1丁迪、2陳書欣、2周科邦 1北京平谷供電局 2溫州市科星電子有限公司
摘 要：直流系統(tǒng)是不接地系統(tǒng)，本文介紹直流接地的產(chǎn)生、接地的排除法、檢測裝置的原理、分析直流接地的危害性、探討直流接地的查找方法，希望為盡快安全排除直流系統(tǒng)接地故障提供幫助。
關(guān)鍵詞：直流系統(tǒng)接地 多點接地 故障排除
發(fā)電廠、變電站的直流系統(tǒng)是由蓄電池組與浮充電裝置并聯(lián)供給直流負荷的運行系統(tǒng)，主要是為控制回路、信號回路、繼電保護自動裝置、斷路器分合操作等提供可靠穩(wěn)定的不間斷電源。由于分支網(wǎng)絡多、所接設(shè)備多等因素構(gòu)成了龐大而復雜的直流電源網(wǎng)絡，分為主母線、小母線、層層分布，回路復雜、單線交錯、雙線交錯，客觀上增加了查找直流接地故障的難度。
正常情況下正負對地均為絕緣的，系統(tǒng)中有一點發(fā)生接地時，一般情況下并不影響直流系統(tǒng)運行，但當出現(xiàn)兩點及兩點以上接地時，就會造成正負極短路，開關(guān)和保護回路誤動、拒動現(xiàn)象。同時直流系統(tǒng)的故障可能會造成更大故障隱患。所以當發(fā)生接地時采用良好的儀器和準確的判定方法是十分重要的。
一、直流系統(tǒng)接地的產(chǎn)生
1、 何為直流系統(tǒng)接地
當直流系統(tǒng)的正極或負極與大地之間的絕緣水平降到某一整定值或低于某一規(guī)定值時，統(tǒng)稱為直流系統(tǒng)接地；當正極絕緣水平低于某一規(guī)定值時稱為正接地；當負極絕緣水平低于某一規(guī)定值時稱為負接地。
2、 為什么會造成直流系統(tǒng)接地
直流系統(tǒng)是個不間斷工作長期帶電的系統(tǒng),支路很多,負荷涉及面廣，會由于環(huán)境改變、氣候變化、污染、高溫等引起電纜老化、接線端子老化,元件損壞以及設(shè)備本身等問題引起絕緣水平下降。一般來說，投運時間越長，其接地的概率越高，特別是發(fā)電廠比變電站接地更頻繁。
3、 直流系統(tǒng)接地會造成哪些危害
a) 接地的種類
從現(xiàn)實直流系統(tǒng)接地的構(gòu)成上歸納起來有以下幾種:按接地極性分為正接地和負接地；按接地類型上分為直接接地；有的稱為金屬性接地（也稱完全接地）和間接接地，有的稱非金屬性接地（也稱非完全接地、），有的人還稱為半接地。此外還有按接地情況可分為單點接地、多點接地、環(huán)路接地、絕緣降低和交流半接地等。由于各地的直接接地情況不一樣，所以產(chǎn)生了許多新名字，大體上是這幾種名字。
b) 正接地的危害
由于斷路器跳閘線圈均接負極
電源，當發(fā)生系統(tǒng)正極接地時，正極經(jīng)過大地，構(gòu)成回路。如圖1所示，當圖中的A點和B點同時接地，相當于A、B兩點通過大地相連接起來，中間繼電器2J1動作生成斷路器的跳閘。同理，當圖中的A點和C點同時接地，和圖中的A點、D點同時接地均可能生成斷路器的跳閘。
圖1
c) 負極接地的危害
負極接地可能造成斷路器的拒絕動作，如圖1所示，當圖中的B點，正點同時接地，B、E點通過地構(gòu)成了回路，即B、E點相接將中間繼電器2J1短接，此時，如果系統(tǒng)發(fā)生事故，保護動作由于中間繼電器2J1被短接，2J1不工作，斷路器不會動作，產(chǎn)生拒動現(xiàn)象，使事故越級擴大。同理，當圖中的E點和C點同時接地和圖中的E點和D點同時接地均可能生成斷路器拒動現(xiàn)象。
二、如何查找接地點，排除故障危害
我們從以上的直流接地危害中，可以看出無論是正極接地還是負極接地，只要有一個接地，即對地構(gòu)成了新的接地回路就要求迅速排除，否則一旦出現(xiàn)二點或多點接地就會發(fā)生故障，乃至發(fā)生事故。從目前現(xiàn)場實際中的情況和經(jīng)驗所得，大致有以下幾種方法。
2.1拉路法
直流接地回路一旦從直流系統(tǒng)中脫離運行，直流母線的正負極對地電壓就會出現(xiàn)平衡。所以人們通常從直流接地回路瞬間停電，確定直流接地點是否發(fā)生在該回路，這就是所謂的“拉路法”。直流系統(tǒng)是個不間斷電源，基于它的特殊性，人們不能隨意停電。近年來隨計算機的大量使用，微機保護同樣也不允許人們隨意斷開直流電源。現(xiàn)場排除故障中，經(jīng)常發(fā)生非正常的閉環(huán)回路，采用雙
電源供電回路，以及
變電站在現(xiàn)場施工、擴建、修試過程中遺留了直流負載的信號回路、控制回路和保護回路之間沒有區(qū)分等等，使直流接地故障查找難度更加困難。“拉路法”往往造成了控制回路或保護回路跳閘等事故。
2.2 “拉路法”查找的安全步驟
2.2.1自動接地巡檢儀查找回路
目前
市場上出現(xiàn)了眾多廠家的直流接地選線裝置。一般以“信號注入法”、“霍爾傳感器監(jiān)測法”、“磁飽和監(jiān)測法”三種原理設(shè)計生產(chǎn)的，大致情況是在直流的各分支回路上安裝一個穿心式的電流互感器，各互感器感應到的信號經(jīng)過直流接地選線裝置分析判斷，確定直流接地的分支回路，其安裝在支路回路上的傳感器編號和接地檢測儀顯示部分回路對應編號。其優(yōu)點是能在線監(jiān)測實時監(jiān)測各分支回路的接地狀態(tài)，查巡接地回路時，如 “全自動的逐路測試法”，如果儀器測量是準確性很高的話，是一種不可能缺少的
自動化設(shè)備。但由于其測量精度不高、誤報率較多、抗干擾能力差，各現(xiàn)場情況不一致等問題，在使用上出現(xiàn)了一些問題。
2.2.2便攜式儀器查找定位方法
使用便攜式的直流接地故障查找儀，查找直流接地不失為一種好方法，作為拉回路法的輔助測試儀，對接地故障的排除在時間上和安全上都是好幫手。其特點如人為拉路法，不需斷開直流回路
電源，
移動式的采集互感器在各分布回路上測量。如果出現(xiàn)接地回路就報警。
這種設(shè)備在使用上是十分科學的。在原理上基本和在線裝置的信號注入法原理相似。由于其采集傳感器可以任意移動，利用其
移動的優(yōu)點還可以更具體地查找到各接地點。但由于目前產(chǎn)品和各直流系統(tǒng)的兼容性和抗干擾能力差的因素，誤報率十分高，并沒有大量采用和全面推廣，僅為查找時作為參考使用。
三、直流接地檢測裝置
1裝置的構(gòu)成
直流系統(tǒng)只能有一個接地點，即絕緣監(jiān)察繼電器的接地點。絕緣監(jiān)察繼電器是利用平衡電橋原理，當直流系統(tǒng)的正極或負極對地絕緣阻抗降低到某一規(guī)定值或設(shè)定值，即使正對地電壓或負對地電壓差使電橋失去了平衡，發(fā)生了變化就可判定絕緣。它是由信號回路和監(jiān)察回路（直流絕緣監(jiān)察繼電器KVI，轉(zhuǎn)移開關(guān)SM和電壓表PV）組成。如圖2所示。按其功能又可分為信號部分和測量部分。
A．信號部分
圖2所示的右部為絕緣監(jiān)察裝置的信號部分，由絕緣監(jiān)察繼電器KVI及信號（音響和光字牌HL）組成，R+、R-分別為假設(shè)的正、負母線對地絕緣電阻，用虛線相連接。R1、R2及R+、R-組成電橋接線。KVI中的R1、R2的數(shù)值要求相等（通常選R1=R2=1000Ω），KD為高靈敏度的干簧管繼電器，KC為中間繼電器。正常情況下，正、負母線對地絕緣電阻R+、R-相等，繼電器KD線圈中只有微小的不平衡電流流過，繼電器不動作。當有一母線對地絕緣下降時，由于R+≠R-，所以電橋失去平衡，繼電器KD線圈中只有微小的不平衡電流流過，當次電流達到其動作值時，繼電器KVI動作：KD啟動，其動合觸點閉合啟動KC繼電器，KC的動合觸點閉合，發(fā)出“母線對地絕緣電阻下降”的信號（但不能分清是正母線還是負母線電阻下降）。
B．測量部分
在圖2的左半部畫出了由轉(zhuǎn)換開關(guān)SM和電壓表PV組成的測量部分。當有母線對地絕緣降低時，信號部分先發(fā)出“母線絕緣降低”的音響和光字牌信號，值班人員將SM開關(guān)依次打至“+母線對地電壓”和“-母線對地電壓”，則SM的2-1、4-5接通和5-8、1-4接通，分別測出+母線對地的電壓值和-母線對地的電壓值，電壓值低者即絕緣有損壞。然后根據(jù)已知的電壓表內(nèi)阻RV及直流母線工作電壓U，用計算的方法求成正、負極母線的對地絕緣電阻。
C．對繼電器KD的要求
在下圖2中有一個人工接地點，是為測量母線對地電壓用的，當直流回路中再有任一個短路接地點時，將會形成短路回路。為防止在直流回路中由此短路電流引起其他繼電器發(fā)生誤動作，則繼電器KD的線圈必須具有足夠大的電阻值，一般對220V直流系統(tǒng)選用RKD＝30kΩ的線圈，其啟動電流為1.4mA。于是，為防止繼電器發(fā)生誤動作，回路中的其他繼電器線圈的啟動電流都應大于1.4mA。所以，在220V直流系統(tǒng)中，當任一母線的絕緣電阻下降至15～20kΩ時，絕緣監(jiān)察繼電器便會立即發(fā)出信號。
圖2
四、人工故障排除方法
變電站的直流接地雖然是復雜的，無論是常規(guī)保護還是微機保護，其故障的排除法是一致的。采用拉路尋找分段處理的方法，以先信號和照明部分，后操作部分；先室外部分后室內(nèi)的原則。根據(jù)現(xiàn)場的故障排除經(jīng)驗，筆者對其方法進行整理如下：
1. 首先確定是正極接地還是負極接地，測量正負極對地電壓，有效區(qū)分是正極接地還是負極接地。
2. 兩段母線之間的區(qū)分，使查找的接地不會大范圍擴大，確定發(fā)生直流接地在哪一段。
3. 如果有直流接地選線的裝置，不能準確確定，有誤報的現(xiàn)象，請退出運行中的直流接地檢測儀。
4. 如果站內(nèi)二次回路有在施工的或有檢修試驗的應立即停止，拉開其工作
電源，看信號是否消除。
5. 采用分段分部位拉路法，操作
電源一定要由蓄電池供電，先停下重要的回路，如信號回路和照明回路等。
應按照下列順序進行
② 斷合故障照明回路
③ 斷合信號回路
④ 斷合閘回路
⑤ 斷合附助設(shè)備
⑥ 斷合蓄電池回路
五、目前國內(nèi)監(jiān)測儀器測量狀態(tài)
直流監(jiān)測裝置都是采用電橋原理，無論是常規(guī)的電橋還是微機型的電橋，都是以對地電壓為依據(jù)，監(jiān)測裝置往往以系統(tǒng)正負極對地絕緣阻抗到規(guī)定值或某一設(shè)定值確定為直流系統(tǒng)發(fā)生了接地。各個廠站都是各自按對地電壓差（為不平衡狀態(tài)）來設(shè)定，平衡電橋的回路選用電阻，目前無一流標準。國家DC/T724-2000標準中確定220V系統(tǒng)為25K，110V系統(tǒng)為7K，僅說明直流接地在等于某一數(shù)值時一定要進行故障排除。由于各直流屏生產(chǎn)廠家（監(jiān)測裝置廠家）均有不同的電橋取值，并沒有相關(guān)的規(guī)定，從實際的各廠家情況看，平衡電橋電阻取值為1-40K不等，這樣也正說明了以電壓的變化來說明接地故障的程度是不十分準確。其實在國外的一些廠站主要是110V直流
電源其接地阻抗是設(shè)定為50KΩ。目前我國大亞灣核電站就是引進國外的設(shè)備，其直流絕緣告警值還是以50KΩ為依據(jù)，實際上其電橋內(nèi)阻為400K。事實上我國運行的直流系統(tǒng)接地報警都是設(shè)在25K以下（參考電力標準），其電橋值僅為1-40K之間。變電站的直流接地故障概率似乎不高的真正原因，無法準確體現(xiàn)實際的絕緣情況。一些運行幾十年的變電站和電廠，一年也難得有接地報警，即使出現(xiàn)了接地故障誤動事故，也無法查證說明其真正原因和機理。
六、結(jié)論
為了防止直流系統(tǒng)網(wǎng)絡其他任何一點發(fā)生接地時而引起繼電器的誤動，減少不必要的故障，要求絕緣監(jiān)測繼電器的線圈具有足夠大的電阻值，最好是采用光電原理或高阻（500KΩ以上）使直流系統(tǒng)的正式負極對地之間沒有一個真正的接地點，假如直流系統(tǒng)一旦發(fā)生一點接地，只有一個接地點，監(jiān)測裝置就能及時發(fā)現(xiàn)也不會發(fā)生誤動和拒動事故，同時兩段監(jiān)測上的絕緣繼電器并列運行也不會造成任何事故，以適應電力系統(tǒng)和安全穩(wěn)定。筆者認為開發(fā)一種高阻抗的直流接地監(jiān)測裝置是能大大提高直流系統(tǒng)安全運行，也是一件十分有益的事情。
作者簡介
丁迪，男（1982年出生）助工，現(xiàn)從事于電力行業(yè)變電運行管理工作。
陳書欣，男（1973年出生）工程師，現(xiàn)從事于電力測量設(shè)備的開發(fā)和研究工作。
