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(fù)荷的運(yùn)行系統(tǒng)，主要是為控制回路、信號回路、繼電保護(hù)自動(dòng)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(luò)多、所接設(shè)備多等因素構(gòu)成了龐大而復(fù)雜的直流電源網(wǎng)絡(luò)，分為主母線、小母線、層層分布，回路復(fù)雜、單線交錯(cuò)、雙線交錯(cuò)，客觀上增加了查找直流接地故障的難度。

   正常情況下正負(fù)對地均為絕緣的，系統(tǒng)中有一點(diǎn)發(fā)生接地時(shí)，一般情況下并不影響直流系統(tǒng)運(yùn)行，但當(dāng)出現(xiàn)兩點(diǎn)及兩點(diǎn)以上接地時(shí)，就會(huì)造成正負(fù)極短路，開關(guān)和保護(hù)回路誤動(dòng)、拒動(dòng)現(xiàn)象。同時(shí)直流系統(tǒng)的故障可能會(huì)造成更大故障隱患。所以當(dāng)發(fā)生接地時(shí)采用良好的儀器和準(zhǔn)確的判定方法是十分重要的。

1、  何為直流系統(tǒng)接地

當(dāng)直流系統(tǒng)的正極或負(fù)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(shí)，統(tǒng)稱為直流系統(tǒng)接地；當(dāng)正極絕緣水平低于某一規(guī)定值時(shí)稱為正接地；當(dāng)負(fù)極絕緣水平低于某一規(guī)定值時(shí)稱為負(fù)接地。

2、  為什么會(huì)造成直流系統(tǒng)接地

直流系統(tǒng)是個(gè)不間斷工作長期帶電的系統(tǒng),支路很多,負(fù)荷涉及面廣，會(huì)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(yùn)時(shí)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(huì)造成哪些危害

a）       接地的種類

從現(xiàn)實(shí)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(fù)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*接地）和間接接地，有的稱非金屬性接地（也稱非*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(diǎn)接地、多點(diǎn)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(fù)極電源，當(dāng)發(fā)生系統(tǒng)正極接地時(shí)，正極經(jīng)過大地，構(gòu)成回路。如圖1所示，當(dāng)圖中的A點(diǎn)和B點(diǎn)同時(shí)接地，相當(dāng)于A、B兩點(diǎn)通過大地相連接起來，中間繼電器2J1動(dòng)作生成斷路器的跳閘。同理，當(dāng)圖中的A點(diǎn)和C點(diǎn)同時(shí)接地，和圖中的A點(diǎn)、D點(diǎn)同時(shí)接地均可能生成斷路器的跳閘。

 

圖1

c）       負(fù)極接地的危害

負(fù)極接地可能造成斷路器的拒絕動(dòng)作，如圖1所示，當(dāng)圖中的B點(diǎn)，正點(diǎn)同時(shí)接地，B、E點(diǎn)通過地構(gòu)成了回路，即B、E點(diǎn)相接將中間繼電器2J1短接，此時(shí)，如果系統(tǒng)發(fā)生事故，保護(hù)動(dòng)作由于中間繼電器2J1被短接，2J1不工作，斷路器不會(huì)動(dòng)作，產(chǎn)生拒動(dòng)現(xiàn)象，使事故越級擴(kuò)大。同理，當(dāng)圖中的E點(diǎn)和C點(diǎn)同時(shí)接地和圖中的E點(diǎn)和D點(diǎn)同時(shí)接地均可能生成斷路器拒動(dòng)現(xiàn)象。

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(fù)極接地，只要有一個(gè)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(diǎn)或多點(diǎn)接地就會(huì)發(fā)生故障，乃至發(fā)生事故。從目前現(xiàn)場實(shí)際中的情況和經(jīng)驗(yàn)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(yùn)行，直流母線的正負(fù)極對地電壓就會(huì)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(diǎn)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(gè)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(jì)算機(jī)的大量使用，微機(jī)保護(hù)同樣也不允許人們隨意斷開直流電源?，F(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(kuò)建、修試過程中了直流負(fù)載的信號回路、控制回路和保護(hù)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(hù)回路跳閘等事故。

2.2 “拉路法”查找的安全步驟

2.2.1自動(dòng)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(jì)生產(chǎn)的，大致情況是在直流的各分支回路上安裝一個(gè)穿心式的電流互感器，各互感器感應(yīng)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(yīng)編號。其優(yōu)點(diǎn)是能在線監(jiān)測實(shí)時(shí)監(jiān)測各分支回路的接地狀態(tài)，查巡接地回路時(shí)，如 “全自動(dòng)的逐路測試法”，如果儀器測量是準(zhǔn)確性很高的話，是一種不可能缺少的自動(dòng)化設(shè)備。但由于其測量精度不高、誤報(bào)率較多、抗*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(shí)間上和安全上都是好幫手。其特點(diǎn)如人為拉路法，不需斷開直流回路電源，移動(dòng)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(bào)警。

這種設(shè)備在使用上是十分科學(xué)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(dòng)，利用其移動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)還可以更具體地查找到各接地點(diǎn)。但由于目前產(chǎn)品和各直流系統(tǒng)的兼容性和抗*力差的因素，誤報(bào)率十分高，并沒有大量采用和全面推廣，僅為查找時(shí)作為參考使用。

1裝置的構(gòu)成

   直流系統(tǒng)只能有一個(gè)接地點(diǎn)，即絕緣監(jiān)察繼電器的接地點(diǎn)。絕緣監(jiān)察繼電器是利用平衡電橋原理，當(dāng)直流系統(tǒng)的正極或負(fù)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(fù)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(fù)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(fù)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(dòng)作。當(dāng)有一母線對地絕緣下降時(shí)，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(dāng)次電流達(dá)到其動(dòng)作值時(shí)，繼電器KVI動(dòng)作：KD啟動(dòng)，其動(dòng)合觸點(diǎn)閉合啟動(dòng)KC繼電器，KC的動(dòng)合觸點(diǎn)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(fù)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(dāng)有母線對地絕緣降低時(shí)，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(jì)算的方法求成正、負(fù)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(gè)人工接地點(diǎn)，是為測量母線對地電壓用的，當(dāng)直流回路中再有任一個(gè)短路接地點(diǎn)時(shí)，將會(huì)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(dòng)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(dòng)電流為1.4mA。于是，為防止繼電器發(fā)生誤動(dòng)作，回路中的其他繼電器線圈的啟動(dòng)電流都應(yīng)大于1.4mA。所以，在220V直流系統(tǒng)中，當(dāng)任一母線的絕緣電阻下降至15～20kΩ時(shí)，絕緣監(jiān)察繼電器便會(huì)立即發(fā)出信號。

 

圖2

變電站的直流接地雖然是復(fù)雜的，無論是常規(guī)保護(hù)還是微機(jī)保護(hù)，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(yàn)，筆者對其方法進(jìn)行整理如下：

1.       首先確定是正極接地還是負(fù)極接地，測量正負(fù)極對地電壓，有效區(qū)分是正極接地還是負(fù)極接地。

2.       兩段母線之間的區(qū)分，使查找的接地不會(huì)大范圍擴(kuò)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(zhǔn)確確定，有誤報(bào)的現(xiàn)象，請退出運(yùn)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(yàn)的應(yīng)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(yīng)按照下列順序進(jìn)行

① 斷合現(xiàn)場臨時(shí)工作電源

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

   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(jī)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(fù)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(gè)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*標(biāo)準(zhǔn)。國家DC/T724-2000標(biāo)準(zhǔn)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(shí)一定要進(jìn)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(shí)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(zhǔn)確。其實(shí)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(jìn)國外的設(shè)備，其直流絕緣告警值還是以50KΩ為依據(jù)，實(shí)際上其電橋內(nèi)阻為400K。事實(shí)上我國運(yùn)行的直流系統(tǒng)接地報(bào)警都是設(shè)在25K以下（參考電力標(biāo)準(zhǔn)），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(zhǔn)確體現(xiàn)實(shí)際的絕緣情況。一些運(yùn)行幾十年的變電站和電廠，一年也難得有接地報(bào)警，即使出現(xiàn)了接地故障誤動(dòng)事故，也無法查證說明其真正原因和機(jī)理。

為了防止直流系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)其他任何一點(diǎn)發(fā)生接地時(shí)而引起繼電器的誤動(dòng)，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，是采用光電原理或高阻（500KΩ以上）使直流系統(tǒng)的正式負(fù)極對地之間沒有一個(gè)真正的接地點(diǎn)，假如直流系統(tǒng)一旦發(fā)生一點(diǎn)接地，只有一個(gè)接地點(diǎn)，監(jiān)測裝置就能及時(shí)發(fā)現(xiàn)也不會(huì)發(fā)生誤動(dòng)和拒動(dòng)事故，同時(shí)兩段監(jiān)測上的絕緣繼電器并列運(yùn)行也不會(huì)造成任何事故，以適應(yīng)電力系統(tǒng)和安全穩(wěn)定。筆者認(rèn)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(yùn)行，也是一件十分有益的事情。