二次直流系統一點接地故障分析

張成

摘 ?要：該文主要從正極一點接地、負極一點接地、電源端一點接地等三方面分析了二次直流系統一點接地故障理論方面的內容，利用多階動態理論建立直流二次回路接地故障暫態解析方程，以此為基礎對于故障暫態特征以及規律進行分析，在充分考量到繼電器線圈電感作用的基礎上完善一點接地故障理論，最后針對直流系統二次回路故障提出解決處理建議。

關鍵詞：二次直流系統;一點接地故障;理論分析

中圖分類號：TM862 ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

對于二次直流系統來說，一點接地故障是重要故障之一，總的來說主要分為“正極一點接地”、“負極一點接地”、“正電源端一點接地”等類型，雖然已有的研究中對于不同類型一點接地故障進行了分析，就其對繼電保護的影響進行了論述，但有關繼電器線圈電感作用還缺少必要的分析。該文主要為了完善此方面理論內容，針對上述3種類型的接地故障響應理論進行分析，希望能夠對相應專業人士有所幫助。

1 直流系統等值電路

出口繼電器線圈不僅具備電阻，同時還存在比較大的電感值。在繼電器中，因為磁路系統非線性，再加上其在吸合、釋放期間的氣隙在發生變化，那么繼電器的電感就屬于變量。它的浮動情況和漏磁導、激磁安匝大小以及工作氣隙大小有密切的聯系，通過實測，不同的繼電器線圈電感值也具有差異性，部分電感值還達到亨級。

2 二次直流系統一點接地危害

發電廠和變電所為了在交流電源故障停電的情況下仍然能夠對有關設備進行監控，通常都設置一套獨立的直流蓄電池組和充電設備，這些設備和以直流電源操控的操作控制繼電保護裝置以及事故應急照明、事故油泵等組成了“直流系統”。直流系統具有正極和負極導線，正常時正極和負極之間絕緣，正極和負極對地也是絕緣的。如果正極和負極相碰就構成“短路”，如果正極或負極與大地導通，就構成“正接地”或“負接地”。單獨發生“正接地”或“負接地”對直流系統并沒有直接的危害，可以繼續運行，但必須盡快消除接地故障[1]。否則，如果已經存在“正接地”，再出現“負接地”就會發生短路，造成直流系統瓦解，后果不堪設想。在目前我國使用的控制、保護、自動裝置等直流二次回路結線中，都是只控制正電源，而將繼電器線圈、控制電器及開關跳合閘線圈等均接在直流系統負極上。線圈一端來了正電將造成動作，如果直流系統正極接地后，由于某種原因開關跳閘線圈、保護出口跳閘繼電器和其他控制繼電器線圈偶然再有一端接地，將導致開關誤跳而造成嚴重事故。所以直流系統發生一點接地后是很危險的，應立即設法排除。

3 二次直流系統一點接地故障分析

3.1 正極一點接地分析

對于二次直流系統來說，其正極接地故障可以用圖1所示的電路圖表示。

圖1中，E為電源電勢， R+和R-為正極和負極的具體對地電阻， C-為負極的具體對地電容，R2為絕緣監察裝置具體等效電阻， 字母R和L為繼電器具體等值電阻以及電感， 字母C為將繼電器線圈以及上一級繼電器觸頭相應控制電纜連接起來的對地電容。

通過圖1以及基爾霍夫電壓定律能夠得出電路中的關系，并且也能夠得到繼電器兩側電壓初值。繼電器等值電阻會出現以下3種情況。1）繼電器兩側的電壓可以表示為函數形式，繼電器兩側電壓可以表示為2個衰減函數的形式，并且前部分函數的系數相對較高，相應的衰減時間也較長，而后部分則與之相反，因此端電壓的衰減受到絕緣電阻影響更大，會隨著其變化而正向變化[2]。2）繼電器兩側電壓會呈現出振動衰減的趨勢，隨著繼電器等值電感的增加衰減時間會逐漸放緩，并且振蕩頻率會不斷上升。但是在連接繼電器線圈與上一級繼電器觸頭控制電纜對地電容參數增大的情況下，雖然振蕩頻率會有所增加，但是衰減速度并不會受到嚴重影響。3）繼電器兩側電壓會呈現出振動衰減的趨勢，并且隨著繼電器等值電感的增加衰減速度會逐漸放緩，但是在連接繼電器線圈與上一級繼電器觸頭控制電纜對地電容參數增大的情況下，衰減速度不會受到嚴重影響。

3.2 負極一點接地分析

對于二次直流系統來說，通過基爾霍夫電壓定律能夠得出電路中的關系，并且也能夠得到繼電器兩側電壓初值。對于二次直流系統來說，無論是對于負極接地故障還是對于正極接地故障來說，只是繼電器裝置兩側電壓初值發生了改變，但是具有同樣的變化趨勢。

3.3 正電源端一點接地分析

對于正電源端一點接地故障來說，無論是正負極對地電阻還是絕緣監測裝置電阻，都會對繼電器線圈兩側電壓初值和終值產生相應的影響，從另一個角度來說，繼電器兩側電壓主要是由2個衰減函數組成，并且衰減函數系數對于衰減時間的影響較大，而衰減函數系數對于衰減時間的影響較小，所以端電壓的衰減受到衰減函數影響更大，會隨著其變化而正向變化。其中衰減函數系數的作用在于衰減前期加速或者減緩電壓曲線衰減速度，實際的加速或者減緩情況主要是通過具體參數值來決定的。隨著繼電器等值電感參數產生改變，衰減函數并沒有產生明顯變化，衰減總體保持穩定狀態，但是隨著正極對地電容的增加，衰減函數值會下降，但是衰減速度會減少。從另外一個角度來看，在二次直流系統正電源端一點故障情況下，電壓值會形成非振蕩衰減的過程，實際的衰減速度主要受到這2個衰減函數的影響。

4 二次直流系統一點接地故障仿真驗證

4.1 正極一點接地仿真分析

從上述相應理論分析可知，對于繼電器電壓變化具有較大影響的因素包括繼電器的等值電阻、電感和連接繼電器線圈和上一級繼電器觸頭的控制電纜的對地電容等。這些參數取值的差異也會造成電壓曲線有所差異，該文主要針對繼電器等效電感變化情況繼電器兩側電壓進行仿真分析。

主要是通過PSCAD建立起二次直流系統一點接地故障仿真電路圖，在仿真時確保其他參數不變的情況下，主要控制繼電器等效電感逐漸轉變。通過PSCAD仿真以及Matalb能夠得到相應的曲線[3]。

從相應的理論分析和仿真能夠得知，在繼電器等效電感小于3.125H（“H”代表電感單位亨利）的情況下繼電器兩側電壓曲線并不會產生振蕩，同時隨著等效電感的增加繼電器兩側電壓衰減速度變慢。在繼電器等效電感大于3.125H的情況下，繼電器兩側電壓曲線出現振蕩，同時隨著等效電感的增加繼電器兩側電壓曲線振蕩會逐漸緩慢，也更加容易造成繼電器發生舞動，因此繼電器誤動情況要按照具體參數來確定。

4.2 負極一點接地仿真分析

在對負極一點接地進行仿真時，在確保其他參數不變的情況下控制電纜對地電容逐漸產生變化。通過PSCAD仿真以及MATALB能夠得到相應的曲線。

從相應理論分析和仿真能夠得知，隨著控制電纜對地電容的增加，繼電器兩側的電壓衰減會逐漸緩慢，這就更容易造成繼電器發生誤動。

4.3 繼電器正電源端一點接地仿真分析

在確保其他參數不變的情況下，在仿真過程中確保繼電器等效電感逐漸變化。通過PSCAD仿真以及Matalb能夠得到相應的曲線結果。從仿真結果能夠得知，仿真結果和理論分析基本一致。因為對連接繼電器線圈和上一級繼電器觸頭控制電纜的對地電容值來說電感值相對較小，因此電感對于充放電電流所具有的限制作用大體上很難有所反應，繼電器兩側電壓差異相對較小，因此電感的影響大體上可以忽略。

5 電廠直流系統二次回路故障的處理措施

針對直流系統二次回路故障的理論分析，該文將提出幾點初步的處理措施建議，優化我國電廠直流系統二次回路的運作性能。具體內容包括3點。1）相關的工作人員需要進一步提升直流系統二次回路的抗外部干擾的整體水平，根據實際情況，相應地提高繼電器反應電壓以及反應功率，同時還要相應地減小工作繼電器反應動作的靈敏程度。2）在直流系統二次回路中，相關的工作人員要盡可能防止接入一些長電纜，這樣能夠有效地防止產生繼電器誤動的問題，保證直流系統二次回路地順利運作。3）針對蓄電續航周期較短、監測體系不完善，此時，電廠不僅需要盡快地提高蓄電池應用的合理性，同時還應該不斷地改善蓄電池的維護監測機制。在對蓄電池組提供充放電處理的時候，也需要預先充分地考量各個蓄電池的運作狀況，有目的性地對單個蓄電池提供充放電處理，從而有效地提高蓄電池組的各個蓄電池壽命，從而提升蓄電池組的總體使用周期。

6 結語

綜上所述，該文詳細地闡述了二次直流系統一點接地故障的具體情況，分別針對“正極一點接地”、“負極一點接地”、“正電源端一點接地”等不同情況進行了分析，在其中充分考量了繼電器線圈電感對于故障的作用。在此基礎上，對于不同類型接地故障進行了仿真分析，從仿真結果能夠得知，仿真結果和理論分析基本一致。通過該文的介紹，能夠對二次直流系統一點接地故障提供參考和幫助。

參考文獻

[1]肖斌. 直流系統接地分析與查找方法[J]. 大眾用電，2017（7）：47-48.

[2]鄧燁. 二次直流系統一點接地故障理論探討[J]. 機電信息，2017（12）：85-87.

[3]鮑英飛. 二次直流系統一點接地故障理論探討[J]. 通訊世界，2015（10）：23-25.