信號電流經被查尋的線路及接地電阻與接地電容形成電流回路，卡在被測線路上的檢測探頭中產生感應電流，感應電流的大小與接地電阻和接地電容構成的阻抗成反比。阻抗越小，檢測探頭所產生的感應電流越大。感應電流經放大、帶通濾波、相位比較、濾波、A/D轉換，經CPU進行數據處理，求出接地電阻值與接地電容值，從而檢測直流負荷各支路絕緣電阻。經過對110V直流系統各路負荷的檢測，并未發現阻值有明顯的變化，沒有找到接地點。

最后用“拉路法”進行檢查。先將設置雙路電源的負荷，由110V直流II段供電的電源開關逐一斷開，觀察I段絕緣監察裝置，報警一直未走。再斷開負極聯絡刀閘，發現II段絕緣監察裝置報警未發，I段報警仍在;然后將110V 直流II段上剛才斷開的電源開關逐一合上，再依次斷開由110V直流I段供電的電源開關。在此過程中， II段母線絕緣監察裝置報警一直未發，I段報警還在。可以推斷故障接地點在直流I段所連接的回路上。恢復110V直流系統為正常運行方式。最后由直流I段供電且可暫時斷開的負荷就只有110V/24V直流變換器的六個電源模塊了。將此電源模塊電源開關按編號依次斷開、合上進行觀察，當檢測到第四個模塊時，發現絕緣監察裝置報警消失，阻值恢復正常，用萬用表測量110V 直流兩極對地電壓正常。更換此電源模塊后，將24V直流系統恢復正常。查找結束，全面檢查110V和24V直流系統。

4 結束語

查找直流接地故障操作的一般步驟和注意事項在這里不再贅述。直流系統在運行過程中出現的接地故障大部分屬于間接接地和非金屬接地，是隨著自然環境的變化而不斷變化的，這種動態的接地故障非常不容易查找，再加上直流系統的接入點以及回路非常復雜，一直以來都是困擾維修人員的一大難題。由于我廠雙路供電的110V直流回路隔離二極管的存在，使得回路形成環路，如不首先斷開環路也是不易找到接地點的，這使得我廠接地故障的查找更增加了難度。這次接地點隱藏較深，發生故障的24V直流電源模塊正常運行，未發報警，這在以前沒有遇到過，干擾了對故障的判斷。說明24V直流電源模塊內部的設計本身有缺陷，應盡早與廠家溝通，進行消除。

對于生產現場而言，我廠設備普遍運行多年，老化嚴重，各種端子箱、機構箱、刀閘輔助接點箱等生銹損壞，密封性下降，遇雨、雪、濕霧天氣，易發生接地;還有直流串電（寄生回路）、同級兩點接地、直流系統絕緣不良、多處出現虛接地點等復雜狀況。所以在拉路查找時，往往更加困難。針對此次事件，應對主廠房直流系統進行一次全面排查，建立易接地設備臺帳，消除存在的安全隱患。還應多方調研，加快制定直流系統的升級改造方案，消除二極管對直流系統接地查找難度的影響。另外，每周測量一次直流系統兩極對地電壓，形成定期機制;對運維人員加大培訓力度，增強直流系統故障處理能力。

參考文獻：

[1]熊信銀.發電廠電氣部分[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2]國家電力調度通信中心.電力系統繼電保護實用技術問答（第二版）[M].北京：中國電力出版社，2000.

[3]鄭永高，張繼志.直流系統設計點滴體會[J].建筑電氣，2016，35（02）：40-43.

[4]浙江星矩電力電子有限公司.WZJD-6B型便攜式直流檢測儀說明書[Z].