火力發電廠直流系統接地故障分析與處理

廣東省粵瀧發電有限責任公司 張鴻濤

直流系統接地是發電廠常出現的問題之一，在直流系統長時間運行過程中，由于設備絕緣老化、設備年限、設備質量以及操作不當等原因，容易造成直流系統接地故障。一旦直流系統出現接地故障，容易出現接地短路，相關保護設備會發生誤動而影響到電網的正常運行。基于此，檢修工作人員亟需查找出系統接地故障點，并盡快將故障解決，以降低系統接地故障的發生率，確保發電廠的安全生產。

1 直接系統的概念與構成

1.1 概念

直流系統也就是是指帶極性的電源裝置，即正極和負極也的電源設備。其作為發電廠不可缺少的重要部分，肩負著保障廠內裝置照明設備、保護、控制、監測等裝置功能正常運行的任務，為此該系統的運行狀況直接關系到發電廠穩定運行，乃至關系到整個電力系統的安全穩定性。而電源直流系統接地的“地”并非指的就是電源與地面的實際相連接，這只是一個相對中性的概念。為了系統安全，發電廠相關電氣設備會通過一種設備與這個“地”相連，而這種連接設備的電阻、電抗的值越小越好。因此，當系統中兩極對地面的絕緣電阻數值減小到某一個特定的數值時，在這種情況之下，系統便會發生正極或負極接地故障。考慮到系統網絡連接較為煩瑣、雜亂，為此，系統接地故障會存在很多種，而最常見的幾種是單點接地和多點接地。

1.2 組成結構

火力發電廠的直流系統一般由220V或110V兩個獨立的系統所構成。這些直流系統均是由充電器、蓄電池、絕緣監測裝置、直流屏、降壓單元等直流設備所組成。但隨著制造業技術水平的不斷進步，沖擊負荷現象已逐漸減少，為此一些新建設的電廠基本已不再設置合閘母線和降壓單位，而是直接采用直流來控制母線。其主要目的是為火力發電廠的繼電保護裝置、事故照明、自動裝置、開關操作以及自動控制等設備提供直流電源。尤其是在火力發電廠緊急狀態下，不僅為火力發電廠提供電源支撐，為發電廠的安全運行保駕護航；同時，在各個領域中也被視為較為穩定、安全的一種應急電源。由此可見，直流系統是火力發電廠用電中必不可少的一部分。

2 常見的幾種接地故障

2.1 故障現象

火力發電廠檢修人員在日常巡檢中，經常會遇到直流系統的接地極對地電壓突然降低，如220V直流系統正常時，其兩極對地均為110V，考慮到繼電器合閘、跳閘線圈以及繼電器線圈接入負極電源，為此，一旦直流系統出現正極接地時，其極對地電壓會降低到0，一般只是一點接地，對二次回路不會產生太大的影響。但若正極電源再發生一處接地，其自動裝置便會出現誤跳、誤合，導致繼電器出現誤跳閘的現象，檢修人員根據接地情況便可判斷為正極接地。如圖1所示。

圖1 直流正極接地故障圖

而負極接地則是繼電器和自動裝置出現拒動的重要原因，因為回路中發生一點接地故障，短路點便會在合分閘線圈的負極側發生。在此情形下，系統內可能會發出某些拒絕指令，這也使得繼電器的線圈被接地點短接而無法動作，從而出現短接，導致系統無法正常運行[1]。另外，直流回路一旦出現短接，電流便會急劇上升，過高的溫度勢必會將電源的保險絲熔斷，并燒壞繼電器接點，從而造成電氣設備受損。如圖2所示。

圖2 直流負極接地故障圖

此外，檢修人員還經常遇到直流絕緣監測裝置接地指示燈亮起來，并發出接地報警，或是出現異常跳閘現象；還有檢修人員在送#0啟備變8B 非電量保護裝置DGT801U-E裝置電源時，出現“直流系統絕緣監察總報警”，拉開該電源報警消失等情況；通過對這些故障現象分析，均判斷為直流系統接地故障。為此，檢修人員需要查清故障原因，并盡快處理故障。

2.2 故障原因

由于直流系統外露部分比較多，且電纜構成復雜、系統分布范圍廣等特點，使得直流系統產生接地故障的原因有多方面，如系統易受到外部環境因素，或是設備長期運行自身存在老化缺陷，抑或是檢修人員操作失誤等因素的影響，導致系統內一些性能較為薄弱的元件絕緣性能受損，都會引發系統發生接地故障。具體因素如下。

2.2.1 檢修因素

在火力發電廠設備檢修工程中，時常遇到檢修人員不小心接錯線或是檢修人員疏忽大意，未按照規范進行檢修工作，從而導致系統發生接地問題，如檢修人員在排除設備故障時沒有按照相關標準要求替換元件，或是檢修時將一些電氣設備元件、電纜損壞引起的直流系統接地故障；同時檢修人員在開展#0啟備變8B繞組溫度計接線工作時，沒有認真核對圖紙、設備說明書，憑經驗認為繞組溫度計內部接線圖與需更換下來的溫度計一樣，造成接線錯誤而引發直流系統接地故障，導致CT回路竄進溫度變送器輸出信號回路，交流電竄進直流電源系統回路，最終造成#0啟備變在檢修后延期投入運行。

2.2.2 設備自身因素

由于運行設備長年累月的運行，一些電氣設備元件材料已出現老化，變形、斷裂、破損、失效、電阻增加等問題，或是系統長年累月運行，系統內各個單元、模塊的性能下降或存在生銹、破損等問題時引發的系統接地。如蓄電池的電壓不正常，導致其膨脹或出現裂縫；絕緣監測數值設置錯誤，開關監測出現問題，不能及時監測到斷路器或熔斷器出現問題等而引發的接地故障，還有設備在運行過程中，會出現振動，長時間的振動會降低絕緣性能而引起系統接地[2]。

2.2.3 外部因素

發電廠中的直流系統在運行過程期間，由于系統大部分回路長期處于風吹雨淋的自然環境下運行，發電廠的直流系統以及二次回路容易受到惡劣環境或不良氣候的影響，致使絕緣性能降低而出現接地故障。如每年梅雨季節空氣都是潮濕，直流系統長期處于這種潮濕的環境下運行，其電纜皮層很容易出現剝落而引發接地故障；此外，在對直流系統日常的維護過程中，經常發現一些系統的戶外二次接線盒中有水，判斷應該是雨水所流入，這從而引起系統接地問題[3]；或是平時會有一些雜物被吹到回路之中，這些物體也會造成系統發生接地。

3 直流系統接地故障的查找及排除

3.1 啟備變溫度計接線錯誤引發直流接地

針對火力發電廠檢修工作人員因素引發的系統接地故障問題，本次以啟備變溫度計接線錯誤為例進行分析。針對該故障問題，檢修人員首先測試#0啟備變8B溫度報警接點，并查出線纜對地絕緣為500Ω，因之前更換過繞組溫度計，判斷溫度計內部問題。然后打開#0啟備變8B繞組溫度計接線盒，確定本次故障是因內部接線錯誤引發。為了能夠盡快解決該故障問題，檢修人員并針對當前的情況按照正確的內部接線圖重新調整#0啟備變8B繞組溫度計接線，并對絕緣進行測試，以確保絕緣合格。經過檢修人員的故障排除后，非電量保護裝置DGT801U-E裝置電源送電恢復正常，#0啟備變8B也恢復正常運行。

3.2 絕緣性能下降引發的直流接地

針對設備自身因素導致絕緣性能下降所引發直流系統接地故障問題，首先，檢修人員要查驗故障現場，如設備故障周邊環境、氣候等基本情況進行排查，以避免是因為近期天氣或設備周邊環境問題而引起的設備失靈，所以檢修人員需要對故障現場進行全面的分析，并借助檢測儀器，檢測各相關設備的絕緣性能，在檢測過程中若設備發出報警信號，則表明該部分的絕緣性能受到嚴重的破壞，性能下降所引發的直流系統接地故障。

其次，還要檢查本次故障是否因為天氣等外部環境因素的影響導致絕緣性能下降引發的接地故障，為此檢修工作人員在排查時，要重點排查電纜線路等材料，畢竟南方每年梅雨季節，整個空氣中水分含量異常多，在此期間，電纜線路一直處于濕氣較重的環境中，其皮層受潮濕環境影響出現剝落，絕緣性能便 會下降從而引發的直流系統接地故障。考慮到上述接地故障比較復雜，傳統的排查方法無法找出故障原因，為此針對上述直流系統接地故障問題，檢修人員需要借助絕緣檢測儀、故障檢測儀器等兩種儀器相結合，對故障進行定位，以此判斷出接地點位置。

但由于便攜式接地故障檢測儀器在實際使用中受限制，其只能排查出接地點的大概范圍，卻不能精準查出支路，為此這就需要采用絕緣檢測儀器進行協助排查。通過兩種儀器的相結合使用排查出支路，然后再深入查找接地點。該檢測儀器的排查方法：首先，檢修人員將檢測儀器上不同支路的絕緣警告數值放大，然后根據絕緣檢測儀器所發出的報警信息，查看是哪個支路的報警數值在下降，再利用檢測儀器來圍繞數值下降的這一支路做進一步的深入檢測，最后通過檢測儀器顯示數值，看到這一支路的絕緣值很不穩定，由此便可判斷出該線路出現了直流接地問題。

4 直流系統接地故障預防措施

針對火力發電廠直流系統運行過程中出現接地故障所帶來的危害，為了能夠降低系統接地故障的發生率，還需要做好故障的預防工作，具體預防措施如下。

4.1 加強日常巡查力度

考慮到火力發電廠直流系統接地故障的頻發，為了能有效降低其發生率，檢修人員不僅要按照相關規范要求相關要求進行維護和管理，還需要加強日常的巡查管理力度。尤其是故障高發區域的電氣設備，檢修人員需要縮短定期檢查周期，以便能夠及時發現電氣設備所存在的問題，并及時進行消除。對于一些存在問題的設備元件，檢修人員需要及時進行維護或更換，確保相關設備的正常進行，以此預防接地故障的發生。

4.2 加強檢修人員專業技能培訓力度

火力發電廠相關電氣設備在日常的運行過程中，避免不了會出現故障，而最常見的便是直流系統接地故障問題，故障的發生勢必會影響到電網的正常運行。為了避免故障的進一步惡化，檢修人員一般需要最短時間內排除故障，使電網盡快恢復正常。為此，還需要加強檢修人員專業知識、專業技能的培訓力度，使檢修人員通過不斷學習相關專業知識與技能，如熟練掌握相關電氣設備現場運行規程及設備原理、構造，強化設計、安裝調試，故障排除等相關知識，進而提高自身故障處理能力與水平，使檢修人員更好地適應直流系統中的新設備以及新問題。通過檢修人員不斷地學習，使檢修人員能夠掌握新的故障排除方法，這不僅能夠增強檢修人員的工作的責任心，還能使檢修人員更好的解決直流系統接地故障問題，這對于降低直流系統接地故障發生具有十分重要的意義。

綜上所述，直流系統作為整個電力運行系統中重要組成部分之一，其是保障電氣設備正常運行的關鍵。但在火力發電廠直流系統運行過程中，系統發生接地故障是無法避免的。為了保障電網的正常運行，檢修人員需要排查清楚接地故障的原因，并根據故障原因提出解決故障的方法，以盡快消除故障問題，使發電廠處于穩定、可靠狀態下運行，唯有這樣，發電廠才能夠更好地為廣大的電力用戶提供更好的用電服務。