直流系统接地故障探讨

张 帆

(中国华电香港有限公司，北京 100031)

在电力系统中，无论是发电厂还是变电站，直流系统的可靠性都是保障安全运行的决定条件之一。直流系统主要由蓄电池组、浮充电装置、监测装置及馈电支路组成，为控制回路、信号回路、继电保护及自动装置等提供可靠稳定的不间断电源。在正常情况下，直流系统正负极对地均为绝缘。当发生1点接地时，一般情况下并不影响直流系统运行；但当出现2点及2点以上接地时，就会造成正负极短路，开关和保护回路误动、拒动现象。所以当直流系统发生接地时，应迅速、准确地判断接地点并及时排除。

1 关于直流系统

1.1 直流系统绝缘的相关规定

根据国家电网公司《直流电源系统技术标准》及其他相关规定：110 V蓄电池组的绝缘电阻不小于100 kΩ，48 V蓄电池组的绝缘电阻不小于50 kΩ；配电柜内直流汇流排和电压小母线，在断开所有其他连接支路时，对地的绝缘电阻应不小于10 kΩ；二次回路的每一支路和断路器、隔离开关、操作机构的电源回路，绝缘电阻不小于1 MΩ。

1.2 直流系统接地的定义

当直流系统的正极或负极绝缘水平降到某一整定值或低于某一规定值时，统称为直流系统接地。当正极绝缘水平低于某一规定值时称为正接地，当负极绝缘水平低于某一规定值时称为负接地。

1.3 直流系统接地的分类

从直流系统接地的构成上分类：按接地极性分为正极接地和负极接地，按接地类型分为直接接地(有的称为金属性接地或完全接地)和间接接地(有的称非金属性接地、非完全接地或半接地)，此外还可按接地点情况分为单点接地、多点接地等。

1.4 直流系统接地的危害

正极接地可能造成保护或开关误动作，负极接地可能造成保护或开关拒绝动作，而且一旦出现正负极同时接地就会发生故障，乃至事故。二次回路中，某些元件是按短时通电考虑的，若发生直流接地，这些元件会长期通电，则可能被烧毁。

1.5 直流系统接地的原因分析

直流系统分布范围广、支路多，会由于环境改变、气候变化、污染、高温等引起电缆老化、接线端子老化、二次回路及设备严重污秽和受潮；接线盒进水，小动物爬入带电回路，元件损坏，交流串入直流回路等问题会引起绝缘水平下降。一般来说，投运时间越长，直流系统接地的概率越高。

2 直流系统接地的查找方法

直流系统接地真正通过一个金属点接地的情况是比较少见的，更多的情况是由于空气潮湿，尘土粘附，电缆破损，或就地控制箱柜直流系统或直流设备某部分的绝缘降低，或外界其他不明因素所造成的。大量的接地故障并不稳定，会随着环境变化而变化，因此查找直流系统接地是一个较为复杂的过程。常见的直流系统接地查找方法有如下3种。

2.1 直流系统接地选线装置查找法

目前市场上出现了众多厂家生产的直流接地选线装置，一般是以“信号注入法”、“霍尔传感器监测法”、“磁饱和监测法”3种原理为基础设计生产的。通常是在直流的各分支回路上安装一个穿心式的电流互感器，各互感器感应到的信号经过直流接地选线装置分析判断，确定直流接地的分支回路。其安装在支路回路上的传感器编号和接地检测仪显示部分回路对应编号。其优点是能在线监测、实时监测各分支回路的接地状态。查巡接地回路时，如“全自动的逐路测试法”，如果仪器测量准确性很高，则是一种不可缺少的自动化设备。但实际使用中其测量精度不高、误报率较多、抗干扰能力差，各现场情况不一致等问题经常出现。

2.2 便携式仪器查找定位方法

使用便携式直流接地故障查找仪作为拉回路法的辅助测试仪，对接地故障的排除在时间上和安全上都是好帮手。其特点如人为拉路法，不需断开直流回路电源，用移动式的采集互感器在各分布回路上测量，如果发现接地回路就报警。这种设备在使用上是十分科学的，在原理上基本和在线装置的信号注入法原理相似。由于其采集传感器可以任意移动，利用该优点还可以更具体地查找到各接地点。但由于目前产品和各直流系统的兼容性和抗干扰能力差等原因，误报率十分高，因此并没有被大量采用和全面推广，仅在查找时作为参考使用。

2.3 瞬时停电法

瞬时停电法也称拉路法。查找直流系统接地时按以下步骤进行：①根据接地的极性，分析故障可能发生的原因、大概位置；②若站内二次回路上有工作或有设备检修试验，应立即停止工作和试验，看信号是否消除；③缩小查找范围，将直流系统分成几个不相联系的部分(注意：不能使保护失去电源，操作电源尽量用蓄电池带)；④对于不太重要的直流负荷及不能转移的分路，利用“瞬时停电”的方法(即逐一短时断开各支路保险或空开进行，一般用于能短时断电的非重要回路，停电时间应小于3 s)查该分路中所带回路有无接地故障；⑤对于重要的直流负荷，用转移负荷法(即将发生接地的系统各个回路逐个短时切换到另一电压相同的正常直流回路中，观察接地现象是否随着转移，以判断该回路是否接地)查该分路内各回路有无接地故障。该方法查找虽然复杂，但是能准确查找到故障支路，缩小故障点查找范围。

3 直流系统接地查找注意事项

(1) 当直流系统发生接地时，禁止在二次回路上工作。查找和处理必须由2人同时进行，处理时不得造成直流系统短路和另一点接地。

(2) 不能采用任意拔一只熔断器(特别是负荷熔断器)的办法寻找故障点，这样易产生寄生回路，导致保护误动作。

(3) 对于不能停电的直流设备，必须事先用备用直流电源供电，以保证在拉路时该回路直流电源不间断。

(4) 如果直流母线上所有负荷切除后故障仍不消失，则说明接地故障发生在直流电源部分(直流屏、蓄电池组、浮充电机、连接电缆等)。为了避免在查找故障过程中给负荷造成较长时间的停电，引起更大事故发生，一般情况下应先用一套具有足够容量的备用直流电源(如备用充电装置)给负荷供电，再将有故障的直流电源与外电路脱离来查找故障。

(5) 有时接地故障发生在主控信号回路中，在这种情况下，当拉开该回路时，中央信号会失去电源，使直流绝缘监测的声光信号不能发出。这时，判断接地与否不能再利用声光信号，而要派专人监视直流绝缘监视继电器，根据其触点是否动作来判断直流回路有无接地。

(6) 某一分支回路的电缆芯中，有属于控制、信号、闪光等回路用芯。当该电缆损坏接地时，接地故障可能同时出现在接于直流母线上的控制、信号、闪光等回路。因此，如顺着某一回路查找到电缆接地故障，其他回路故障就应怀疑是否也是由此引起的。考虑到这种连带关系，往往能获得事半功倍的效果。

(7) 查找接地故障前，应充分了解相关的情况。例如：运行过程中有无异常现象，回路有无处于工作状态、当时的天气情况等。具体查找时，要采取先信号和照明部分、后操作部分，先室外部分、后室内部分的原则。在切断各直流回路时，切断时间不得超过3 s，且不论回路接地与否均应再合上。若直流回路失电，可能引起保护及自动装置误动，因此在切断前应采取必要的安全措施。当发现某一专用直流回路有接地时，应及时找出接地点，并尽快消除。

4 直流系统接地的防范措施

4.1 设备首次投运

当直流电源系统设备安装调试完毕后，应进行投运前的交接验收试验。在所有试验项目都达到要求后才能投入试运行。交接验收试验及要求如下。

4.1.1 绝缘监测及信号报警试验

(1) 直流电源装置在空载运行时，其额定电压为220 V的系统，用25 kΩ电阻；额定电压为110 V的系统，用7 kΩ电阻；额定电压为48 V的系统，用1.7 kΩ电阻。分别使直流母线正极或负极接地，应正确发出声光报警。

(2) 直流母线电压低于或高于整定值时，应发出低压或过压信号及声光报警。

(3) 装有微机型绝缘监测装置的直流电源系统，应能监测和显示其支路的绝缘状态，各支路发生接地时，应能正确显示和报警。

4.1.2 耐压及绝缘试验

(1) 在做耐压试验之前，应将电子仪表、自动装置从直流母线上脱离开，用工频2 kV对直流母线及各支路进行耐压1 min试验，试验中应不闪络、不击穿。

(2) 对直流电源装置的直流母线及各支路，用1 000 V摇表测量其绝缘电阻应不小于10 MΩ。

4.2 运行中的管理和检查

(1) 直流电源系统设备的运行维护工作按设备管理权限划分。在查找直流接地时，特别注意热工用直流电源，严禁运行人员随意操作。

(2) 运行主管单位每年应对所辖运行直流电源系统进行检查评价，查实直流系统电源设备缺陷，综合分析直流电源系统存在问题，正确作出设备状态评估，提出技术改造和检修意见。

(3) 现场运行规程中应有直流电源系统接地运行维护和事故处理等有关内容。

(4) 对直流系统进行的定期维护工作应纳入年度、月度工作计划。

(5) 具备2组蓄电池的直流系统应采用母线分段运行方式，每段母线应分别采用独立的蓄电池组供电，并在2段直流母线之间设联络开关或刀闸。正常运行时，该联络开关或刀闸应处于断开位置，防止一组直流系统接地造成全部直流系统接地情况的发生。

(6) 设备运行后，平时应对直流系统进行巡回检查。运行人员一旦发现系统缺陷，应按维护管理职责和权限及时处理或上报。新安装、检修、改造后的直流系统投运后，对出现的直流接地、熔断器熔断等异常现象处理后，应进行特殊巡视。

(7) 重视直流系统薄弱环节。特别要做好室外端子箱的去潮工作，定期检查端子箱内加热器是否按规定投入运行；搞好室外端子箱、机构箱门的维修和密封工作，防止雨水或潮气侵入控制箱中，侵蚀直流系统设备或端子排；加强室外端子箱、机构箱的巡视检查，特别是暴风雨来临前要对室外端子箱、机构箱门认真检查。

(8) 加强蓄电池组的维护，定期对蓄电池进行测量、清洁。

(9) 接地故障发生后，要及时认真地进行查找，尽快找出接地回路或接地点。找出接地回路后，要及时予以消除；运行人员无法消除时，要督促检修人员尽快消除。

4.3 设备检修及预防性试验

在电厂或变电站检修时，直流系统常常需要做停电措施处理，但需注意蓄电池不能长时间不充电、长时间停电。对直流装置要进行防潮处理，防止异物进入，检修时需要清除部件上的灰尘。设备屏、柜及电缆检修后，应做好孔洞封堵和防止电缆穿管积水结冰的措施。

检修后恢复送电前，直流电源装置的直流母线及各支路绝缘应不小于10 MΩ。蓄电池的绝缘电阻：电压为220 V的应不小于0.2 MΩ，电压为110 V的应不小于0.1 MΩ，电压为48 V的应不小于0.05 MΩ。

投运后应检查绝缘监察装置动作是否正确，电压为220 V的系统用25 kΩ电阻、电压为110 V的系统用7 kΩ电阻、电压为48 V的系统用1.7 kΩ电阻。分别使直流母线正、负极接地，装置应发出声光报警；直流电源装置的工作状态应能传送到当地后台或远方的监控中心。“三遥”功能及报警信号应显示正确、远传可靠。

结合电厂机组或变电站大修时间安排，做好直流系统设备的预防性试验工作。其预防性试验主要安排进行绝缘监测及信号报警试验和耐压及绝缘试验。