变电站直流系统接地故障危害与检测方法

　　摘要：文章对直流系统接地故障的产生原因、故障危害、故障检测等环节进行较全面的阐述与分析，探讨更为有效的查找和排除直流接地故障的方法，对提高变电站运行可靠性，保障变电站的安全稳定运行有积极意。
　　关键词：直流接地；接地原因；故障检测；变电站
　　0前言：
　　直流系统是给变电站各类信号设备、保护、自动装置、事故照明、应急电源及断路器分、合闸操作提供直流电源的电源设备。直流系统是一个独立的电源．它不受系统运行方式的影响，在外部交流电中断的情况下，保证由后备电源蓄电池继续提供直流电源的重要设备。直流系统是变电站的一个重要组成部分，直流系统可靠运行是电网安全、稳定、连续运行的保证。由于直流系统几乎遍布变电站的所有角落，且部分地方运行环境比较恶劣，直流系统接地故障在变电站中经常发生，对于运行环境差，运行时间长的设备，发生故障的机会更多，而且往往会同时出现几个接地点，查找起来显得非常困难。
　　1变电站直流系统接地的危害
　　直流系统发生一点接地不影响直流系统的正常工作，但可能会使保护装置误发信号，严重的还会造成断路器误动。直流系统发生一点接地长期运行易发展形成两点接地，而直流接地故障中，危害较大的是两点接地，可能造成严重后果。直流系统发生两点接地故障，便可能构成接地短路，造成继电保护、信号、自动装置误动或拒动，或造成直流保险熔断，使保护及自动装置、控制回路失去电源。在复杂的保护回路中同极两点接地，还可能将某些继电器短接，不能动作于跳闸导致越级跳闸。
　　1.1直流系统两点接地的危害
　　1.1.1直流正极接地，有使保护及自动装置误动的可能。因为一般跳合闸线圈、继电器线圈正常与负极电源接通，当发生系统正极接地时，正极经过大地，构成回路，就可能引起误动作。如图1：直流接地发生A、B两点时，将1LJ、2LJ接点短接，使ZJ误动作跳闸。A、C两点接地时，ZJ接点被短接而误动作跳闸。A、E两点接地会造成RD熔丝熔断。同理，两点接地还可能造成误合闸，误报信号。
　　1.1.2直流负极接地，有使保护自动装置拒绝动作的可能。因为跳、合闸线圈、保护继电器会在这些回路再有一点接地时，线圈被接地点短接而不能动作。同时直流回路短路电流会使电源保险熔断。并且可能烧坏继电器接点，保险熔断会失去保护及操作电源。如图1所示：直流接地故障发生在B、E两点，ZJ线圈被短接，保护动作时ZJ不能动作，开关将不能跳闸且保险将会熔断。D、E两点接地时，TQ线圈被短接，保护动作时及操作时开关拒跳，同理，两点接地开关也可能合不上。
　　1.2直流系统一点接地的危害
　　现在随着微机保护和监控装置的广泛应用，由于每套微机保护和监控装置源模块对地都接入抗干扰电容及近年来变电站的自动化改造时经常把原来的非屏蔽电缆更换为屏蔽电缆，站内直流系统对地电容大大增加。下面以实际发生过的直流系统单点接地造成断路器跳闸的实例进行分析一点接地的危害。下图2所示为直流检测装置附加站内系统对地电容以后的原理图，即电容Cl、C2大大增加。直流系统正常时，正、负极对地绝缘电阻基本相等，正极对地电位为+110V（220V的直流系统），负极对地电位为-110V，Cl、C2充有110V电压。当发生如图所示单点直流接地时，原来的电路平衡破坏，Cl电容通过跳闸线圈TQ充电，形成I1电流，C2电容通过跳闸线圈TQ放电，形成I2电流，Cl、C2充放电电流合流为Id，直接作用于跳闸线圈，就有可能造成断路器跳闸。
　　
　　2、直流接地的概念及产生的原因
　　由于直流电源为带极性的电源，即电源正极和电源负极。交流电源是无极性电源，电力系统交流电源有一个真正的“地”，这个地也是电力系统安全的一个重要概念。为了系统安全，变电站、发电厂所有设备的外壳都会牢牢的接在这个“地”，而且希望其阻抗越低越好。直流电源的“地”并不是实际接地，仅仅是个中性点的概念。如果直流电源系统正极或负极对地问的绝缘电阻值降低至某一整定值，这时我们称直流系统有正接地故障或负接地故障。直流系统分布范围广、外露部分多、电缆多、且较长。所以，很容易受尘土、潮气的腐蚀，使某些绝缘薄弱元件绝缘降低，甚至绝缘破坏造成直流接地。分析直流接地的原因有如下几个方面：
　　(1)、控制电缆线芯细，机械强度小，一旦受到外力作用，容易造成损坏；二次回路绝缘材料绝缘性能低、绝缘材料不合格、绝缘性能低，或年久失修、严重老化。或绝缘材料存在某些损伤缺陷、如磨伤、砸伤、压伤、扭伤或过流引起的烧伤等。
　　(2)、环境因素造成接地也是一种常见的情况。如雨天或雾天可能导致室外的直流系统绝缘降低引发直流接地。室外端子箱、瓦斯接线盒进水引发直流接地；二次回路及设备严重污秽和受潮、接地盒进水，使直流对地绝缘严重下降。
　　(3)、小动物爬入或小金属零件掉落在元件上造成直流接地故障，如老鼠、蜈蚣等小动物爬入带电回路；某些元件有线头、未使用的螺丝、垫圈等零件，掉落在带电回路上。
　　(4)、设备安装中留下的隐患，如电缆有接头以及交、直流公用一根电缆现象。
　　(5)、因工作人员疏忽造成的接地。如在带电二次回路上工作将直流电源误碰设备外壳，造成直流瞬间接地。另外，检修人员检修质量的不良也会留下接地隐患，如室外设备未加防雨罩、二次回路接线裸露、误将控制电缆外皮绝缘损伤等。
　　(6)、插件内元件损坏引起接地。为抗干扰，插件电路设计中通常在正负极和地之间并联抗干扰电容，该电容击穿时引起直流接地。
　　3直流接地故障处理的原则
　　3.1故障处理的原则
　　直流系统接地故障处理的一般原则是：
　　(1)处理故障过程中严禁二次回路有人工作，查找和处理必须由两人及以上同时进行，处理时不得造成直流短路和另一点接地，造成故障的进一步扩展。做好具体安全措施，避免处理过程中造成保护误动作。
　　(2)故障判断先微机后人工、先外后内、先次后重、先信号再控制。即在故障处理时先依据直流系统的绝缘监察装置查询到的故障支路去检查。如果没有绝缘监察装置或发现绝缘监察装置提供的判断有误则再人工进一步查找。故障点查找的范围一般先考虑室外，室外受环境影响比较大，室外排除了再找室内。在回路方面先检查对安全影响较小的信号回路，然后才是控制回路，采用拉回路的方法时，要先拉次要的负荷回路，再拉重要回路。
　　（3）查找使用仪表内阻不低于2kΩ/V,禁止用灯泡查找接地。
　　（4）顺停法拔插直流熔断器或者空气开关时应经调度同意，且避免在高峰负荷时进行。
　　4故障查找检测的方法
　　众所周知，变电站的直流系统是蓄电池组与浮充电装置并联供给直流负荷的运行系统。正常情况下，直流电源的正、负母线对地是绝缘的．直流系统接地故障在变电站特别是运行多年的老站经常发生，对于运行环境差，运行时间长的设备，发生故障的机率更高，以下总结了几种故障查找和检测的方法。
　　4.1绝缘监察装置查找法
　　目前，微机型绝缘监察装置在直流系统得到了普遍使用，它是直流系统实时在线监视的重要设备，能够实时监视并数字显示出直流系统正常工作电压、母线对地绝缘状况等信息。当“直流接地”信号发出后，可通过直流屏监控器和绝缘检查装置找出接地支路号及接地状态，支路号的排列大都是按直流馈线屏馈线开关从上至下或从左到右的顺序，绝缘检查装置还可以显示接地电阻（接地电阻小于15-25千欧时报警），判断接地程度，也可以通过正、负极对地电压判断接地极，发生一点接地时，正、负极对地电压发生变化，接地极对地电压降低，非接地极电压升高。有时绝缘检查装置判断不出支路只报“直流母线接地”，此时有可能直流母线接地，也可能是支路接地。
　　该方法的优点在于检测装置实现比较简单，曾得到广泛的应用。存在的缺点有：(1)在系统正负母线绝缘电阻均等下降的情况下，该检测装置无法检测到故障；(2)该检测装置只能判断整个系统的绝缘状况，而无法进行故障定位，也就是说无法判断是那条支路发生了接地。(3)使用该检测方法时，需要与瞬时拉路法配合查找，逐路断开各支路才能确定故障支路或具体地点。
　　4.2瞬时拉路法
　　根据负荷的重要性，依次短时拉开直流屏所供各回路直流负荷。当切除某一回路时故障消失。则说明故障就在该回路之内。继续运用拉路法，就可以进一步确定故障在此回路的哪一支路当中。例如，断开某条线路的直流电源，直流故障恢复，再送上总电源，拉掉操作电源，直流故障如果能恢复，可判断是控制系统有接地否则就是保护装置电源系统有接地(一般保护电源和控制电源是分开的)。此方法缺点是：(1)是要逐步拉掉各条支路，直流供电可靠性较低，如有重要负荷无法停电，则必须提供临时电源先转移负荷，要考虑到备用临时直流电源的容量。(2)对阴雨天气，发生两点或多点接地，多点虚接地的绝缘不良，用拉路法也很难查找到接地点。(3)当直流接地发生在充电设备、蓄电池本身和直流母线上时，用拉路的方法不能找到接地点。(4)瞬时拉路法查找过程中也要与选段查找、动态分析及解线等方法相配合。
　　4.3低频探测法
　　用钳形电流探头检测。当直流系统的绝缘监察装置发出接地报警信号之后，在直流故障母线与地之间注入一低频交流信号，低频电流从信号发生器流出，经过直流系统从接点返回。用钳形电源探头逐点检测，对低频电流走向进行寻迹，找到接地支路并根据接地点前后低频电流出现明显差别来确定接地点。该方法成功地实现了不停电查找接地点，但检测的准确性受系统分布电容影响很大。该方法存在以下不足:(1)该检测方法须向被监测直流系统施加交流信号，尽管其幅值与直流母线电压相比很小，但对安全性要求很高的电力系统来说，施加的交流信号毕竟会带来不安全因素。(2)其二检测准确度受系统分布电容大小的影响，对于分布电容较大的系统，阻性电流几乎完全掩没在容性电流中，很难精确提取。
　　4.4霍尔磁式平衡原理
　　其原理如图3，在直流电网各支路套装传感器，正常情况下I+=I－，即穿过传感器的电流大小相等，传感器输出的漏电流为零。当系统绝缘下降，投入检测电阻，装置检测传感器输出的漏电流值，计算接地电阻。假设某条支路发生接地，如图3中的负载，当投入负极检测电阻RS，则传感器检测到的漏电流为，IR=U／(R+Rs)，由R=(U－IRRS)／IR可求出该支路的接地电阻值。
　　该方法的优点是直接采样直流漏电流，无需给直流系统注入交流信号，对直流系统的安全运行没有影响；所检测的支路完全不受系统对地分布电容影响。但该方法在现场运行过程中也存在不足之处，原因在于投入的检测电阻必须合适。如果检测电阻选择过小，虽然可以准确地检测直流系统各支路的对地电阻值，但由于直流系统的对地电阻变化范围很大，正负母线对地电压将在较大范围内变化，这种人为投人检测电阻来改变直流系统正负母线对地电压的方法，对电力系统的安全运行存在很大的隐患。如果检测电阻选择偏大，可以相对的降低正负母线对地电压的波动范围，却使流过直流漏电流传感器的漏电流相对减小，降低了漏电流传感器的检测精度，使计算的绝缘电阻值误差偏大。
　　5.结束语
　　本文阐述了直流系统接地故障的危害、产生原因，并且总结了几种查找和检测方法。鉴于变电站直流系统的支路多、负荷涉及面广的复杂性，接地故障点查找也非常复杂，所以在实际查找过程中往往要结合多种方法来分析，希望本文总结的方法能对实际生产检修中查找处理直流接地故障有所帮助。
　　参考文献
　　【1】 白忠敏於崇干刘百震韩天行编著现代电力工程直流系统中国电力出版社2004
　　【2】 李涛直流系统接地分析与查找北京电力高等专科学校学报2010-03-0057-01
　　【3】 廖自强余正海变电运行事故分析与处理编著中国电力出版社2004
　　【4】 张次衡．直流系统接地故障检测装置存在的问题［J］．中国电力，1996．29(7)：64-66．
　　【5】 施慧，贾秀芳，李明．对现有检测直流系统接地故障几种方法的比较［J］．华北电力技术，1999-9，48-50

《变电站直流系统接地故障危害与检测方法》

本文由职称驿站首发，您身边的高端学术顾问

文章名称： 变电站直流系统接地故障危害与检测方法

文章地址： https://m.zhichengyz.com/p-15254