發電廠直流系統接地故障快速定位與防范措施探索

(同煤大唐塔山第二發電有限責任公司，大同 037000)

0 引 言

發電廠直流系統作為獨立存在的非主體系統，主要是用于保護電力傳輸操作質量及設備安全的系統。一旦直流系統出現問題，將造成發電廠無法正常供給電能。目前直流系統中常選用的安全電壓為220 V以及110 V。為了確保發電廠能夠保持安全供電狀態，應切實做好接地故障處理工作，進而增強發電廠安全性。

1 發電廠直流系統組成結構

發電廠直流系統的組成結構主要包括直流母線、電源、饋線等原件，結構示意圖如圖1所示。其中直流母線往往發揮著集聚電能，并經由饋線將其輸送至直流回路的作用。而直流電源是由充電設施、蓄電池組所組成。蓄電池組中還涉及到多個串聯蓄電池。當發電廠直流系統中產生的電壓越高時，所需要的蓄電池就越多，進而造成輸出電流較大。在發電廠直流系統正常運行過程中，充電設施保持充電狀態，蓄電池組則作為備用能源為系統提供備用電服務。一旦直流系統出現故障，充電設施將損壞。所以，應根據發電廠直流系統結構快速檢測系統故障。

2 發電廠直流系統接地故障快速定位方法

2.1 拉路法

拉路法是發電廠直流系統接地故障中最為常見的一種快速定位法。它是指在短時間內對直流系統中的直流饋線低壓斷路器進行拉扯，之后再確定接地故障的具體支路。在采用拉路法檢測接地故障時應事先告知電網調度及運維管理部門，以免影響發電廠正常運營進度。另外，在應用拉路法時還應按照“先外后內”的原則進行故障檢測，并先行對信號回路進行檢測，然后再針對操作回路加以檢測，并確保斷開時間≤3 s。若在使用拉路法期間仍未發現支路存在接地故障，應根據直流系統結構逐段進行分離檢測，最終確保直流系統接地故障得到有效排查，為發電廠的發展提供安全保障。

2.2 自動隔離法

在對發電廠直流系統接地故障進行定位時還可利用自動隔離法，它是在發電廠直流系統具備多個電源結構的基礎上對直流饋線支路進行切開式檢測，并將直流系統中的直流饋線電壓轉化為正常電壓值，通過觀察接地電壓轉移情況找到故障點。在應用自動隔離法快速定位接地故障時，并不需要斷開饋線支路電源，故而值得在發電廠直流系統接地故障檢測中進行積極推廣。

2.3 動態差值法

動態差值法對于發電廠直流系統接地故障有著較為顯著的故障檢測效果，以220 V直流系統、100 kΩ電阻為例從相關實驗數據中可知，見表1。利用動態差值法進行接地故障快速定位，所得出的母線絕緣電阻檢測數值準確性更高。在動態差值法下需對直流母線的絕緣電阻與支路絕緣電阻進行測量，判斷支路電流與母線接地電壓數值變化情況，并依據電路定律公式：E=U-Ir，最終可獲取漏電流檢測數據，由此為直流系統接地故障快速定位工作提供重要參考依據。

表1 動態差值法接地故障電阻檢測數據

2.4 小波相對熵法

通過建立仿真試驗模型能實現接地故障的快速定位，如圖2所示。比如在某發電廠中，直流系統的電源為108節2 V蓄電池串聯連接，從所設置的仿真模型中可按照下列方法進行接地故障定位：其一，為了確保直流系統仿真模型處于穩定狀態，應將接地故障的時間控制在0.4 s，并把過渡電阻數值調整到10 kΩ；其二，在進行數據采樣時，應保證采樣頻率在1 600 Hz，之后再收集支路漏電流變化趨勢；其三，依據仿真模型相關數據及檢測結果確定支路漏電流特征。當直流系統檢測后推斷出絕緣性能良好，可利用相對熵最大值找到接地故障點，見表2。若絕緣性能不佳，通過熵值比對可得出具體接地故障信息[1]。

表2 直流系統接地故障相對熵變化情況

3 發電廠直流系統接地故障防范措施

3.1 規范故障檢測流程

在防范發電廠直流系統接地故障時還應制定完善的故障檢測流程，從而確保直流系統保持良好的運行狀態。具體內容如下：

(1)在對接地故障進行檢測時應先行排查二次接線或設備絕緣性等方面的影響。由于某些發電廠在以往建設期間未能意識到現場管理的重要性，進而出現肆意丟棄電纜現象。當電纜置于地面上時很容易引發接地故障。此時相關人員應檢查電纜是否存在破損等狀況，然后再對直流系統中各元件性能加以檢測，若發現漏電狀況，應立即進行修復，這樣可最大化降低接地故障的發生率。

(2)在了解過室內接線情況外，若并未找到接地故障原因，應將重心放于直流系統元件上。比如檢查是否受潮或絕緣材料絕緣性能偏低等，這些都可造成接地故障的發生。

(3)重點檢測回路，當發電廠絕緣性有所降低時，直流系統未必發生接地故障。此時應從回路上對其進行分析，從而保證接地故障能在規范化的檢測流程下快速確定故障原因及位置。

3.2 控制兩級接地現象

在發電廠直流系統接地故障中一點接地故障較為常見，但若未能及時進行有效處理很容易發生兩級接地現象，進而增加發電廠直流系統的運行風險，甚至造成短路，引起設備損壞等不良后果。通常情況下，發電廠直流系統常采用的線路連接方式為“不接地”模式，當發生一點接地故障時，相關人員應立即針對直流系統相關裝置誤操作等行為進行深入調查，并在不影響直流系統供電效果的情況下快速檢測出接地點，并判斷是否存在接地故障，之后再馬上根據以下計算公式得出系統接地電流，由此有針對性的制定接地故障處理方案，避免發生兩級接地現象致使事態嚴重危及供電質量[2]。

接地電流公式：I=U(Lah+35Lcab)/350 I

其中I指的是直流中單相接地電流(A) ，U為 額定電壓(kV)，Lah 是指直流電壓下線路的長度(km) Lcab 代表同一電壓下的電纜長度(km)

同時，對于發電廠直流系統各個設備的安裝設計圖紙應予以妥善保管，并清楚的記錄系統原理圖，以便檢測人員能夠以此為依據提高接地故障排查效率。

在處理直流系統接地故障時，還應把控好接地范圍，按照發電廠直流系統中電流的走向及接地位置分段檢測是否存在接地故障，如圖3所示。維修人員可借助故障快速定位儀參照電路圖紙對接地區域進行檢測，一旦出現電壓或電流驟然變化狀況，可判斷此點位處于接地故障范圍內。一般在220 V直流系統中，若正極接地，它的負電源電壓值則為-220 V，而在負極接地時，正電源則為220 V，可根據電壓檢測值快速確定是否屬于接地故障。另外，在借助儀表進行檢測時還應將其允許最大電阻值保持在2 000 Ω，以此增加結果的精準度。

3.3 知曉故障處理事項

在發電廠直流系統接地故障防范過程中，應明確知曉故障處理時主要事項，進而在最短時間內完成排查與故障解決任務。

首先，相關人員應全面了解直流系統接地故障三種類型的特征，并結合實際檢測情況對其展開科學檢測。比如發生一點接地故障，電力裝置會有誤動或制動行為。此時應按照一點接地故障的排查方法加以防控，以免事態嚴重造成系統崩潰[3]。

其次，在應用快速定位法時具有一定的順序，故而應對直流系統進行精細化管理，以便在處理接地故障能快速找到故障點。

最后，通過計算直流負荷找到最佳處理方法。一般應參照下列公式設置接地故障處理方案：Cc1=Kk·I，Cc2=Kk·[I1/Kc1+1/Kc2(I2-I1)]，由此得出的直流負荷數值可作為接地故障參考數據。

比如在某起故障事件中，發電廠直流系統的正負電源電壓分別為+30 V與-180 V，運用斷開3 s空氣開關的方式檢測接地信號是否有所變化，之后又延長斷開時間，后期發現當空氣開關斷開20 s時，正電源幅值為105 V，并借助500 V萬能表進行測量，得出此時電阻值為0，最終得出故障原因是插頭鋼板處留有積水，導致直流系統無法正常發揮絕緣效用，直到故障排除后具有100 MΩ，這才促使直流系統重新恢復原有運行狀態。

3.4 注重檢修人員培訓

檢修人員是有效防范發電廠直流系統接地故障的核心力量。因此，應適當加大維修人員培訓力度。一方面，需指導維修人員深度掌握直流系統接地故障類型及直流系統結構特點，并且還應注重市場設備信息的了解效果，從而更加準確快速的對設備運行情況進行細致的分析。同時，在應用拉路法進行接地故障快速定位時還需確保維修人員具有較高的安全意識，在維修前穿戴好防護服，避免故障排查期間突發意外。另一方面，維修人員應對發電廠做好質量驗收工作，按照相關行業標準對直流系統中的饋線、電源進行檢測，待合格后方可正常應用于發電廠供電作業中，這樣可從根源處限制接地故障的發生。

比如安徽某發電廠，專門實行了“全年安全教育”舉措，對一整年的安全防護工作進行詳細的安排與統籌，尤其在直流系統接地故障診斷上，定期對其進行保養與維護，從而增加了直流系統的穩定性，使其能夠為發電廠提供更好的輔助服務。此外，發電廠還應指導維修人員對周邊環境進行合理控制，比如在惡劣天氣過后需對直流系統運行情況進行檢測，包括絕緣性、安全性等，以此達到最佳防范目的。

4 結束語

綜上所述，當發電廠直流系統出現接地故障時，輕則造成控制裝置發生誤操作狀況，嚴重時會導致設備損壞，進而影響發電廠正常運行秩序。因此，相關人員應全面掌握接地故障快速定位法內涵，并從檢測流程、控制兩級接地現象、故障處理事項、人員培訓等方面著手，確保發電廠直流系統發揮出真正作用。