直流系统高阻接地查找装置的设计与实现

王跃强，廖华兴，陈杰云，徐子利，袁晓青，张晓东

(广东电网有限责任公司 佛山供电局，广东 佛山 528000)

随着电网规模的不断建设发展，电网设备数量不断增多，构成了庞大的直流电源网络。在长期运行过程中，由于环境及气候的变化,会出现电缆以及接头的老化以及设备本身的问题等，将不可避免地发生直流系统接地[1-2]。

直流系统故障复杂多变，造成继电保护及安全自动装置误动或拒动事件时有发生。直流系统接地查找方法多样[3-5]，同样存在着误判断的问题[6]。本文通过电路电桥原理，研制了一种直流系统高阻接地查找装置，实现了直流系统接地故障的在线监测及故障定位，为直流系统接地故障的查找和处理提供了一种行之有效的方法。

1 直流故障及查找原理

1.1 接地故障及查找原理

接地故障是一种典型的直流系统故障，通过电路电桥原理可准确查找及定位。根据电桥原理，即绝缘监测装置中的T型网络和直流系统正、负极绝缘电阻构成电桥，当系统正级或负级发生接地或绝缘异常时，其正对地与负对地电压即会发生变化，如图1所示。

图1 接地故障电桥原理图

1.2 环路故障及查找原理

当不同母线间发生环路故障，且其环间电阻Rm在一定范围内时，若一段母线的电压发生较大变化，另一段母线的电压也会产生相应的变化。

通过电压，用故障检测器分别在A、B、C、D、E等5个点进行检测，其箭头指的方向是故障检测器所检测的接地点方向，根据A、B、C、D和E点所检测接地点的箭头方向可知E点所在的支路是环路的分支，有接地故障并能故障定位。其他类型的环路接地可以采用类似的方法进行故障点定位，如图2所示。

图2 环路故障电桥原理图

2 装置结构及功能特点

2.1 装置结构

按照电路电桥原理，本文研制了直流系统高阻接地查找装置，装置由信号发生器、故障检测器和信号采集器(钳表)3部分组成，信号发生器及故障检测器原理图分别如图3和图4所示。

图3 信号发生器原理图

图4 故障检测器原理图

信号发生器工作原理：当直流系统发生接地故障或绝缘降低，直流系统电压监测装置发出警报时，将信号发生器接入直流系统，信号发生器自动判断系统的电压等级、接地故障的极性和绝缘程度，自动分析绝缘监测平衡电桥回路接线方式和平衡电桥电阻大小，形成信号输出的智能反馈，向直流正、负母线和地间发射适宜系统检测、对系统无影响的低频信号(0.167 Hz)，并实时显示系统电压、正对地电压、负对地电压和系统对地绝缘总阻抗。

故障检测器工作原理：故障检测器通过钳表检测各回路对地绝缘的直流信号漏电流，并模拟显示接地回路绝缘程度，判断出接地故障回路(支路)，并继续沿着该回路(支路)检测，最终将故障点准确定位。

2.2 装置功能特点

装置信号发生器、检测器双层抗分布电容设计，完全消除分布电容影响；配置精度高、线性度好的传感器，直流信号检测灵敏度高达0.01 mA，有效保证了采集的数据的准确；装置软件利用模糊控制理论和通信的噪声理论，在系统有大分布电容的干扰、电磁脉冲干扰和其他噪声干扰的影响时，也能准确地判断出接地故障点，为直流系统故障的查找提供了有力的保障。该装置具有下述功能。

1)智能化的接地点方向判断显示。能够快速、准确地定位出包括环路在内的支路中接地点的位置。

2)个性化的绝缘指数显示。通过对数据的智能化分析获取各检测支路的绝缘信息，以绝缘指数(0～99)的形式直观地反应出各检测支路的绝缘程度。

3)绝缘程度分级管理。实现了对接地故障的有效区分，提高了检测效率。

4)采用了高精度(分辨率达0.01 mA)传感单元，具有精度高、线性好和范围大的检测能力，能够实现对多点接地和高阻接地点的定位。

5)信号发生器接入系统的位置不受接地故障点距离的限制，可适应各类复杂的直流系统。

6)根据直流系统现场的实际情况，信号发生器可智能式产生1.0～3.0 mA的信号电流，且最大功率<0.05 W，保障直流系统的安全和可靠运行。

7)直流系统接地故障查找装置可以通过波形判断被检测支路接地情况，直观显示支路接地情况，如图5～图7所示。

图5 10 K接地实测波形

图6 40 K接地实测波形

图7 非接地波形

3 系统验证

本装置按照上述设计结构开发完毕后，在广东电网有限责任公司佛山供电局投入试运行。现场测试结果表明，装置能够准确反应直流系统各支路的接地电流或环流的变化情况，从而准确判断直流系统是否发生故障并实现故障的准确定位。

4 结语

本文实现了直流系统高阻接地查找装置的设计和实现方法，为直流系统高阻接地查找及定位提供了一种行之有效的解决方案。该解决方案有如下特点。

1)装置信号发生器接入系统的位置不受接地故障点距离的限制，可适应各类复杂的直流系统。

2)智能化的接地点方向判断显示，能够快速、准确地定位出包括环路在内的支路中接地点的位置。

3)利用直流系统高阻接地查找装置实现了直流系统接地或环路故障的实时监测，提高了直流系统维护管理水平，避免了采用常规“拉路法”导致的电网安全隐患，实现了直流系统高阻接地故障的快速查找与定位。

[1] 安国军，李静. 直流系统接地故障分析与处理[J]. 华章，2008(9):158-159.

[2] 黄锐勇. 变电站直流系统接地的探讨[J]. 企业技术开发，2013,32(32/35)：119-120.

[3] 张科峰，方稳根. 厂站低压直流系统接地查找[J]. 电力系统保护与控制，2008,36(20):93-96.

[4] 高智勇. 查找直流接地方法探讨[J]. 四川电力技术，2002 (S1):32, 35.

[5] 张国安，唐治学. 直流系统接地原因及现场查找方法的探讨[J]. 华北电力技术，2001(2):40-42.

[6] 贾秀芳，赵成曼. 变频探测直流系统接地故障装置存在的问题[J]. 继电器，1999, 27(3): 50-51, 58.