淺談直流系統(tǒng)常見故障及處理方法

宋立國

（云南能投紅河發(fā)電有限公司，云南開遠661600）

1 直流系統(tǒng)概述

由交流配電單元、充電模塊、直流饋線柜、監(jiān)控模塊、蓄電池組成的直流電源系統(tǒng)稱為直流系統(tǒng)，為信號設備、保護裝置、自動裝置、事故照明、應急電源及斷路器分/合閘操作提供直流電源。直流系統(tǒng)在發(fā)電廠是一個獨立的電源，不受交流電源的影響，在全廠失電的情況下仍能保證控制信號、保護/自動裝置、開關、設備及各種重要電機的正常運行，確保設備運行安全、可靠。

我公司的直流系統(tǒng)已經(jīng)運行十多年，整體來說，此套直流系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠，但其間還是或多或少出現(xiàn)過一些問題。本文主要總結(jié)了該直流系統(tǒng)出現(xiàn)過的問題，為同行維護好直流系統(tǒng)提供一些思路和方法。

2 直流系統(tǒng)常見故障及處理方法

2.1 直流系統(tǒng)異常報警

直流系統(tǒng)投產(chǎn)初期，一次直流系統(tǒng)報接地告警。專業(yè)人員就地查看后發(fā)現(xiàn)，6組直流系統(tǒng)（1/2號機動力直流、1/2號機控制I、II組直流）同時接地報警。

檢修人員認為信號為誤報。通過查找資料（圖1、圖2）可知，無論采用哪種接地檢測原理，直流系統(tǒng)必須有接地點，如果接地不良，有可能導致直流系統(tǒng)無法檢測出接地故障點或報警異常。因此，檢修人員認為可能是直流系統(tǒng)接地點存在問題。通過實地查證，發(fā)現(xiàn)直流室地網(wǎng)與主地網(wǎng)并未連接，從而導致直流系統(tǒng)發(fā)生接地故障時異常報警。檢修人員將直流室地網(wǎng)與主地網(wǎng)連接后，試驗驗證接地報警正常。

圖1 平衡電橋法

2.2 設備衛(wèi)生

影響電子設備壽命的一個重要環(huán)境因素就是灰塵，因此工作人員每年分兩次對直流系統(tǒng)進行吹灰。我公司直流系統(tǒng)在運行到第三、第四年，充電機故障率突升，降低了直流系統(tǒng)的可靠性。

圖2 不平衡電橋法

工作人員打開了其中一個充電模塊，發(fā)現(xiàn)有大量灰塵，可事實上半個月前才對直流系統(tǒng)進行吹灰、清掃。檢修人員著重從減少灰塵角度分析：直流母線室位于兩座鍋爐中間，屬于重灰塵區(qū)，而且直流母線室裝有兩道門，由于空氣對流導致灰塵變多；對充電機只進行設備表面吹灰，內(nèi)部有些死角的灰不能有效清除，導致吹灰效果不佳。針對以上兩點，采取了以下措施：（1）封閉靠近過道外側(cè)的一道門；（2）進行吹灰工作時，將充電模塊拆開吹灰，防止有死角。

采取上述措施后，工作人員在后期吹灰時，設備灰塵量明顯減少，充電模塊的故障率也降低很多，其中一組充電模塊運行了13年還可以正常工作。

2.3 接地故障

直流系統(tǒng)最常見的故障就是接地故障。直流系統(tǒng)接地可能導致保護裝置拒動或誤動，因此發(fā)生直流接地時一定要及時處理，避免發(fā)生多點接地后導致接地點難以查找。很多接地故障是室外設備的事故按鈕接線盒受潮導致，經(jīng)過重新對事故按鈕盒進行封堵，已經(jīng)大大減少了直流接地的發(fā)生次數(shù)。

查找直流接地最常用的方法是拉路法。檢修人員沒有像往常一樣采用直流小母線供電方式，而是在重要的配電室設置了直流分屏，分屏為每個負荷支路配置了接地檢測CT，利用檢測設備直接找到故障點，提高了工作效率。值得注意的是，如果采用環(huán)路供電時，必須斷開環(huán)路的合環(huán)開關，否則將嚴重影響接地支路的查找。

變壓器溫度計的干接點接的也是直流電源，因此在校驗變壓器的溫度計時，拆下的線一定要單獨包扎好，否則可能導致直流接地或非電量保護（溫度）報警。

正常運行時直流系統(tǒng)接地報警定值為25 kΩ，有時整個直流系統(tǒng)絕緣值比較低而又沒有達到報警值，這時候一般通過調(diào)整報警定值（正常運行時絕緣電阻值為999.99 kΩ，當系統(tǒng)絕緣值在100 kΩ以內(nèi)，通過調(diào)整接地報警值找到絕緣不好的支路，如果系統(tǒng)絕緣值大于100 kΩ，則不能通過調(diào)整接地報警值找到絕緣不好的支路）找到故障支路，提前消除隱患。

2.4 倒換母線電源過程中倒換開關合不到位

核定蓄電池容量的充、放電過程中，需要對直流母線進行倒換操作。正常操作：通過查看位置指示是否到位、是否聽到“啪嗒”的聲音來確認開關是否分合到位。此方法不夠直觀，對操作人員技能要求較高。某電廠就曾發(fā)生一起由于直流電源開關合不到位導致的直流母線失電事故。工作人員吸取教訓，利用開關的輔助接點，加裝位置指示燈，降低了操作難度，提高了操作可靠性。

2.5 充電模塊的輸入、輸出端隔離

有些直流系統(tǒng)在設計時，所有充電模塊的交流電源回路并接在一起、所有輸出直流回路并接在一起。在這種情況下，如果其中一個模塊內(nèi)部發(fā)生短路故障就有可能導致交流電源總開關跳開，致使直流系統(tǒng)失去交流工作電源，導致整個直流系統(tǒng)出現(xiàn)故障，擴大了事故范圍。

針對這個情況，工作人員對直流系統(tǒng)進行了改造，在直流模塊輸入、輸出端分別加裝了隔離空開，有效防止了因模塊短路故障引起的交流工作電源誤跳，導致事故的擴大；同時可以簡單、有效地隔離單個故障模塊，降低了更換充電模塊過程中工作人員的安全風險，同時也減少了采取安全措施的時間，提高了更換故障充電模塊工作的效率。

2.6 交流竄直流

二次系統(tǒng)由直流系統(tǒng)和交流系統(tǒng)組成，正常運行時兩個系統(tǒng)互相獨立，互不影響。但由于某些原因造成交流竄入直流系統(tǒng)，就有可能危及整個直流系統(tǒng)及直流用電設備安全穩(wěn)定性，造成保護裝置不能正常工作，導致保護裝置誤動跳閘或拒絕動作，發(fā)生事故。

常見的交流竄直流的原因：交直流回路共用電纜；端子排潮濕凝露或雨水入侵；交直流電纜破損、誤碰、誤接線等。

正常情況下，直流系統(tǒng)的交流含量小于10 V。2019年4月某天，直流系統(tǒng)報警，發(fā)現(xiàn)有一組控制直流系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測儀報交流竄直流警告。由于竄入的交流電電壓不穩(wěn)定（有時為0 V，有時大于200 V），絕緣監(jiān)測裝置無法選出故障支路，在確認直流系統(tǒng)合環(huán)點打開的情況下進行拉路尋找，最終確認故障原因是變頻器控制直流電源支路。圖3為變頻器控制電源系統(tǒng)圖。

通過變頻器控制電源圖可知，正常情況下，可以通過外部直流電源、外部交流電源整流、內(nèi)部交流電源整流為變頻器控制系統(tǒng)提供工作電源，不存在交流竄直流問題。通過拉路法確認，故障原因是變頻器內(nèi)部交流電源引起，通過故障錄波裝置錄波發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部交流電源電壓為正常工作電壓（AC220 V）且穩(wěn)定，但相對地或N對地電壓有時出現(xiàn)較大突變。圖4為變頻器內(nèi)部交流電源相對地、N對地電壓波形，圖5為變頻器內(nèi)部交流電源N對地電壓突變，導致通過內(nèi)部交流電源整流的直流回路存在較大的交流電壓成分，并通過直流電源回路竄入直流系統(tǒng)，導致直流系統(tǒng)交流電壓過高報警。處理方法如下：

圖3 變頻器控制電源系統(tǒng)圖

圖4 變頻器內(nèi)部交流電源相對地、N對地電壓波形

圖5 變頻器內(nèi)部交流電源N對地電壓突變

（1）找到內(nèi)部交流電源對地電壓突變的原因并消除（對比其他變頻器的內(nèi)部交流電源，并不存在相對地或N對地的電壓突變現(xiàn)象）。

（2）在內(nèi)部交流電源下口加裝隔離變，對內(nèi)部交流工作電源進行隔離，防止內(nèi)部交流電源對地電壓波動影響整流回路，進而導致交流竄直流故障的發(fā)生。

3 結(jié)語

本文通過以上案例分享，希望可以為同行消除直流系統(tǒng)故障提供一些思路。針對不同廠家的直流系統(tǒng)，檢修人員要加強對直流系統(tǒng)故障的統(tǒng)計、分析，發(fā)現(xiàn)共性問題并有針對地予以解決，減少直流系統(tǒng)故障的發(fā)生率，不斷提高直流系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。