发电厂直流系统接地故障分析及应对

摘要：文章论述了直流系统在发电厂中所起的作用，提出了直流系统的重要性和必要性，总结了发电厂直流系统接地故障一点接地和两点同时接地的两个类型及其相关的故障机理，分析了引起直流系统接地故障的原因并介绍了相关的应对策略和预防措施。

关键词：发电厂；直流系统；接地故障

中图分类号：TM62 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）03-0049-02

发电厂直流系统部分对整个电厂的可靠稳定发电影响深远，因为在发电厂中，存在着许多需要直流供电的系统，如最重要的继电保护回路、传递各种信号的信号回路、起到自动化运行的自动装置、发生事故时用到的照明系统以及电厂内部和电厂内外直接通讯用的通信回路等二次设备。一旦直流系统发生故障，影响不仅局限在本发电厂，甚至还要波及这个与该节点相连的其他电厂甚至整个区域电网。

1 发电厂直流系统概述

当前我国已投入运行的发电厂中的二次系统部分均采用220V或±110V直流电源供电系统，直流供电设备连接到主控室直流配电屏的直流母线上，再由直流母线分别引出短路保护电源、合闸电源、照明电源等。直流供电系统正常工作时其正负两母线为±110V并且对地悬空不接地。现阶段各发电厂所用的直流系统通常是电力电子整流器和蓄电池并联共同工作的浮充供电方式。正常运行时蓄电池作为备用电源保持充电状态，确保在交流电源发生故障时可以持续不间断供电，电厂直流用电设备由整流器将厂用220V交流电变换为直流电来提供。

2 发电厂直流系统接地故障分析

2.1 一点接地

通常发电厂直流系统由于连接结构的关系经常接地，发生一点接地时除了概率极小的情况如继电器误发信号由于没有产生短路电流所以不会引起故障，负载仍然可以正常运行。然而，如果发生两点同时接地就会对设备、系统产生较大的危害，因此必须快速发现并及时消除一点接地状态。直流系统一点接地也可能引起一台甚至多台断路器跳闸误动作，而且其危害性通常比两点同时接地时更大更加难以预防。一点接地由于其概率大、随机性强的特点更应该引起运行人员的重视。

2.2 两点接地

2.2.1 继电器误动作。在AB两点同时接地的情况下，原本断开的LJ1、LJ2被短路导通使ZJ线圈通电启动，ZJ触点闭合导通线圈XJ，其效果和AC两点同时接地短接时一样引起误动作。同理，AD两点接地短接和DF两点同时接地短接同样会造成继电器误动。

2.2.2 继电器拒绝动作。当BE两点同时接地造成对线圈ZJ短路，当LJ1或LJ2闭合时无法使ZJ导通带电，进而不能使ZJ接点闭合，我们称之为拒动作。同理，CE、FE两点同时接地也会导致拒动作。

2.2.3 熔断器熔断。当直流接地发生在AE两点时，正负两母线被短路产生较大的短路电流使FU1、FU2熔断，甚至烧毁继电器。

3 直流系统接地的原因及应对策略

3.1 直流系统接地的原因

3.1.1 规划设计因素。电缆隧道与蒸汽管道、水管道修建在一起或隔离措施不到位，当蒸汽管道或水管道发生泄漏时将给电气设备带来较大隐患。交直流信号混用一根电缆，屋外设备的防护等级不足。

3.1.2 设备内部因素。直流通路容易受到自身运行设备的影响。开关柜小母线灰尘堆积严重、继电器机械部分故障失去灵活性、线圈老化、绝缘损坏、电缆沟内排水不及时积水严重、电缆泡在水中等都可以引起接地或成为一种接地隐患。

3.1.3 外部环境因素。环境因素造成直流接地是一种最常见的情况，特别是户外二次回路控制箱、开关箱、监测仪表，密封圈在长期风吹日晒及温度剧烈变化下极易老化，回路导线橡胶绝缘特性减弱，寿命降低。在雨雪及雾霾天气时，箱内湿度大，湿气无法及时排除干净，产生凝露，非常容易造成直流接地，甚至直流短路。

3.1.4 人为因素。燃料系统设备环境恶劣，需经常用水冲洗。运行人员清扫设备时不慎将直流回路喷上水。施工人员不认真，接接头时不注意绝缘保护和损坏线路绝缘等。

3.2 应对策略

3.2.1 接地点的查找。接地点定位是排除故障的前提，而接地数目的多少直接影响着检测方法的优劣，因此，在复杂条件下找出合适的检测方法十分重要，下面来介绍一下常用的五种查找故障点的方法：

（1）拉回路法。顾名思义，就是对所查回路进行断电处理，此方法为查找接地故障点通用的方法，为工程师所熟知，该方法应用简单而有效。一般按以下顺序进行：事故照明回路；信号回路；操作回路；保护回路等。将故障范围逐步缩小并对所在范围的分支网络设备逐一排查直至找到接地点。

（2）实时监测法。利用在线监测装置对直流系统对地绝缘状况进行实时的跟踪监测。虽然该方法具有实时监控并能对故障进行报告显示其接地回路，但是很难将接地点定位在具体位置，因此具有一定的局限性。

（3）电压测量法。利用万用表测量正负母线电压，若在切除某部分负载后万用表显示变化则表明该切除部分为接地部分。但是此种方法对于运行人员要求较高，而且比较费时，不易在设备复杂的空间下采用。

（4）移动定位装置查找法。拉路法由于不能应对多点同时接地的情况而具有局限性且对于某些计算机等不能停电的自动化设备是不可用的。移动定位装置的特点是可以带点检测查找接地点。

（5）应用新型绝缘监测设备查找故障点。该装置使用的无接触激磁调制直流微电流智能传感器，使用正负母线对地的接地电阻的由母线产生的漏电流来测量接地电阻的大小，从而判断非接触式磁性调制母线接地故障的方式。不叠加在母线上的任何信号这种装置中，不会对直流母线供电产生任何不利影响，可以通过在母线上所造成的假阳性和假阴性的分布电容来消除。

3.2.2 预防控制措施。对于直流直接接地连线的二次设备绝缘水平要有严格的要求，尽量将控制用直流和其他直流线路分开，对于操作机构、户外端子箱，定期清扫直流屏柜、保护屏、微机自动化屏等，防止浮尘聚集而降低直流系统的对地绝缘。安排运行人员定时定点检查直流系统绝缘情况，做到对易发生接点短路点的全面了解和监控。同时，对暴露在室外的装置应做好封闭处理，保证其免受雨雪大风等自然天气的影响。还要及时维护厂用照明设备。在电缆隧道及户外电缆沟中要设置良好的排水系统，确保设备得到有效保护。对直流系统的绝缘水平要进行经常性的监视检査。中央控制室的控制保护屏宜采用前后带门的封闭式结构。及时处理有缺陷的直流支路或设备，预防和减小故障发生的机率。

4 结语

发电厂直流系统部分对这个电厂的生产运行十分重要，它是供给继电保护、控制回路、信号回路、计算机监控、通信、事故照明、交流不间断电源等二次设备的重要电源，对供电的可靠性要求极高，直流接地故障若不及时处理，将会对发电厂的安全稳定运行造成极其严重的后果，其产生的故障甚至波及整个电网。因此，对发电厂直流系统的运维和保护意义深远。

参考文献

[1] 余剑峰.直流系统接地故障监测研究[D].武汉大学，2004：15-17.

[2] 欧卫庆.发电厂直流系统接地故障分析及应对措施[J].自动化应用，2010，（8）：76-78.

作者简介：白国良（1969—），男，辽宁辽阳人，中国能建东电四公司高级工程师。